DE102011101241A1

DE102011101241A1 - Verfahren zum Beschleunigen eines Kraftfahrzeugs und Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE102011101241A1
Application number: DE102011101241A
Authority: DE
Inventors: Helmut OSWALD; Benjamin Werkshage; Stefan Horst
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2011-05-11
Filing date: 2011-05-11
Publication date: 2012-11-15

Abstract

Die Anmeldung betrifft ein Verfahren zum Beschleunigen eines Kraftfahrzeugs, wobei das Kraftfahrzeug einen Motor zum Antrieb des Kraftfahrzeugs und einen Speicher, in dem eine Vielzahl von Datensätzen über Kombinationen von der Geschwindigkeit des Fahrzeugs und jeweils einer, der Geschwindigkeit des Fahrzeugs zugeordnete Beschleunigung des Fahrzeugs abgespeichert sind, aufweist. Das Verfahren weist folgende Schritte auf: – Empfangen einer Anforderung nach Beschleunigung des Fahrzeugs; – Bestimmen der Geschwindigkeit des Fahrzeugs; – Bestimmen der Größe der Beschleunigung anhand der Datensätze und der bestimmten Geschwindigkeit des Fahrzeugs und – Einstellen des Drehmoments des Motors entsprechend der bestimmten Größe der Beschleunigung.

Description

Die Anmeldung betrifft ein Verfahren zum Beschleunigen eines Kraftfahrzeugs und ein Kraftfahrzeug. Ein Ziel beim Auslegen von Antriebssträngen von Kraftfahrzeugen ist ein möglichst geringer Kraftstoffverbrauch. Die US 6,944,532 B2 zeigt ein System zum Steuern eines Motors, bei dem überprüft wird, ob die Beschleunigung des Kraftfahrzeugs oder die Beschleunigung des Motors oder die vom Motor abgegebene Arbeit jeweils innerhalb eines vorbestimmten Bereichs ist. Wenn dies nicht der Fall ist, wird der Motor entsprechend gedrosselt.
Aufgabe ist es, ein Verfahren zum Beschleunigen eines Kraftfahrzeugs und ein Kraftfahrzeug bereitzustellen, mit denen eine möglichst kraftstoffsparende Fahrweise ermöglicht wird.
Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Es wird ein Verfahren zum Beschleunigen eines Kraftfahrzeugs bereitgestellt, wobei das Kraftfahrzeug einen Motor zum Antrieb des Kraftfahrzeugs und einen Speicher aufweist. Der Speicher enthält eine Vielzahl von Datensätzen, in denen Kombinationen von jeweils einer Geschwindigkeit des Fahrzeugs und einer, der Geschwindigkeit des Fahrzeugs zugeordneten, Beschleunigung des Fahrzeugs abgespeichert sind. Das Verfahren weist folgende Schritte auf. Es wird eine Anforderung nach Beschleunigung des Fahrzeugs empfangen und die Geschwindigkeit des Fahrzeugs bestimmt. Es wird die Größe der Beschleunigung anhand der Datensätze und der bestimmten Geschwindigkeit des Fahrzeugs bestimmt. Das Drehmoment des Motors wird anschließend entsprechend der bestimmten Größe der Beschleunigung angesteuert. Das Einstellen kann beispielsweise durch Einstellen der Öffnung der Drosselklappe und/oder durch Einstellen des Zündwinkels der Zündung des Motors erfolgen.
Mit dem vorgegebenen Verfahren wird eine Größe der Beschleunigung festgelegt, wenn die Anforderung nach Beschleunigung empfangen wurde. Somit kann das Drehmoment des Motors entsprechend der bestimmten Größe der Beschleunigung angesteuert werden. Damit ist es möglich, eine Beschleunigung einzustellen, die eine möglichst energiesparende Fahrweise ermöglicht. Würde lediglich ein Bereich festgelegt werden, in dem sich die Beschleunigung und die Geschwindigkeit bewegen dürfen, so gäbe es in diesem Bereich viele unterschiedliche Kombinationen von Geschwindigkeiten und Beschleunigungen und somit unterschiedlichem spezifischen Kraftstoffverbrauch. Dadurch, dass die Beschleunigung vorgegeben ist, wird die Beschleunigung ausgewählt, die hinsichtlich des Kraftstoffverbrauchs optimiert sein kann.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist das Verfahren zusätzlich noch einen Schritt des automatischen Schaltens des Getriebes auf, womit zusätzlich dafür gesorgt werden kann, dass das Fahrzeug im verbrauchsgünstigsten Gang fährt.
Falls die Kombinationen von Fahrzeuggeschwindigkeit und Beschleunigung jeweils Punkten auf einer Verbrauchskurve, die Beschleunigungswerte niedrigen Kraftstoffverbrauchs miteinander verbindet, entsprechen, wird eine besonders kraftstoffsparende Fahrweise ermöglicht.
Dabei sind vorzugsweise die Beschleunigungswerte niedrigen Kraftstoffverbrauchs solche Beschleunigungswerte, bei denen das Fahrzeug einen spezifischen Kraftstoffverbrauch hat, der innerhalb eines vorbestimmten Bereichs um den minimalen spezifischen Kraftstoffverbrauch bei der Geschwindigkeit des Fahrzeugs liegt. Da es nicht möglich ist, unter allen Bedingungen mit minimalem spezifischen Kraftstoffverbrauch zu fahren, wenn das Fahrzeug stark beschleunigen muss, ist es vorteilhaft, dass die Beschleunigungswerte so definiert sind, dass sie innerhalb dieses vorbestimmten Bereichs liegen.
In einer Ausführungsform entspricht der vorbestimmte Bereich einem Bereich, der den minimalen spezifischen Kraftstoffbereich enthält und bis zu vorbestimmten Werten reicht, die kleiner als der 1,1-mal dem minimalen spezifischen Kraftstoffverbrauch sind.
Die Anforderung nach Beschleunigung kann durch eine Geschwindigkeitsregelanlage des Kraftfahrzeugs erfolgen. Üblicherweise gibt ein Fahrer eine Sollgeschwindigkeit vor, woraufhin die Geschwindigkeitsregelanlage durch Anforderung nach Beschleunigung den Motor des Fahrzeugs selbsttätig beschleunigt. Durch Vorgabe der Größe der Beschleunigung nach dem beschriebenen Verfahren wird somit die Geschwindigkeitsregelanlage auch dazu verwendet, den Kraftstoffverbrauch des Fahrzeugs möglichst zu verringern.
In einer anderen Ausführungsform des Verfahrens erfolgt die Anforderung nach Beschleunigung durch den Empfang eines Signals von einem Betätigungselement, das zur Betätigung durch einen Fahrer eingerichtet ist. Das Betätigungselement kann beispielsweise ein Gaspedal oder ein Gashebel sein. Wenn ein Fahrer üblicherweise das Gaspedal drückt, so wird die Große der Niederdrückkraft das Gaspedal in eine Drehmomentanforderung, die in etwa proportional zu der Niederdrückkraft ist, umgesetzt. Bei dieser Ausführungsform des Verfahrens wird dagegen nur registriert, dass die Niederdrückkraft des Hebels einen bestimmten Wert überschreitet, woraufhin die Höhe des Drehmoments des Motors entsprechend der mittels des Verfahrens bestimmten Größe der Beschleunigung eingestellt wird.
Damit wird auch bei einer Fahrt ohne Geschwindigkeitsregelanlage jeweils eine kraftstoffsparende Beschleunigung eingestellt.
Es wird auch ein Kraftfahrzeug bereitgestellt, das einen Motor zum Antrieb und einen Speicher aufweist, in dem Datensätze über Kombinationen von Geschwindigkeit des Fahrzeugs und jeweils einer der Geschwindigkeit des Fahrzeugs zugeordneten Beschleunigung des Fahrzeugs abgespeichert sind. Eine Steuereinheit des Fahrzeugs enthält eine Empfangsvorrichtung zum Empfangen einer Anforderung nach Beschleunigung, eine Geschwindigkeitsmessvorrichtung zum Bestimmen der Geschwindigkeit des Fahrzeugs, eine Abfragevorrichtung zum Bestimmen der Hohe der Beschleunigung anhand der Datensätze und der Geschwindigkeit des Fahrzeugs und eine Motorsteuerung zum Ansteuern des Drehmoments des Motors entsprechend der bestimmten Höhe der Beschleunigung. Mit diesem Fahrzeug wird ein kraftstoffsparender Betrieb ermöglicht, da die Höhe der Beschleunigung entsprechend der Geschwindigkeit des Fahrzeugs automatisch durch die Steuereinheit eingestellt wird.
In einer Ausführungsform ist ein Schalter im Fahrzeug vorgesehen, der von einem Fahrer des Fahrzeugs betätigbar ist. Der Schalter ist zum Aktivieren und Deaktivieren der Steuereinrichtung eingerichtet. Somit kann der Fahrer zwischen dem Einstellen der Beschleunigung durch ein Betätigungselement oder durch die Steuereinrichtung wählen. Dem Fahrer wird somit ermöglicht, dass er auch ohne eine Geschwindigkeitsregelanlage aufgrund der Steuerung durch die Steuereinrichtung sparsam fährt.
In einer Ausführungsform weist das Fahrzeug ein automatisches Getriebe auf, wobei die Steuereinrichtung zusätzlich zum Schalten des Getriebes entsprechend der bestimmten Höhe der Geschwindigkeit des Fahrzeugs eingerichtet ist. Somit kann auch durch die Wahl der Gänge die Kraftstoffersparnis erhöht werden, da beim Beschleunigen lediglich eine Beschleunigungskurve abgefahren werden muss, in der bei vorbestimmten Fahrzeuggeschwindigkeiten die Übersetzung des Getriebes automatisch gewechselt wird. Somit ist es nicht notwendig, dass für jeden Gang eine separate Beschleunigungs-Geschwindigkeitskurve gespeichert werden muss.
Vorzugsweise entsprechen die Kombinationen von Fahrzeuggeschwindigkeit und Beschleunigung jeweils Punkten auf einer Verbrauchskurve, die Beschleunigungswerte niedrigen Kraftstoffverbrauchs miteinander verbindet.
Dabei sind die Beschleunigungswerte niedrigen Kraftstoffverbrauchs solche Beschleunigungswerte, bei denen das Fahrzeug einen spezifischen Kraftstoffverbrauch hat, der innerhalb eines vorbestimmten Bereichs um den minimalen spezifischen Kraftstoffverbrauch liegt.
Somit lässt sich eine Verbesserung des Kraftstoffverbrauchs des Antriebsstrangs erreichen. Der Verbrauch des Kraftstoffs durch das Fahrzeug wird verringert. Außerdem wird das Fahren vereinfacht, da das Beschleunigen automatisiert wird.
Der Antriebsstrang wird im allgemeinen mit niedrigem spezifischen Kraftstoffverbrauch bei Beschleunigung, beim Fahren mit konstanter Geschwindigkeit und während des Betriebes mit Hilfe einer Geschwindigkeitsregelanlage betrieben. Die gewünschten Fahrzeuggeschwindigkeiten werden berechnet und gesteuert mit Hilfe von Zielwerten für minimalen spezifischen Kraftstoffverbrauch. Die Beschleunigungswerte können entweder in ein Beschleunigungsdiagramm durch eine Steuereinheit eingestellt werden oder vorher berechnet werden und als Zielwerte in der Kalibrierung eines Drehmomentmodells einprogrammiert werden. Es ist auch möglich, dass Software verwendet wird, um die spezifische Fahrzeugbeschleunigung zu steuern. Die Steuereinheit kann ähnlich einem Gerät einer Geschwindigkeitsregelanlage aufgebaut sein. Allerdings verwendet diese Steuereinheit eine Karte vorn spezifischen Kraftstoffverbrauch des Motors als Kalkulationsbasis. Der Motor kann ein Verbrennungsmotor, ein elektrischer Motor oder ein Hybridmotor sein. Die Karte des spezifischen Kraftstoffverbrauchs kann auch in einer Motorsteuerung, in einer Getriebesteuerung, in beiden Steuerungen oder in einer Antriebsstrangsteuerung implementiert sein.
In einem Anwendungsbeispiel wird der Kraftstoffverbrauch eines Fahrzeugs mit Verbrennungsmotor und einem automatischen Getriebe durch eine Kalibrierung der Beschleunigung durch eine Geschwindigkeitsregelanlage mit Hilfe einer Berechnung des spezifischen Kraftstoffverbrauchs verbessert.
Die Kalkulation steuert den Motor entlang einer Linie der minimalen Kraftstoffverbrauchspunkte. In diesem Fall wird diese Kurve mit Hilfe von Daten zur Motorsteuerung und zur Getriebesteuerung und mit Hilfe von Fahrzeugmodelldaten berechnet. Die Verwendung von internen Kalibrierdaten der Motorsteuerung und der Getriebesteuerung wird verwendet, um eine möglichst hohe Präzision für den Betrieb des realen Kraftfahrzeugs zu erreichen. Die Verwendung dieser Daten berücksichtigt auch Abweichungen, die normalerweise in reinen Simulationsmodellen nicht auftreten.
In einer Ausführungsform wird eine Geschwindigkeitsregelanlage so eingesetzt, dass der Kraftstoffstoffverbrauch reduziert wird durch Leiten bzw. durch Steuern des Motors entlang einer Kurve von Punkten minimalen Kraftstoffverbrauchs unter Berücksichtigung der Getriebeübersetzung.
In einem Anwendungsbeispiel wird die Geschwindigkeitsregelanlage eines Antriebsstrangs mit Verbrennungsmotoren verbessert durch Umwandlung der gewünschten Geschwindigkeit im Beschleunigungsmodus von einer Kurve, in der die Beschleunigung eine Funktion der Geschwindigkeit ist, zu einer Kurve, bei der die Beschleunigung eine Funktion der Fahrzeuggeschwindigkeit und des Gangs bzw. in der die Beschleunigung eine Funktion der Fahrzeuggeschwindigkeit und des Getriebeübersetzungsverhältnisses ist.
Ausführungsbeispiele werden nun anhand der Figuren erläutert. Dabei zeigt
1 ein Diagramm, das verbrauchsarme Beschleunigungen über der Fahrzeuggeschwindigkeit im sechsten Gang zeigt;
2 ein Diagramm, das verbrauchsarme Beschleunigungen über der Fahrzeuggeschwindigkeit im fünften Gang zeigt;
3 ein Diagramm, das verbrauchsarme Beschleunigungen über der Fahrzeuggeschwindigkeit im vierten Gang zeigt;
4 ein Diagramm, das verbrauchsarme Beschleunigungen über der Fahrzeuggeschwindigkeit im dritten Gang zeigt;
5 den mit einem Verfahren zum Einstellen der Beschleunigung des Fahrzeugs eingestellten Beschleunigungen über der Fahrzeuggeschwindigkeit;
6 ein Diagramm der resultierenden Beschleunigungen in Abhängigkeit von der Fahrzeuggeschwindigkeit;
7 ein Diagramm, das die Beschleunigungsverläufe bei kraftstoffsparender Fahrweise im fünften Gang zeigt;
8 ein Diagramm, das die Beschleunigungsverläufe bei kraftstoffsparender Fahrweise im vierten Gang zeigt;
9 ein Diagramm, das die Beschleunigungsverläufe bei kraftstoffsparender Fahrweise im dritten Gang zeigt;
10 die durch ein Verfahren zum Einstellen der Beschleunigung eingestellten Beschleunigungswerte über der Geschwindigkeit für das zweite Ausführungsbeispiel;
11 ein Diagramm des spezifischen Kraftstoffverbrauchs über der Drehzahl und dem Drehmoment eines Motors für das zweite Ausführungsbeispiel;
12 schematisch ein Kraftfahrzeug, in dem das Verfahren implementiert ist;
13 ein Ablaufdiagramm des Verfahrens.
1 zeigt den Verlauf der Beschleunigungen des Kraftfahrzeugs über der Geschwindigkeit des Fahrzeugs. Die Beschleunigung des Fahrzeugs ist mit ag bezeichnet und wird in m/s² (Meter pro Sekunde im Quadrat) angegeben. Die Geschwindigkeit des Fahrzeugs wird in km/h (Kilometer pro Stunde) angegeben. Es sind drei Kurven K1, K2 und K3 eingezeichnet. Die mittlere Kurve K1 bezeichnet den minimalen spezifischen Kraftstoffverbrauch. Der minimale spezifische Kraftstoffverbrauch wird im Englischen als ”break specific fuel consumption (BSFC)” bezeichnet. Die 1 zeigt mit der Kurve K1 den Verlauf des spezifischen Kraftstoffverbrauchs im sechsten Gang.
Die Kurve K1 verläuft von 0,25 m/s² bei etwa 45 km/h bis ca. 100 km/h in etwa flach, aber leicht abfallend, wonach die Beschleunigung von etwa 100 km/h bis 135 km/h in etwa linear auf 0 m/s² abfällt. Dies bedeutet, dass ab etwa 135 km/h eine weitere Beschleunigung mit minimalem Kraftstoffverbrauch nicht mehr möglich ist. 1 zeigt die zwei weiteren Kurven K2 und K3, die Kurve K2 weist eine Beschleunigung von etwa 0,3 m/s² bei 45 km/h auf. Die Beschleunigung steigt auf 0,4 m/s² bei 90 km/h und sinkt anschließend auf eine Beschleunigung von Null bei etwa 155 km/h. Die Kurve K3 hat einen Wert von etwa 0,2 m/s² bei 45 km/h und sinkt linear dann auf 0 m/s² bei etwa 83 km/h ab.
Die obere Kurve K2 gibt die Beschleunigung an, wenn der spezifische Kraftstoffverbrauch etwas höher, in dem Fall 8,1% höher, als das absolute Minimum des minimalen spezifischen Kraftstoffverbrauchs ist, wenn gleichzeitig das vom Verbrennungsmotor aufgebrachte Drehmoment größer als das Drehmoment bei dem minimalen spezifischen Kraftstoffverbrauch bei der gegebenen Fahrzeuggeschwindigkeit ist.
Die dritte Kurve K3 zeigt die Beschleunigungen an, bei denen der spezifische Kraftstoffverbrauch ebenfalls etwas größer als beim absoluten Minimum des spezifischen Kraftstoffverbrauchs und das abgegebene Drehmoment kleiner als das Drehmoment beim minimalen spezifischen Kraftstoffverbrauch bei der gegebenen Fahrzeuggeschwindigkeit ist. In dem vorliegenden Beispiel wurde für die Kurven K2 und K3 jeweils ein spezifischer Kraftstoffverbrauch von 280 g/kWh gewählt. Der Bereich zwischen zweiter Kurve K2 und dritter Kurve K3 zeigt den Bereich der Beschleunigung an, der einen niedrigen spezifischen Kraftstoffverbrauch ermöglicht. Befindet sich ein Fahrzeug in diesem Beschleunigungsbereich, ist eine sehr energiesparende Fahrweise möglich. Am meisten Energie wird mit den Beschleunigungen gespart, die auf der ersten Kurve K1 liegen.
Es wäre dem Fahrkomfort eines Fahrer abträglich, wenn die Beschleunigung während des Beschleunigungsvorgangs stark schwanken würde. Wird zum Beispiel von einer Geschwindigkeitsregelanlage die Beschleunigung automatisch eingestellt, ist es nicht sinnvoll, die Beschleunigung während eines Beschleunigungsvorgangs zu oft und zu abrupt zu ändern. Dies führe zur Unsicherheit des Fahrers, da er nicht einschätzen kann, was das Fahrzeug tut. Außerdem können Fahrer von benachbarten Fahrzeugen schlecht einschätzen, wie sich das Fahrzeug verhält, wenn die Beschleunigung oft geändert wird. Aus diesem Grund ist es erwünscht, dass der Beschleunigungsverlauf möglichst stetig und vorzugsweise sogar linear zur Fahrzeuggeschwindigkeit verläuft. Aus diesem Grund weichen, wie später gezeigt wird, die tatsächlich eingestellten Beschleunigungen teilweise von den Beschleunigungen der Kurve K1 ab.
2 zeigt die Beschleunigungen des gleichen Fahrzeugs wie in 1 über der Fahrzeuggeschwindigkeit im fünften Gang. Die erste Kurve K1, die die Punkte jeweiligen minimalen spezifischen Kraftstoffverbrauchs anzeigt, steigt von etwa 0,4 m/s² bei 35 km/h auf 0,55 m/s² bei etwa 75 km/h, wonach die Kurve annähernd linear auf 0,35 m/s² bei etwa 135 km/h abfällt.
Die zweite Kurve K2, die den spezifischen Kraftstoffverbrauch von 280 g/kWh bei höherer Beschleunigung als bei der Kurve K1 bezeichnet, verläuft von etwa 0,5 m/s² bei 45 km/h auf etwa 0,8 m/s² bei 70 km/h, wonach es zunächst auf 0,7 m/s² bei 110 km/h abfällt. Anschließend fällt die Kurve K2 auf den Wert der Kurve K1 bei 135 km/h. Die Kurve K3, die wie in 1 einen spezifischen Kraftstoffverbrauch mit 280 g/kWh anzeigt, verläuft bis 135 km/h unterhalb der Kurve K1 im Bereich zwischen 0,2 bis 0,3 m/s². Ab 135 km/h ist es nicht mehr möglich, das Fahrzeug mit einem spezifischen Kraftstoffverbrauch von kleiner oder gleich 280 g/kWh zu beschleunigen.
3 zeigt die Beschleunigungen des Fahrzeugs über der Geschwindigkeit für das gleiche Fahrzeug wie in den 1 und 2, in diesem Fall aber für den vierten Gang. Kurven mit den gleichen Bezugszeichen wie in den vorangegangenen Kurven bezeichnen jeweils die gleichen Bedingungen.
Die Kurve K1 verläuft von 0,7 m/s² bei etwa 25 km/h ansteigend bis 0,85 m/s² bei 55 km/h und anschließend erst flach und schließlich fallend bis 90 km/h. Die Kurve K2 verläuft oberhalb der Kurve K1 zwischen 0,75 m/s² bei 25 km/h und endet schließlich im gleichen Punkt wie die Kurve K1 bei 90 km/h. Die Kurve K3 verläuft im Bereich zwischen 25 und 90 km/h unterhalb der Kurve K1 im Bereich 0,4 m/s² bis 0,8 m/s².
4 zeigt die Verläufe der Beschleunigungen über der Geschwindigkeit des Fahrzeugs für den dritten Gang. Die Kurve K1 verläuft von 0,95 m/s² bei 18 km/h ansteigend bis auf 1,03 m/s² bei etwa 70 km/h. Die Kurve K2 verläuft oberhalb der Kurve K1 beginnend bei 1,1 m/s² bei 18 km/h. Die Kurve K3 verläuft unterhalb der Kurve K1 im Bereich zwischen 18 km/h und 70 km/h zwischen 0,6 und 1,25 m/s². Bei Geschwindigkeiten größer als 70 km/h ist es nicht mehr möglich, das Fahrzeug mit einem Kraftstoffverbrauch von kleiner oder gleich 280 g/kWh zu beschleunigen, weshalb die Kurven dort enden.
Für alle Diagramme der 1 bis 4 gilt, dass zwischen den Kurven K3 und K2 der Bereich ist, in dem vorzugsweise die Beschleunigung des Kraftfahrzeugs verlaufen sollte.
In der 5 wird gezeigt, wie mit Hilfe der gezeigten Kurven der Beschleunigungsverlauf eingestellt wird. 5 zeigt die Kurven aus den 1 bis 4 in einer Übersicht. Mit der gestrichelten Linie ist ein Verlauf der Beschleunigung angezeigt. Die gestrichelte Linie KS beginnt bei 45 km/h auf der Linie K1 für den dritten Gang bei 1,1 m/s² und sinkt dann ab. Bei etwa 58 km/h verlässt es den bevorzugten Bereich für den dritten Gang, denn dort schneidet die Kurve KR die Kurve K3 für den dritten Gang. Allerdings befindet sie sich bereits in dem bevorzugten Bereich für den vierten Gang, denn sie hat die Kurve K2 für den vierten Gang bereits geschnitten. Sobald die Kurve bei 70 km/h die Kurve K1 für den vierten Gang erreicht hat, folgt sie dieser Kurve K1 bis etwa 90 km/h. Anschließend senkt sie sich linear auf 0,5 m/s² bei 122 km/h, wobei sie sich der Kurve K2 für den fünften Gang nähert und parallel zu dieser verläuft. Die gestrichelte Kurve verläuft somit möglichst lange in Bereichen, die von jeweiligen Kurven K2 und K3 eingeschlossen sind.
Eingezeichnet ist in 5 zudem noch eine Ergebniskurve R. Diese ergibt sich aus einer Glättung der Kurve KR, so dass sich keine Unstetigkeitsstellen mehr in der Ableitung des Beschleunigungsverlaufs ergeben.
Das Fahrzeug wird entsprechend der Kurve R beschleunigt. Befindet sich das Fahrzeug zum Beispiel bei der Geschwindigkeit 80 km/h und wird von einer Geschwindigkeitsregelanlage eine Beschleunigung angefordert, so wird diese auf 0,85 m/s² eingestellt. Die Beschleunigung sinkt entsprechend der Kurve R, sobald das Fahrzeug eine etwas höhere Geschwindigkeit erreicht hat. Bei dem Fahrzeug handelt es sich um eines mit Automatikgetriebe. Das Schalten zwischen den Gängen erfolgt bei den angegebenen Geschwindigkeiten automatisch.
In einer weiteren Ausführungsform wird die Beschleunigung nicht von einer Geschwindigkeitsregelanlage angefordert, sondern das Fahrzeug weist einen Betriebsschalter auf, den ein Fahrer einschalten kann, sobald er eine sparsame Fahrweise wünscht. Tritt er dann beispielsweise bei 80 km/h verstärkt auf das Gaspedal, so wird zunächst überprüft, ob die Niederdrückkraft auf das Gaspedal einen vorbestimmten Wert übersteigt. Ist dies der Fall, wird die Höhe Beschleunigung auf 0,85 m/s² vorgegeben und entsprechend der Motor gesteuert, der daraufhin das Drehmoment und damit die Drehzahl des Motors durch Verändern der Öffnung der Drosselklappe im Lufteinsaugkanal des Motors oder durch Einstellen des Zündwinkels der Zündung des Motors einstellt.
Steigt die Geschwindigkeit des Fahrzeugs daraufhin an, wird die Beschleunigung gemäß dem Verlauf der Kurve R eingestellt. Damit wird sichergestellt, dass die Beschleunigung kraftstoffsparend erfolgt.
Anhand der 5 ist zu erkennen, dass die Beschleunigung der Kurve R nicht wesentlich geringer als 0,5 m/s² wird. Dies liegt daran, dass ein Mindestbeschleunigungswert eingeführt wurde. Andernfalls könnte man die Kurve R in höheren Geschwindigkeitsbereichen ab 120 km/h auch mit niedrigeren Beschleunigungen betreiben.
6 zeigt für ein zweites Ausführungsbeispiel eines Kraftfahrzeugs die Kurven K1, K2 und K3 entsprechend 1 im sechsten Gang. Die Kurve K1 des minimalen spezifischen Kraftstoffverbrauchs verläuft von etwa 0,45 m/s² bei 40 km/h bis auf 0,45 m/s² bei 90 km/h und sinkt dann linear bis auf 0,15 m/s² bei 165 km/h ab. Die Kurve K2 verläuft oberhalb der Kurve K1 bis 165 km/h. Die Kurve K3 verläuft unterhalb der Kurve K1 und tangiert sie bei 165 km/h.
7 zeigt den Verlauf der Kurven für das zweite Ausführungsbeispiel im fünften Gang. Die Kurve K1 steigt von 0,5 m/s² bei 35 km/h bis auf 0,6 m/s² bei 75 km/h und sinkt dann bis auf 0,45 m/s² bei 140 km/h ab. Die Kurve K2 verläuft oberhalb der Kurve K3 bis zu dem Punkt bei 140 km/h, an dem sich die Kurven K1, K2 und K3 berühren. Die Kurve K3 verläuft unterhalb der Kurve K1 im Bereich zwischen 0,2 und 0,45 m/s², was bei 140 km/h erreicht wird.
8 zeigt die Kurven K1, K2 und K3 des Kraftfahrzeugs des zweiten Ausführungsbeispiels im vierten Gang. Die Kurve K1 verläuft zwischen 0,6 und 0,75 m/s² zunächst ansteigend zwischen 30 km/h und 65 km/h, wonach die Kurve K1 bis auf 0,7 m/s² bei 115 km/h absinkt. Die Kurve K3 verläuft im Bereich zwischen 0,4 m/s² bis 0,7 m/s² zwischen 30 km/h bis 115 km/h. Die Kurve K2 verläuft oberhalb der Kurve K1 bis auf den Punkt bei der Geschwindigkeit 115 km/h, bei dem sie die Kurve K1 tangiert.
9 zeigt die Kurven K1, K2 und K3 des Kraftfahrzeugs des zweiten Ausführungsbeispiels im dritten Gang. Die Kurve K1 verläuft zwischen 0,95 m/s² bei 20 km/h auf 1,3 m/s². Die Kurve K2 verläuft oberhalb der Kurve K1 bis auf den Punkt bei 85 km/h, an denen die Kurve K2 die Kurve K1 tangiert. Die Kurve K3 verläuft bis 85 km/h unterhalb der Kurve K1.
10 zeigt den Verlauf der resultierenden Beschleunigungskurven über der Geschwindigkeit. Die gestrichelten Beschleunigungskurven R zeigen die Beschleunigungen, die gemäß dem vorgestellten Verfahren eingestellt werden. Die Kurve R(6) zeigt dabei die Beschleunigungen im sechsten Gang, die Kurve R(5) die Beschleunigungen im fünften Gang, die Kurve R(4) die Beschleunigungen im vierten Gang und die Kurve R(3) die Beschleunigungen im dritten Gang. Die Kurven R(3), R(4), R(5) und R(6) verlaufen dabei im wesentlichen linear abfallend. Die Linearität hat den Vorteil, dass der Beschleunigungsverlauf für den Fahrer angenehm ist und Fahrer benachbarter Fahrzeuge nicht irritiert. Die Kurve R(3) verläuft von 1,2 m/s² bei 40 km/h bis auf 1,1 m/s² bei 75 m/s². Die Kurve R(4) verläuft von etwas über 1 m/s² bei 40 km/h linear auf etwas unter 1 m/s² bei 90 km/h, woraufhin sie mit stärkerer Neigung auf 0,85 m/s² bei 110 km/h abfällt. Die Kurve R(5) verläuft linear von 0,9 m/s² bei 60 km/h auf 0,75 m/s² bei 115 km/h. Die Kurve R(6) verläuft von 0,7 m/s² bei 80 km/h linear bis etwas unter 0,5 m/s² bei 200 km/h.
Die resultierende Kurve KR beginnt bei 42 km/h bei 1,2 m/s² und sinkt dann entlang der Kurve R(3) in etwa linear bis auf 1,1 m/s² bei 75 km/h. Ab diesem Zeitpunkt würde sie, wenn sie weiter leicht abfallend flach verlaufen würde, den Bereich zwischen K2 und K3 des dritten Gangs verlassen. Aus diesem Grunde sinkt sie bis auf 1 m/s² ab und verläuft somit unterhalb der Kurve K2 des vierten Gangs leicht abfallend entlang der Kurve R(4), bis sie bei 105 km/h und 0,85 m/s² die Kurve K2 des vierten Gangs tangiert. Dann sinkt sie bei diesen 105 km/h senkrecht bis auf 0,75 m/s² und verläuft dann wieder leicht abfallend entlang der Kurve R(5), bis sie die Kurve K2 des fünften Gangs bei 115 km/h tangiert. Anschließend fällt sie wieder senkrecht bis auf 0,65 m/s² ab, wonach sie flach abfallend entlang der Kurve R(6) weiter verläuft, wo sie 0,5 m/s² bei 180 km/h schneidet.
Insgesamt bleibt die Kurve KR somit innerhalb des Bereiches zwischen K2 und K3 der jeweiligen Gänge bis zu der Geschwindigkeit 125 km/h. Ab dieser Geschwindigkeit ist es nicht mehr möglich, dass die resultierende Kurve KR innerhalb der Bereiche zwischen K2 und K3 bleibt.
Das Fahrzeug der zweiten Ausführungsform weist ein Schaltgetriebe auf. Das Schalten zwischen den Gängen erfolgt durch den Fahrer. Damit dieser das Umschalten vornimmt, wird über eine Gangwechselanzeige im Armaturenbrett dem Fahrer angezeigt, wann er schalten soll und ob er hochschalten oder herunterschalten soll. Bei 75 km/h soll der Fahrer vom dritten Gang in den vierten Gang, bei 105 km/h soll er vom vierten in den fünften Gang wechseln und bei 115 km/h soll er vom fünften Gang in den sechsten Gang wechseln.
11 zeigt ein Diagramm, aus dem die Kurven K1 bis K3 erzeugt werden. 11 zeigt ein dreidimensionales Diagramm, bei dem der spezifische Kraftstoffverbrauch (BSFC) in g/kWh über der Drehzahl und dem vom Motor abgegebenen Drehmoment aufgezeichnet wird. Bei den Messungen, die auf einem Prüfstand erfolgen können, entstehen Punkte, die Kurven KS zugeordnet werden. Diese einzelnen Kurven KS entsprechen den Punkten spezifischen Kraftstoffverbrauchs bei vorbestimmten Drehzahlen, zum Beispiel gibt es eine Kurve KS bei 2500 l/min, eine Kurve für 2550 l/min und so weiter.
Mit der Kurve K11m werden diejenigen Punkte verbunden, die jeweils die unteren Scheitelpunkte der Kurven KS sind. Mit anderen Worten, enthält die Kurve Kllm diejenigen Punkte mit dem minimalen spezifischem Kraftstoffverbrauch je Drehzahl. Das absolute Minimum der Gesamtheit der Kurven KS und somit das absolute Minimum des minimalen spezifischem Kraftstoffverbrauchs beträgt 259 g/kWh. Die vorbestimmten Werte 280 g/kWh der Kurven Kllp und Kllw sind somit 1,081 so groß wie das absolute Minimum des minimalen spezifischen Kraftstoffverbrauchs. Somit ermöglicht das Verfahren, dass das Fahrzeug über einen großen Geschwindigkeitsbereich mit Beschleunigungen betrieben wird, bei denen der spezifische Kraftstoffbereich nur kleiner oder gleich 1,081 mal so groß wie der minimale spezifische Kraftstoffverbrauch ist.
Eine zweite Kurve Kllw enthält diejenigen Punkte der Kurven KS, die einen spezifischen Kraftstoffverbrauch von 280 g/kWh aufweisen und bei denen das abgegebene Drehmoment kleiner als das des minimalen spezifischen Kraftstoffverbrauchs ist. Die Kurve Kllp verbindet diejenigen Punkte, die einen spezifischen Kraftstoffverbrauch von 280 g/kWh aufweisen, wobei das Drehmoment größer als das Drehmoment bei minimalem spezifischem Kraftstoffverbrauch ist. Aus dem Drehmoment wird unter Berücksichtigung der Übersetzung vom Motor zu den Rädern, das heißt inklusive des Getriebes, unter Berücksichtigung des Fahrzeuggewichts die Beschleunigung des Fahrzeugs berechnet. Zudem wird berechnet, wie groß die jeweilige Geschwindigkeit ist. Aus diesen Daten ergeben sich Diagramme der Beschleunigung des Fahrzeugs über der Fahrzeuggeschwindigkeit aus den 1 bis 10. Das Diagramm von 11 beschreibt das Verhalten des Motors und gilt für alle Gänge. Die Geschwindigkeit des Fahrzeugs lässt sich aus der Drehzahl des Motors, der aktuellen Getriebeübersetzung, der Übersetzung des Radantriebsstrangs und dem Reifenradius der Laufräder berechnen. Dabei ist zu beachten, dass der Reifenradius dynamisch sein kann, dass heißt von dem Reifendruck und der Belastung abhängen kann. Die Beschleunigung wird berechnet aus der aktuellen Getriebeübersetzung, den Getriebewirkungsgraden und Reibmomenten, den Massenträgheitsmomenten des Antriebsstrangs, der translatorischen Fahrzeugmassenträgheit, dem Fahrwiderstand des Fahrzeugs und dem dynamischen Reifenradius. Somit können die Punkte der Kurven Kllm, Kllp und Kllw eineindeutig in Punkte der Kurven K1, K2 und K3 umgerechnet werden.
12 zeigt ein Kraftfahrzeug, in dem das Verfahren implementiert ist. Das Fahrzeug 10 weist eine Eingabevorrichtung 9, eine Geschwindigkeitsregelanlage 11, eine Geschwindigkeitsmessvorrichtung 12, einen Speicher 13, eine Motorsteuerung 14, eine Getriebesteuerung 15, einen Motor 16, ein Getriebe 17, einen Radantriebsstrang 18 und Laufräder 19 auf. Ein Fahrer gibt über die Eingabevorrichtung 9 an der Geschwindigkeitsregelanlage 11 eine Sollgeschwindigkeit ein. Die Geschwindigkeitsmessvorrichtung 12 misst ständig die Fahrzeuggeschwindigkeit V_F. Wenn die Geschwindigkeitsregelanlage 11 aus der Differenz der Sollgeschwindigkeit zu der Fahrzeuggeschwindigkeit ermittelt, dass die Geschwindigkeit erhöht werden soll, fragt sie Daten aus dem Speicher 13 ab. Die Daten in dem Speicher 13 enthalten Datensätze, in denen jeweils eine Kombination aus Fahrzeuggeschwindigkeit, Beschleunigung des Fahrzeugs und einzulegendem Gang gespeichert ist. In den Datensätzen ist jeder Fahrzeuggeschwindigkeit genau eine Beschleunigung des Fahrzeugs zugeordnet. Die Geschwindigkeitsregelanlage 11 fragt den Datensatz ab, in dem die gemessene Fahrzeuggeschwindigkeit abgelegt ist und entnimmt diesem Datensatz die gespeicherte Beschleunigung als gewünschte Höhe der Beschleunigung ag und den einzulegenden Gang. Diese Höhe der Beschleunigung ag gibt an die Geschwindigkeitsregelanlage 11 an die Motorsteuerung 14 aus, die daraus die Solldrehzahl für den Motor 16 berechnet, und diesen entsprechend ansteuert. Dies bewirkt, dass der Motor 16 eine Motordrehzahl n ausgibt.
Zudem gibt die Geschwindigkeitsregelanlage 11 den einzulegenden Gang g an die Getriebesteuerung 15 aus, die ihrerseits das Getriebe 17 ansteuert, den gewünschten Gang g einzulegen. Im Getriebe 17 wird die Motordrehzahl n in eine Getriebeausgangsdrehzahl nT übersetzt. Die Getriebeausgangsdrehzahl nT bewirkt eine Drehzahl der Laufräder nL der Laufräder 19 des Fahrzeugs 19.
13 zeigt ein Ablaufdiagramm einer Ausführungsform des des Verfahrens. In Schritt 100 wird eine Anforderung nach Beschleunigung zum Beispiel an eine Geschwindigkeitsregelanlage ausgegeben. Zudem wird in Schritt 101 die Geschwindigkeit des Fahrzeugs v_F gemessen. Es wird in einem Schritt 102 die Höhe der Beschleunigung ag als Funktionswert der Fahrzeuggeschwindigkeit abgefragt. Zudem wird in Schritt 102 der Gang, der bei der gemessenen Geschwindigkeit des Fahrzeugs einzulegen ist, abgefragt. Die Beschleunigung ag wird verwendet, um in Schritt 103 die Drehzahl des Antriebmotors zu steuern oder zu regeln. Zudem wird der abgefragte Gang g eingelegt, falls der eingelegte Gang nicht dem abgefragten Gang entspricht. Nach Schritt 103 beginnt das Verfahren wieder mit Schritt 100.
Bezugszeichenliste

9: Eingabevorrichtung
10: Fahrzeug
11: Geschwindigkeitsregelanlage
12: Geschwindigkeitsmessvorrichtung
13: Speicher
14: Motorsteuerung
15: Getriebesteuerung
16: Motor
17: Getriebe
18: Radantriebsstrang
19: Laufrad

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 6944532 B2 [0001]

Claims

Verfahren zum Beschleunigen eines Kraftfahrzeugs (10), wobei das Kraftfahrzeug (10) – einen Motor (16) zum Antrieb des Kraftfahrzeugs (10), – einen Speicher (13), in dem eine Vielzahl von Datensätzen über Kombinationen von der Geschwindigkeit des Fahrzeugs (v_F) und jeweils einer, der Geschwindigkeit des Fahrzeugs zugeordnete, Beschleunigung des Fahrzeugs (ag) abgespeichert sind, aufweist, wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist: – Empfangen einer Anforderung nach Beschleunigung des Fahrzeugs (10); – Bestimmen der Geschwindigkeit des Fahrzeugs (vF); – Bestimmen der Größe der Beschleunigung (ag) anhand der Datensätze und der bestimmten Geschwindigkeit des Fahrzeugs (vF); – Ansteuern des Drehmoments (Tq) des Motors (16) entsprechend der bestimmten Größe der Beschleunigung (ag).
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Verfahren zusätzlich einen Schritt des automatischen Schaltens eines Getriebes (17) des Fahrzeugs (10) aufweist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 2, wobei die Kombinationen von Fahrzeuggeschwindigkeit und Beschleunigung jeweils Punkten auf einer Verbrauchskurve, die Beschleunigungswerte niedrigen Kraftstoffverbrauchs miteinander verbindet, entsprechen.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei die Beschleunigungswerte niedrigen Kraftstoffverbrauchs solche Beschleunigungswerte sind, bei denen das Fahrzeug (10) einen Kraftstoffverbrauch hat, der innerhalb eines vorbestimmten Bereichs um den minimalen spezifischen Kraftstoffverbrauch liegt.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei der vorbestimmte Bereich aus dem Bereich gewählt wird, der von dem minimalen spezifischen Kraftstoffverbrauch bis zu vorbestimmten Werten reicht, die kleiner als 1,1-mal dem minimalen spezifischen Kraftstoffverbrauch sind.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Anforderung nach Beschleunigung durch eine Geschwindigkeitsregelanlage (11) des Kraftfahrzeugs erfolgt.
Kraftfahrzeug, das – einen Motor (16) zum Antrieb des Kraftfahrzeugs (10), – einen Speicher (13), in dem Datensätze über Kombinationen von Geschwindigkeit des Fahrzeugs (vF) und jeweils einer der Geschwindigkeit des Fahrzeugs zugeordneten Beschleunigung (ag) des Fahrzeugs (10) abgespeichert sind, – und eine Steuereinheit aufweist, wobei die Steuereinheit – eine Empfangsvorrichtung (9) zum Empfangen einer Anforderung nach Beschleunigung des Fahrzeugs (10); – eine Geschwindigkeitsmessvorrichtung (12) zum Bestimmen der Geschwindigkeit des Fahrzeugs; – eine Abfragevorrichtung (11) zum Bestimmen der Höhe der Beschleunigung anhand der Datensätze und der Geschwindigkeit des Fahrzeugs; – und eine Ansteuervorrichtung (14) zum Einstellen des Drehmoments des Motors entsprechend der bestimmten Höhe der Beschleunigung aufweist.
Fahrzeug nach Anspruch 7, wobei ein Schalter vorgesehen ist, der von einem Fahrer des Fahrzeugs betätigbar ist, wobei der Schalter zum Aktivieren und Deaktivieren der Steuereinrichtung eingerichtet ist.
Fahrzeug nach Anspruch 7 oder 8, wobei das Fahrzeug ein automatisches Getriebe (17) aufweist, und die Steuereinrichtung zusätzlich zum Schalten des automatischen Schaltens des Getriebes entsprechend der bestimmten Höhe der Beschleunigung eingerichtet ist.
Fahrzeug nach einem der Ansprüche 7 bis 9, wobei die Kombinationen von Fahrzeuggeschwindigkeit und Beschleunigung jeweils Punkten auf einer Verbrauchskurve, die Beschleunigungswerte niedrigen Kraftstoffverbrauchs miteinander verbindet, entspricht.
Fahrzeug nach Anspruch 10, wobei die Beschleunigungswerte niedrigen Kraftstoffverbrauchs solche Beschleunigungswerte sind, bei denen das Fahrzeug einen Kraftstoffverbrauch hat, der innerhalb eines vorbestimmten Bereichs um den minimalen spezifischen Kraftstoffverbrauch liegt.
Fahrzeug nach Anspruch 11, wobei der vorbestimmte Bereich aus dem Bereich gewählt wird, der von dem minimalen spezifischen Kraftstoffverbrauch bis zu den Werten reicht, die kleiner als 1,1-mal dem minimalen spezifischen Kraftstoffverbrauch sind.