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Technisches Gebiet:
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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung sowie ein Verfahren zur Regelung eines Kraftfahrzeugantriebs, bei dem wenigstens ein Soll- und/oder Istwert eines Fahrzeugbetriebszustands erfasst und der Kraftfahrzeugantrieb mittels einer Steuereinheit unter Zugrundelegung des Soll- und/oder Istwerts sowie wenigstens einer unter Berücksichtigung zumindest eines betriebsspezifischen Optimierungskriteriums ermittelten Antriebskennlinie des Kraftfahrzeugantriebs betrieben wird.
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Stand der Technik:
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Im Bereich der Fahrzeugtechnik haben sich in den letzten Jahren zunehmend elektronische Motorsteuerungen durchgesetzt, mit denen der Antrieb eines Fahrzeugs in Abhängigkeit bestimmter Kennlinien bzw. Kennfelder steuer- bzw. regelbar ist. Weiterhin ist es seit langem bekannt, die für die Steuerung bzw. Regelung eines Fahrzeugantriebs benötigten Parameter in den zuvor genannten Motorsteuerungen zu hinterlegen oder benötigte Istwerte mit Hilfe einer entsprechenden Sensorik am Fahrzeug aufzunehmen. Üblicherweise findet hierbei in der Steuerung des Fahrzeugantriebs bzw. im zentralen Fahrzeugführungsrechner ein Vergleich zwischen einer Regelgröße (Istwert) und einer Führungsgröße (Sollwert) statt, was letztlich zur Generierung einer Stellgröße führt, die in Form eines Stellsignals auf die Stellorgane des Fahrzeugantriebs einwirkt.
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Mit modernen Antriebssteuerungen ist es somit durch Berücksichtigung einer Vielzahl von Parametern möglich, sowohl eine im Hinblick auf gesetzliche Vorgaben, wie bspw. die maximal zulässige Schallemission, als auch unter Berücksichtigung wirtschaftlicher Aspekte, wie etwa eine Optimierung des Kraftstoffverbrauchs und/oder eine Minimierung des Komponentenverschleißes, optimierte Regelung eines Fahrzeugantriebs zu gewährleisten. In diesem Zusammenhang besteht ein stetes Bemühen bei der Weiterentwicklung von Kraftfahrzeugen, insbesondere von Nutzfahrzeugen, darin, die Regelungsstrategien zur Antriebssteuerung der Fahrzeuge derart weiterzuentwickeln, dass den wachsenden Ansprüchen an die Wirtschaftlichkeit sowie die. Umweltverträglichkeit der Fahrzeuge entsprochen werden kann.
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Aus der
DE 43 05 737 A1 ist ein System zur Steuerung eines Fahrzeugantriebs bekannt, das über eine fahrpedalabhängige Beschleunigungsvorgabe verfügt. Unter Berücksichtigung des vom Fahrer als Sollwert vorgegebenen Beschleunigungswunsches wird in einer zentralen Motorsteuerung ein Steuersignal erzeugt, das Einfluss auf die Motorleistung hat. Zusätzlich zu diesem Steuersignal wird unter Zugrundelegung eines speziellen betriebsspezifischen Kriteriums ein weiteres Signal generiert, über das eine optimierte Betriebsweise des Fahrzeugantriebs gewährleistet werden soll. Als technische Lösung wird in diesem Zusammenhang vorgeschlagen, dass das weitere Steuersignal unter Berücksichtigung eines minimierten Kraftstoffverbrauchs erzeugt wird, und dieses weitere Steuersignals bspw. an ein Getriebestellglied übertragen wird, so dass eine für den jeweiligen Fahrbetriebszustand günstige Getriebeübersetzung eingestellt wird.
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Des Weiteren wird in der
DD 208 786 A5 ein Verfahren zur Steuerung einer Kraftfahrzeugantriebseinheit beschrieben, bei dem mit verhältnismäßig einfachen Mitteln eine effiziente Steuerung der Antriebseinheit realisiert werden soll. Hierbei werden zunächst mit Hilfe der Fahrpedale sowie eines einzigen Sensors, der die Drehzahl am Getriebeausgang ermittelt, Soll- bzw. Istwerte aufgenommen, die an eine zentrale Motorsteuerung weitergeleitet werden. In der Motorsteuerung sind Motorkennlinien abgespeichert, anhand derer der Betriebspunkt der Brennkraftmaschine angepasst und verbrauchsoptimal in Abhängigkeit der geforderten Leistung festgelegt wird. Das in dieser Druckschrift beschriebene System zeichnet sich somit insbesondere dadurch aus, dass die Steuerung entsprechende Sollwertsignale aufnimmt und diese unter Verknüpfung mit den eingespeicherten Kennlinien bzw. -feldern direkt zu Steuersignalen, die auf die Stellglieder einwirken, verarbeitet. Auf diese Weise soll ein optimierter Betrieb der Fahrzeugantriebseinheit gewährleistet werden, ohne dass der Fahrer hierfür bestimmte Einstellungen manuell verändern muss und ohne dass die benötigte Antriebsleistung verringert wird.
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Ferner beschreibt die
EP 0 545 027 B1 die Regelung einer Fahrzeugantriebseinheit, bei der die vom Fahrzeugantrieb bereitgestellte Antriebsleistung in Abhängigkeit der Schallemission der Antriebseinheit, insbesondere eines Verbrennungsmotors, geregelt wird. Bei der vorgeschlagenen technischen Lösung sind neben den standardmäßig hinterlegten Volllast- sowie Abregelkennlinien des Antriebsmotors auch Werte leistungs- und drehzahlreduzierter Volllast- und Abregellinien in der zentralen Motorsteuerung hinterlegt, die von jenen der standardmäßig hinterlegten Kennlinien zumindest partiell abweichen. Überschreitet der Fahrzeugantrieb bei Vorgabe eines bestimmten Beschleunigungswunsches des Fahrers einen, bspw. gesetzlich vorgeschriebenen Grenzwert für die Schallemission, so wird in der Motorsteuereinheit automatisch eine Motorkennlinie bestimmt und dem Betrieb der Antriebseinheit zugrunde gelegt, so dass Überschreitungen des Schallemissionsgrenzwerts ausgeschlossen werden. Bei der Auswahl der die Schallemission des Antriebs reduzierenden Motorkennlinie wird auch berücksichtigt, dass der Beschleunigungswunsch des Fahrers zumindest annähernd erreicht wird.
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Bei einer gemäß
DE 195 11 866 B4 ausgeführten Anordnung zur zyklischen Anpassung einer Kennlinie für die Umschaltungen eines automatischen Getriebes wird gemäß einer Schaltstrategie, welche anhand eines äußere Einflußgrößen in Beziehung setzenden Algorithmus und unter Auswertung gemessener Istwerte der Einflußgrößen Korrekturwerte ermittelt, die Kennlinie sowohl in Richtung der einen fahrgeschwindigkeitsabhängigen Parameter angebenden Koordinate als auch in Richtung der einen dem Motormoment zugeordneten Parameter angebenden Koordinate in Abhängigkeit jeweils diesbezüglicher Korrekturwerte angepasst.
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Die
DE 102 02 531 A1 betrifft ein Verfahren zur Steuerung eines Hybridantriebes eines Fahrzeuges, wobei der Hybridantrieb als Antriebsmaschinen eine Verbrennungskraftmaschine und wenigstens eine elektrische Maschine umfasst und die Abtriebswellen der Antriebsmaschinen mit einem Antriebsstrang des Fahrzeuges wirkverbindbar sind. Es ist vorgesehen, dass bei einer negativen Momentenanforderung (Bremsen) an den Antriebsstrang des Fahrzeuges eine kennfeldbasierte Ansteuerung der wenigstens einen elektrischen Maschine und des Getriebes im generatorischen Betriebsmodus erfolgt.
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Aus der
DE 42 19 382 A1 ist eine fahrstilangepasste Gangwechselsteuerung bei elektronisch gesteuerten Automatikgetrieben in Kraftfahrzeugen bekannt. Hierbei wird durch einen Fahrer über einen willkürlich einstellbaren Wählschalter der aktuelle Fahrstil erfasst und ein dem Fahrstil zugeordnetes Schaltkennfeld ausgewählt. Hierbei kann das Fahrzeug ausschließlich entsprechend den Eingaben des Fahrers reagieren.
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Schließlich sind aus der
DE 102 53 809 A1 ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung der Antriebseinheit eines Kraftfahrzeuges bekannt. Dabei werden die Steuerungscharakteristiken von Antrieb und Getriebe in Abhängigkeit von veränderten Betriebsbedingungen angepasst. Als Betriebsbedingungen werden hierbei das Fahrverhalten des Fahrers, direkte Vorgaben des Fahrers und die Fahrumgebung berücksichtigt. Auftretende Veränderungen am Fahrzeug, werden jedoch nicht berücksichtigt.
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Ausgehend von den aus dem Stand der Technik bekannten Regelungs- bzw. Steuerungsstrategien für Fahrzeugantriebe liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde eine Vorrichtung sowie ein Verfahren zur Regelung eines Kraftfahrzeugantriebs derart weiterzubilden, dass der Betrieb eines Fahrzeugantriebsstrangs an unterschiedliche, dem Betrieb des Fahrzeugs beeinflussende Randbedingungen anpassbar und optimierbar ist, ohne dass der Fahrer bei sich ändernden Gegebenheiten stets spezielle Einstellungen vornehmen muss. Insbesondere soll die erfindungsgemäße Vorrichtung sowie das Verfahren die Möglichkeit eröffnen, einen Kraftfahrzeugantrieb in Abhängigkeit unterschiedlicher Einflussfaktoren, die nicht notwendigerweise in einem technischen Zusammenhang stehen, zu steuern bzw. zu regeln. Bei den vorgenannten Einflussfaktoren kann es sich sowohl um gesetzlich vorgegebene Grenzwerte als auch um betriebsspezifische Parameter, wie etwa die Berücksichtigung von speziellen Belastungsprofilen einer Fahrstrecke, handeln.
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Die vorgenannte Aufgabe wird mit einem Verfahren gemäß Anspruch 1 sowie einer Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 10 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche und werden in der Beschreibung unter Bezugnahme auf die Figuren näher erläutert.
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Erfindungsgemäß ist ein Verfahren zur Regelung eines Kraftfahrzeugantriebs, bei dem wenigstens ein Soll- und/oder Istwert eines Fahrzeugsbetriebszustands erfasst und der Kraftfahrzeugantrieb mittels einer Steuereinheit unter Zugrundelegung des Soll- und/oder Istwerts sowie wenigstens einer unter Berücksichtigung zumindest eines betriebsspezifischen Optimierungskriteriums ermittelten Antriebskennlinie des Kraftfahrzeugantriebs betrieben wird, derart weitergebildet worden, dass das zumindest eine bei der Ermittlung der Antriebskennlinie berücksichtigte betriebsspezifische Optimierungskriterium während des Fahrzeugbetriebs ermittelt und nicht wie bislang üblich bereits in einer Steuereinheit hinterlegt wird und somit fest vorgegeben ist. Die Ermittlung des betriebsspezifischen Optimierungskriteriums erfolgt hierbei durch Auswahl aus wenigstens zwei in der Steuereinheit hinterlegten Optimierungskriterien, durch Berücksichtigung wenigstens zweier in der Steuereinheit hinterlegter Optimierungskriterien und/oder unter Zugrundelegung des wenigstens einen Soll- und/oder Istwerts des Fahrzeugbetriebszustands. Unter der Berücksichtigung wenigstens zweier Optimierungskriterien wird hierbei im Gegensatz zur Auswahl eines Optimierungskriteriums verstanden, dass das betriebsspezifische Optimierungskriterium unter Zugrundelegung wenigstens zweier Optimierungskriterien, bspw. mittels entsprechender Berechnungsschritte, bestimmt wird. Ein besonderer Vorteil der zuvor beschriebenen Verfahrens besteht darin, dass die der Kraftfahrzeugregelung zugrunde liegenden Logik sowohl in ein getriebeintemes, bspw. in ein Getriebesteuergerät, als auch in ein getriebeexternes Steuergerät, etwa in den Fahrzeugführungsrechner integrierbar ist. Hierbei kann das erfindungsgemäße Verfahren auf vorteilhafte Weise in Verbindung mit automatisierten Schaltgetrieben oder auch mit Automatikgetrieben eingesetzt werden.
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Mit dem erfindungsgemäß ausgeführten Verfahren ist es somit möglich, den Betrieb eines Fahrzeugsantriebs im Hinblick auf unterschiedliche Optimierungskriterien zu optimieren. Anhand der Auswahl eines betriebsspezifischen Optimierungskriteriums auf der Grundlage bestimmter Fahrzeugzustände, bestimmter Fahrsituationen oder bestimmter Fahrzeugeigenschaften wird eine sehr variable Nutzung der in einer Steuereinheit eines Kraftfahrzeugs, insbesondere dem zentralen Fahrzeugführungsrechner oder einer Motorsteuereinheit hinterlegten Antriebskennlinien ermöglicht. Durch das erfindungsgemäße Verfahren, bei dem das zur Ermittlung der Antriebskennlinie verwendete betriebsspezifische Optimierungskriterium bedarfsangepasst festgelegt wird, kann die Auswahl einer Antriebskennlinie zum Beispiel in Abhängigkeit der folgenden Optimierungskriterien oder einer Kombination dieser Optimierungskriterien festgelegt werden:
- - Kraftstoff- bzw. Energieverbrauch,
- - Abgasemission
- - Zusammenstellung des Antriebsstrangs,
- - Betriebsparameter eines Abgasnachbehandlungssystems,
- - Schallemission des Antriebsstrangs,
- - Thermomanagement des Antriebsstrangs,
- - Verschleiß bestimmter Fahrzeugkomponenten,
- - dynamisches Verhalten der Antriebseinheit (z. B. Motorhochlauf),
- - Fahrverhalten und/oder
- - Beladungszustand eines Fahrzeugs.
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Weiterhin ist auch eine Berücksichtigung der Fahrbahneigenschaften bzw. des Geländes, in dem ein Fahrzeug betrieben wird, als Optimierungskriterium denkbar.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es somit auf vorteilhafte Weise möglich, mit Hilfe eines oder mehrere der zuvor genannten Optimierungskriterien für den jeweils aktuellen Fahrzeugbetriebszustand eine geeignete Antriebskennlinie bzw. Antriebskennfeld sowie letztendlich den dazugehörigen Sollbetriebspunkt festzulegen und einen Fahrzeugantrieb in dem ermittelten Betriebspunkt zu betreiben.
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In einer speziellen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird wenigstens eine Antriebskennlinie in einer Steuereinheit des Kraftfahrzeugantriebs hinterlegt. Vorzugsweise handelt es sich bei einer derartigen Steuereinheit um eine elektronische Motorsteuerung oder einen Fahrzeugführungsrechner, in den eine entsprechende Motorsteuereinheit integriert ist. Auf vorteilhafte Weise wird das der Erfindung zugrunde liegende Verfahren in Verbindung mit Brennkraftmaschinen, insbesondere Verbrennungsmotoren, die mit einem Übersetzungsgetriebe gekoppelt sind, ausgeführt. Selbstverständlich ist es aber auch denkbar, das beschriebene Verfahren bei elektrischen oder elektrochemischen Antriebseinheiten, wie etwa Brennstoffzellenantrieben oder bei Hybridantrieben, bspw. Diesel-elektrischen Antrieben, oder sogar in Verbindung mit für den Antrieb von Fahrzeugen verwendeten Turbinen einzusetzen.
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Alternativ oder in Ergänzung zur Hinterlegung einer Antriebskennlinie in einer Steuereinheit sieht eine weitere technische Gestaltung vor, dass wenigstens eine Antriebskennlinie unter Zugrundelegung der erfassten Soll- und/oder Istwerte bestimmt wird. In diesem Fall wird mit Hilfe der an einem Fahrzeug vorgesehenen Sensorik wenigstens ein Betriebszustand des Fahrzeugs erfasst, und anhand des erfassten Betriebszustandes eine Antriebskennlinie in der Steuereinheit zum Betrieb des Fahrzeugs bestimmt. Mit Hilfe der vorerwähnten Sensorik ist es einerseits möglich Betriebsparameter der Antriebseinheit zu bestimmen und andererseits dynamische Fahrzustände des Fahrzeugs, wie bspw. Geschwindigkeit, Beschleunigung sowie Sollwertvorgaben des Fahrers zu detektieren und in die Bestimmung der Antriebskennlinie einfließen zu lassen. Nur der guten Ordnung halber wird darauf hingewiesen, dass auch bei dieser Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens bei der Ermittlung der Antriebskennlinie nicht nur die mittels Sensorik erfassten Soll- und/oder Istwerte eines Fahrzeugbetriebszustandes berücksichtigt werden, sondern auch wenigstens ein betriebsspezifisches Optimierungskriterium, dass durch eine Auswahl, manuelle Eingabe oder durch eine automatische Bestimmung in der Steuereinheit gebildet wird.
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Eine weitere Fortbildung der Erfindung sieht vor, dass wenigstens eine Antriebskennlinie unter Zugrundelegung fahrzeug- und/oder antriebsspezifischer Kenngrößen bestimmt wird. So ist es etwa denkbar in der Steuereinheit, also bspw. der Motorsteuerung oder dem zentralen Fahrzeugführungsrechner, fahrzeugspezifische Kenngrößen zu hinterlegen, die bspw. den Fahrzeugtyp bzw. die spezielle Fahrzeugkonfiguration berücksichtigen. Weiterhin sind auch antriebsspezifische Kenngrößen, die sich etwa aus der Wahl der Antriebseinheit sowie der Zusammensetzung einer Antriebsmaschine mit einem Getriebe ergeben durch das Vorsehen entsprechender Kenngrößen in der Steuereinheit zu berücksichtigen. Vorzugsweise erfolgt eine Berücksichtigung von fahrzeug- und/oder antriebsspezifischen Kenngrößen, indem die Antriebskennlinie aus wenigstens einer Kennlinie einer Brennkraftmaschine und/oder eines Übersetzungsgetriebes gebildet wird. Diese vorteilhafte Weiterbildung des erfinderischen Gedankens berücksichtigt, dass das beschriebene Verfahren vor allem in Zusammenhang mit Brennkraftmaschinen, insbesondere Verbrennungsmotoren, die mit einem Übersetzungsgetriebe gekoppelt sind, einsetzbar ist.
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In einer weiteren speziellen Ausführungsform wird bei der Ermittlung der Antriebskennlinie eine einen minimalen Kraftstoffverbrauch repräsentierende Kennlinie als Optimierungskriterium verwendet, wobei diese Kennlinie unter Zugrundelegung eines in der Steuereinheit hinterlegten Einspritzmengenkennfeldes bestimmt wird. Das Einspritzmengenfeld wird in diesem Fall vor Inbetriebnahme eines Kraftfahrzeugantriebs in der zentralen Motorsteuereinheit hinterlegt und wird zur Berücksichtigung eines minimalen Kraftstoffverbrauchs als Optimierungskriterium für die Auswahl einer Antriebskennlinie verwendet. Hierbei wird zunächst auf vorteilhafte Weise über eine am Fahrzeug vorgesehene Sensorik der Fahrbetriebszustand des Fahrzeugs ermittelt, und in der Steuereinheit, in der der Kraftstoffverbrauch als betriebsspezifisches Optimierungskriterium des Fahrzeugs festgelegt ist, unter Zugrundelegung des Einspritzmengenfeldes eine optimierte Antriebskennlinie festgelegt, nach der die Betriebsweise des Kraftfahrzeugsantriebs geregelt wird.
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Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dass zur Ermittlung der Antriebskennlinie wenigstens zwei betriebsspezifische Optimierungskriterien verwendet werden, deren Bedeutung für die Ermittlung der Antriebskennlinie gewichtet wird. In diesem Fall wird entweder manuell oder automatisch festgelegt, welches Optimierungskriterium für den weiteren Betrieb eines Kraftfahrzeugs eine bestimmte Bedeutung hat. Die Bedeutung eines Optimierungskriteriums für den Antrieb eines Fahrzeugs wird letztendlich über einen entsprechenden Faktor, bzw. einer Kennzahl etwa in Prozent, quantifiziert. Auf diese Weise ist es möglich, eine gewichtete Überlagerung verschiedener Optimierungskriterien durchzuführen und so die Antriebseinheit eines Fahrzeugs auf der Grundlage einer Prioritätenliste für die Optimierungskriterien durchzuführen.
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Eine besondere Weiterbildung des Verfahrens sieht vor, dass das betriebsspezifische Optimierungskriterium anhand wenigstens einer in der Steuereinheit vorliegenden Leistungsanforderung an den Kraftfahrzeugantrieb bestimmt wird. Hierbei wird das Optimierungskriterium auf der Grundlage einer Sollwertvorlage, die bspw. durch einen Fahrerwunsch bedingt ist, durchgeführt. Vorteilhafterweise erfolgt bei dieser Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens die Bestimmung des betriebsspezifischen Optimierungskriteriums auf der Grundlage der Leistungsanforderungen an den Antriebsstrang. So ist es denkbar, in Abhängigkeit der Betriebsweise eines Fahrzeugs und damit auch des Antriebsstrangs unterschiedliche Lastprofile, wie beispielsweise Autobahn- oder Geländefahrt, zu unterscheiden und je nach Auftreten eines dieser Belastungszustände ein Optimierungskriterium festzulegen, unter dessen Berücksichtigung letztendlich die Antriebskennlinie, die der Betriebsweise der Antriebseinheit zugrunde gelegt wird, bestimmt wird.
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Weiterhin ist es ebenfalls denkbar, dass das erfindungsgemäße Verfahren mit einem Fahrerassistenzsystem zur automatischen Spurhaltung bzw. Abstands- und/oder Geschwindigkeitsregelung kombiniert wird. Hierbei wird bei der Ermittlung der Antriebskennlinie zumindest ein im Fahrerassistenzsystem hinterlegter Parameter berücksichtigt, so dass sowohl Beschleunigungsvorgänge als auch Bremsvorgänge in einem für den Betrieb eines Fahrzeugs wenigstens näherungsweise optimalen Bereich realisiert werden können. Darüber hinaus wird in einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung die Ermittlung der Antriebskennlinie derart mit dem Einsatz eines Navigationssystems kombiniert, dass auch die Topographie der Fahrstrecke (Kurven, Steigung, Gefälle) oder andere Eigenschaften, wie zukünftig anzutreffende Ampelanlagen oder Ausfahrten, zur Bestimmung einer optimierten Antriebskennlinie herangezogen werden.
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In einer weiteren Ausgestaltung des beschriebenen Verfahrens ist im Bereich eines Fahrerarbeitsplatzes ein Eingabeelement vorgesehen, durch dessen Betätigung der Fahrer wenigstens ein Optimierungskriterium vorgeben kann, das der Bestimmung einer Antriebskennlinie zugrunde gelegt werden soll. In diesem Zusammenhang ist es etwa denkbar, dass der Fahrer mit Hilfe des zuvor erwähnten Eingabeelements einen bestimmten Betriebszustand auswählt. Hierbei kann der Fahrer bspw. vor Beginn einer Geländefahrt mit einem Schalter den entsprechenden Betriebsmodus „Gelände“ auswählen, so dass in der zentralen Motorsteuerung unter Berücksichtigung dieses Betriebsmodus' eine spezifische Antriebskennlinie, die die Anforderungen bei Geländefahrt berücksichtigt, ausgewählt, und die Antriebseinheit diese Antriebskennlinie berücksichtigend betrieben wird.
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Alternativ oder in Ergänzung zu dem zuvor genannten Eingabeelement ist es ebenfalls denkbar, mit Hilfe einer externen Datenübermittlungseinheit ein bei der Ermittlung der Antriebskennlinie zu berücksichtigendes Optimierungskriterium festzulegen. Unter Einsatz einer mobilen Datenverarbeitungseinheit, bspw. eines Laptops, oder über ein entsprechend eingerichtetes Fuhrparkmanagementsystem wird in diesem Fall ein betriebsspezifisches Optimierungskriterium, dass der Ermittlung der Antriebskennlinie zugrunde gelegt werden soll, in der Steuereinheit zu hinterlegt bzw. ausgewählt. Auf diese Weise ist es denkbar, dass etwa ein Spediteur über das in der Zentrale installierte Fuhrparkmanagementsystem auch auf die Steuerung der Antriebseinheiten der von ihm betriebenen Fahrzeuge, insbesondere im Hinblick auf eine Verbrauchsoptimierung, einwirken kann.
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Außer durch ein Verfahren wird die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe auch durch eine speziell weitergebildete Vorrichtung zur Regelung eines Kraftfahrzeugantriebs gelöst. Hierbei ist eine Vorrichtung zur Regelung eines Kraftfahrzeugantriebs, die über wenigstens eine Sensoreinheit zur Erfassung eines Soll- und/oder Istwerts eines Fahrzeugsbetriebszustands sowie über eine Steuereinheit, in der unter Zugrundelegung des Soll- und/oder Istwerts sowie wenigstens einer Berücksichtigung zumindest eines betriebsspezifischen Optimierungskriteriums ermittelten Antriebskennlinie des Kraftfahrzeugsantriebs, ein Steuersignal generierbar ist, das an den Kraftfahrzeugantrieb übertragbar ist, so dass der Kraftfahrzeugantrieb auf der Grundlage des Steuersignals steuerbar ist, verfügt, derart weitergebildet worden, dass die Steuereinheit derart ausgeführt ist, dass das zumindest eine bei der Ermittlung der Antriebskennlinie berücksichtigte betriebsspezifische Optimierungskriterium durch Auswahl aus wenigstens zwei hinterlegten Optimierungskriterien, durch Berücksichtigung wenigstens zweier in der Steuereinheit hinterlegter Optimierungskriterien oder anhand des wenigstens einen Soll- und/oder Istwerts des Fahrzeugbetriebszustands ermittelbar ist. Die erfindungsgemäß ausgeführte Vorrichtung stellt somit sicher, dass auf vorteilhafte Weise eine Antriebseinheit eines Fahrzeugs unter Zugrundelegung unterschiedlicher, bedarfsangepasst bestimmbarer Antriebskennlinien betreibbar ist. Hierbei erfolgt die Auswahl der jeweiligen Betriebskennlinie anhand eines manuell vorgebbaren oder automatisch generierbaren Optimierungskriteriums.
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Wie bereits ausgeführt worden ist, handelt es sich bei einem derartigen betriebsspezifischen Optimierungskriterium, das einer Festlegung der Antriebskennlinie in einer Steuereinheit zugrunde gelegt wird, um ein Kriterium, mittels dem der Betrieb eines Fahrzeugs hinsichtlich spezieller Randbedingungen, wie etwa Lärm- oder Abgasemission, optimierbar ist.
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In einer speziellen Ausführungsform der Erfindung wird die Vorrichtung zur Regelung eines Kraftfahrzeugantriebs in Verbindung mit einer Antriebsmaschine, die mit einem Getriebe in Wirkverbindung steht, ausgeführt. Hierbei ist es insbesondere denkbar, dass das Getriebe als Automatikgetriebe oder auch als stufenloses Getriebe ausgeführt ist. Die Verbindung des erfindungsgemäßen Verfahrens bzw. der entsprechenden Vorrichtung mit einer Antriebseinheit, die über eine mit einem Getriebe gekoppelte Antriebsmaschine verfügt, bietet den Vorteil, dass die Antriebseinheit unter Zugrundelegung einer optimierten Kennlinie betreibbar ist. Hierbei ist es unerheblich, ob zur Erreichung einer optimalen Betriebsweise der Antriebseinheit die Antriebsmaschine, die Getriebeübersetzung oder sowohl die Betriebsweise der Antriebsmaschine als auch die Übersetzung des Getriebes über eine Steuersignal entsprechend verändert wird bzw. werden.
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Im Folgenden werden das erfindungsgemäße Verfahren sowie die entsprechende Vorrichtung ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens unter Bezugnahme auf die Figuren näher erläutert. Es zeigen:
- 1 Ablaufschema eines Verfahrens zum Auffinden einer geeigneten Antriebskennlinie;
- 2 Ablaufschema eines Verfahrens zum Auffinden eines geeigneten Soll-Betriebspunktes;
- 3 Darstellung Antriebskennlinien und Antriebskennfeldern.
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1 zeigt ein Ablaufschema eines erfindungsgemäß ausgeführten Verfahrens zur Regelung eines Kraftfahrzeugantriebs. Aus dem dargestellten Ablaufschema geht hervor, wie die Online-Parametrierung bzw. das Auffinden einer geeigneten Antriebskennlinie sowie des Soll-Betriebspunktes erreicht wird.
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Zunächst werden mittels der im sowie am Fahrzeug vorgesehenen Sensoren unter Zugrundelegung von Fahrzeugbetriebszuständen 1, Umgebungsbedingungen 2 und/oder den Fahrerwünschen 3 Messsignale generiert und an eine Steuereinheit 4, die in eine Motorsteuerung oder in den Fahrzeugführungsrechner integriert ist, weitergeleitet. In diesem Zusammenhang werden die Fahrzeugbetriebszustände 1, insbesondere Drehzahlen, Drehmomente, Drücke, Temperaturen, und die Umgebungsbedingungen 2, insbesondere Außentemperatur, Fahrbahnsteigung, Lenkwinkel, als Istwerte und die Fahrerwünsche 3, die in der Regel aufgrund von Fahrpedalstellungen oder der Stellung von Schaltelementen vorliegen, als Sollwerte berücksichtigt. In der Steuereinheit 4 anhand der Fahrzeugbetriebszustände 1, der Umgebungsbedingungen 2 sowie der Fahrerwünsche 3 ein dem jeweiligen Betriebszustand des Fahrzeuges zuzuordnendes betriebsspezifisches Optimierungskriterium 5 ermittelt, aus dem in einem Verfahrensschritt 6 die den Betrieb des Kraftfahrzeugs zugrunde zu legende Antriebskennlinie 7 ausgewählt wird.
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Bei dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel erfolgt die Ermittlung des betriebsspezifischen Optimierungskriteriums 5, das schließlich der Auswahl einer Antriebskennlinie 7 zugrunde gelegt wird, unter Zugrundelegung einer Gewichtung, wobei die einzelnen den Fahrbetrieb des Kraftfahrzeugs beeinflussenden Größen, also Ist- 1, 2 sowie Sollwerte 3 bei der Ermittlung des betriebspezifischen Optimierungskriteriums 5 über das Vorsehen entsprechender Faktoren gewichtet werden. Um eine Gewichtung der Optimierungskriterien erreichen zu können ist, ist im Bereich des Fahrerarbeitsplatzes eine Eingabeeinheit 8 vorgesehen, mit der der Fahrer menügeführt eine Auswahl und Gewichtung der einzelnen zur Verfügung stehenden Optimierungskriterien vornimmt. Hierbei wird eine Auswahl aus unterschiedlichen Optimierungskriterien, zu denen bspw. der Kraftstoffverbrauch, die Lärmemission, die gewünschte Fahrweise, der Beladungszustand, die Topographie der zukünftigen Fahrstrecke oder auch die Minimierung der Schaltvorgänge gehören, vorgegeben.
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Sobald in der Steuereinheit die Auswahl einer der Steuerung des Kraftfahrzeugantriebs zugrunde zu legenden Antriebskennlinie 7 bzw. Kennfeldes erfolgt ist, wird anhand der ermittelten Antriebskennlinie der Sollbetriebspunkt 9, also die Führungsgröße 10 festgelegt und diese Führungsgröße 10 mit der Regelgröße 12, nämlich dem aktuellen Ist-Betriebspunkt 11 der Antriebseinheit des Kraftfahrzeuges, verglichen. Wird bei dem vorgenannten Vergleich des Soll-Betriebspunktes 9 mit dem Ist-Betriebspunkt 11 eine Differenz festgestellt, erfolgt in der Steuereinheit 4 die Generierung einer Stellgröße 13, die in Form eines Stellsignals an die entsprechenden Stellglieder des Kraftfahrzeugs übermittelt wird. Auf diese Weise wird der Ist-Betriebspunkt 11 zumindest näherungsweise an den Soll-Betriebspunkt 9 angeglichen.
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Bezüglich des vorbeschriebenen Verfahrens versteht es sich von selbst, dass die einzelnen Verfahrensschritte nicht statisch sind, sondern sich der Vorgang der Ermittlung einer Stellgröße ständig in iterativen Schritten wiederholt, um zu jeder Zeit einen optimalen Betriebspunkt des Fahrzeuges zu gewährleisten.
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Nur der guten Ordnung halber wird darauf hingewiesen, dass es durchaus vorkommen kann, dass die einzelnen in der Steuereinheit 4 ermittelten Soll-Betriebspunkte 9 nicht auf einer gemeinsamen Antriebskennlinie bzw. einem gemeinsamen Antriebskennfeld liegen, sondern im Laufe eines Fahrzyklusses Soll-Betriebspunkte 9 ermittelt werden, die jeweils unterschiedlichen Kennlinien zuzurechnen sind. Dies ist unter anderem auch darauf zurückzuführen, dass eine für den Momentanzeitpunkt ermittelte optimale Antriebskennlinie aus unterschiedlichen in der Steuereinheit bereits fest hinterlegten Antriebskennlinien ermittelt wird.
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Weiterhin zeigt die 2 einen Verfahrensablauf, bei dem die Auswahl unterschiedlicher Fahrgänge, die mittels eines Übersetzungsgetriebes eingestellt werden, optimiert wird. Hierbei erfolgt die Auswahl der einzelnen Gänge, also des jeweiligen Übersetzungsverhältnisses zwischen Motor- und Getriebeabtriebswelle, in Abhängigkeit einer Annäherung des Ist-Betriebspunktes 11 an den Soll-Betriebspunkt 9. Über in und am Fahrzeug vorgesehene Sensoren werden Messsignale, die Drehzahlabstände, Drehzahlhysteresen, Drehzahlbeschleunigung und/oder Schaltvorgänge repräsentieren an eine Steuereinheit 4, die wiederum in eine Motorsteuereinheit oder einen zentralen Fahrzeugführungsrechner integriert ist, weitergeleitet. In der Steuereinheit 4 werden zunächst aus den erfassten Ist- und/oder Sollwerten 1, 2, 3 entsprechende quasi „fiktive“ Werte berechnet, die sich nach der Durchführung eines Schaltvorgangs des Übersetzungsgetriebes ergäben. Nach Ermittlung dieser fiktiven Werte erfolgt ein Vergleich zwischen dem ermittelten fiktiven Betriebspunkt und einem ebenfalls in der Steuereinheit, bspw. nach Verfahrensablauf der 1, ermittelten Sollbetriebspunkt.
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Sofern bei diesem Vergleich eine Differenz detektiert wird, wird erneut eine entsprechende Stellgröße erzeugt, über die der jeweilige Ist-Betriebspunkt an einen ermittelten Soll-Betriebspunkt zumindest näherungsweise angeglichen wird. Auch der in 2 gezeigte Ablauf von Verfahrensschritten zur Optimierung einer Gangauswahl bei Verwendung einer Antriebseinheit mit einem Übersetzungsgetriebe wird in Form einer Iteration, also einer ständigen Wiederholung der einzelnen Verfahrensschritte durchgeführt, so dass stets ein Ist-Betriebspunkt bezüglich der Antriebseinheit eingestellt wird, der einen optimalen Betrieb unter Zugrundelegung vorgebbarer Optimierungskriterien zumindest näherungsweise gewährleistet.
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Die 3a und 3b zeigen jeweils Antriebskennlinien sowie die 3c ein Antriebskennfeld, also eine Summe von Kennlinien, wie sie in einer Steuereinheit zu einem Momentanzeitpunkt während des Betriebs einer Antriebseinheit mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens ermittelt werden. Derartige Kennlinien bzw. Kennfelder werden während des Betriebs der Antriebseinheit ständig ermittelt oder verändert, um einen hinsichtlich vorgebbarer Optimierungskriterien optimierten Betrieb der Antriebseinheit und damit des Kraftfahrzeugs zu ermöglichen. Wie ausführlich dargelegt worden ist, erfolgt die Ermittlung der Antriebskennlinien unter Zugrundelegung wenigstens eines betriebsspezifischen Optimierungskriteriums, so dass der Steuerung einer Fahrzeugantriebseinheit stets optimierte Antriebskennlinien bzw. Soll-Betriebspunkte vorgegeben werden. Die Verläufe der Antriebskennlinien werden somit anhand der zu optimierenden Kriterien festgelegt. So ist es etwa denkbar, eine verbrauchsoptimierte Antriebskennlinie durch die Motorbetriebspunkte festzulegen, die bei gegebener Leistung der geringsten spezifischen Verbrauch aufweisen.
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Genauso stellt es bei Einsatz eines Abgasnachbehandlungssystems eine sinnvolle technische Lösung dar, die Wirksamkeit der Abgasnachbehandlung hinsichtlich der Umsetzung der Schadstoffe durch eine geeignete Wahl entsprechender Motorbetriebspunkte zu unterstützen. In diesem Fall stellt die Erreichung einer Zielumwandlungsrate bestimmter Edukte während der Abgasnachbehandlung ein betriebsspezifisches Optimierungskriterium dar.
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Nur der guten Ordnung halber wird darauf hingewiesen, dass das erfindungsgemäße Verfahren nicht nur im Zusammenhang mit Verbrennungsmotoren sinnvoll einsetzbar ist, sondern auch bei Verwendung von Elektromotoren oder sogar elektrochemischen Antrieben Verwendung finden kann. In diesem Zusammenhang ist es denkbar, bei Verwendung von Elektromotoren oder Brennstoffzellen die entsprechenden Regelkennlinien von Batterie- bzw. Brennstoffzelle sowie das Wirkungsgradverhalten der Elektromotoren als Antriebskennlinien zu verwenden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Fahrzeugbetriebszustand
- 2
- Umgebungsbedingung
- 3
- Fahrerwunsch
- 4
- Steuereinheit
- 5
- betriebsspezifisches Optimierungskriterium
- 6
- Verfahrensschritt
- 7
- Antriebskennlinie
- 8
- Eingabeeinheit
- 9
- Soll-Betriebspunkt
- 10
- Führungsgröße
- 11
- Ist-Betriebspunkt
- 12
- Regelgröße
- 13
- Stellgröße
