DE102013017715A1

DE102013017715A1 - Verfahren zum Betreiben eines Kraftfahrzeugs

Info

Publication number: DE102013017715A1
Application number: DE201310017715
Authority: DE
Inventors: Torsten Mueller
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2013-10-24
Filing date: 2013-10-24
Publication date: 2015-04-30

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft Verfahren zum Betreiben eines Kraftfahrzeugs, insbesondere im Zugbetrieb, mit einer Brennkraftmaschinen-Generator-Anordnung, die eine Brennkraftmaschine (1) und einen durch die Brennkraftmaschine (1) antreibbaren Generator (2) aufweist, einer durch den Generator (2) mit elektrischer Energie versorgbaren Lastanordnung, die einen Energiespeicher (3) und einen elektrischen Verbraucher (4) aufweist, und einem Steuermittel (5) zum Steuern der Lastanordnung, wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist: Ermitteln (S10–S30) einer Anordnungs-Wirkungsgradgröße (ηΣ), die von einem Wirkungsgrad der Brennkraftmaschinen-Generator-Anordnung abhängt; und Steuern (S40, S45) der Lastanordnung auf Basis dieser Wirkungsgradgröße (ηΣ).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Kraftfahrzeugs sowie ein Kraftfahrzeug mit einem Steuermittel zur Durchführung des Verfahrens.
Nach betriebsinterner Praxis weisen Kraftfahrzeuge elektrische Verbraucher auf, die durch einen von einer Brennkraftmaschine angetriebenen Generator direkt oder durch einen Energiespeicher mit elektrischer Energie versorgt werden, welcher seinerseits durch den Generator aufgeladen wird. Der Generator wird auch als Lichtmaschine, Alternator, Stromerzeuger oder Dynamo bezeichnet.
Der Wirkungsgrad der Brennkraftmaschine hängt unter anderem von deren aktuellem Betriebszustand ab. Auch der Wirkungsgrad des Generators variiert mit dessen Betriebszustand. Entsprechend variiert der Kraftstoffverbrauch der Brennkraftmaschine, der zum Aufladen des Energiespeichers und/oder zur Versorgung elektrischer Verbraucher erforderlich ist, ebenfalls mit den Betriebszuständen von Brennkraftmaschine und Generator. Insbesondere kann das Aufladen des Energiespeichers und/oder die Versorgung elektrischer Verbraucher in ungünstigen Betriebszuständen zu einem höheren Kraftstoffverbrauch führen.
Eine Aufgabe einer Ausführung der vorliegenden Erfindung ist es, den Betrieb eines Kraftfahrzeugs zu verbessern.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Ansprüche 8 und 15 stellen ein Kraftfahrzeug mit einem Steuermittel bzw. ein Computerprogrammprodukt zur Durchführung eines entsprechenden Verfahrens unter Schutz. Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Nach einem Aspekt der vorliegenden Erfindung weist ein Kraftfahrzeug, insbesondere ein Personenkraftwagen, eine Brennkraftmaschinen-Generator-Anordnung mit einer Brennkraftmaschine und einem durch die Brennkraftmaschine antreibbaren, insbesondere permanent oder wenigstens wahlweise angetriebenen, Generator auf. Die Brennkraftmaschine kann in einer Ausführung einen Otto- oder Dieselmotor aufweisen, in einer Weiterbildung mit einer Druckaufladung, insbesondere einem Turbolader, einem Kompressor oder dergleichen. Der Generator kann in einer Ausführung eine Gleichstromlichtmaschine, eine Wechselstromlichtmaschine oder eine Drehstromlichtmaschine aufweisen, insbesondere sein. In einer Ausführung sind Brennkraftmaschine und Generator permanent wirkverbunden, in einer anderen können sie wahlweise koppel- und trennbar sein.
Das Kraftfahrzeug weist in einer Ausführung eine Lastanordnung auf, die durch den Generator mit elektrischer Energie versorgbar, insbesondere versorgt ist bzw. wird. Die Lastanordnung weist in einer Ausführung einen Energiespeicher auf. Der Energiespeicher kann insbesondere eine oder mehrere, insbesondere in Reihe oder Serie geschaltete, aufladbare Zellen, insbesondere galvanische Zellen, Brennstoffzellen, Batterien, Akkumulatoren und dergleichen aufweisen. In einer Ausführung wird der Energiespeicher durch den Generator aufgeladen bzw. ist durch den Generator aufladbar.
In einer Ausführung weist das Kraftfahrzeug einen ein- oder mehrteiligen elektrischen Verbraucher auf. Der Verbraucher kann in einer Ausführung insbesondere einen oder mehrere Antriebe, insbesondere Gebläseantriebe, und/oder ein oder mehrere Heizelemente, insbesondere einer Klimaanlage, Sitz-, Lenkrad-, Spiegel- und/oder Scheibenheizung aufweisen.
Das Kraftfahrzeug weist in einer Ausführung ein Steuermittel zum Steuern der Lastanordnung auf, das hard- und/oder softwaretechnisch dazu eingerichtet ist, ein nachfolgend erläutertes Verfahren durchzuführen.
Ein Mittel im Sinne der vorliegenden Erfindung kann hard- und/oder softwaretechnisch ausgebildet sein, insbesondere eine, vorzugsweise mit einem Speicher- und/oder Bussystem daten- bzw. signalverbundene, insbesondere digitale, Verarbeitungs-, insbesondere Mikroprozessoreinheit (CPU) und/oder ein oder mehrere Programme oder Programmmodule aufweisen. Die CPU kann dazu ausgebildet sein, Befehle, die als ein in einem Speichersystem abgelegtes Programm implementiert sind, abzuarbeiten, Eingangssignale von einem Datenbus zu erfassen und/oder Ausgangssignale an einen Datenbus abzugeben. Ein Speichersystem kann ein oder mehrere, insbesondere verschiedene, Speichermedien, insbesondere optische, magnetische, Festkörper- und/oder andere nicht-flüchtige Medien aufweisen. Das Programm kann derart beschaffen sein, dass es die hier beschriebenen Verfahren verkörpert bzw. auszuführen imstande ist, sodass die CPU die Schritte solcher Verfahren ausführen kann und damit insbesondere die Lastanordnung steuern kann.
Nach einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird, insbesondere auch oder nur im Zugbetrieb, insbesondere durch ein Anordnungs-Wirkungsgradgrößen-Mittel des Steuermittels, eine Anordnungs-Wirkungsgradgröße ermittelt, die von einem Wirkungsgrad der Brennkraftmaschinen-Generator-Anordnung abhängt, und, insbesondere durch ein Lastanordnungs-Mittel des Steuermittels, die Lastanordnung auf Basis dieser Wirkungsgradgröße steuert.
In einer Ausführung ist die Brennkraftmaschine im Zugbetrieb mit einem Antriebsstrang, insbesondere wenigstens einem Antriebsrad, des Kraftfahrzeugs, wirkverbunden und prägt diesem ein das Kraftfahrzeug vorwärtsbeschleunigendes Antriebsdrehmoment auf. Insbesondere im Gegensatz hierzu kann die Brennkraftmaschine in einem sogenannten Schubbetrieb das Kraftfahrzeug abbremsen bzw. in einem sogenannten Leerlaufbetrieb von dem Antriebsstrang, insbesondere dem Antriebsrad entkoppelt sein. In einer Ausführung wird die Lastanordnung nur im Zugbetrieb auf Basis der Wirkungsgradgröße gesteuert, in einer anderen Ausführung auch im Zugbetrieb und insbesondere auch im Schub- und/oder Leerlaufbetrieb.
Indem nach dem vorgenannten Aspekt die Lastanordnung auf Basis des Wirkungsgrades der Brennkraftmaschinen-Generator-Anordnung gesteuert wird, kann den variierenden Wirkungsgraden von Brennkraftmaschine und Generator Rechnung getragen und in einer Ausführung die Lastanordnung bei höheren Wirkungsgraden stärker und bei demgegenüber niedrigeren Wirkungsgraden geringer durch den Generator mit Energie versorgt werden. Auf diese Weise kann in einer Ausführung in ungünstigen Betriebszuständen eine zusätzliche Belastung der Brennkraftmaschinen-Generator-Anordnung durch die Lastanordnung reduziert und/oder die Lastanordnung verstärkt in günstigen Betriebszuständen versorgt werden. Auf diese Weise kann in einer Ausführung vorteilhaft insbesondere der Kraftstoffverbrauch des Kraftfahrzeugs reduziert werden.
Die Anordnungs-Wirkungsgradgröße hängt in einer Ausführung, insbesondere proportional, von dem Wirkungsgrad der Brennkraftmaschinen-Generator-Anordnung ab. Unter einem Wirkungsgrad wird vorliegend insbesondere in fachüblicher Weise das Verhältnis von Energieeinsatz bzw. -aufwand zu geleisteter bzw. abgegebener Arbeit verstanden. Entsprechend kann die Anordnungs-Wirkungsgradgröße in einer Ausführung ein Quotient aus elektrischer Energie, mit der die Lastanordnung versorgt wird bzw. die die Lastanordnung verbraucht bzw. umsetzt, insbesondere in gespeicherte elektrische Energie (insbesondere im Energiespeicher), Wärmeenergie (insbesondere in einem Heizelement), mechanische Energie (insbesondere im Motor eines Gebläses oder dergleichen) zu verbrauchtem Kraftstoff oder eine damit zusammenhängende Größe sein.
In einer Ausführung wird die Anordnungs-Wirkungsgradgröße der Brennkraftmaschinen-Generator-Anordnung, insbesondere durch das Anordnungs-Wirkungsgradgrößen-Mittel, auf Basis einer, insbesondere durch ein Brennkraftmaschinen-Wirkungsgradgrößen-Mittel des Steuermittels ermittelten, Brennkraftmaschinen-Wirkungsgradgröße, die von einem Wirkungsgrad der Brennkraftmaschine abhängt, und einer, insbesondere durch ein Generator-Wirkungsgradgrößen-Mittel des Steuermittels ermittelten, Generator-Wirkungsgradgröße ermittelt, die von einem Wirkungsgrad des Generators abhängt. Hierdurch werden in einer Ausführung vorteilhaft sowohl der Betriebszustand der Brennkraftmaschine als auch der Betriebszustand des Generators berücksichtigt.
Die Brennkraftmaschinen-Wirkungsgradgröße hängt in einer Ausführung, insbesondere proportional, von einem Wirkungsgrad, insbesondere dem Gesamtwirkungsgrad, der Brennkraftmaschine ab. Unter einem Gesamtwirkungsgrad der Brennkraftmaschine wird vorliegend insbesondere in fachüblicher Weise das Verhältnis von Kraftstoffverbrauch zu von der Brennkraftmaschine abgegebener bzw. dem Generator aufgeprägter mechanischer Arbeit verstanden. Entsprechend kann die Brennkraftmaschinen-Wirkungsgradgröße in einer Ausführung ein Quotient aus einer mechanischen Arbeit der Brennkraftmaschine zu verbrauchtem Kraftstoff oder eine damit zusammenhängende Größe sein.
Die Generator-Wirkungsgradgröße hängt in einer Ausführung, insbesondere proportional, von einem Wirkungsgrad, insbesondere dem Gesamtwirkungsgrad, des Generators ab. Unter einem Gesamtwirkungsgrad des Generators wird vorliegend insbesondere in fachüblicher Weise das Verhältnis von vom Generator abgegebener elektrischer Energie zu dem Generator aufgeprägter mechanischer Arbeit verstanden. Entsprechend kann die Generator-Wirkungsgradgröße in einer Ausführung ein Quotient aus einer elektrischen Energie vom Generator zu mechanischer Antriebsarbeit am Generator oder eine damit zusammenhängende Größe sein.
In einer Ausführung wird die Anordnungs-Wirkungsgradgröße auf Basis des Produkts aus Brennkraftmaschinen- und Generator-Wirkungsgradgröße ermittelt. Hierdurch kann in einer Ausführung sowohl den unterschiedlichen Wirkungsgraden der Brennkraftmaschine bei unterschiedlichen Betriebszuständen als auch den unterschiedlichen Wirkungsgraden des Generators bei unterschiedlichen Betriebszuständen Rechnung getragen und insbesondere die Brennkraftmaschinen-Generator-Anordnung als Ganzes berücksichtigt werden.
Die Brennkraftmaschinen-Wirkungsgradgröße kann in einer Ausführung, insbesondere funktionell oder tabellarisch bzw. mittels eines Kennfeldes, insbesondere auf Basis einer Drehzahl der Brennkraftmaschine, eines von der Brennkraftmaschine abgegebenen Drehmoments und/oder einer Temperatur der Brennkraftmaschine ermittelt werden, insbesondere einer Temperatur eines Betriebsmittels wie Kühlflüssigkeit, Schmierstoff oder dergleichen der Brennkraftmaschine. Hierzu weist das Brennkraftmaschinen-Wirkungsgradgrößen-Mittel in einer Ausführung ein Mittel zum Ermitteln der Drehzahl, des Drehmoments und/oder der Temperatur der Brennkraftmaschine auf.
Die Generator-Wirkungsgradgröße kann in einer Ausführung, insbesondere funktionell oder tabellarisch bzw. mittels eines Kennfeldes, insbesondere auf Basis einer Drehzahl des Generators, einer Temperatur des Generators und/oder einer elektrischen Größe des Generators, insbesondere eines von dem Generator gelieferten oder in dem Generator fließenden elektrischen Stroms ermittelt werden. Hierzu weist das Generator-Wirkungsgradgrößen-Mittel in einer Ausführung ein Mittel zum Ermitteln der Drehzahl und/oder elektrischen Größe des Generators auf.
Die, insbesondere funktionelle oder tabellarische, Zuordnung von Drehzahl, Drehmoment, Temperatur und/oder elektrischer Größe, insbesondere Strom, zu einer Wirkungsgradgröße kann empirisch und/oder durch Simulation ermittelt werden bzw. sein. Eine funktionelle Zuordnung weist in einer Ausführung jeder Drehzahl, jedem Drehmoment, jeder Temperatur und/oder jeder elektrischen Größe, oder jedem Tupel bzw. Vektor solcher Größen, eindeutig eine Wirkungsgradgröße zu, vorzugsweise in Form einer mathematischen Rechenvorschrift. Eine tabellarische Zuordnung weist in einer Ausführung diskreten Drehzahlen, Drehmomenten, Temperaturen und/oder elektrischen Größen, oder diskreten Tupeln bzw. Vektoren solcher Größen, jeweils eine diskrete Wirkungsgradgröße zu, wobei vorzugsweise zwischen benachbarten Wirkungsgradgrößen inter- bzw. extrapoliert werden kann.
Nach einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird, insbesondere durch ein Aufladungs-Mittel des Steuermittels, eine elektrische Aufladung des Energiespeichers durch den Generator auf Basis der Anordnungs-Wirkungsgradgröße und einer Ladezustandsgröße für den Energiespeicher gesteuert, die von einer durch den Energiespeicher gespeicherten Energie abhängen kann und in einer Ausführung von einem Ladezustandsgrößen-Mittel des Steuermittels ermittelt wird.
Als Steuern wird vorliegend zur kompakteren Darstellung insbesondere auch ein Regeln bzw. das Ausgeben einer ein- oder mehrdimensionalen Steuer- bzw. Stellgröße auf Basis einer vorgegebenen ein- oder mehrdimensionalen Sollgröße und einer erfassten bzw. ermittelten ein- oder mehrdimensionalen Ist-Größe bezeichnet.
Die Ladezustandsgröße hängt in einer Ausführung, insbesondere proportional, von der durch den Energiespeicher gespeicherten bzw. abgebbaren elektrischen Energie ab. Entsprechend kann die Ladezustandsgröße in einer Ausführung insbesondere ein sogenannter Batterieladezustand („State Of Charge” SOC) oder eine damit zusammenhängende Größe sein. In einer Ausführung kann die Ladezustandsgröße, insbesondere proportional, von einem Wirkungsgrad einer Speicherung von Energie von dem Generator durch den bzw. in dem Energiespeicher abhängen. Der Wirkungsgrad kann seinerseits insbesondere von der durch den Energiespeicher gespeicherten Energie und einem elektrischen Strom zwischen Generator und Energiespeicher abhängen. Entsprechend kann die Ladezustandsgröße in einer Ausführung insbesondere eine von der durch den Energiespeicher gespeicherten Energie und/oder einem elektrischen Strom zwischen Generator und Energiespeicher abhängige Energiespeicherungs-Wirkungsgradgröße sein, die von einem Wirkungsgrad einer Speicherung von Energie von dem Generator durch den bzw. in dem Energiespeicher abhängt.
In einer Ausführung kann durch die gemeinsame Berücksichtigung von Anordnungs-Wirkungsgrad und Ladezustand den Betriebsbedingungen in verbesserter Weise Rechnung getragen werden. Insbesondere kann in einer Ausführung der Energiespeicher auch in Betriebszuständen mit schlechterem Anordnungs-Wirkungsgrad aufgeladen werden, sofern sein (niedriger) Ladezustand dies erfordert und/oder dies aufgrund seines (hohen) Energiespeicherungs-Wirkungsgrads vorteilhaft ist. Mit anderen Worten kann situations-, insbesondere energiespeicherbedingt, auch ein schlechterer Anordnungs-Wirkungsgrad bewusst in Kauf genommen werden. Gleichermaßen kann in einer Ausführung der Energiespeicher, insbesondere verstärkt oder ausschließlich, in Betriebszuständen mit besserem Anordnungs-Wirkungsgrad aufgeladen werden, sofern sein (hoher) Ladezustand dies gestattet und/oder dies aufgrund seines (hohen) Energiespeicherungs-Wirkungsgrads vorteilhaft ist. Mit anderen Worten kann situations-, insbesondere energiespeicherbedingt, ein besserer Anordnungs-Wirkungsgrad ausgenutzt werden. Hierdurch kann in einer Ausführung jeweils insbesondere der Kraftstoffverbrauch gesenkt und so der Betrieb des Kraftfahrzeugs verbessert werden.
In einer Ausführung wird, insbesondere durch das dazu eingerichtete Aufladungs-Mittel, eine Aufladung des Energiespeichers durch den Generator reduziert, insbesondere begrenzt, insbesondere verhindert, wenn die Ladezustandsgröße, insbesondere die durch den Energiespeicher gespeicherte Energie oder der Energiespeicherungs-Wirkungsgrad, einen vorgegebenen, insbesondere von der Anordnungs-Wirkungsgradgröße abhängigen, Ladezustandsgrenzwert über- oder unterschreitet. Auf diese Weise können in einer Ausführung Wirkungsgrad und Ladezustand in vorteilhafterweise gemeinsam berücksichtigt werden.
Insbesondere kann durch den von dem Wirkungsgrad der Brennkraftmaschinen-Generator-Anordnung abhängigen Ladezustandsgrenzwert vorgesehen sein, dass der Energiespeicher durch den Generator nur aufgeladen wird, falls die Brennkraftmaschinen-Generator-Anordnung wenigstens einen vorgegebenen Mindestwirkungsgrad aufweist. Somit wird in einer Ausführung der Energiespeicher nur aufgeladen, wenn dies aufgrund seines Ladezustands erforderlich und/oder aufgrund des Wirkungsgrads der Brennkraftmaschinen-Generator-Anordnung und/oder der Energiespeicherung günstig ist, und nicht oder nur reduziert, insbesondere begrenzt aufgeladen, wenn dies nicht der Fall ist, insbesondere der Ladezustand dies nicht erfordert oder der Wirkungsgrad ungünstig ist.
Gleichermaßen kann in einer Ausführung, insbesondere durch das dazu eingerichtete Aufladungs-Mittel, eine Aufladung des Energiespeichers durch den Generator reduziert, insbesondere begrenzt, insbesondere verhindert werden, wenn der Wirkungsgrad der Brennkraftmaschinen-Generator-Anordnung, insbesondere die Anordnungs-Wirkungsgradgröße, einen vorgegebenen, insbesondere von der Ladezustandsgröße abhängigen, Wirkungsgradgrenzwert unterschreitet. Insbesondere kann durch den von der gespeicherten Energie abhängigen Ladezustandsgrenzwert vorgesehen sein, dass der Energiespeicher durch den Generator nur aufgeladen wird, falls der Ladezustand dies erfordert und/oder dies aufgrund des Wirkungsgrades günstig ist.
Der Wirkungsgrad- bzw. Ladezustandsgrenzwert kann in einer Ausführung eine, insbesondere lineare, Funktion, des Wirkungsgrads, insbesondere der Anordnungs-Wirkungsgradgröße, bzw. der gespeicherten Energie, insbesondere der Ladezustandsgröße sein. Hierdurch kann in einer Ausführung die Reduzierung der Aufladung präzise auf die jeweiligen Betriebszustände angepasst werden. In einer anderen Ausführung ist der Wirkungsgrad- bzw. Ladezustandsgrenzwert stufenförmig von dem Wirkungsgrad, insbesondere der Anordnungs-Wirkungsgradgröße, bzw. der gespeicherten Energie, insbesondere der Ladezustandsgröße abhängig und weist wenigstens zwei Stufen auf. Hierdurch werden in einer Ausführung auf einfache Weise Betriebszustände zusammengefasst und die Aufladung in einfacher Weise angepasst.
Insbesondere kann der Ladezustandsgrenzwert für wenigstens drei, insbesondere genau drei oder drei oder mehr, verschiedene Wirkungsgrade, insbesondere Anordnungs-Wirkungsgradgrößen, der Brennkraftmaschinen-Generator-Anordnung drei unterschiedliche Werte aufweisen bzw. der Wirkungsgradgrenzwert für wenigstens drei, insbesondere genau drei oder drei oder mehr, verschiedene durch den Energiespeicher gespeicherte Energien, insbesondere Ladezustandsgrößen, drei unterschiedliche Werte aufweisen. Durch diese Abstufung erfolgt in einer Ausführung eine unbegrenzte Aufladung bei niedrigen Ladezuständen auch bei niedrigen Wirkungsgraden, bei hohen Ladezuständen nur bei hohen Wirkungsgraden, und in einem Zwischenbereich bei wenigstens mittleren Ladezuständen nur bei wenigstens mittleren Wirkungsgraden.
Die Reduzierung der Aufladung kann insbesondere mittels eines von dem Aufladungs-Mittel angesteuerten Laderegler bzw. einer von dem Aufladungs-Mittel angesteuerte Ladeschaltung erfolgen, insbesondere durch Regelung des Erreger-Magnetfeldes des Generators, einen elektromechanischen Laderegler, einen elektronischen Laderegler oder eine Regelung des induzierten Stroms. In einer Ausführung reduziert das Aufladungs-Mittel die Aufladung um einen vorgegebenen Prozentsatz, beispielsweise wenigstens um 25%, insbesondere wenigstens um 50%, vorzugsweise wenigstens um 75% gegenüber einer maximal möglichen oder zulässigen Aufladung oder begrenzt die Aufladung auf einen vorgegebenen Wert, beispielsweise auf höchstens 75%, insbesondere auf höchstens 50%, vorzugsweise auf höchstens 25% einer maximal möglichen oder zulässigen Aufladung, in einer Weiterbildung verhindert das Aufladungs-Mittel die Aufladung, wenigstens im Wesentlichen, vollständig, wenn der entsprechende Grenzwert über- bzw. unterschritten wird.
Zusätzlich oder alternativ zu einer Reduzierung der Aufladung, d. h. einer Anpassung auf Erzeugerseite, kann auch verbraucherseitig unterschiedlichen Betriebszuständen und damit verbundenen Wirkungsgraden Rechnung getragen werden.
Entsprechend wird nach einem Aspekt der vorliegenden Erfindung, insbesondere durch ein Verbrauchersteuermittel des Steuermittels, eine Arbeit des Verbrauchers reduziert, insbesondere begrenzt, insbesondere temporär unterbrochen, wenn der Wirkungsgrad der Brennkraftmaschinen-Generator-Anordnung, insbesondere die Anordnungs-Wirkungsgradgröße, einen Verbrauchergrenzwert unterschreitet.
Auch auf diese Weise kann geringeren Wirkungsgraden Rechnung getragen und so der Kraftstoff besser genutzt werden. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass eine Arbeit des Verbrauchers, insbesondere ein Heizen eines Heizelements oder dergleichen, reduziert oder temporär unterbrochen wird, wobei die Reduzierung bzw. die Dauer der Unterbrechung in einer Weiterbildung, insbesondere linear oder stufenförmig, von dem Wirkungsgrad der Brennkraftmaschinen-Generator-Anordnung abhängen kann.
In einer Ausführung reduziert das Verbrauchersteuermittel die Arbeit des Verbrauchers um einen vorgegebenen Prozentsatz, beispielsweise wenigstens um 25%, insbesondere wenigstens um 50%, vorzugsweise wenigstens um 75% gegenüber einer maximal möglichen oder, beispielsweise durch eine Klimaanlagen- oder Heizungssteuerung, angeforderten Arbeit oder begrenzt die Arbeit auf einen vorgegebenen Wert, beispielsweise auf höchstens 75%, insbesondere auf höchstens 50%, vorzugsweise auf höchstens 25% einer maximal möglichen oder angeforderten Arbeit, wenn der Verbrauchergrenzwert unterschritten wird. In einer Ausführung unterbricht das Verbrauchersteuermittel die Arbeit oder Energieversorgung temporär, wobei die Dauer der Unterbrechung in einer Weiterbildung von der Anordnungs-Wirkungsgradgröße abhängen kann.
Weitere vorteilhafte Weiterbildungen der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungen. Hierzu zeigt, teilweise schematisiert:
1 einen Teil eines Kraftfahrzeugs nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung;
2 eine Reduzierung einer Aufladung eines Energiespeichers des Kraftfahrzeugs der 1 auf Basis einer Anordnungs-Wirkungsgradgröße und einer Ladezustandsgröße;
3 eine Reduzierung einer Arbeit eines Verbrauchers des Kraftfahrzeugs der 1 auf Basis einer Anordnungs-Wirkungsgradgröße; und
4 ein Verfahren zum Betreiben des Kraftfahrzeugs der 1 im Zugbetrieb nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung.
1 zeigt einen Teil eines Kraftfahrzeugs nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung mit einer Brennkraftmaschinen-Generator-Anordnung, die eine Brennkraftmaschine 1 und einen durch die Brennkraftmaschine 1 antreibbaren Generator 2 aufweist, einer durch den Generator 2 mit elektrischer Energie versorgbaren Lastanordnung, die einen elektrischen Energiespeicher 3 und einen elektrischen Verbraucher 4 aufweist, und einem Steuermittel 5 zum Steuern der Lastanordnung nach einem Verfahren nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung, das nachfolgend mit Bezug auf 2–4 näher erläutert wird.
Das Steuermittel 5 weist ein Anordnungs-Wirkungsgradgrößen-Mittel 5.1, 5.2 zum Ermitteln einer Anordnungs-Wirkungsgradgröße η_Σ, die von einem Wirkungsgrad der Brennkraftmaschinen-Generator-Anordnung abhängt, und ein Lastanordnungs-Mittel 5.3, 5.4 zum Steuern der Lastanordnung auf Basis dieser Wirkungsgradgröße η_Σ auf.
Das Anordnungs-Wirkungsgradgrößen-Mittel weist seinerseits ein Brennkraftmaschinen-Wirkungsgradgrößen-Mittel 5.1 zum Ermitteln einer Brennkraftmaschinen-Wirkungsgradgröße η_M, die von einem Wirkungsgrad der Brennkraftmaschine 1 abhängt, und ein Generator-Wirkungsgradgrößen-Mittel 5.2 zum Ermitteln einer Generator-Wirkungsgradgröße η_G auf, die von einem Wirkungsgrad des Generators 2 abhängt.
Das Brennkraftmaschinen-Wirkungsgradgrößen-Mittel 5.1 weist seinerseits Mittel zum Ermitteln einer Drehzahl n_M, eines Drehmoments M und einer Kühlmitteltemperatur T der Brennkraftmaschine 1 auf, das Generator-Wirkungsgradgrößen-Mittel 5.2 Mittel zum Ermitteln einer Drehzahl n_M und einer elektrischen Größe in Form eines elektrischen Stroms I des Generators 2, wie in 1 durch strichpunktierte Signalübertragungen angedeutet.
Das Lastanordnungs-Mittel weist ein Ladezustandsgrößen-Mittel zum Ermitteln einer Ladezustandsgröße SOC für den Energiespeicher 3, die von einer durch den Energiespeicher 3 gespeicherten elektrischen Energie abhängt, und ein Aufladungs-Mittel 5.3 zum Steuern einer Aufladung des Energiespeichers 3 durch den Generator 2 auf Basis der Anordnungs-Wirkungsgradgröße η_Σ und der Ladezustandsgröße SOC auf. Weiter weist es ein Verbrauchersteuermittel 5.4 auf zum Reduzieren, insbesondere temporären Unterbrechen, einer Arbeit des Verbrauchers 4, wenn der Wirkungsgrad der Brennkraftmaschinen-Generator-Anordnung einen Verbrauchergrenzwert η_Σ1, η_Σ2 unterschreitet.
Nachfolgend wird mit Bezug auf 2–4 ein Verfahren nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung erläutert, wie es durch das hierzu eingerichtete Steuermittel 5 ausgeführt wird.
Zunächst wird in einem Schritt S5 geprüft, ob sich das Kraftafhrzeug im Zugbetrieb befindet (S5: „Y”) oder nicht (S5: „N”).
Wenn sich das Kraftfahrzeug im Zugbetrieb befindet (S5: „Y”), ermittelt das Brennkraftmaschinen-Wirkungsgradgrößen-Mittel 5.1 in einem Schritt S10 die Brennkraftmaschinen-Wirkungsgradgröße η_M in Abhängigkeit von der Drehzahl n_M, des Drehmoments M und der Kühlmitteltemperatur T der Brennkraftmaschine 1 (η_M = η_M(n_M, M, T)). Die Brennkraftmaschinen-Wirkungsgradgröße η_M, die das Verhältnis von geleisteter mechanischer Arbeit pro verbrauchtem Kraftstoff der Brennkraftmaschine 1 angibt, kann beispielsweise in einem Kennfeld für verschiedene Drehzahlen, Drehmomente und Kühlmitteltemperaturen abgespeichert sein.
Das Generator-Wirkungsgradgrößen-Mittel 5.2 ermittelt in einem Schritt S20 in ähnlicher Weise die Generator-Wirkungsgradgröße η_G in Abhängigkeit von der Drehzahl n_M und dem elektrischen Strom I (η_G = η_G(n_G, I)). Die Generator-Wirkungsgradgröße η_G, die das Verhältnis von abgegebener elektrischer Arbeit pro aufgenommener mechanischer Arbeit des Generators 2 angibt, kann beispielsweise in einem Kennfeld für verschiedene Drehzahlen und Ströme abgespeichert sein.
In einem Schritt S30 ermittelt das Anordnungs-Wirkungsgradgrößen-Mittel durch Multiplikation hieraus die Anordnungs-Wirkungsgradgröße η_Σ = η_M·η_G.
In Schritten S40, S45 steuert nun das Lastanordnungs-Mittel die Lastanordnung 3, 4 auf Basis dieser Wirkungsgradgröße η_Σ.
Dabei steuert das Aufladungs-Mittel 5.3 in Schritt S40 eine Aufladung des Energiespeichers 3 durch den Generator 2 auf Basis der Anordnungs-Wirkungsgradgröße η_Σ und der Ladezustandsgröße SOC, indem es die Aufladung des Energiespeichers 3 durch den Generator 2 im Wesentlichen verhindert, wenn die Ladezustandsgröße SOC einen vorgegebenen, von der Anordnungs-Wirkungsgradgröße η_Σ abhängigen Ladezustandsgrenzwert G überschreitet bzw. umgekehrt die Anordnungs-Wirkungsgradgröße η_Σ einen vorgegebenen, von der Ladezustandsgröße SOC abhängigen Wirkungsgradgrenzwert G unterschreitet.
Der Ladezustands- bzw. Wirkungsgradgrenzwert G ist in 2 fett eingezeichnet. Dabei weist der von der Anordnungs-Wirkungsgradgröße η_Σ abhängige Ladezustandsgrenzwert G(η_Σ) für Anordnungs-Wirkungsgradgrößen unterhalb einer ersten Anordnungs-Wirkungsgradgröße η_Σ1 einen ersten Wert SOC₁, für Anordnungs-Wirkungsgradgrößen zwischen dieser ersten Anordnungs-Wirkungsgradgröße η_Σ1 und einer größeren zweiten Anordnungs-Wirkungsgradgröße η_Σ2 einen zweiten Wert SOC₂, und für Anordnungs-Wirkungsgradgrößen oberhalb dieser zweiten Anordnungs-Wirkungsgradgröße η_Σ2 einen größeren dritten Wert auf, der einem maximalen Ladezustand SOC = 90% entspricht.
Umgekehrt weist entsprechend der von der Ladezustandsgröße SOC abhängige Wirkungsgradgrenzwert G(SOC) für Ladezustandsgrößen oberhalb der zweiten Ladezustandsgröße SOC₂ den zweiten Wert η_Σ2, für Ladezustandsgrößen zwischen dieser zweiten Ladezustandsgröße SOC₂ und der kleineren ersten Ladezustandsgröße SOC₁ den ersten Wert η_Σ1, und für Ladezustandsgrößen unterhalb dieser ersten Ladezustandsgröße SOC₁ einen kleineren dritten Wert auf, der einer Anordnungs-Wirkungsgradgröße η_Σ = 0 entspricht.
Überschreitet die Ladezustandsgröße SOC den vorgegebenen, von der Anordnungs-Wirkungsgradgröße η_Σ abhängigen Ladezustandsgrenzwert G(η_Σ) bzw. unterschreitet die Anordnungs-Wirkungsgradgröße η_Σ den vorgegebenen, von der Ladezustandsgröße SOC abhängigen Wirkungsgradgrenzwert G(SOC), so verhindert das Aufladungs-Mittel 5.3 in Schritt S40 eine Aufladung des Energiespeichers 3 durch den Generator 2, was in 2 schraffiert durch „L = 0” angedeutet ist, andernfalls gestattet es eine Aufladung, was in 2 durch „L = 1” angedeutet ist.
Auf diese Weise wird somit auf Basis der Anordnungs-Wirkungsgradgröße η_Σ und der Ladezustandsgröße SOC eine Aufladung des Energiespeichers 3 durch den Generator 2 unabhängig vom Wirkungsgrad der Brennkraftmaschinen-Generator-Anordnung gestattet bzw. durchgeführt, wenn der Ladungszustand des Energiespeichers dies erfordert bzw. seine Ladezustandsgröße SOC unter den ersten Wert SOC₁, beispielsweise 80% der maximalen Ladung fällt. Auf der anderen Seite wird eine Aufladung des Energiespeichers 3 durch den Generator 2 nur höheren gestattet bzw. durchgeführt, wenn der Wirkungsgrad der Brennkraftmaschinen-Generator-Anordnung ausreichend hoch ist bzw. die Anordnungs-Wirkungsgradgröße η_Σ den zweiten Wert η_Σ2 übersteigt, sofern der Ladungszustand des Energiespeichers dies gestattet bzw. seine Ladezustandsgröße SOC über dem zweiten Wert SOC₂, beispielsweise 85% der maximalen Ladung liegt. Entsprechend erfolgt eine Aufladung zwischen den beiden Ladezuständen bzw. Ladezustandsgrößen SOC₁, SOC₂ nur bei ausreichenden Wirkungsgraden der Brennkraftmaschinen-Generator-Anordnung bzw. Anordnungs-Wirkungsgradgrößen η_Σ ≥ η_Σ1.
In Schritt S45 unterbricht das Verbrauchersteuermittel 5.4 eine Arbeit des Verbrauchers 4 temporär, wenn der Wirkungsgrad der Brennkraftmaschinen-Generator-Anordnung den mehrstufigen Verbrauchergrenzwert η_Σ1, η_Σ2 unterschreitet. Dabei hängt die Dauer der Unterbrechung Δt stufenförmig von dem Wirkungsgrad der Brennkraftmaschinen-Generator-Anordnung bzw. der Anordnungs-Wirkungsgradgröße η_Σ ab.
Für Anordnungs-Wirkungsgradgrößen η_Σ oberhalb der zweiten Anordnungs-Wirkungsgradgröße η_Σ2 wird die Arbeit des Verbrauchers 4 von dem Verbrauchersteuermittel 5.4 nicht unterbrochen, die Dauer der Unterbrechung Δt beträgt entsprechend 0. Für Anordnungs-Wirkungsgradgrößen zwischen der ersten Anordnungs-Wirkungsgradgröße η_Σ1 und der zweiten Anordnungs-Wirkungsgradgröße η_Σ2 unterbricht das Verbrauchersteuermittel 5.4 die Arbeit des Verbrauchers 4 pro Zeiteinheit für eine erste vorgegebene Dauer Δt₁, beispielsweise für 0,5 Sekunden pro Minute. Für Anordnungs-Wirkungsgradgrößen unterhalb der ersten Anordnungs-Wirkungsgradgröße η_Σ1 unterbricht das Verbrauchersteuermittel 5.4 die Arbeit des Verbrauchers 4 pro Zeiteinheit für eine größere zweite vorgegebene Dauer Δt₂, beispielsweise für 5 oder 10 Sekunden pro Minute.
Anschließend kehrt das Verfahren wieder zu Schritt S5 zurück.

Obwohl in der vorhergehenden Beschreibung exemplarische Ausführungen erläutert wurden, sei darauf hingewiesen, dass eine Vielzahl von Abwandlungen möglich ist. So wird im Ausführungsbeispiel in Schritt S40 eine Aufladung des Energiespeichers 3 durch den Generator 2 auf Basis der Anordnungs-Wirkungsgradgröße η_Σ und der Ladezustandsgröße in Form einer durch den Energiespeicher 3 gespeicherten elektrischen Energie SOC gesteuert. In einer Abwandlung kann die Ladezustandsgröße von der durch den Energiespeicher 3 gespeicherten elektrischen Energie SOC und zusätzlich von dem Strom I zwischen dem Generator 2 und dem Energiespeicher 3 oder einer damit zusammenhängenden Größe, beispielsweise einer Spannung, abhängen und somit insbesondere von einem Wirkungsgrad einer Speicherung von Energie von dem Generator 2 durch den bzw. in dem Energiespeicher 3. Außerdem sei darauf hingewiesen, dass es sich bei den exemplarischen Ausführungen lediglich um Beispiele handelt, die den Schutzbereich, die Anwendungen und den Aufbau in keiner Weise einschränken sollen. Vielmehr wird dem Fachmann durch die vorausgehende Beschreibung ein Leitfaden für die Umsetzung von mindestens einer exemplarischen Ausführung gegeben, wobei diverse Änderungen, insbesondere in Hinblick auf die Funktion und Anordnung der beschriebenen Bestandteile, vorgenommen werden können, ohne den Schutzbereich zu verlassen, wie er sich aus den Ansprüchen und diesen äquivalenten Merkmalskombinationen ergibt. Bezugszeichenliste

1	Brennkraftmaschine
2	Generator
3	Energiespeicher
4	Verbraucher
5	Steuermittel
5.1	Brennkraftmaschinen-Wirkungsgradgrößen-Mittel
5.2	Generator-Wirkungsgradgrößen-Mittel
5.3	Aufladungs-Mittel
5.4	Verbrauchersteuermittel

Claims

Verfahren zum Betreiben eines Kraftfahrzeugs, insbesondere im Zugbetrieb, mit einer Brennkraftmaschinen-Generator-Anordnung, die eine Brennkraftmaschine (1) und einen durch die Brennkraftmaschine (1) antreibbaren Generator (2) aufweist, einer durch den Generator (2) mit elektrischer Energie versorgbaren Lastanordnung, die einen Energiespeicher (3) und einen elektrischen Verbraucher (4) aufweist, und einem Steuermittel (5) zum Steuern der Lastanordnung, wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist: Ermitteln (S10–S30) einer Anordnungs-Wirkungsgradgröße (η_Σ), die von einem Wirkungsgrad der Brennkraftmaschinen-Generator-Anordnung abhängt; und Steuern (S40, S45) der Lastanordnung auf Basis dieser Wirkungsgradgröße (η_Σ).
Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei die Anordnungs-Wirkungsgradgröße (η_Σ) auf Basis einer Brennkraftmaschinen-Wirkungsgradgröße (η_M), die von einem Wirkungsgrad der Brennkraftmaschine (1) abhängt, und einer Generator-Wirkungsgradgröße (η_G) ermittelt wird, die von einem Wirkungsgrad des Generators (2) abhängt.
Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei die Brennkraftmaschinen-Wirkungsgradgröße (η_M) auf Basis einer Drehzahl (n_M), eines Drehmoments (M) und/oder einer Temperatur (T) der Brennkraftmaschine (1) ermittelt wird, und/oder die Generator-Wirkungsgradgröße (η_G) auf Basis einer Drehzahl (n_G), einer Temperatur und/oder einer elektrischen Größe, insbesondere eines elektrischen Stroms (I), des Generators (2) ermittelt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Aufladung des Energiespeichers (3) durch den Generator (2) auf Basis der Anordnungs-Wirkungsgradgröße (η_Σ) und einer Ladezustandsgröße (SOC) für den Energiespeicher (3) gesteuert wird (S40), die von einer durch den Energiespeicher gespeicherten Energie abhängt.
Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei die Aufladung des Energiespeichers (3) durch den Generator (2) reduziert, insbesondere begrenzt, insbesondere wenigstens im Wesentlichen verhindert wird (S40), wenn die durch den Energiespeicher (3) gespeicherte Energie einen vorgegebenen, insbesondere von der Anordnungs-Wirkungsgradgröße (η_Σ) abhängigen, Ladezustandsgrenzwert (G(η_Σ)) überschreitet, und/oder der Wirkungsgrad der Brennkraftmaschinen-Generator-Anordnung einen vorgegebenen, insbesondere von der Ladezustandsgröße (SOC) abhängigen, Wirkungsgradgrenzwert (G(SOC)) unterschreitet.
Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei der Ladezustandsgrenzwert (G(η_Σ)) für wenigstens drei verschiedene Anordnungs-Wirkungsgradgrößen (η_Σ) drei unterschiedliche Werte aufweist und/oder der Wirkungsgradgrenzwert (G(SOC)) für wenigstens drei verschiedene Ladezustandsgrößen (SOC) drei unterschiedliche Werte aufweist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Arbeit des Verbrauchers (4) reduziert, insbesondere begrenzt, insbesondere temporär unterbrochen (S45) wird, wenn der Wirkungsgrad der Brennkraftmaschinen-Generator-Anordnung einen Verbrauchergrenzwert (η_Σ1, η_Σ2) unterschreitet.
Kraftfahrzeug mit einer Brennkraftmaschinen-Generator-Anordnung, die eine Brennkraftmaschine (1) und einen durch die Brennkraftmaschine (1) antreibbaren Generator (2) aufweist, einer durch den Generator (2) mit elektrischer Energie versorgbaren Lastanordnung, die einen Energiespeicher (3) und einen elektrischen Verbraucher (4) aufweist, und einem Steuermittel (5) zum Steuern der Lastanordnung nach einem Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Steuermittel (5) aufweist: ein Anordnungs-Wirkungsgradgrößen-Mittel (5.1, 5.2) zum Ermitteln einer Anordnungs-Wirkungsgradgröße (η_Σ), die von einem Wirkungsgrad der Brennkraftmaschinen-Generator-Anordnung abhängt; und ein Lastanordnungs-Mittel (5.3, 5.4) zum Steuern der Lastanordnung auf Basis dieser Wirkungsgradgröße (η_Σ).
Kraftfahrzeug nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei das Anordnungs-Wirkungsgradgrößen-Mittel ein Brennkraftmaschinen-Wirkungsgradgrößen-Mittel (5.1) zum Ermitteln einer Brennkraftmaschinen-Wirkungsgradgröße (η_M), die von einem Wirkungsgrad der Brennkraftmaschine (1) abhängt, und ein Generator-Wirkungsgradgrößen-Mittel (5.2) zum Ermitteln einer Generator-Wirkungsgradgröße (η_G) aufweist, die von einem Wirkungsgrad des Generators (2) abhängt.
Kraftfahrzeug nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei das Brennkraftmaschinen-Wirkungsgradgrößen-Mittel (5.1) ein Mittel zum Ermitteln einer Drehzahl (n_M), eines Drehmoments (M) und/oder einer Temperatur (T) der Brennkraftmaschine (1) aufweist, und/oder das Generator-Wirkungsgradgrößen-Mittel (5.2) ein Mittel zum Ermitteln einer Drehzahl (n_G) und/oder einer elektrischen Größe, insbesondere eines elektrischen Stroms (I) des Generators (3) aufweist.
Kraftfahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit einem Ladezustandsgröße-Mittel zum Ermitteln einer Ladezustandsgröße (SOC) für den Energiespeicher (3), die von einer durch den Energiespeicher (3) gespeicherten Energie abhängt, und einem Aufladungs-Mittel (5.3) zum Steuern (S40) einer Aufladung des Energiespeichers (3) durch den Generator (2) auf Basis der Anordnungs-Wirkungsgradgröße (η_Σ) und der Ladezustandsgröße (SOC).
Kraftfahrzeug nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei das Aufladungs-Mittel (5.3) dazu eingerichtet ist, eine Aufladung des Energiespeichers (3) durch den Generator (2) zu reduzieren, insbesondere zu begrenzen, insbesondere wenigstens im Wesentlichen zu verhindern, wenn die durch den Energiespeicher (3) gespeicherte Energie einen vorgegebenen, insbesondere von der Anordnungs-Wirkungsgradgröße (η_Σ) abhängigen, Ladezustandsgrenzwert (G(η_Σ)) überschreitet, und/oder der Wirkungsgrad der Brennkraftmaschinen-Generator-Anordnung einen vorgegebenen, insbesondere von der Ladezustandsgröße (SOC) abhängigen, Wirkungsgradgrenzwert (G(SOC)) unterschreitet.
Kraftfahrzeug nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei der Ladezustandsgrenzwert (G(η_Σ)) für wenigstens drei verschiedene Anordnungs-Wirkungsgradgrößen (η_Σ) drei unterschiedliche Werte aufweist und/oder der Wirkungsgradgrenzwert (G(SOC)) für wenigstens drei verschiedene Ladezustandsgrößen (SOC) drei unterschiedliche Werte aufweist.
Kraftfahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit einem Verbrauchersteuermittel (5.4) zum Reduzieren, insbesondere Begrenzen, insbesondere temporären Unterbrechen einer Arbeit des Verbrauchers (4), wenn der Wirkungsgrad der Brennkraftmaschinen-Generator-Anordnung einen Verbrauchergrenzwert (η_Σ1, η_Σ2) unterschreitet.
Computerprogrammprodukt mit einem Programmcode, der auf einem von einem Computer lesbaren Medium gespeichert ist, zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche.