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Die Erfindung betrifft ein Systemkoordinator für ein Energiemanagementsystem, ein Energiemanager, ein Energiemanagementsystem und ein Verfahren für ein Energiemanagement in einem Fahrzeug
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Ein Kraftfahrzeug besteht aus einer Vielzahl energieumsetzender Komponenten. Die Bereitstellung verschiedener Energieformen erfolgt beispielsweise sowohl chemisch über Kraftstofftanks als auch elektrisch über Batterien, Generatoren und SuperCaps. Die Energie wird in Verbrennungsmotoren, elektrischen Maschinen und weiteren sogenannten elektrischen Verbrauchern wie Beleuchtung, Klimaanlage, Scheibenwischer, Heizungen und dergleichen umgesetzt. Insbesondere die elektrische Energieform gewinnt in Kraftfahrzeugen zunehmend an Bedeutung und wird über ein elektrisches Kraftfahrzeugbordnetz bereitgestellt. Im Hinblick auf die Komponentenvielfalt in einem Kraftfahrzeug gilt es, eine koordinierte Steuerung mechanischer, elektrischer und thermischer Leistungsflüsse vorzunehmen.
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Aus der Offenlegungsschrift
DE 102 11 970 A1 ist ein Verfahren zur Anpassung des Leistungsbedarfs mehrerer elektrischer Verbraucher in Kraftfahrzeug-Bordnetzen bekannt. Bei dem Verfahren wird zur Steuerung der Leistungsaufnahme mehrerer Verbraucher jedem dieser Verbraucher ständig eine Information über die gesamte jeweils zur Verfügung stehende elektrische Leistung zur Verfügung gestellt. Der jeweilige Verbraucher stellt seinen Leistungsbedarf entsprechend dieser Information und entsprechend seinem Leistungsbedarf derart ein, dass die gesamte jeweils verbrauchte Leistung die gesamte zur Verfügung stehende Leistung nicht übersteigt.
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Die Offenlegungsschrift
DE 102 11 970 A1 offenbart ein Kraftfahrzeugbordnetz, bei dem durch einen Fahrzeugnutzer beeinflusst, zumindest ein Gewichtungswert ermittelt wird. Abhängig von dem Gewichtungswert wird eine freigegebene maximale Leistung, die ein vorgegebener elektrischer Verbraucher des Kraftfahrzeugs aufnehmen darf, ermittelt. Abhängig von der freigegebenen maximalen Leistung wird eine Leistungsaufnahme des elektrischen Verbrauchers gesteuert.
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Die Offenlegungsschrift
DE 197 45 849 A1 offenbart eine Einrichtung zur Energieverteilung in einem Kraftfahrzeug mit einem von einer Brennkraftmaschine angetriebenen Generator, der ein Bordnetz mit elektrischer Leistung versorgt. Die Energieverteilung wird dabei mit Hilfe einer Steuereinrichtung, die als Bordnetzmanager arbeitet, realisiert. Der Steuereinheit werden erforderliche Informationen zugeführt, aus denen sie eine Regelstrategie für die Regelung der Komponenten des Bordnetzes und der Brennkraftmaschine durchführt. Die Energieverteilung zwischen Bordnetz und Brennkraftmaschine erfolgt gemäß vorgebbaren Anforderungen unter Berücksichtigung der Bedingung, dass die Bordnetz-Soll-Spannung innerhalb vorgebbarer Grenzen liegt.
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Die Offenlegungsschrift
DE 101 60 480 A1 offenbart ein Verfahren zur koordinierten Steuerung mechanischer, elektrischer und thermischer Leistungsflüsse in einem Kraftfahrzeug, zur Herbeiführung optimaler Betriebszustände von Aggregaten des Kraftfahrzeuges sowie eine Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein gegenüber diesem Stand der Technik verbessertes Energiemanagement für ein Kraftfahrzeug bereitzustellen, das insbesondere auch die heutige Komponentenvielfalt in einem Kraftfahrzeug berücksichtigen kann.
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Diese Aufgabe wird durch den erfindungsgemäßen Systemkoordinator, den erfindungsgemäßen Energiemanager, das erfindungsgemäße Energiemanagementsystem und das erfindungsgemäße Verfahren für das Energiemanagement gelöst, wie sie in den beigefügten Patentansprüchen beschrieben sind.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der folgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung.
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Ein erfindungsgemäßer Systemkoordinator für ein Energiemanagementsystem eines Kraftfahrzeugs weist eine Kommunikationsschnittstelle auf, die zur kommunikativen Kopplung des Systemkoordinators mit einem oder mehreren Systemkoordinatoren einer höheren Koordinationsebene eingerichtet ist, um Eingangsgrößen vom Systemkoordinator der höheren Koordinationsebene entgegenzunehmen und Ausgangsgrößen an den Systemkoordinator der höheren Koordinationsebene auszugeben. Ein solcher erfindungsgemäßer Systemkoordinator kann vorteilhaft in einem modularen Energiemanagementsystem eingesetzt werden, das aus mehreren Koordinationsebenen besteht.
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Bei den Eingangsgrößen des Systemkoordinators handelt es sich vorzugsweise um die momentan zur Verfügung stehende Leistung, eine vom Systemkoordinator minimal umzusetzende Leistung, und/oder eine vom Systemkoordinator maximal umzusetzende Leistung. Damit kann der Energieumsatz eines Systemkoordinators durch einen Systemkoordinator einer höheren Koordinationsebene beeinflusst werden. Dies hat den Vorteil, dass der Energieverbrauch eines Fahrzeuges minimiert werden kann.
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Bei den Eingangsgrößen des Systemkoordinators kann es sich alternativ auch um Größen handeln, die das Systemverhalten von Komponenten unter dem Systemkoordinator beeinflussen, wie z.B. Solldrehzahlen, Momente oder einzuhaltende Emissionswerte. Dies hat den Vorteil, dass beispielsweise die Koordination des Energieumsatzes derart erfolgen kann, dass vorgegebene Schadstoffgrenzwerte eingehalten werden. Ferner können vom Systemkoordinator auch Anforderungen und Wünsche der Fahrzeuginsassen und Informationen über außerhalb des Fahrzeugs vorherrschende Situationen beachtet werden.
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Bei den Eingangsgrößen des erfindungsgemäßen Systemkoordinators kann es sich ferner auch um Anfragen eines Systemkoordinators der höheren Koordinationsebene handeln, wie beispielsweise Anfragen nach Informationen über den Zustand von Komponenten unter dem Systemkoordinator. Dies hat den Vorteil, dass ein fahrzeugumfassendes Energiemanagement ermöglicht wird, welches Informationen über den Zustand von Komponenten des gesamten Kraftfahrzeugs berücksichtigen kann. Dabei ist es sinnvoll, nicht nur den aktuellen Zustand sondern auch die Vergangenheit und mögliche Zukunftsszenarien mit einzubeziehen und zu bewerten.
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Bei den Ausgangsgrößen des erfindungsgemäßen Systemkoordinators handelt es sich vorzugsweise um Wünsche des Systemkoordinators an einen Systemkoordinator der höheren Koordinationsebene, und/oder um Anfrageergebnisse in Antwort auf Anfragen eines Systemkoordinators der höheren Koordinationsebene. Dies hat den Vorteil, dass beispielsweise Informationen über Komponenten unter dem Systemkoordinator an höhere Koordinationsebenen weitergereicht werden können. Beispielsweise können von dem Systemkoordinator Wünsche oder Anfrageergebnisse an einen Energiemanager ausgegeben werden, die Informationen z.B. über den aktuellen Zustand, die Systemperformance, Leistung oder Kosten (Wirkungsgrade) beinhalten. Auf Basis dieses Wissens kann mit Hilfe entsprechender Berechnungsverfahren die momentan eingestellte Energieverteilung angepasst werden.
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Bei dem Systemkoordinator der höheren Koordinationsebene, mit dem der erfindungsgemäße Systemkoordinator kommunikativ gekoppelt werden kann, kann es sich um einen fahrzeugumfassenden Energiemanager handeln, der in Abhängigkeit von den äußeren Anforderungen anteilig an verschiedene Systemkoordinatoren beispielsweise die momentan zur Verfügung stehende oder mini- bzw. maximal umzusetzende Leistung vergibt. Alternativ kann es sich bei dem Systemkoordinator der höheren Koordinationsebene, mit dem der erfindungsgemäße Systemkoordinator kommunikativ gekoppelt werden kann um einen Systemkoordinator einer Zwischenkoordinationsebene handeln, welcher selbst wieder mit einer höheren Koordinationsebene kommunikativ gekoppelt ist. So können mehrere erfindungsgemäße Systemkoordinatoren zu einem modularen Energiemanagementsystem mit mehreren Koordinationsebenen verknüpft werden.
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Der Systemkoordinator kann ferner eine zweite Kommunikationsschnittstelle aufweisen, die zur kommunikativen Kopplung des Systemkoordinators mit einem oder mehreren Systemkoordinatoren einer tieferen Koordinationsebene eingerichtet ist, um Eingangsgrößen vom Systemkoordinator der tieferen Koordinationsebene entgegenzunehmen und Ausgangsgrößen an den Systemkoordinator der tieferen Koordinationsebene auszugeben. Bei den Eingangsgrößen und Ausgangsgrößen kann es sich um Größen handeln, welche den Ausgangsgrößen bzw. Eingangsgrößen entsprechen, die oben bezüglich der ersten Kommunikationsschnittstelle zur höheren Koordinationsebene bereits beschriebenen wurden, wobei der erfindungsgemäße Systemkoordinator nun als Systemkoordinator der höheren Koordinationsebene verstanden werden kann, welcher einen Systemkoordinator tieferer Koordinationsebene koordiniert.
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Bei einem Systemkoordinator tieferer Ebene kann es sich beispielsweise um eine Regelung für eine bestimmte Fahrzeugkomponente handeln, beispielsweise um die Regelung eines elektrisch angetriebenen Verdichters („Booster“), eine Regelung für Stellorgane, einen Boost-Koordinator, einen Koordinator für ein Einspritzsystem, ein Batteriemanagementsystem, oder dergleichen. So können erfindungsgemäße Systemkoordinatoren in einem beispielhaften Anwendungsfall bei Hybridsystemen dazu benutzt werden, das Potential einer Änderung des Verbrennungsmotorbetriebsverhaltens bei Einsatz weiterer momentenbildender Komponenten, die nicht über das Verbrennungsmotorsteuergerät betrieben werden, besser auszunutzen. In einem weiteren beispielhaften Anwendungsfall können durch erfindungsgemäße Systemkoordinatoren selektiv Verbraucher in Beschleunigungsphasen heruntergefahren werden und damit dynamisch die Energie auf die Antriebsaggregate verlegt werden.
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Der erfindungsgemäße Systemkoordinator ist vorzugsweise dazu eingerichtet, den Energieumsatz von Fahrzeugkomponenten wie beispielsweise Energiespeichern des Kraftfahrzeugs, elektrischen Verbrauchern des Kraftfahrzeugs, einer elektrischen Maschine des Kraftfahrzeugs, oder einer Verbrennungskraftmaschine des Kraftfahrzeugs zu koordinieren. Vorzugsweise wird jeweils ein Systemkoordinator für die Koordination der Energiespeicher, ein Systemkoordinator für die Koordination der elektrischen Verbrauchern, ein Systemkoordinator für die Koordination der elektrischen Maschine und ein Systemkoordinator für die Koordination der Verbrennungskraftmaschine eingesetzt. Dies hat den Vorteil, dass die jeweiligen Systemkoordinatoren auf einen speziellen Typ von Komponenten spezialisiert sein können.
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Erfindungsgemäß ist ferner ein Energiemanager, der mit mehreren Systemkoordinatoren einer Koordinationsebene kommunikativ gekoppelt ist, um den Energieumsatz in einem Kraftfahrzeug in fahrzeugumfassender Weise zu steuern. Dies hat den Vorteil, dass der Energiemanager als ein Systemkoordinator der höchsten Koordinationsebene in fahrzeugumfassender Weise in Abhängigkeit von den äußeren Anforderungen anteilig an verschiedene Systemkoordinatoren beispielsweise die momentan zur Verfügung stehende oder minimal bzw. maximal umzusetzende Leistung vergeben kann.
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Erfindungsgemäß ist ferner ein Energiemanagementsystem für ein Kraftfahrzeug, welches eine erste Koordinationsebene umfasst, die einen oder mehrere der oben beschriebenen Systemkoordinatoren aufweist, sowie eine Energiemanagerebene, die bezüglich der ersten Koordinationsebene eine höhere Koordinationsebene bildet und einen oben beschriebenen Energiemanager aufweist, der mit den Systemkoordinatoren der Koordinationsebene kommunikativ gekoppelt ist. Der Energiemanager kann als Systemkoordinator einer höchsten Koordinationsebene aufgefasst werden.
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Das Energiemanagementsystem kann ferner eine zweite Koordinationsebene umfassen, die bezüglich der ersten Koordinationsebene eine tiefere Koordinationsebene bildet und einen oder mehrere Systemkoordinatoren aufweist, wie sie oben beschrieben wurden, wobei Systemkoordinatoren der ersten Koordinationsebene mit Systemkoordinatoren der zweiten Koordinationsebene kommunikativ gekoppelt sind.
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Vorteilhafter Weise nehmen die Systemkoordinatoren die Anforderung bzw. Anfragen der nächst höheren Ebene entgegen und geben diese verteilt an mögliche weitere untere Koordinationsebenen weiter. Dadurch kann eine zunächst global beschriebene Anforderung oder Anfrage verfeinert und/oder in eine andere möglicherweise physikalisch relevantere Größe umgewandelt werden.
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Das Energiemanagementsystem kann so eingerichtet werden, dass mittels Kommunikation nach Art eines Frage- und Antwortspiels zwischen Energiemanager und Systemkoordinatoren bzw. zwischen den Systemkoordinatoren kann so eine Klärung energieminimaler Komponentenbetriebsbereiche erzielt werden.
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Das Energiemanagementsystem kann ferner so eingerichtet werden, dass eine Vorgabe und Abfrage von zeitlich zu erwartenden Wunsch- und Istleistungen zwischen den Systemkoordinatoren und dem Energiemanager vorgenommen wird.
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Das Energiemanagementsystem kann ferner so eingerichtet werden, dass Zeitraumbetrachtungen bezüglich bereits verbrauchter Energieanteile oder zukünftige Verbrauchsprognose bei bekannten Randbedingungen ausgeführt werden.
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Das Energiemanagementsystem kann ferner so eingerichtet werden, dass Veränderung des Betriebs einzelner Komponenten oder deren Abschaltung vorgenommen werden, mit dem Ziel den Energieeinsatz zu minimieren.
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Weiterhin kann das Energiemanagementsystem so eingerichtet werden, dass die einzelnen Koordinationsebenen mögliche (physikalische) Querkopplungen der Komponenten mit entsprechenden Entkopplungsberechnungen auflösen können. Die Weitergabe kann beispielsweise solange erfolgen, bis eine Zielkomponente oder ein Zielkoordinator erreicht ist, die bzw. der die Anforderung umsetzt bzw. Anfragen beantworten kann. Antworten oder Wünsche untergeordneter Komponenten können umgekehrt mit entsprechender Wandlung über die Koordinatoren bis maximal zur Energiemanagerebene zurückgespiegelt werden.
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Vorteilhafter Weise ist jeder Koordinationsebene nur so viel bekannt, wie es für die Befriedigung der Anforderungen bzw. Anfragen an den Schnittstellengrößen notwendig ist. Beispielsweise muss der Energiemanager nicht notwendiger Weise wissen, wie die Stellorgane eines Turboladers anzusteuern sind, um eine gewünschte Motorleistung in der aktuellen oder einer zukünftigen Fahrsituation zu erreichen.
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Erfindungsgemäß ist ferner ein Verfahren für das Energiemanagement in einem Kraftfahrzeug, wobei ein Systemkoordinator einer Koordinationsebene dazu eingerichtet ist, Eingangsgrößen von einem Systemkoordinator einer höheren Koordinationsebene entgegennehmen und Ausgangsgrößen an den Systemkoordinator der höheren Koordinationsebene auszugeben. Das erfindungsgemäße Verfahren kann vorteilhaft dazu verwendet werden, den Energieverbrauch eines Fahrzeuges zu minimieren.
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Das Energiemanagementsystem dieses Verfahrens kann ferner eine zweite Koordinationsebene umfassen, die bezüglich der ersten Koordinationsebene eine tiefere Koordinationsebene bildet und einen oder mehrere Systemkoordinatoren aufweist, wie sie oben beschrieben wurden, wobei Systemkoordinatoren der ersten Koordinationsebene mit Systemkoordinatoren der zweiten Koordinationsebene kommunikativ gekoppelt sind und Systemkoordinatoren der zweiten Koordinationsebene Eingangsgrößen von einem Systemkoordinator der höheren Koordinationsebene entgegennehmen und Ausgangsgrößen an den Systemkoordinator der höheren Koordinationsebene ausgeben.
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Mit den beschriebenen Vorrichtungen, Systemen und Verfahren kann eine umfassende Betrachtung des Fahrzeugenergieverbrauchs mit Eingriffsmöglichkeit in alle Komponenten ermöglicht werden. Ferner können Kommunikationsebenen zur sinnvollen Bündelung der funktional/physikalisch abhängigen Komponenten ggf. unter Berücksichtigung Querkopplungen eingerichtet werden. Durch die erfindungsgemäßen Systemkoordinatoren wird eine Kommunikationsart nach Art eines Frage/Antwortspiels für dynamische Verhaltensänderungen und Berechnung von Zukunftsszenarien ermöglicht. Ferner ermöglicht der modulare Aufbau des beschriebenen Energiemanagementsystems eine vergleichsweise einfache Erweiterbarkeit.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nun beispielhaft und unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, in denen:
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1 schematisch ein Ausführungsbeispiel eines Systemkoordinators gemäß eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung zeigt;
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2 eine schematische Darstellung eines Energiemanagers gemäß eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung zeigt; und
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3 eine schematische Darstellung eines Energiemanagementsystems gemäß eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung zeigt.
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In 1 ist eine schematische Darstellung eines Systemkoordinators 1a gemäß eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung gezeigt. Der Systemkoordinator 1a ist zur Verwendung in einem Energiemanagementsystem eines Kraftfahrzeugs vorgesehen. Der Systemkoordinator 1a weist eine erste Kommunikationsschnittstelle 2a auf, die zur kommunikativen Kopplung des Systemkoordinators 1a mit einem (oder mehreren) Systemkoordinator 1b einer höheren Koordinationsebene 6 eingerichtet ist, um Eingangsgrößen 4a vom Systemkoordinator 1b der höheren Koordinationsebene 6 entgegenzunehmen und Ausgangsgrößen 5a an den Systemkoordinator 1b der höheren Koordinationsebene 6 auszugeben.
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Bei den Eingangsgrößen 4a kann es sich beispielsweise um die momentan zur Verfügung stehende Leistung, eine vom Systemkoordinator 1a minimal umzusetzende Leistung, und/oder eine vom Systemkoordinator 1a maximal umzusetzende Leistung, oder auch um Größen handeln, die das Systemverhalten von Komponenten unter dem Systemkoordinator 1a beeinflussen.
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Bei den Ausgangsgrößen 5a kann es sich beispielsweise um Wünsche des Systemkoordinators 1a an einen Systemkoordinator 1b der höheren Koordinationsebene 5 handeln, und/oder um Anfrageergebnisse in Antwort auf Anfragen des Systemkoordinators 1b der höheren Koordinationsebene 6.
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Der Systemkoordinator 1a weist ferner eine zweite Kommunikationsschnittstelle 3a auf, die zur kommunikativen Kopplung des Systemkoordinators 1a mit einem oder mehreren Systemkoordinatoren 1c, 1d einer tieferen Koordinationsebene 7 eingerichtet ist, um Eingangsgrößen 4b, 4c von den Systemkoordinatoren 1c, 1d der tieferen Koordinationsebene 7 entgegenzunehmen und Ausgangsgrößen 5b, 5c an die Systemkoordinatoren 1c, 1d der tieferen Koordinationsebene 7 auszugeben.
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2 zeigt eine schematische Darstellung eines Energiemanagers 8 gemäß eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung. Der Energiemanager 8 ist mit mehreren Systemkoordinatoren 1e, 1f kommunikativ gekoppelt, um den Energieumsatz in einem Kraftfahrzeug in fahrzeugumfassender Weise zu steuern. Der Energiemanager 8 kann als Systemkoordinator einer höchsten Koordinationsebene aufgefasst werden.
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Der Energiemanager 8 weist eine erste Kommunikationsschnittstelle 2b auf, die zur kommunikativen Kopplung des Energiemanagers 8 beispielsweise mit einem Bordcomputer eingerichtet ist, um Eingangsgrößen 4d von diesen entgegenzunehmen und Ausgangsgrößen 5d an diese auszugeben. Bei den Eingangsgrößen 4d kann es sich beispielsweise um Fahrer/Beifahrerwünsche wie Momentenanforderung, Klimatisierungswünsche, Informationswünsche und/oder Unterhaltungswünsche handeln. Auch könnte es sich um Informationen handeln, welche äußere Einflussfaktoren beschreiben, z.B. betreffend die Wegstrecke, Verkehrssituation, und/oder Wetterbedingungen. Bei den Ausgangsgrößen 5d kann es sich beispielsweise um Informationen handeln, die vom fahrzeugumfassenden Energiemanagement an einem zentralen Bordcomputer übermittelt werden, beispielsweise Statusmeldungen, Zustandsinformationen von Komponenten unter dem Energiemanager, oder dergleichen.
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Der Energiemanager 8 weist ferner eine zweite Kommunikationsschnittstelle 3b auf, die zur kommunikativen Kopplung des Energiemanagers 8 mit einem oder mehreren Systemkoordinatoren 1e, 1f einer tieferen Koordinationsebene 9 eingerichtet ist, um Eingangsgrößen 4e, 4f von den Systemkoordinatoren 1e, 1f der tieferen Koordinationsebene 9 entgegenzunehmen und Ausgangsgrößen 5e, 5f an die Systemkoordinatoren 1e, 1f der tieferen Koordinationsebene 9 auszugeben.
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3 zeigt eine schematische Darstellung eines Energiemanagementsystems 10 gemäß eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung. Das Energiemanagementsystem 10 ist fahrzeugumfassend ausgelegt.
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Das Energiemanagementsystem 10 umfasst als einen Systemkoordinator höchster Koordinationsebene (Energiemanagerebene) einen Energiemanager 8, welcher dazu ausgelegt ist, Eingangsgrößen wie beispielsweise Fahrer-/Beifahrerwünsche (z.B. Momentenanforderung, Klimatisierungswünsche, Informationswünsche, Unterhaltungswünsche usw.) oder auch Informationen über äußere Einflussfaktoren (z.B. Wegstrecke, Verkehrssituation, Wetterbedingungen) entgegenzunehmen.
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Der Energiemanager 8 ist mit einer Reihe von Systemkoordinatoren 1g–1j einer nächsttieferen Koordinationsebene kommunikativ gekoppelt, nämlich einem ES-Koordinator 1g, welcher Energiespeicher 11a–c des Kraftfahrzeugs koordiniert, einem EM-Koordinator 1h, welcher Regelungen 12a–b in elektrischen Maschinen des Kraftfahrzeugs koordiniert, einem VM-Koordinator 1i, welcher Koordinatoren 1k–1o und Komponenten 13a–13d der Verbrennungskraftmaschine des Kraftfahrzeugs koordiniert und einem EV-Koordinator 1j, welcher elektrische Verbraucher 14a–c des Kraftfahrzeugs koordiniert. Auf dieser Koordinationsebene können ferner weitere Systemkoordinatoren 1... vorgesehen sein.
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Der Energiemanager 8 überträgt beispielsweise an den Energiespeicher(ES)-Koordinator 1g Größen wie eine von der ES-Koordination elektrisch bereitzustellende Leistung PEL und eine chemisch bereitzustellende Leistung PKs über die Zeit h. Der ES-Koordinator 1g sendet an den Energiemanager 8 beispielsweise Informationen über Kosten und Kapazitäten der elektrischen bzw. chemischen Speicher zurück, z.B. PELh und PKsh.
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Der Energiemanager 8 überträgt ferner an den Elektrischen Maschinen(EM)-Koordinator 1h Größen wie gewünschte Drehmomente MEM und gewünschte Drehzahlen nEM von elektrischen Maschinen unter dem EM-Koordinator 1h. Der EM-Koordinator 1h sendet an den Energiemanager 8 Informationen über Kosten und Performance der elektrischen Maschinen zurück, z.B. die aktuelle bzw. die maximal oder minimal zu erwartende elektrische Leistungsaufnahme PEL pro Zeitschritt, oder Informationen über Drehmomentänderungen dMEM/dt von elektrischen Maschinen unter dem EM-Koordinator 1h.
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Der Energiemanager 8 überträgt ferner an den Verbrennungskraftmaschinen(VM)-Koordinator 1i Größen wie gewünschte Drehmomente MVM und gewünschte Drehzahlen nVM vom Verbrennungsmotor. Der VM-Koordinator 1i sendet an den Energiemanager 8 Informationen über Kosten und Performance des Aggregates zurück, z.B. den aktuellen bzw. den maximal oder minimal zu erwartenden chemischen und elektrischen Leistungsbedarf PKs, PEL pro Zeitschritt, oder aktuelle bzw. zu erwartende Emissionen, regenerativ gewonnene bzw. zu gewinnende elektrische Leistungen PEL oder Informationen über Drehmomentänderungen dMEM/dt vom Verbrennungsmotor.
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Der Energiemanager 8 überträgt ferner an den Elektrischen Verbraucher(EV)-Koordinator 1j Informationen über eine vom EV-Koordinator 1j minimal umzusetzende Leistung, und/oder eine vom EV-Koordinator 1j maximal umzusetzende elektrische Leistung. Der EV-Koordinator 1j sendet an den Energiemanager 8 beispielsweise Informationen über Kosten und Wünsche, oder Informationen über die momentan von Komponenten unter dem EV-Koordinator 1j umgesetzte bzw. pro Zeitschritt zu erwartende elektrische Leistung PEL.
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Auf einer nächsten Koordinationsebene ist der ES-Koordinator 1g z.B. mit einem Kraftstofftank 11a, einer Batterie 11b und SuperCaps 11c kommunikativ gekoppelt. Der ES-Koordinator 1g empfängt vom Kraftstofftank 11a beispielsweise eine Information über den Füllstand und/oder den Energieinhalt Pchemh. Ferner empfängt der ES-Koordinator 1g von der Batterie 11b und/oder den SuperCaps 11c eine bereitstellbare elektrische Leistung PEl bzw. einen elektrisch nutzbaren Energieinhalt PElh.
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Der EM-Koordinator 1h ist mit einer Regelung 12a einer ersten elektrischen Maschine (EM1-Regelung) und mit einer Regelung 12b einer zweiten elektrischen Maschine (EM2-Regelung) kommunikativ gekoppelt. Der EM-Koordinator 1h empfängt von der EM1-Regelung 12a und der EM2-Regelung 12b beispielsweise Informationen über die momentane und pro Zeitschritt zu erwartende von der jeweiligen elektrischen Maschine aufgenommene und bereitgestellte elektrische Leistung. Auch kann der EM-Koordinator 1h der EM1-Regelung 12a und der EM2-Regelung 12b beispielsweise Wünsche bezüglich der von der jeweiligen elektrischen Maschine bereitzustellenden Drehmomente und Drehzahlen vorgeben.
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Der VM-Koordinator 1i ist mit einem Systemkoordinator 1k für die Koordination der Nebenaggregate, z.B. Pumpen und Ventile, einem Systemkoordinator 1l für die Koordination der Abgasnachbehandlung, z.B. E-Kat, einem Systemkoordinator 1m für die Koordination des Einspritzsystems und einem Systemkoordinator 1n für die Koordination des Gassystems kommunikativ gekoppelt. Der VM-Koordinator 1i ist dazu eingerichtet, an die Systemkoordinatoren 1k–n Ausgangsgrößen zu senden, die das Systemverhalten von Komponenten unter diesen Systemkoordinatoren beeinflussen.
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Auf einer nächsten Koordinationsebene ist der Systemkoordinator 1n für die Koordination des Gassystems dieses Ausführungsbeispiels mit einem Boost-Koordinator 1o kommunikativ gekoppelt. Der Systemkoordinator 1n für die Koordination des Gassystems sendet beispielsweise z.B. einen Wunschladedruck pSaug, Wunschmassenstrom mf und Systemanfragen an den Boost-Koordinator 1o. Der Boost-Koordinator 1o gibt an den Systemkoordinator 1n beispielsweise Informationen über Kosten und Performance des Boost-Systems zurück, z.B. den Abgasgegendruck pAbgKr nach Motorauslass, die elektrisch aufgenommene Leistung PEL des Boostsystems und eine zeitliche Änderung dpSaug/dT des Saugrohrdruckes. Es kann sich dabei um aktuelle als auch pro Zeitschritt zu erwartende Werte handeln. Der Systemkoordinator 1n für die Koordination des Gassystems kann ferner mit weiteren Stellsystemen kommunikativ gekoppelt sein.
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Der Boost-Koordinator 1o wiederum ist auf einer nächsten Koordinationsebene mit einer Regelung 13a für einen Booster A und einer Regelung 13b für einen Booster B kommunikativ gekoppelt. Der Boost-Koordinator 1o kann mit den Regelungen 13a und 13b Informationen Austauschen, wie beispielsweise das Druckverhältnis über Verdichter pUs/pDs, den Massenstrom durch den Verdichter mf und die elektrisch aufgenommene Leistung PEL eines elektrisch angetriebenen Verdichters.
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Der Boost-Koordinator 1o schließlich ist auf einer nächsten Koordinationsebene mit einer Regelung 13c für Stellorgane des Boosters A und mit einer Ansteuerung 13d für Stellorgane des Boosters B kommunikativ gekoppelt und übertragt an diese Steuerinformationen für Sollpositionen der Stellorgane.
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Die in diesem Ausführungsbeispiel angegebenen Koordinatoren, Koordinationsebenen, Komponenten, Eingangsgrößen und Ausgangsgrößen sind lediglich beispielhaft angeführt. Das fahrzeugumfassende Energiemanagementsystem 10 kann zudem oder alternativ weitere Koordinatoren, Komponenten und/oder Koordinationsebenen aufweisen. Auch können Koordinatoren, Koordinationsebenen, Komponenten, Eingangsgrößen und Ausgangsgrößen weggelassen werden.
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Das hier beschriebene Energiemanagementsystem kann mit Hilfe der Schnittstellen und Eingangs- und Ausgangsgrößen eine Kommunikation nach Art eines Frage- und Antwortspiels realisieren. Dies kann u.a. dazu genutzt werden, energetisch günstige Betriebsbereiche der anzusteuernden Komponenten zwischen den Koordinationsebenen auszuhandeln. Damit wird es möglich, die Energieumsetzung des Fahrzeugs mit all seinen "Verbrauchern" unter Berücksichtigung der aktuellen Umgebungssituation möglichst gering zu halten und trotzdem den Fahrerwünschen zu genügen. Beispielsweise könnte der Energiemanager über die VM-und EM-Koordinatoren entscheiden, ob es sinnvoller ist, die momentan verfügbare elektrische Energie für die Nutzung eines Ladedruckaufbaus (Booster) im Rahmen einer verbrennungsmotorischen Momentenerzeugung oder das benötigte Antriebsmoment direkt über eine elektrische Maschine zur Verfügung zu stellen.
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Soweit in der obigen Beschreibung der Erfindung von Einheiten, Komponenten, Kommunikationsschnittstellen oder dergleichen die Rede ist, so ist damit nicht notwendigerweise gemeint, dass diese einheitlich, einstückig oder unabhängig realisiert sein müssen. So könnte beispielsweise die Eingangsschnittstelle 2a des beispielsweisen Systemkoordinators 1a der 1 auch aus mehreren Kommunikationsschnittstellen bestehen, beispielsweise einer Kommunikationsschnittstelle für die Eingangsdaten und einer Kommunikationsschnittstelle für die Ausgangsdaten. Auch könnten statt der Kommunikationsschnittstelle 3a für jede kommunikative Kopplung mit einem der Systemkoordinatoren 1c bzw. 1d jeweils eine separate Kommunikationsschnittstelle vorgesehen werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1a–o
- Sytemkoordinatoren
- 2a–b
- Schnittstellen
- 3a–b
- Schnittstellen
- 4a–f
- Eingangsgrößen
- 5a–f
- Ausgangsgrößen
- 6
- höhere Koordinationsebene
- 7
- tiefere Koordinationsebene
- 8
- Energiemanager
- 9
- tiefere Koordinationsebene
- 10
- Energiemanagementsystem (fahrzeugumfassend)
- 11a
- Kraftstofftank
- 11b
- Batterie
- 11c
- SuperCaps
- 12a
- EM1-Regelung
- 12b
- EM2-Regelung
- 13a
- Regelung Booster A
- 13b
- Regelung Booster B
- 13c
- Regelung Stellorgane
- 13d
- Ansteuerung Stellorgane
- 14a
- Klima
- 14b
- Lenkung
- 14c
- weitere Verbraucher
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 10211970 A1 [0003, 0004]
- DE 19745849 A1 [0005]
- DE 10160480 A1 [0006]
