DE102009057393A1

DE102009057393A1 - Verfahren zum Steuern des Betriebs eines Fahrzeugs

Info

Publication number: DE102009057393A1
Application number: DE102009057393A
Authority: DE
Inventors: Matthias Dipl.-Ing. Maisch
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2009-12-08
Filing date: 2009-12-08
Publication date: 2011-06-09

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Steuern des Betriebs eines Fahrzeugs (1) mit einer Steuereinheit (3) zur Steuerung eines Antriebsstrangs (2), wobei mehrere Umgebungsparameter, Fahrzeugparameter, Fahrzeugbetriebsparameter und/oder Streckenparameter erfasst, an die Steuereinheit (3) übertragen und mittels dieser Fahrbetriebsphasen des Fahrzeugs (1) prognostiziert werden. Erfindungsgemäß wird mittels der Steuereinheit (3) ermittelt, ob eine unmittelbar bevorstehende antriebslose Fahrbetriebsphase des Fahrzeugs (1) vorliegt, wobei bei Vorliegen einer unmittelbar bevorstehenden antriebslosen Fahrbetriebsphase des Fahrzeugs (1) ein verbrauchsreduzierter Betriebsmodus ermittelt und in Abhängigkeit von dem ermittelten verbrauchsreduzierten Betriebsmodus der Antriebsstrang (2) gesteuert und/oder geregelt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Steuern des Betriebs eines Fahrzeugs nach den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.
Die Offenlegungsschrift DE 103 45 319 A1 beschreibt ein voraussagendes Tempomatsystem, welches Informationen über die gegenwärtige Fahrzeugposition wie auch das bevorstehende Gelände verwendet, um Kraftstoff zu sparen und den Fahrkomfort zu erhöhen. Eine Fahrzeugbetriebskostenfunktion ist auf Basis mehrerer Umgebungsparameter, Fahrzeugparameter, Fahrzeugbetriebsparameter und Streckenparameter definiert. Während sich das Fahrzeug über eine bestimmte Strecke fortbewegt, für die Streckenparameter wie etwa die Straßenneigung und die Krümmung in einer Straßenkarte gespeichert sind, stellen Sensoren an Bord des Fahrzeugs die Umgebungs- und die Fahrzeugbetriebsparameter, die zumindest die Fahrzeuggeschwindigkeit und seine Position in Bezug auf die Straßenkarte beinhalten, fest. Während sich das Fahrzeug fortbewegt, berechnet ein Bordcomputer Fahrzeugsteuerparameter, die die Fahrzeugbetriebskostenfunktion für einen vorherbestimmten Voraussagehorizont entlang der Strecke vor dem Fahrzeug optimieren, iterativ und speichert sie in einem Speicher. Optimale Fahrzeugsteuerparameter für den Voraussagehorizont werden dann in einem Speicher gespeichert und fortwährend aktualisiert und durch neue Daten ersetzt, während sich das Fahrzeug fortbewegt, wodurch die ”optimalen” Steuerparameter so eingestellt werden, dass sie die tatsächliche fahrzeughistorische Betriebserfahrung, während der Reise widerspiegeln.
Die DE 100 35 027 A1 beschreibt ein Verfahren zur Steuerung des Betriebsmodus eines Fahrzeugs mit Hybridantrieb. Dabei wird das vom Fahrzeug befahrene Streckenprofil erfasst und als zusätzliches Kriterium für die Wahl des Betriebsmodus herangezogen. Das Streckenprofil kann hierbei vorher bekannt sein oder durch Sensoren erfasst werden.
Als weitere Kriterien können neben dem Streckenprofil die Fahrdynamik, das Fahrerverhalten sowie die verfügbare elektrische Antriebsleistung dienen. Durch Berücksichtigung der jeweils angeforderten Fahrleistung und des Dynamikwunsches des Fahrers ermöglicht die Erfindung hohe Kraftstoffeinsparungen, insbesondere durch optional einzustellende Verzögerungszeiten bis zur Abkopplung oder Wiederzuschaltung des Verbrennungsmotors.
Die DE 199 20 065 A1 betrifft ein Verfahren zur Durchführung einer automatisierten Kupplungsbetätigung eines Kraftfahrzeuges mit einem Antriebsmotor und einem mit diesem über eine Kupplung verbundenen Getriebe, bei dem die Kupplung sowohl eine geöffnete als auch eine geschlossene Betriebsstellung aufweist, wobei die Kupplung zur Einleitung von antriebslosen Fahrbetriebsphasen automatisiert in die geöffnete Betriebsstellung und zur Einleitung von angetriebenen Fahrbetriebsphasen automatisiert in die geschlossene Betriebsstellung überführt wird.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Verfahren zum Steuern des Betriebs eines Fahrzeugs anzugeben.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Beim erfindungsgemäßen Verfahren zum Steuern des Betriebs eines Fahrzeugs mit einer Steuereinheit zur Steuerung eines Antriebsstrangs, wobei mehrere Umgebungsparameter, Fahrzeugparameter, Fahrzeugbetriebsparameter und/oder Streckenparameter erfasst, an die Steuereinheit übertragen und mittels dieser Fahrbetriebsphasen des Fahrzeugs prognostiziert werden, wird mittels der Steuereinheit ermittelt, ob eine unmittelbar bevorstehende antriebslose Fahrbetriebsphase des Fahrzeugs vorliegt, wobei bei Vorliegen einer unmittelbar bevorstehenden antriebslosen Fahrbetriebsphase des Fahrzeugs ein verbrauchsreduzierter Betriebsmodus ermittelt und in Abhängigkeit von dem ermittelten verbrauchsreduzierten Betriebsmodus der Antriebsstrang gesteuert und/oder geregelt wird.
Durch das Einbeziehen der Umgebungsparameter zur Steuerung des Betriebsmodus des Fahrzeugs kann vorteilhafterweise der Betriebsmodus auf die jeweils erforderliche Bremsleistung in antriebslosen Fahrbetriebsphasen des Fahrzeugs abgestimmt werden.
Mittels des Verfahrens zum Steuern des Betriebs eines Fahrzeugs werden vorteilhafterweise ein Kraftstoffverbrauch und eine Beanspruchung und somit ein Verschleiß der Bremsen verringert.
Das Verfahren ermöglicht eine Reduzierung des Kraftstoffverbrauchs und der Fahrzeugemissionen. Dabei ist das Verfahren sowohl in Personenkraftwagen als auch in Nutzfahrzeugen durch eine Nutzung bereits vorhandener Komponenten sowie Steuerungen und/oder Regelungen einfach und kostengünstig technisch umsetzbar. Mit dem Verfahren sind keine Sicherheitsbeeinträchtigungen verbunden, da das Verfahren beispielsweise durch eine Betätigung eines Gaspedals jederzeit deaktiviert und eine höhere Fahrzeuggeschwindigkeit erreicht werden kann.
Besonders vorteilhafterweise wird durch die automatische Steuerung der Fahrzeug- und Motor- und/oder Getriebesteuerung eine Bedienung des Fahrzeugs vereinfacht.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand einer Zeichnung näher erläutert.
Dabei zeigt:
1 schematisch eine Vorrichtung zur Durchführung eines Verfahrens zum Steuern des Betriebs eines Fahrzeugs.
In 1 ist schematisch eine Vorrichtung zur Durchführung eines Verfahrens zum Steuern des Betriebs eines Fahrzeugs 1 abgebildet.
Die Vorrichtung umfasst zumindest eine Steuereinheit 3, einen Antriebsstrang 2 und Mittel 4, um eine Charakteristik eines von dem Fahrzeug 1 befahrenen Streckenabschnitts zu ermitteln.
Das vorliegende Verfahren ermöglicht die Anpassung einer Steuerung des Antriebsstrangs 2 des Fahrzeugs 1 an eine antriebslose Fahrbetriebsphase, insbesondere eine Steuerung und/oder Regelung eines verbrauchsreduzierten Betriebsmodus des Antriebsstrangs 2.
Das Verfahren verwendet Informationen über die gegenwärtige Fahrzeugposition sowie die bevorstehenden Straßeneigenschaften, um den Kraftstoffverbrauch zu reduzieren sowie den Komfort zu erhöhen.
Zur Durchführung des Verfahrens umfasst das Fahrzeug 1 Mittel, um die Steuerung und/oder Regelung des Antriebsstrangs 2 zu ermöglichen. Ein solches Mittel ist beispielsweise eine herkömmliche Steuereinheit 3 eines Verbrennungsmotors, eines Getriebes und/oder eines Hybridantriebs.
Des Weiteren umfasst das Fahrzeug 1 zur Durchführung des Verfahrens Mittel 4, um eine Charakteristik eines von dem Fahrzeug befahrenen Streckenabschnitts zu ermitteln, d. h. um zu ermitteln, ob dieser Streckenabschnitt beispielsweise eine Steigungsstrecke, eine Ebene oder eine Gefällestrecke ist. Diese Mittel sind beispielsweise Sensoren zur Erfassung einer Neigung des Fahrzeugs 1 in Fahrzeuglängsrichtung, welche bereits im Fahrzeug 1 installiert sind und von Fahrerassistenzsystemen wie beispielsweise einem elektronischen Stabilitätsprogramm oder zu einer Airbagauslösesteuerung genutzt werden.
Ein weiteres solches Mittel ist beispielsweise ein Navigationssystem, welches entsprechendes Kartenmaterial mit Höheninformationen umfasst, in welchem beispielsweise die Streckenparameter in einer dreidimensionalen, elektronischen Streckenkarte hinterlegt sind. Durch eine Positionsbestimmung des Fahrzeugs 1 mittels eines globalen Positionsbestimmungssystems ist ein Streckenabschnitt und ein Streckenprofil ermittelbar, auf welchem sich das Fahrzeug 1 befindet, und mittels des Kartenmaterials mit Höheninformationen ist ermittelbar, ob dieser Streckenabschnitt eine Steigungsstrecke, eine Ebene oder eine Gefällestrecke ist.
Da zur Durchführung des Verfahrens bereits im Fahrzeug 1 vorhandene Komponenten nutzbar sind, ist das Verfahren sehr schnell, einfach und kostengünstig im Fahrzeug 1 implementierbar. Anfallende Kosten zur Implementierung des Verfahrens im Fahrzeug 1 sind durch eine mittels des Verfahrens erzielbare Reduzierung des Kraftstoffverbrauchs bereits nach einer kurzen Einsatzzeit amortisiert.
Als weitere Parameter zur Bestimmung des Streckenprofils und einer daraus resultierenden antriebslosen Fahrbetriebsphase können der Straßenverlauf, Kreuzungen mit Ampelbetrieb, beschilderte Kreuzungen, vorgeschriebene Höchstgeschwindigkeiten, angegebene Steigungen etc., aber auch auf der zu befahrenden Strecke ereignete Unfälle, Staus usw. hinzugezogen werden.
Gerade die zuletzt genannten Parameter können im Voraus mittels des globalen Positionsbestimmungssystems, Navigationssystemen oder Verkehrsleitsystemen erfasst werden.
Im Fahrzeug 1 sind somit Mittel, beispielsweise herkömmliche Sensoren, zur Erfassung mehrerer Umgebungsparameter, Fahrzeugparameter, Fahrzeugbetriebsparameter und/oder Streckenparameter vorhanden und mit der Steuereinheit 3 zur Steuerung des Antriebsstrangs 2 verbunden. Die Steuereinheit 3 des Fahrzeugs 1 prognostiziert permanent an Hand dieser Umgebungsparameter, Fahrzeugparameter, Fahrzeugbetriebsparameter und/oder Streckenparameter Fahrbetriebsphasen des Fahrzeugs 1, während sich das Fahrzeug 1 über eine bestimmte Strecke fortbewegt.
So gibt es angetriebene und antrieblose Fahrbetriebsphasen. Nachfolgend wird die Erfindung für antriebslose Fahrbetriebsphasen an einem Beispiel näher erläutert.
Im Betrieb des Verfahrens wird während antriebslosen Fahrbetriebsphasen zwischen unterschiedlichen Betriebmodi des Antriebsstrangs 2 des Fahrzeugs 1 unterschieden.
Während eines ersten Betriebsmodus erfolgt ein Auftrennen des Antriebstrangs 2 des Fahrzeugs 1 zur Abkopplung eines Antriebsmotors oder der Antriebsmotoren von den Antriebsrädern. Eine solche Abkopplung wird beispielsweise mittels einer herkömmlichen automatisierten Kupplungsbetätigung, welche beispielsweise in der DE 199 20 065 A1 beschrieben ist, ermöglicht. Durch die mechanische Trennung des Antriebsmotors und der Antriebsräder wird ein Bremsmoment des Antriebsmotors nicht auf die Antriebsräder übertragen. Das Fahrzeug 1 rollt somit vom Motor unangetrieben und unverzögert auf Grund der dem bewegten Fahrzeug 1 immanenten kinetischen Energie.
Während eines zweiten Betriebsmodus erfolgt eine herkömmliche Schubabschaltung eines als Verbrennungsmotor ausgebildeten Antriebsmotors.
Während eines dritten Betriebsmodus erfolgt eine herkömmliche Rekuperation eines als Elektromotor ausgebildeten Antriebsmotors.
Im Betrieb des Verfahrens wird bei prognostizierten oder erkannten, unmittelbar bevorstehenden antriebslosen Fahrbetriebsphasen der Betriebsmodus mit dem geringsten Kraftstoffverbrauch mittels der Steuereinheit 3 ermittelt und der Antriebsstrang 2 des Fahrzeugs 1 wird in Abhängigkeit dieses verbrauchsreduzierten Betriebsmodus gesteuert und/oder geregelt.
Unmittelbar bevorstehende antriebslose Fahrbetriebsphasen resultieren beispielsweise aus dem Befahren einer Gefällestrecke und der dem Fahrzeug 1 immanenten kinetischen Energie und der Hangabtriebskraft.
Ist auf der vom Fahrzeug 1 befahrenen Strecke eine Kreuzung angeordnet, wird in Abhängigkeit der aktuellen Fahrzeuggeschwindigkeit und der Entfernung von der Kreuzung ein verbrauchsreduzierter Betriebsmodus aktiviert. Ist die Kreuzung beispielsweise noch weit entfernt, wird der erste Betriebsmodus aktiviert und das Fahrzeug 1 rollt somit vom Motor unangetrieben und unverzögert auf Grund der dem bewegten Fahrzeug immanenten kinetischen Energie auf die Kreuzung zu. Ist die Kreuzung vergleichsweise nah, wird bei einem Fahrzeug 1 mit Verbrennungsmotor der zweite und bei einem Fahrzeug 1 mit Elektromotor oder einem Hybridantrieb der dritte Betriebsmodus aktiviert. Durch die Rekuperation bzw. die Schubabschaltung wird das Fahrzeug 1 stärker verzögert, als dies im ersten Betriebsmodus der Fall ist.
In der Steuereinheit 3 wird permanent der verbrauchsgünstigste Betriebsmodus für antriebslose Fahrbetriebsphasen ermittelt, wobei in einer besonders günstigen Ausführungsform während einer antriebslosen Fahrbetriebsphase zwischen den unterschiedlichen Betriebsmodi gewechselt werden kann.
In einer besonders günstigen Ausführungsform wird bei einem Elektro- oder Hybridfahrzeug mit einer herkömmlichen Batteriezustandserkennung ein aktueller Batterieladezustand bei der Auswahl des Betriebsmodus berücksichtigt. Ist eine Batterie entladen oder nahezu entladen, wird beispielsweise eine Rekuperation, also der dritte Betriebsmodus, preferiert.
Wird beispielsweise laut Routenplaner des herkömmlichen Navigationssystems an der nächsten Abfahrt abgebogen, wird bei einem Fahrzeug 1 mit Verbrennungsmotor der zweite und bei einem Fahrzeug 1 mit Elektromotor oder einem Hybridantrieb der dritte Betriebsmodus aktiviert.
In einer besonders günstigen Ausführungsform verfügt die Steuereinheit 3 über Mittel, mit denen eine Kommunikation mit den auf der Fahrtroute vor dem Fahrzeug 1 angeordneten Ampeln ermöglicht ist. Auf diese Weise kann die Steuereinheit 3 beispielsweise eine Rotphase der Ampel und deren Dauer ermitteln. Würde das Fahrzeug 1 beispielsweise mit der bisherigen Geschwindigkeit während einer Rotphase an der nächsten Ampel ankommen und stoppen müssen, würde bei einem Fahrzeug 1 mit Verbrennungsmotor der zweite und bei einem Fahrzeug 1 mit Elektromotor oder einem Hybridantrieb der dritte Betriebsmodus aktiviert werden. Würde das Fahrzeug 1 hingegen während einer Grünphase an der nächsten Ampel ankommen und nicht stoppen müssen, würde der erste Betriebsmodus aktiviert werden.
Auf diese Weise wird eine jeweilige kinetische Energie des Fahrzeugs 1 vollständig genutzt und nicht durch eine Bremseinrichtung in Wärme umgewandelt und ungenutzt abgegeben. Auch ein unnötiger Verschleiß der Bremseinrichtung wird dadurch verhindert.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 10345319 A1 [0002]
DE 10035027 A1 [0003]
DE 19920065 A1 [0005, 0030]

Claims

Verfahren zum Steuern des Betriebs eines Fahrzeugs (1) mit einer Steuereinheit (3) zur Steuerung eines Antriebsstrangs (2), wobei mehrere Umgebungsparameter, Fahrzeugparameter, Fahrzeugbetriebsparameter und/oder Streckenparameter erfasst, an die Steuereinheit (3) übertragen und mittels dieser Fahrbetriebsphasen des Fahrzeugs (1) prognostiziert werden, dadurch gekennzeichnet, dass mittels der Steuereinheit (3) ermittelt wird, ob eine unmittelbar bevorstehende antriebslose Fahrbetriebsphase des Fahrzeugs (1) vorliegt, wobei bei Vorliegen einer unmittelbar bevorstehenden antriebslosen Fahrbetriebsphase des Fahrzeugs (1) ein verbrauchsreduzierter Betriebsmodus ermittelt und in Abhängigkeit von dem ermittelten verbrauchsreduzierten Betriebsmodus der Antriebsstrang (2) gesteuert und/oder geregelt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als verbrauchsreduzierter Betriebsmodus ein Auftrennen des Antriebstrangs (2) des Fahrzeugs (1) zur Abkopplung eines Antriebsmotors oder der Antriebsmotoren von den Antriebsrädern ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als verbrauchsreduzierter Betriebsmodus eine Schubabschaltung eines Verbrennungsmotors ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als verbrauchsreduzierter Betriebsmodus eine Rekuperation eines Elektromotors ermittelt wird.