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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines Fahrzeugs.
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Die Erfindung betrifft weiterhin eine Vorrichtung zur Durchführung eines solchen Verfahrens.
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Aus der
EP 0 974 742 B1 sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Regelung eines Kühlkreislaufs eines motorgetriebenen Fahrzeugs in Abhängigkeit einer Laständerung des Motors bekannt. Dabei werden derzeitige Standortdaten des Fahrzeugs und zukünftige Standortdaten einer vorausliegenden Strecke ermittelt und bei einer Höhenänderung zwischen den derzeitigen und zukünftigen Standortdaten wird ein Kühlkreislauf des Fahrzeugs entsprechend der zu erwartenden Laständerung frühzeitig geregelt.
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Auch die
US 7,424,868 B2 und die
US 7,347,168 B2 beschreiben jeweils ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Betrieb eines Kühlkreislaufs eines Fahrzeugs.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein gegenüber dem Stand der Technik verbessertes Verfahren zum Betrieb eines Fahrzeugs und eine verbesserte Vorrichtung zur Durchführung eines solchen Verfahrens anzugeben.
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Hinsichtlich des Verfahrens wird die Aufgabe erfindungsgemäß durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale und hinsichtlich der Vorrichtung durch die im Anspruch 6 angegebenen Merkmale gelöst.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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In dem Verfahren zum Betrieb eines Fahrzeugs wird erfindungsgemäß in Abhängigkeit eines dem Fahrzeug vorausliegenden Streckenprofils eine Kühlung zumindest eines Ölkreislaufs zumindest einer Antriebsstrangkomponente prädiktiv und variabel gesteuert.
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Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht es aufgrund der prädiktiven Steuerung der Kühlung des Ölkreislaufs in Abhängigkeit des vorausliegenden Streckenprofils, dass eine insbesondere für Spitzenlastfälle vorgesehene Temperaturreserve des in dem Ölkreislauf geführten Öls verringert werden kann und somit der Ölkreislauf stets mit einer optimierten Temperatur bei daraus folgender optimierter Viskosität des Öls betrieben werden kann. Aufgrund sich daraus ergebener verringerter Reibungsverluste bei geringer Viskosität des Öls wird ein Wirkungsgrad der Antriebsstrangkomponente erhöht.
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Wird jedoch eine höhere Belastung der Antriebsstrangkomponente im Vorausschauhorizont, beispielsweise aufgrund einer längeren steigungsbedingten Volllastphase, erkannt, so erfolgte eine prädiktive Kühlung des Öls bereits vor dem Beginn der Volllastphase. Dadurch ist es möglich, die während der Volllastphase erzeugte Wärme ohne eine Temperaturüberhöhung im Ölkreislauf aufzunehmen.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand einer Zeichnung näher erläutert.
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Dabei zeigt:
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1 schematisch ein Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Betrieb eines Fahrzeugs.
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In der einzigen 1 ist ein mögliches Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung 1 zum Betrieb eines nicht gezeigten Fahrzeugs dargestellt. Bei dem Fahrzeug handelt es sich insbesondere um ein Hybridfahrzeug, welches einen Hybridantriebsstrang mit einer als Verbrennungskraftmaschine ausgebildeten ersten Antriebseinheit und einer als Elektromotor ausgebildeten zweiten Antriebseinheit umfasst. Die erste und zweite Antriebseinheit sind dabei vorzugsweise mittels einer Kupplung miteinander koppelbar.
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Antriebstrangkomponenten von Fahrzeugen, wie beispielsweise deren Getriebe, besitzen nach dem Stand der Technik Vorrichtungen zur Kühlung der innerhalb der Antriebstrangkomponenten verwendeten Schmierstoffe, insbesondere Öle. Übersteigt die Temperatur des Öls einen vorgegebenen Grenzwert, wird ein Thermostatventil geöffnet, so dass das Öl in eine Kühlvorrichtung geleitet und somit eine überschüssige Wärme abgeführt wird, um eine Schädigung des Öls und der Antriebstrangkomponenten zu vermeiden. Dabei wird das Thermostatventil entweder anhand einer fest eingeprägten Temperaturcharakteristik oder mittels eines Steuergeräts gesteuert. Dabei wird üblicherweise eine Temperaturschwelle derart vorgegeben, dass es eine Sicherheitstemperaturreserve zu einer kritischen Temperaturschwelle gibt, ab welcher eine Schädigung möglich ist. Dies ist der Fall, weil eine Absenkung der Temperatur im Spitzenlastfall nur mit einer gewissen Zeitverzögerung wirksam wird und trotz Zuschaltung der Kühlvorrichtung zwischenzeitlich noch weiter steigen kann.
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Aufgrund dieser so erzeugten Temperaturreserve ist eine Verwendung des Öls in einem optimalen Temperaturbereich und damit verbundener minimaler Viskosität nicht möglich. Aufgrund daraus resultierender erhöhter Reibungsverluste, welche sich aus der erhöhten Viskosität des Öls in der Temperaturreserve ergeben, ergibt sich in nachteiliger Weise, dass die jeweilige Antriebsstrangkomponente nicht im optimalen Wirkungsgrad betrieben werden kann.
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Zur Überwindung dieser Nachteile sieht das erfindungsgemäße Verfahren vor, dass in Abhängigkeit eines dem Fahrzeug vorausliegenden Streckenprofils eine Kühlung eines Ölkreislaufs einer Antriebsstrangkomponente prädiktiv, d. h. vorausschauend, und variabel gesteuert wird.
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Hierzu werden in einer Vorausschausimulation Betriebszustände der Antriebsstrangkomponente auf dem vorausliegenden Streckenprofil ermittelt und in Abhängigkeit der ermittelten Betriebszustände wird ein Wärmeeintrag in den Ölkreislauf der Antriebsstrangkomponente prognostiziert. Somit kann die Temperaturreserve signifikant verringert werden und der Betrieb kann in einem Bereich erfolgen, in welchem das Öl die optimale Viskosität aufweist.
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Dabei wird die Vorausschausimulation des Streckenprofils in einem vorgegebenen Vorausschauhorizont mittels Steigungs- und Krümmungsdaten, weiterer Kartenattribute einer digitalen Karte, wie beispielsweise Stoppstellen, und gegebenenfalls auch mittels erfassten Daten einer Umgebungssensorik, wie beispielsweise eines Abstandsradars, gemeinsam mit aktuellen Betriebszustandsdaten des Fahrzeugs und dessen Antriebstrangs ermittelt. Hierzu ist die Kenntnis des Streckenprofils der jeweiligen Fahrtroute erforderlich. Die Informationen über die verschiedenen Streckenprofile der jeweiligen Fahrtrouten werden dabei anhand allgemein bekannter Vorrichtungen und Verfahren, wie beispielsweise anhand von Daten einer Navigationsvorrichtung, Positionsdaten einer sattelitengestützten Navigationsvorrichtung, anhand allgemeiner Streckeninformationen, anhand von Informationen auf Hinweis- und Verkehrsschildern, anhand von Kameradaten, einer Fahrzeug-zu-Fahrzeug-Kommunikation, einer Fahrzeug-zu-Infrastruktur-Kommunikation und/oder weiteren Vorrichtungen und Verfahren ermittelt.
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Anhand der Ergebnisse der Vorausschausimulation wird eine Betriebsstrategie für das Fahrzeug ermittelt, insbesondere eine Gangvorgabe für ein automatisiertes Getriebe des Fahrzeugs sowie eine Momentenvorgabe für die erste Antriebseinheit, die zweite Antriebseinheit und/oder eine als Retarder ausgebildete Dauerbremse des Fahrzeugs erzeugt.
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Im Rahmen der vorausschauenden Betriebsstrategie werden als Zwischenergebnisse Leistungsverläufe, Drehzahlverläufe und/oder Drehmomentverläufe der Antriebsstrangkomponente prognostiziert und zur Beurteilung der Betriebszustände herangezogen. Insbesondere wird der Leistungsverlauf dazu verwendet, anhand thermischer Modelle einen zukünftigen Wärmeeintrag der Antriebsstrangkomponente in den Ölkreislauf zu berechnen.
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Bei der Antriebsstrangkomponente kann es sich neben der ersten und zweiten Antriebseinheit um ein Getriebe des Fahrzeugs, eine als Retarder ausgebildete Dauerbremse oder ein Verteilergetriebe einer Fahrzeugachse handeln.
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Bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die Leistungsverläufe, Drehzahlverläufe und/oder Drehmomentverläufe sowie die daraus ermittelten Temperaturverläufe dazu verwendet, prädiktiv die entsprechenden Thermostatventile zur Steuerung des Ölkreislaufs derart anzusteuern, dass die Öltemperatur vor einem erwarteten größeren Wärmeeintrag absenkt wird, um ein Überschwingen der Temperatur über eine vorgegebene kritische Temperaturgrenze hinaus zu vermeiden. Dabei erfolgt die Steuerung so, dass die Öltemperatur prädiktiv schon zeitlich vor dem Erreichen der kritischen Temperaturgrenze verringert wird, so dass zum Ende des Streckenabschnitts mit hohem Wärmeeintrag die Öltemperatur an die kritische Temperaturgrenze herangeführt wird.
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In Phasen mit geringerem Wärmeeintrag, beispielsweise im Teil- und Niedriglastbetrieb, wird dagegen die Öltemperatur gezielt nahe an die kritische Temperaturgrenze herangeführt, um die Vorteile der geringeren Viskosität des Öls in diesem Bereich auszunutzen und somit einen besseren Wirkungsgrad zu erreichen. Dies führt einerseits zu einer Kraftstoffeinsparung, andererseits aber auch zu einem gleichförmigen Öltemperaturverlauf und damit zu einer geringeren Schädigung des Öls und der jeweiligen Antriebsstrangkomponente. Daraus folgend können Wartungsintervalle verlängert werden.
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Ist die Kühlvorrichtung zur Kühlung des Öls in eine gesamtes Kühlwasserkühlsystem der Antriebseinheiten des Fahrzeugs integriert, wird der prädizierte Kühlbedarf des Öls in der gesamten Steuerung des Kühlwasserkühlsystems, d. h. im gesamten Thermomanagement, berücksichtigt und energieoptimal abgeführt.
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Zur Durchführung des Verfahrens umfasst das dargestellte Ausführungsbeispiel der Vorrichtung 1 ein Vorausschaumodul 2, mittels welcher eine Position des Fahrzeugs, beispielsweise anhand von GPS-Daten und Daten einer digitalen Karte einer Navigationsvorrichtung des Fahrzeugs ermittelt wird. Dabei wird der Vorausschauhorizont entweder anhand einer Berechnung des so genannten wahrscheinlichsten Pfades oder in Verbindung eines eingegebenen Fahrziels mittels der Navigationsvorrichtung bestimmt. Der Vorausschauhorizont enthält beispielsweise Steigungs- und Krümmungsdaten, welche über einer vor dem Fahrzeug befindlichen Wegstrecke aufgetragen sind.
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Weiterhin umfasst die Vorrichtung 1 ein Betriebsdatenmodul 3, welches alle relevanten aktuellen Signale bezüglich einer beispielsweise mittels eines Fahrpedals vorgegebenen Fahreranforderung, Motor- und Getriebedaten, wie beispielsweise eine aktueller Ist-Gang und Temperaturen, sowie Fahrdaten, wie beispielsweise eine aktuelle Geschwindigkeit, des Fahrzeugs liefert.
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Zusätzlich ist ein Fahrstrategiemodul 4 vorgesehen, welches im Vorausschauhorizont die Betriebsstrategie ermittelt. Diese umfasst eine verbrauchsoptimale Vorgabe für die Gangwahl des automatisierten Getriebes sowie für die Momentensteuerung der Antriebseinheiten und einer oder mehrerer Dauerbremsen. Die Momentensteuerung erfolgt dabei vorzugsweise im Rahmen eines automatisierten Geschwindigkeits-Tempomatregelbetriebs. Im Fahrstrategiemodul 4 ist vorzugsweise weiterhin eine prädiktive Thermomanagementfunktion enthalten, mittels welcher für den Vorausschauhorizont optimale Stellgrößen für eine Kühlwasserpumpe, einen Lüfter und weitere mögliche Stellglieder des Kühlwasserkreislaufs der Antriebseinheiten ermittelt werden.
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Ferner sind ein Gangwahlmodul 5 zur Koordination der Gangvorgabe der vorausschauenden Betriebsstrategie mit der Funktion eines automatisierten Schaltgetriebes oder Automatikgetriebes und ein erstes Momentenvorgabemodul 6 zur Koordination einer Vorgabe eines prädiktiven Geschwindigkeitstempomats mit einem gesamten Momentpfad in Richtung der als Verbrennungskraftmaschine ausgebildeten ersten Antriebseinheit.
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Mittels eines zweiten Momentenvorgabemoduls 7 erfolgt eine Koordination der Vorgabe des prädiktiven Geschwindigkeitstempomats mit dem gesamten Momentpfad in Richtung der als Elektromotor ausgebildeten zweiten Antriebseinheit und mittels eines dritten Momentenvorgabemoduls 8 erfolgt eine Koordination der Vorgabe des prädiktiven Geschwindigkeitstempomats mit einer Steuerung und/oder Regelung eines Bremsenbetriebs in Richtung der Dauerbremsen des Fahrzeugs im Bremsbetrieb.
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Weiterhin ist ein Temperatur-Vorhersagemodul 9 vorgesehen, mittels welchem anhand von Modellen die Wärmeentwicklung der Öle in den Antriebsstrangkomponenten vorausberechnet und dem Fahrstrategiemodul 4 in einem ersten Datenfluss D1 zur Verfügung gestellt. Der erste Datenfluss D1 ist weiterhin zur Rückkopplung zur prädiktiven Thermomanagementfunktion des Fahrstrategiemoduls 4 und/oder zur Betriebsstrategiefunktion des Fahrstrategiemoduls 4 für den Fall vorgesehen, dass ein Eingriff zur Unterstützung der Steuerung der Öltemperatur, beispielsweise ein Öffnen von Blenden oder eine Aktivierung eines Lüfters, erforderlich ist.
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Mittels eines zweiten Datenflusses D2 werden die mittels des Fahrstrategiemoduls 4 ermittelten und/oder verarbeiteten Daten, insbesondere eine Drehzahl-/Drehmomentenanforderung und/oder eine Leistungsanforderung an das Temperatur-Vorhersagemodul 9 zur vorausschauenden Steuerung der Öltemperatur übermittelt.
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Ferner ist das Temperatur-Vorhersagemodul 9 mit einer Steuereinheit 10 gekoppelt, anhand welcher eine prädiktive Regelstrategie basierend auf den prädizierten Temperaturverläufen für Stelleingriffe S1 bis Sn der einzelnen Ölkreisläufe derart ermittelt wird, dass im Mittel die Öltemperaturen angehoben werden können, ohne die jeweiligen kritischen Temperaturgrenzwerte zu überschreiten. Ferner werden, sofern eine funktionale Kopplung zum gesamten Kühlwasserkühlsystem besteht, zusätzliche Kühlbedarfe erkannt und an das zentrale Thermomanagement im Fahrstrategiemodul 4 gemeldet. Diese Übertragung erfolgt anhand eines dritten Datenflusses D3 zum Temperatur-Vorhersagemodul 9 und von diesem anhand des ersten Datenflusses D1 zum Fahrstrategiemodul 4. Der dritte Datenfluss D3 ist somit zur Umsetzung eines Optimierungsverfahrens oder einer heuristischen Regelstrategie, die zur Ermittlung der Stellgrößen eine Vorausrechnung des Temperatur-Vorhersagemoduls 9 benötigt, vorgesehen.
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Mittels eines vierten Datenflusses D4 werden die prädizierten Temperaturverläufe vom Temperatur-Vorhersagemodul 9 an die Steuereinheit 10 übertragen.
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Bei den mittels der Steuereinheit 10 erzeugten Stelleingriffen S1 bis Sn handelt es sich insbesondere um Stelleingriffe S1 bis Sn in die jeweiligen Thermostatventile der Ölkreisläufe für Motoröl, Getriebeöl, Achsenöl und Öl in Verteilergetrieben, so genannten Differenzialen.
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Bei Fahrzeugen mit einem Ölretarder wird vorzugsweise auch die Temperatur des Öls in diesem derart eingestellt, dass vor einer Bergabfahrt mir erwartetem Einsatz des Ölretarders die Öltemperatur vorab derart gesenkt wird, dass zuerst noch mit normaler Kühlleistung die im Ölretarder erzeugte Abwärme gekühlt und/oder bei bevorstehendem Ende der Bergabfahrt die Kühlung wieder zu reduziert wird, um den Temperaturgrenzwert ohne weitere Vorauskühlung zu erreichen.
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Bei einer Kopplung des Thermomanagements für das Öl mit dem gesamten Kühlwasserkühlsystem, auch als Motorkühlsystem bezeichnet, erfolgt vorzugsweise eine Unterstützung des Öltemperaturmanagements durch flankierende Eingriffe im Thermomanagement, beispielsweise durch Lüfterklappenöffnung oder durch Öffnen des Kühlwasserthermostats. Weiterhin erfolgt vorzugsweise eine Einplanung der zusätzlichen Kühlbedarfe des Ölkreislaufes im Thermomanagement und eine energieoptimale Umsetzung der Kühlung durch eine abgestimmte Nutzung der verfügbaren Stellglieder, wie beispielsweise verstellbarer Thermostatventile im Kühlwasserkühlkreislauf und/oder Ölkreis, einer verstellbaren Kühlwasserpumpe, eines abschaltbaren oder regelbaren Lüfters und/oder verstellbarer Lüfterklappen.
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Dabei erfolgt die Rückkopplung an das Fahrstrategiemodul 4 im Falle einer Überschreitung der Temperaturgrenzwerte oder bei einem übermäßigen Energieaufwand zur Kühlung. Hierbei ist eine Kombination mit den aufgezählten Stelleingriffen S1 bis Sn des Thermomanagements und/oder der vorausschauenden Betriebsstrategie möglich, wobei die vorausschauende Steuerung vorzugsweise dazu benutzt wird, unnötige, eine Lebensdauer verkürzende Belastungen des Öls und der Antriebsstrangkomponenten zu vermeiden
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Vorrichtung
- 2
- Vorausschaumodul
- 3
- Betriebsdatenmodul
- 4
- Fahrstrategiemodul
- 5
- Gangwahlmodul
- 6
- erstes Momentenvorgabemodul
- 7
- zweites Momentenvorgabemodul
- 8
- drittes Momentenvorgabemodul
- 9
- Temperatur-Vorhersagemodul
- 10
- Steuereinheit
- D1 bis D4
- Datenfluss
- S1 bis Sn
- Stelleingriff
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 0974742 B1 [0003]
- US 7424868 B2 [0004]
- US 7347168 B2 [0004]
