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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Fahrzeugs gemäß dem Oberbegriff
des Patentanspruchs 1 näher
definierten Art.
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Antriebseinrichtungen
von Fahrzeugen, welche mit Verbrennungskraftmaschinen bzw. Brennkraftmaschinen
ausgebildet sind, werden zunehmend hinsichtlich ihres Kraftstoffverbrauchs,
eines Fahrkomforts sowie einer Leistungsbereitstellung optimiert.
Insbesondere zur Reduzierung des Kraftstoffverbrauches von Brennkraftmaschinen
werden diesen elektrische Maschinen zugeordnet, die mit den Brennkraftmaschinen
so genannte Hybridantriebe ausbilden, wobei die Wirkungsgrade zweiter
unterschiedlicher Antriebssysteme in der Weise miteinander kombiniert
werden, dass mittels eines derartigen Gesamtsystems eine höhere Effizienz
erreicht wird. Dabei weisen Fahrzeuge mit Hybridantrieben im Vergleich
zu Fahrzeugen, welche nur mit Brennkraftmaschinen ausgeführt sind,
eine höhere
Fahrzeugmasse auf und sind durch höhere Herstellkosten gekennzeichnet.
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Darüber hinaus
sind eine Vielzahl weiterer Systeme sowie funktionelle Ansätze bekannt,
um einen Kraftstoffverbrauch eines Fahrzeuges zu reduzieren. Hierfür werden
beispielsweise Fahrstrategien, wie eine Motor-Start-Stopp-Automatik, vorgeschlagen,
die im aktivierten Zustand eine Brennkraftmaschine in geeigneten
Betriebszuständen
eines Fahrzeuges automatisch abschalten und zuschalten, um einen
Kraftstoffverbrauch der Brennkraftmaschine zu senken. Des Weiteren
werden bei Mehrzylindermotoren einzelne Zylinder während geeigneter Betriebszustandsverläufe zum
Zwecke der Energieeinsparung abgeschaltet.
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Zusätzlich zu
den vorbeschriebenen Vorgehensweisen wird versucht durch Leichtbaukonstruktionen
ein Fahrzeuggewicht zu reduzieren oder Fahr zeugwiderstände, wie
beispielsweise einen Luftwiderstand eines Fahrzeuges, durch entsprechende Maßnahmen
herabzusetzen, um einen Kraftstoffverbrauch zu senken.
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Die
vorbeschriebenen Maßnahmen
sind nachteilhafterweise oftmals nur unter Einsatz hoher Entwicklungskosten
und unter Inkaufnahme verschiedener Nachteile umsetzbar, was jedoch
unerwünscht
ist.
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Der
vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren
zum Betreiben eines Fahrzeuges zur Verfügung zu stellen, mittels welchem
der Energieverbrauch eines Fahrzeuges auf einfache und kostengünstige Art
und Weise ohne zusätzliche
Nachteile realisierbar ist.
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Erfindungsgemäß wird diese
Aufgabe mit einem Verfahren zum Betreiben eines Fahrzeugs gemäß den Merkmalen
des Patentanspruchs 1 gelöst.
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Bei
dem erfindungsgemäßen Verfahren
zum Betreiben eines Fahrzeuges, das von wenigstens einer Antriebseinrichtung
antreibbar ist, wird das Fahrzeug in Abhängigkeit einer aktuellen Position
des Fahrzeuges und in Abhängigkeit
von Umgebungsinformationen des Fahrzeuges derart betätigt, dass eine
aktuell an einem Fahrzeug angreifende und zu der von der Antriebseinrichtung
erzeugbaren Antriebskraft zusätzliche
Antriebsenergie des Fahrzeuges unter Berücksichtigung eines zu erwartenden Betriebszustandsverlaufes
des Fahrzeugs für
den Betrieb des Fahrzeugs verwendet wird.
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Der
erfindungsgemäße Ansatz,
mit dem Antriebsenergie für
die Antriebseinrichtung eingespart wird, stützt sich auf die Überlegung,
die Antriebseinrichtung in Abhängigkeit
der aktuell zusätzlich
zur Verfügung
stehenden oder einer zukünftig
zur Verfügung
stehenden Antriebsenergie des Fahrzeuges zum Zwecke der Energieeinsparung
vorzugsweise vom Antriebsstrang zu trennen und/oder abzuschalten.
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Dabei
steigt die Anzahl sinnvoller Trennvorgänge oder Abschaltvorgänge der
Antriebseinrichtung mit dem Umfang der hierfür zur Verfügung stehenden Informationen,
die im Fahrzeug selbst zur Verfügung
stehen oder von außen
dem Fahrzeug zuführbar
sind.
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Besitzt
beispielsweise ein Navigationsgerät eine sehr feine Auflösung, so
dass beispielsweise Kreisverkehre, Ampeln, Ortsschilder oder dergleichen
erkannt werden, oder werden derartige Informationen von einer außerhalb
des Fahrzeugs angeordneten Sendeeinrichtung einer Empfängereinrichtung
eines Fahrzeuges zugeführt,
so kann das Trennen und/oder das Abschalten der Antriebseinrichtung in
einem für
eine Energieeinsparung erforderlichen Abstand zu diesen vorgenommen
werden, insofern sich aus einer energetischen Betrachtung heraus
errechnen lässt,
dass eine Trennung und/oder eine Abschaltung der Antriebseinrichtung
unter Erfüllung weiterer
Kriterien, wie eine Fahrstabilität
und/oder eine Fahrsicherheit und/oder ein Komfortanspruch eines
Fahrers des Fahrzeuges oder dergleichen, sinnvoll ist.
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Somit
ist es auch möglich,
bei der Eingabe des Zielortes in das Navigationsgerät die ökologischste
Strecke zu berücksichtigen,
insofern dies dem Fahrerwunsch entspricht.
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Bei
einer vorteilhaften Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die zusätzliche
Antriebsenergie des Fahrzeuges aus einer am Fahrzeug aktuell oder
zukünftig
angreifenden Hangabriebskraft und/oder aus der kinetischen Energie
des Fahrzeuges bestimmt. In Verbindung mit den zur Verfügung stehenden
Umgebungsinformationen des Fahrzeuges ist die zur Verfügung stehende
Hangabtriebskraft sowie die kinetische Energie des Fahrzeuges in
Abhängigkeit
eines zukünftigen
bzw. eines zu erwartenden Betriebszustandsverlaufes bzw. einer zukünftig zu
befahrenden Wegstrecke des Fahrzeuges für den Betrieb des Fahrzeuges
nutzbar, wobei die Hangabtriebskraft und/oder die kinetische Energie
des Fahrzeugs für
den Antrieb des Fahrzeuges selbst und/oder auch zur Betätigung weiterer
Fahrzeugkomponenten, wie eine Klimaanlage, ein elektrisches Bordnetz
oder dergleichen, durch entsprechende Umwandlung der zusätzlichen
Antriebsenergie betrieben werden können.
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Eine
als elektrische Maschine ausgebildete und mit einem Antriebsstrang
des Fahrzeuges in Wirkverbindung bringbare Einrichtung wird bei
weiteren vorteilhaften Varianten des erfindungsgemäßen Verfahrens
betriebszustandsabhängig
motorisch oder generatorisch betrieben, um die zusätzlich zur Verfügung stehende
Antriebsenergie des Fahrzeuges in gewünschtem Umfang umzusetzen und
für die Antriebseinrichtung
vorgesehene Antriebsenergie, wie Benzin- oder Dieselkraftstoff für eine Brennkraftmaschine,
einsparen zu können.
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Bei
einer weiteren vorteilhaften Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens
wird eine Betriebsweise der Antriebseinrichtung in Abhängigkeit
des erwarteten Betriebszustandsverlaufes des Fahrzeugs derart variiert,
dass eine Energiebilanz unter Berücksichtigung von Fahrstabilitäts- und/oder
Komfortkriterien positiv ist.
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Die
Antriebseinrichtung wird bei einer weiteren vorteilhaften Variante
des Verfahrens nach der Erfindung vom Antriebsstrang getrennt und/oder
abgeschaltet, wenn die aktuelle oder die zu erwartende zusätzliche
Antriebskraft einen ersten vordefinierten Wert überschreitet und wenn vordefinierte
Sicherheitskriterien erfüllt
sind, wobei der erste vordefinierte Wert vorzugsweise von der aktuellen
Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeuges und/oder von dem aktuellen oder
dem zu erwartenden zeitlichen Verlauf der zusätzlichen Antriebsenergie abhängig ist.
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Die
Antriebseinrichtung wird bei einer weiteren Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens wieder
gestartet und/oder an den Antriebsstrang angebunden, wenn eine aktuelle
oder eine zu erwartende Fahrzeuggeschwindigkeit die zum Zeitpunkt
des Trennens und/oder Abschaltens der Antriebseinrichtung vorliegende
Fahrzeuggeschwindigkeit um einen vordefinierten Schwellwert unterschreitet
und/oder wenn eine aktuelle Fahrzeugverzögerung einen vordefinierten
Wert überschreitet
oder wenn zumindest eine der vordefinierten Sicherheitskriterien
nicht mehr erfüllt
ist.
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Dabei
ist der vordefinierte Schwellwert vorzugsweise von der zum Trenn- und/oder Abschaltzeitpunkt
der Antriebseinrichtung vorliegenden Fahrgeschwindigkeit abhängig. Auf
einfache und kostengünstige
Art und Weise wird die zusätzliche
Antriebsenergie bei einer Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens
anhand von Navigationsdaten ermittelt, wobei die Navigationsdaten
dem Fahrzeug über
ein Sender-Empfänger-System übermittelt
werden und/oder aus einem Speicher einer im Fahrzeug vorgesehenen
Betätigungseinrichtung
ausgelesen werden.
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Bei
einer weiteren vorteilhaften Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens
wird zur Bestimmung der zusätzlichen
Antriebsenergie eine aktuelle und/oder zu erwartende Höhenlage
des Fahrzeugs bestimmt, wobei die Höhenlage des Fahrzeugs vorzugsweise
aus einer Kartendarstellung eines Navigationsgerätes ermittelt wird.
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Darüber hinaus
ist die aktuelle Höhenlage des
Fahrzeuges auch über
eine in das Fahrzeug integrierte Höhenmesseinrichtung, wie ein
Barometer, bestimmbar, wobei die messtechnisch ermittelte aktuelle
Höhenlage
vorzugsweise zur Ermittlung einer Abweichung einer aus Navigationsdaten
bestimmten Höhenlage
des Fahrzeuges herangezogen wird.
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Alternativ
hierzu wird die zusätzliche
Antriebsenergie bei einer weiteren Variante des Verfahrens nach
der Erfindung mittels eines aktuellen Neigungswinkels des Fahrzeuges
um eine Fahrzeugquerachse bestimmt, wobei der Neigungswinkel vorzugsweise über einen
Neigungssensor ermittelt wird.
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So
ist beispielsweise ein von dem Fahrzeug zukünftig befahrener Streckenabschnitt,
in welchem die Antriebseinrichtung zur Energieersparnis abschaltbar
ist, durch die Kenntnis der aktuellen Höhe sowie durch die Kenntnis
der zu erwartenden bzw. zukünftigen
Höhe des
Fahrzeuges auf einfache Art und Weise bestimmbar.
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Weitere
Vorteile und vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben
sich aus den Patentansprüchen
und dem unter Bezugnahme auf die Zeichnung prinzipmäßig beschriebenen
Ausführungsbeispiel.
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Es
zeigt:
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1 ein
stark schematisiertes Blockschaltbild eines Ausführungsbeispieles des erfindungsgemäßen Verfahrens;
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2 eine
Darstellung eines ersten Moduls des Verfahrens gemäß 1;
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3 eine
Darstellung eines zweiten Moduls des Verfahrens gemäß 1;
und
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4 eine
Darstellung eines dritten Moduls des Verfahrens gemäß 1;
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In 1 ist
ein stark schematisiertes Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels
des Verfahrens nach der Erfindung gezeigt, welches aus drei Modulen
A, B und C besteht, die in 2 bis 4 näher dargestellt
sind.
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Dabei
wird mittels des Moduls A die Fahrsicherheit und die Fahrstabilität des Fahrzeugs
betrachtet und gewährleistet
und ein Abschalten zumindest eines Antriebsaggregats einer Antriebseinrichtung 2 eines
Fahrzeuges erst mit der Freigabeermittlung von kunden- und/oder
fahrzeugabhängig
definierten Sicherheitswerten vorgenommen.
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Die
Antriebseinrichtung 2 umfasst bei dem betrachteten Ausführungsbeispiel
des erfindungsgemäßen Verfahrens
sowohl eine Brennkraftmaschine 3 als auch eine elektrische
Maschine 4, wobei die Brennkraftmaschine 3 in
an sich bekannter Art und Weise über
ein Schaltelement vom restlichen Antriebsstrang des Fahrzeuges abtrennbar
ist und vorzugsweise betriebszustandsabhängig abgeschaltet und über die
elektrische Maschine 4 zugeschaltet werden kann.
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Die
elektrische Maschine 4 ist sowohl motorisch als auch generatorisch
betreibbar, wobei insbesondere während
des generatorischen Betriebes der elektrischen Maschine 4 ein
Rekuperationsbetrieb zur Erzeugung elektrischer Energie darstellbar
ist.
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Neben
den Teilsystemen Fahrsicherheit und Fahrstabilität umfasst das Modul A ein Abstandmesssystem,
mittels welchem der Abstand zu vorausfahrenden Fahrzeugen automatisiert
regelbar ist, wobei der über
das Abstandsmesssystem einstellende Abstand geschwindigkeitsabhängig oder
unabhängig von
der Fahrzeuggeschwindigkeit regelbar ist. Hierfür ermittelt das Abstandsmesssystem
den Abstand zu vorausfahrenden Fahrzeugen über Radar, Ultraschall, Infrarot
oder Mikrowellen.
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Über das
Fahrsicherheitssystem werden sicherheitsrelevante Systeme auf ihre
Betriebsamkeit während
der Abschaltung der Antriebseinrichtung 2, das heißt der Brennkraftmaschine 3 und/oder
der elektrischen Maschine 4, im abgeschalteten Zustand der
Antriebseinrichtung 2 sowie während des Neu starts der Antriebseinrichtung 2 überprüft. Dabei
wird unter anderem überprüft, ob die
elektrische Maschine 4 einen Kurzschluss aufweist und/oder
ob der Batterieladezustand von der elektrischen Maschine 4 zugeordneten
elektrischen Speichereinrichtungen ausreichend ist.
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Über das
Fahrstabilitätssystem
werden am Fahrzeug wirkende Gear-Momente
sowie in Fahrzeuglängs-
und/oder in Fahrzeugquerrichtung am Fahrzeug wirkende Beschleunigungsmomente überwacht.
Darüber
hinaus wird ein Lenkeinschlag, ein Betriebszustand eines Schnellstartsystems,
ein Betriebszustand einer Bremskraftanlage, ein Betriebszustand
einer Anhängererkennung
sowie die ordnungsgemäße Funktionen
weiterer für
die Fahrstabilität
verantwortlicher Aggregate oder Funktionalitäten überprüft.
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Mittels
des zweiten Moduls B wird eine Positionserkennung des Fahrzeuges
relativ zu seiner Umgebung in räumlicher
und/oder zeitlicher Hinsicht durchgeführt. Das Modul B stellt die
Schlüsselfunktion
für das
Verfahren nach der Erfindung dar, da in Abhängigkeit der Genauigkeit des
Informationsflusses der Umfang des resultierenden Energiesparprogramms
zunimmt.
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Dabei
werden von der Positionserkennung des Moduls B alle von außen oder
intern eigenständig
berechnete Informationen über
den vom Fahrzeug aktuell und zukünftig
befahrenen Streckenverlauf herangezogen, um das Fahrzeug und weitere Fahrzeugkomponenten
des Fahrzeuges möglichst unter
Verwendung der zusätzlich
zur Verfügung
stehenden Antriebsenergie des Fahrzeuges, das heißt beispielsweise
eine zur Verfügung
stehende potentielle Energie des Fahrzeuges und eine aus einer aktuellen
oder zukünftigen
Neigung des Fahrzeuges resultierende Hangabtriebskraft und/oder
eine kinetische Energie des Fahrzeuges, anzutreiben und ein Verbrauch
der für
den Betrieb der Antriebseinrichtung zur Verfügung zu stellenden Antriebsenergie
zu senken.
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Dabei
greift die Positionserkennung des Moduls B auf eine Neigungsmessung
zurück,
mittels der die aktuelle Neigung des Fahrzeuges um seine Querachse
messtechnisch ermittelbar ist. Zusätzlich oder alternativ hierzu
kommuniziert die Positionserkennung mit einem Navigationsgerät des Fahrzeuges, welches
eine dreidimensionale Karte zur Erkennung unterschiedlicher Höhenpotentiale
auf der zukünftig von
dem Fahrzeug befahrenen Route oder dem Streckenabschnitt aufweist.
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In
Abhängigkeit
des jeweils vorliegenden Anwendungsbeispiels umfasst die Positionserkennung zusätzlich hierzu
oder alternativ dazu eine Empfängereinheit,
die mit Sendeeinheiten, wie Verkehrsschildern, Ampeln und dergleichen
kommuniziert, und von diesen extern des Fahrzeuges angeordneten
Einrichtungen Signale über
Länge und
Gefälle
eines zukünftig
von dem Fahrzeug zu befahrenen Streckenabschnitts zu erhalten. Anhand
dieser Informationen wird dann die aktuelle und auch zukünftig zur Verfügung stehende
zusätzliche
Antriebsenergie berechnet, die beispielsweise zur Reduzierung des Kraftstoffverbrauches
verwendet werden kann.
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Mittels
des dritten Moduls C wird eine Fahrerwunscherkennung durchgeführt und
einer Berechnungseinheit 1, die auch mit den Modulen A
und B verbunden ist, zugeführt. Über die
Berechnungseinheit 1 wird die Antriebseinrichtung 2 in
der beschriebenen Art und Weise betätigt, um Antriebsenergie, wie
elektrischen Strom oder Kraftstoff, einzusparen.
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Des
Weiteren wird mittels der Fahrerwunscherkennung eine generelle Unterscheidung
durchgeführt,
ob eine Getriebeeinrichtung als Automatgetriebe oder als Handschaltgetriebe
ausgeführt
ist und ob ein Automatgetriebe von einer elektrischen Getriebesteuereinrichtung
automatisch betätigt
wird. Ist das Fahrzeug mit einem Handschaltgetriebe ausgeführt, wird
das erfindungsgemäße Verfahren
erst durchgeführt,
wenn in der Getriebeeinrichtung ein Neutralbetriebszustand eingelegt
ist. Ist das Fahrzeug mit einem Automatgetriebe ausge führt, das über die
elektrische Getriebesteuereinrichtung automatisch betätigt wird,
ist im Automatikgetriebe die Übersetzungsstufe
selbstständig
auslegbar und das erfindungsgemäße Verfahren
aktivierbar, wobei bei einem Antriebsstrang mit einem Automatikgetriebe auch
die Wählhebelstellung
neutral als Fahrerwunscherkennung für die Aktivierung des Verfahrens dient.
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Des
Weiteren wird über
die Fahrerwunscherkennung verifiziert, ob am Fahrzeug ein Anhänger angehängt ist
oder nicht. Zusätzlich
wird überprüft, ob ein
Tempomat aktiviert ist und wie die Relation der Gaspedalstellung
zur angeforderten Leistung ist sowie welchen Grad die positive oder
negative Beschleunigung des Fahrzeugs aufweist. Zudem wird über die
Fahrerwunscherkennung überprüft, in welchem
Umfang eine Betriebsbremse des Fahrzeuges und/oder ein Gaspedal
des Fahrzeuges betätigt
werden und mit welchem aktuellen Gradienten die Betätigung dieser
beiden Einrichtungen erfolgt.
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Darüber hinaus
wird über
das Modul C auch ein so genannter Hauptschalter für die erfindungsgemäße Kurzstreckenleitsystem-Funktion
abgefragt, wobei diese Funktionalität in Abhängigkeit des jeweils vorliegenden
Ausführungsbeispiels
vorgesehen wird oder nicht.
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Die
Abtastraten der drei Module A bis C werden ebenfalls in Abhängigkeit
des jeweils vorliegenden Anwendungsfalles unterschiedlich oder gleich schnell
ausgeführt,
wobei die Abtastraten auch definiert, vorzugsweise in Abhängigkeit
der Fahrzeuggeschwindigkeit, variabel ausgeführt sein können. Darüber hinaus ist die Zuordnung
der einzelnen Systeme zu den Modulen A bis C bei weiteren Ausführungsbeispielen
variierbar, so kann das Abstandsmesssystem auch im Bereich des dritten
Moduls C angeordnet sein. Entscheidend ist, dass die Informationen
logisch verarbeitet werden, um gemäß einer resultierenden Bilanzierung
ermitteln zu können,
ob die vom Hauptantrieb bzw. der Brennkraftmaschine 3 benötigte Rohstoffmenge
bzw. ein Kraftstoffverbrauch der Antriebseinrichtung 2 reduzierbar
ist.
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Die
Hauptpriorität
für die
Durchführung
der Kurzstrecken-Leitsystem-Funktionalität liegt
im Bereich des ersten Moduls A. Das bedeutet, dass die Abschaltung
und/oder die Auskupplung der Brennkraftmaschine 3 unter
Zugrundelegung der Fahrsicherheit und der Fahrstabilität erfolgen.
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Über das
erste Modul A wird ein Fahrsicherheitszustand des Fahrzeuges kontinuierlich
ermittelt. Wird ein sicherheitskritischer Zustand des Fahrzeuges
erkannt, wird die Kurzstrecken-Leitsystem-Funktionalität abgeschaltet
oder nicht autorisiert, das Fahrzeug zu betätigen und die abgeschaltete
Brennkraftmaschine 3 wieder eingeschaltet, insofern dies im
Sinne der Fahrstabilität
und/oder zum Erreichen der maximalen Betriebsdrücke notwendig ist. Darüber hinaus
besteht die Möglichkeit,
die gezielte Abschaltung oder Belassung des abgeschalteten Zustands
der Brennkraftmaschine 3 davon abhängig zu machen, ob ein unvermeidlicher
Unfall detektiert worden ist.
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Als
sicherheitskritisch werden unter anderem um die Fahrzeugachsen wirkende
Drehmomente angesehen, die einen Kunden- und/oder einen fahrzeugspezifischen
Bereich übersteigen.
Des Weiteren ist auch eine hohe Leistungsanforderung des Fahrers
als Sicherheitskriterium ansehbar, da ein starkes Beschleunigen
auch aus der Intension heraus erfolgen kann, dass ein Unfall durch
eine hohe Beschleunigung vermieden werden soll.
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Die
Erkennung, ob am Fahrzeug ein Anhänger angekoppelt ist, wird
je nach Fahrzeug, Fahrzeuggeschwindigkeit und maximaler Zuladung
in Abhängigkeit
unterschiedlichen Vorgaben durchgeführt. Dies resultiert aus der
Tatsache, dass die Fahrzeugverzögerung
und auch die positive Fahrzeugbeschleunigung eines Fahrzeuges mit
und ohne Anhänger
erheblich voneinander abweichen, womit auch die Rahmenbedingungen
für den
Einstieg in die Kurzstrecken-Leitsystem-Funktionalität zu variieren sind.
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Des
Weiteren variiert der für
die Aktivierung der Kurzstrecken-Leitsystem-Funktionalität maximal zulässige Mindestabstand
zu vorausfahrenden Fahrzeugen in Abhängigkeit der Tatsache, ob am
Fahrzeug ein Anhänger
angehängt
ist oder nicht. Darüber hinaus
kann es auch vorgesehen sein, dass eine maximale Geschwindigkeit,
oberhalb der das Verfahren nach der Erfindung deaktiviert wird,
bei Fahrzeugen mit Anhängern
im Vergleich zu anhängerlosen
Fahrzeugen niedriger ist.
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Zusätzlich sind
bei Fahrzeugen mit Anhängern
am Fahrzeug angreifende Gear-Momente im geringeren Maße zulässig. Dies
gilt auch für
weitere Betriebszustandsparameter des Fahrzeuges, deren zulässige Grenzwerten,
oberhalb der die Fahrsicherheit eines Fahrzeuges mit Anhänger gefährdet ist, niedriger
sind als bei einem Fahrzeug ohne Anhänger.
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Des
Weiteren wird über
das erste Modul A die Bereitschaft des Hauptbremssystems des Fahrzeuges überprüft, welche
in jedem Fall gewährleistet sein
muss. Für
den Fall, dass das Hauptbremssystem nicht von der Brennkraftmaschine 3 abgekoppelt ist,
muss dessen Bereitschaft über
den Zeitraum der wieder startenden Bremskraftmaschine 3 gewährleistet
sein, beispielsweise über
einen separaten Druckspeicher.
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Ein
Batterieladezustand von der elektrischen Maschine zugeordneten elektrischen
Speichern dient als Funktion für
den Startzeitpunkt des Hauptantriebs bzw. der Brennkraftmaschine 3 der
Antriebseinrichtung 2 und stellt zudem auch eine Sicherheitsfunktion dar,
insofern die kunden- und/oder fahrzeugspezifischen Startzeiten mit
dem zum Zeitpunkt der Abschaltung vorliegenden Batteriespannung
nicht mehr erreicht werden können.
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Im
dritten Modul C wird in vorbeschriebener Art und Weise im ersten
Ansatz die Unterscheidung zwischen einem manuellen Getriebe bzw.
einem automatisierten Schaltgetriebe und einem Automatikgetriebe
durchgeführt.
Bei Vorliegen eines Antriebsstranges, der mit einem manuellen Getriebe
ausgebildet ist, wird das erfindungsgemäßen Verfahren bei Vorliegen
der Fahrerwunschvorgabe für
einen Neutralbetriebszustand in der Getriebeeinrichtung, zu dem
in der Getriebeeinrichtung ein Kraftfluss unterbrochen ist, aktiviert.
Dies resultiert aus der Tatsache, dass zumindest in aktuellen Handschaltgetrieben keine
automatische Funktion vorgehalten ist, eine Übersetzung im Getriebe betriebszustandsabhängig selbsttätig auszulegen
und die Getriebeeinrichtung in einen Neutralbetriebszustand zu überführen. Ein
automatisiertes Schaltgetriebe benötigt demnach denselben Funktionsvorhalt
wie ein manuelles Getriebe.
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Antriebsstränge, die
mit Automatikgetrieben ausgebildet sind, sind durch eine Erweiterung
der Software anders behandelbar. So besteht die Möglichkeit,
dass sich ein Automatikgetriebe prinzipiell über den Fahrerwunsch hinweg
setzt und eine Übersetzung
im Getriebe auslegt und die Brennkraftmaschine 3 vom Antriebsstrang
abkoppelbar ist, wobei nach wie vor das entscheidende Kriterium
des dritten Moduls C die Erkennung des Fahrerwunsches ist.
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Dabei
stellt eine so genannte Fahrer-Typ-Erkennung einen Standard dar,
bei welchem ermittelt wird, wie der Fahrer sein Fahrzeug bedient
und ein eher sportliches oder ein eher verbrauchsoptimiertes oder
gemütliches
bzw. defensives Fahrverhalten verifiziert wird. Hierfür werden
Gaspedalbeschleunigungen und die Quantität dieser Betätigungen
gemessen, die Schaltvorgänge
analysiert, die Heftigkeit der Bremsvorgänge detektiert und weitere
Betriebszustandsvorgänge
ermittelt und bewertet.
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Zusätzlich wird
dabei das ermittelte Fahrerverhalten bzw. die temporäre Eigenschaft
des Fahrers auch für
die Betätigung
der Kurzstrecken-Leitsystems-Funktion
bzw. des erfindungsgemäßen Verfahrens
herangezogen. Somit besteht die Möglichkeit, mit der Erkennung
der temporären
Eigenschaft des Fahrers "gemütlich" die Kurzstrecken-Leitsystem-Funktion
auszulösen
oder ab der Erkennung dieses Ereignisses die Abschaltung der Brennkraftmaschine 3 anstatt
einer Trennung der Brennkraftmaschine 3 vom Antriebsstrang
vorzusehen. Darüber
hinaus besteht auch die Möglichkeit,
die Recherche nach sinnvollen Abschaltungen der Brennkraftmaschine
oder nach sinnvollen Abkopplungsvorgängen der Brennkraftmaschine
vom Antriebsstrang in Verbindung mit einem Betriebszustand eines
Schalters im Cockpit, der durch den Fahrer aktivierbar ist und über den
die Kurzstrecken-Leitsystem-Funktionalität freigebbar ist, vorzunehmen.
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Die
Erkennung des Fahrertyps ist hilfreich, jedoch nicht ausschlaggebend.
Alternativ hierzu kann auch vorgesehen sein, dass eine andere Softwarefunktion
oder ein anderes Steuergerät
eine derartige Fahrer-Typ-Erkennung bereitstellt, auf die das erfindungsgemäße Verfahren
zugreift, wobei die Kurzstrecken-Leitsystem-Funktionalität auch in
Fahrzeugen eingebunden werden kann, die ohne Fahrertyperkennung
ausgeführt
sind.
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Über den
zusätzlichen
im Cockpit angeordneten Schalter, über den der Fahrer die Kurzstreckenleitsystem-Funktionalität freigibt,
signalisiert der Fahrer, dass er einen kraftstoffsparenden Betrieb
des Fahrzeugs wünscht
oder die Kurzstrecken-Leitsystem-Funktionalität aktuell nicht durchführen möchte.
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Generell
ist die Freigabe bzw. die Aktivierung des erfindungsgemäßen Verfahrens über das
Modul A vorliegend mit der höchsten
Priorität
versehen, womit eine Motorabkopplung bzw. -abschaltung nicht zugelassen
wird, wenn sicherheitskritische Betriebszustände des Fahrzeugs detektiert
werden.
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Generelles
Ziel des erfindungsgemäßen Verfahrens
ist es, die Brennkraftmaschine 3 oder die als Hauptantrieb
definierte Antriebsmaschine der Antriebseinrichtung 2 während des
Fahrbetriebes möglichst
sinnvoll im Sinne einer Kraftstoffersparnis temporär abzuschalten
und/oder vom Antriebsstrang abzukoppeln. Diese Vorgabe ist mit Fahrzeugen
ohne entsprechende Sensorik oder ohne entsprechende Informationsquellen
nicht sinnvoll umsetzbar.
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Aus
diesem Grund besteht ein erster stark vereinfachter Ansatz des erfindungsgemäßen Verfahrens
darin, den Neigungswinkel eines Fahrzeuges zu detektieren und den
Hauptantrieb dann abzuschalten bzw. vom Antriebsstrang abzukoppeln, wenn
ein fahrzeugspezifischer Schwellwert erreicht wird. Mit diesem einfachen
Ansatz kann aber noch nicht festgestellt werden, wie sinnvoll diese
Abschaltung ist, da eventuell im kurz darauf folgenden Streckenabschnitt
diese Neigungswertbedingung nicht mehr erfüllt ist und der Hauptantrieb
wieder gestartet werden muss. Somit wird bei ungünstigen Betriebszustandsverläufen ein
ständiges
An- und Ausschalten des Hauptantriebes bzw. ein permanentes Aus- und
Einkuppeln des Hauptantriebes verursacht, was wiederum einen starken
Einfluss auf die Lebensdauer der Komponenten ausübt oder schlicht eine schlechte
Rückmeldung
an den Fahrer signalisiert.
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Aus
diesem Grund werden Systeme bevorzugt, mittels welchen ein aktuelles
Höhenpotential
eines Fahrzeuges bestimmbar ist, mit dem zusätzlich auch der Steigungsverlauf
des kommenden Streckenabschnitts ermittelbar ist. Dann ist in besonders vorteilhafter
Weise eine vergleichsweise exakte fahrzeugspezifische Energiebilanz
erstellbar, woraus wiederum die Abschaltung und/oder eine Abtrennung des
Hauptantriebes vom Antriebsstrang optimiert durchgeführt werden
kann.
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Dabei
ist prinzipiell unterscheidbar, ob das System mit beiden Varianten,
das heißt
mit der Abschalt- und der Auskuppelfunktion oder nur mit einer von
beiden Funktionen ausgeführt
ist. Darüber
hinaus besteht jedoch auch die Möglichkeit,
die Energiebilanz von außen
aufzuzeigen, indem dem Fahrzeug Informationen über den kommenden Streckenabschnitt
extern zugeführt
werden.
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Hierfür ist ein
Navigationsgerät,
welches eine Höhendarstellung
auf der Straßenkarte
realisiert bzw. die aktuelle und die zu erwartende Höhe des Fahrzeuges über eine
Satellitenabfrage ermittelt, besonders geeignet. Ein solches Navigationsgerät bietet
die nötige
Berechnungsgrundlage für
eine Bilanzbetrachtung. Die zu erwartende Höhe des Fahrzeuges kann aus
der vom Fahrzeug zukünftig
gefahrenen Route gelesen werden, oder, wenn diese nicht vorhanden
ist, auch über
logische Punkte des Streckenverlaufs ermittelt werden.
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Wird
beispielsweise die nächste
Einmündung,
der nächste
Kreisverkehr bzw. ein die Fahrzeuggeschwindigkeit in jedem Fall
verringerndes Hindernis erkannt, wird die Strecke zwischen der aktuellen
Position des Fahrzeugs und diesem Hindernis ermittelt und ein Gefälle der
Strecke bestimmt. Wird erkannt, dass das Fahrzeug auf dieser Strecke
mit seiner Ausgangsgeschwindigkeit weiter rollen oder seine Geschwindigkeit
bis dahin in einem adäquaten Maß vermindern
kann und werden alle anderen Einstiegsparameter der Module A bis
C für die
Aktivierung des erfindungsgemäßen Verfahrens
erfüllt,
wird die Abschaltung und/oder die Auskupplung des Hauptantriebes
eines Fahrzeuges zur Einsparung von Kraftstoff vorgenommen.
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Dabei
werden die Werte, ab welchen der Hauptantrieb abgekoppelt und/oder
abgeschaltet wird, zweckmäßigerweise
fahrzeugspezifisch ermittelt und sind zudem fahrerspezifisch vorgebbar.
Es ist dabei auch nicht zwingend notwendig, die Geschwindigkeit
des Fahrzeugs zu halten.
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So
besteht beispielsweise mit Kenntnis der zukünftigen Route des Fahrzeuges
und somit der Kenntnis über
den Streckenverlauf die Möglichkeit, über die
Kurzstrecken-Leitsystem-Funktion die Fahrzeuggeschwindigkeiten in
den entsprechenden Kurven, Abbiegungen, Kreisverkehren und dergleichen zu
berechnen und das Fahrzeug bereits beim Heranrollen des Fahrzeugs
an die vorgenannten Routenbegebenheiten unter Berücksichtigung
eines aktuell sinnvollen Geschwindigkeitsverlaufes energieoptimiert
zu betreiben.
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Die
Aktivierung der Kurzstrecken-Leitsystem-Funktion muss oder kann
vom Fahrer freigegeben werden. Die Art und Weise wird dabei nicht
betrachtet. So kann der Fahrer für
jede separate Sparstrecke aufgefordert werden, die Funktion freizugeben,
wobei dies beispielsweise über
eine einfache Bestätigung
eines Schalters am Lenkrad erfolgen kann. Darüber hinaus kann auch ein genereller An-/Aus-Schalter
für die
erfindungsgemäße Vorgehensweise
vorgesehen werden, über
welchen die erfindungsgemäße Funktion
ohne separate Fahrerabfrage aktivierbar oder deaktivierbar ist.
Darüber
hinaus besteht jedoch auch die Möglichkeit,
dass trotz der generellen Betätigung
des die Funktion aktivierenden Schalters vor dem Energiesparmodus
eine vorherige Fahrerabfrage erfolgt. Um die letztgenannte Funktion
zu entmachten, wäre
es denkbar, eine weitere Signalgebung, wie einen Kickdownschalter einzusetzen,
der die erfindungsgemäße Funktion deaktiviert.
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Wiederum
zusätzlich
oder alternativ hierzu ist die Signalgebung, dass ein für die Energieeinsparung
geeigneter Streckenabschnitt erreicht worden ist, einem Fahrzeug
von extern des Fahrzeuges angeordneten Einrichtungen, wie beispielsweise
fest installierten Sendeeinheiten, wie Ortsschildern, Kreisverkehreinrichtungen,
Ampelanlagen, anderen Fahrzeugen und dergleichen, zusendbar. Dabei
ist zu bedenken, dass die übermittelten
Signale einer zeitlich abhängigen,
veränderlichen
Situation, wie beispielsweise eine Ampel schaltet in X Sekunden
auf grün oder
rot, unterliegen und von der erfindungsgemäßen Funktion entsprechend verwertet
werden können.
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Die
Regelung des Abstandes zum Vordermann stellt ebenfalls eine wichtige
Funktion der Kurzstrecken-Leitsystem-Funktionalität dar, wobei
diese Funktionalität
auch vom Fahrer, der dann das Abstandsregelglied darstellt, durchführbar ist
und die Abschaltung der Brennkraftmaschine erst nach einer Sicherheitsabfrage
durchführbar
ist.
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Prinzipiell
wird die Brennkraftmaschine nicht abgeschaltet, wenn der aktuelle
Abstand zum Vordermann zum Zeitpunkt einer Abschaltanforderung für das Bremssystem
ohne zusätzliche
Motorbremse einem kritischen Abstand entspricht. Ist jedoch die gesamte
Bremskraftversorgung vom Betriebszustand der Brennkraftmaschine
unabhängig,
weil die volle Bremsleistung auch ohne die zugeschaltete Brennkraftmaschine
uneingeschränkt
nutzbar ist, ist eine Abschaltung der Brennkraftmaschine im ersten Ansatz
unabhängig
vom Abstand vom vorausfahrenden Fahrzeug durchführbar. Damit ist der Nutzen,
der mit der Kurzstrecken-Leitsystem-Funktion erzielbar ist, höher. Aus
komforttechnischen Gründen
ist die Integration der gesteuerten, fahrerunabhängigen Abstandsregelung jedoch
durchaus sinnvoll.
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Grundsätzlich soll über die
erfindungsgemäße Vorgehensweise
im Betrieb eines Fahrzeuges Energie eingespart werden. Je umfassender
dies durch ein intelligentes, vorausschauendes Abschalten und/oder
Auskuppeln einer Brennkraftmaschine eines Fahrzeuges durchführbar ist,
um so höher
ist der erzielbare Nutzen. Aus diesem Grund ist es nur in bestimmten
Betriebszuständen
eines Fahrzeuges sinnvoll, die Brennkraftmaschine auszuschalten
und eine Fahrzeuggeschwindigkeit beispielsweise während eines
Bergab-Betriebs über
eine generatorisch betriebene elektrische Maschine des Fahrzeuges, über die
dann ein Rekuperationsbetrieb durchführbar ist, zu regeln.
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Es
wird jedoch auch bereits dann ein nicht unerheblicher Anteil an
Kraftstoff eingespart, wenn der Rekuperationsbetrieb nicht durchgeführt wird
und die Brennkraftmaschine lediglich abgeschaltet und/oder vom Antriebsstrang
abgekoppelt wird.
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Ein
das Fahrzeug bremsendes Regelglied stellt auch der Ventiltrieb der
Brennkraftmaschine dar, welcher die Ventile der Brennkraftmaschine
unabhängig
von der Drehbewegung der Kurbelwelle öffnet und schließt. Dabei
kann es vorgesehen sein, dass die Ventile für minimale oder maximale Kompressionen nur
teilweise geschlossen oder über
einen Takt einmal schließen
und wieder öffnen.
Der dadurch erzielte Vorteil ist, dass ein vergleichsweise schnelles
Aufwärmen
der Brennkraftmaschine nur durch Reibung ohne Zuführung von
Kraftstoff durchführbar
ist, womit ein Spritverbrauch der Brennkraftmaschine nach einem
Kaltstart weiter reduzierbar ist.
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Der
Fahrkomfort für
einen Fahrer spielt auch hierbei eine übergeordnete Rolle. So soll
während der
aktivierten erfindungsgemäßen Vorgehensweise dennoch
eine vom Fahrer gewünschte
Temperatur im Fahrzeuginnenraum zur Verfügung gestellt werden können.
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Generell
ist bei aktivem erfindungsgemäßem Verfahren
auch ein Geschwindigkeitsanstieg zulässig, wenn die Fahrstabilität eines
Fahrzeugs nicht beeinträchtigt
wird und der Geschwindigkeitszuwachs einen geschwindigkeitsabhängigen und/oder
fahrzeug- und kundenspezifischen Wert nicht überschreitet. Dabei ist die
unterstützende
Wirkung der mechanischen Betriebsbremse des Fahrzeugs vorstellbar und
aus komforttechnischen Gründen
systembedingt sinnvoll. Wird ein als Brennkraftmaschine ausgeführter Hauptantrieb
eines Fahrzeuges über
die erfindungsgemäße Vorgehensweise
abgeschaltet und vom Antriebsstrang abgekoppelt, ist eine maximale Energieeinsparung
in einem nicht unerheblichen Betriebsbereich des Fahrzeuges auf
einfache und kostengünstige
Art und Weise erzielbar. Gleichzeitig sind der anschließende Start
der Brennkraftmaschine und das Ankoppeln an den Antriebsstrang aufeinander abstimmbar
und gemeinsam optimierbar, um weitere Energieeinsparungen zu erzielen.
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Wird
die Brennkraftmaschine über
das erfindungsgemäß Verfahren
in bestimmten Betriebszuständen
eines Fahrzeuges nicht abgeschaltet, jedoch vom Antriebsstrang abgekoppelt,
wird auch dann Energie eingespart, wenn ein Abstellen der Brennkraftmaschine
noch nicht rentabel ist. Darüber hinaus
ist Kraftstoff auch in Betriebszuständen des Fahrzeuges einsparbar,
wenn das Abstellen der Brennkraftmaschine aus Sicherheitsgründen nicht durchführbar ist
oder wenn die Brennkraftmaschine eine für einen Abschaltvorgang erforderliche
Betriebstemperatur noch nicht erreicht hat.
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Zusätzlich ist
die Brennkraftmaschine zur Komfortsteigerung des Starts der abgeschalteten Brennkraftmaschine
kurz vor dem Start vom Antriebsstrang temporär abkoppelbar, da mit einer
solchen Vorgehensweise durch den Startvorgang im Antriebsstrang
erzeugte Reaktionsmomente vermieden werden.
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Zusätzlich besteht
auch die Möglichkeit, dass
die Brennkraftmaschine bei aktivierter Kurzstrecken-Leitsystem-Funktion
abgeschaltet und nicht vom Antriebsstrang abgekoppelt wird, um Kraftstoff einzusparen.
Dabei kann die Brennkraftmaschine mit einer regelbaren Schleppmomentreduzierfunktion betrieben
werden, wobei ein verbleibendes, vorzugsweise geringeres, von der
Brennkraftmaschine ausgehendes Schleppmoment der schnelleren Abkühlung der
Verbrennungsmaschine entgegenwirkt und somit die Emissionswerte
der später
erneut in Betrieb genommenen Verbrennungsmaschine begünstigt. Eine
solche Vorgehensweise bietet sich insbesondere während einer längeren Bergabfahrt
an, wobei die Brennkraftmaschine vor dem Startvorgang der Brennkraftmaschine
wiederum temporär
vom Antriebsstrang abkoppelbar ist.
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Zusätzlich besteht
bei an den Antriebsstrang angebundener und abgeschalteter Brennkraftmaschine
durch eine angepasste Schleppmomentreduzierung auch die Möglichkeit,
eine Abstandsregelung des Fahrzeugs sowie eine Regelung einer Sollfahrzeuggeschwindigkeit
durchzuführen.
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Grundsätzlich wird
bei dem erfindungsgemäßen Verfahren
eine Energiebilanz eines Fahrzeugs insbesondere unter Berücksichtigung
einer Fahrzeugmasse, einer Fahrzeuggeschwindigkeit, eines Ladezustandes
eines Energiespeichers einer elektrischen Maschine, eines Einschaltzustandes
von Verbrauchern, wie einer Klimaanlage, einer Heizung, einer Sitzheizung
und derglei chen, sowie weiteren Betriebszustandsparametern eines
Fahrzeugs durchgeführt.
Dabei wird beispielsweise eine aktuelle Hangabtriebskraft bzw. ein
Hangabtriebskraft-Äquivalent aus
Navigationsdaten, die einem Fahrzeug beispielsweise von außerhalb
des Fahrzeugs sich befindlichen Relaiseinrichtungen, via Satellit,
von Verkehrsschildern, von Ampelanlagen und dergleichen, übermittelt.
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Darüber hinaus
wird zur Bestimmung der zum Betrieb des Fahrzeugs nutzbaren zusätzlichen Antriebsenergie
ein Abstand zu einem vorausfahrenden Fahrzeug oder zu vorausfahrenden
Fahrzeugen mittels des Abstandsmesssystems ermittelt. Eine zum Zeitpunkt
des Abschaltens der Antriebseinrichtung vorliegende Fahrzeuggeschwindigkeit
wird mittels eines generatorischen Betriebes der elektrischen Maschine
und/oder eines automatischen Bremseingriffes der Betriebsbremse
des Fahrzeuges und/oder eines von der Antriebseinrichtung erzeugten
Schubmomentes gehalten.
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Bei
einer weiteren Variante des Verfahrens nach der Erfindung wird eine
Fahrzeuggeschwindigkeit ab dem Abschaltzeitpunkt ausgehend von der zum
Abschaltzeitpunkt vorliegenden Fahrzeuggeschwindigkeit mittels eines
generatorischen Betriebes der elektrischen Maschine und/oder eines
automatischen Bremseingriffs der Betriebsbremse eines Fahrzeuges
und/oder eines von der Antriebseinrichtung erzeugten Schubmomentes
innerhalb eines vordefinierten, vorzugsweise geschwindigkeitsabhängigen,
Fahrgeschwindigkeitsbereichs gehalten.
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Zusätzlich oder
alternativ hierzu wird eine mit dem Antriebsstrang wirkverbundene
elektrische Maschine generatorisch betrieben und/oder ein automatischer
Bremseingriff der Betriebsbremse des Fahrzeuges und/oder von der
Antriebseinrichtung ein Schubmoment am Abtrieb angelegt, wenn eine
Abweichung zwischen der aktuellen Fahrzeuggeschwindigkeit und der
zum Abschaltzeitpunkt der Antriebseinrichtung vorliegenden Fahrzeuggeschwindigkeit
größer als
ein vordefinierter, vorzugsweise geschwindigkeitsabhängiger,
Betrag ist.
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Wiederum
alternativ oder zusätzlich
zu der vorbeschriebenen Vorgehensweise wird die Antriebseinrichtung
vom Antriebsstrang zeitgesteuert oder ereignisgesteuert getrennt
oder/oder abgeschaltet, um einen Energiebedarf der Antriebseinrichtung
zu reduzieren.
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Wird
ein bevorstehender unvermeidbarer Unfall des Fahrzeugs detektiert,
wird zur Vermeidung des Risikos von sich im Crashfall heraustrennenden rotierenden
Massen die Brennkraftmaschine abgeschaltet.
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Ist
das Fahrzeug mit einer Geschwindigkeitsregelanlage bzw. einem Tempomaten
ausgeführt,
besteht die Möglichkeit,
eine vom Fahrer eingegebene Richtgeschwindigkeit zur Energieeinsparung
zu deaktivieren, wobei während
der Deaktivierung ein Signal an den Fahrer als akustisches, visuelles
oder haptisches Signal ausgebbar ist.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
bzw. die Kurzstreckenleitsystem-Funktion
ist auch in eine Verkehrsleitführung
einbindbar. Dabei kann es vorgesehen sein, dass die Brennkraftmaschine
während
einer Stauumgehung oder einer Stauverhinderung abgeschaltet wird
und somit Energie durch Nutzung der zusätzlichen Antriebsenergie des
Fahrzeugs eingespart wird.
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- 1
- Berechnungseinheit
- 2
- Antriebseinrichtung
- 3
- Hauptantrieb,
Brennkraftmaschine
- 4
- Nebenantrieb,
elektrische Maschine