DE102015014150A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Optimierung des Betriebsverhaltens eines Kraftfahrzeugs mit Brennkraftmaschine - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zur Optimierung des Betriebsverhaltens eines Kraftfahrzeugs mit Brennkraftmaschine Download PDF

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeug 1 mit wenigstens einem ersten Antriebsmotor, der als Brennkraftmaschine 110 ausgebildet ist, wobei die Brennkraftmaschine 110 eine Vielzahl veränderbarer Stellgrößen aufweist, wenigstens einer ersten Sensoreinrichtung 210a, 210b, 210c, welche dafür vorgesehen ist, wenigstens einen fahrzeug- und/oder umgebungs- und/oder umweltbezogenen Zustandsparameter zu erfassen und einen diesen repräsentierenden Datenwert bereitzustellen, wenigstens einer Stelleinrichtung 220, welche dafür vorgesehen ist, wenigstens eine der veränderbaren Stellgrößen der Brennkraftmaschine 110 zu verändern, wenigstes einer Steuereinrichtung 200, welche dazu eingerichtet ist, die Datenwerte der ersten Sensoreinrichtung 210a, 210b, 210c zu verarbeiten und ein Signal an die Stelleinrichtung 220 zu übermitteln, wobei die Steuereinrichtung 200 dafür vorgesehen ist, den wenigstens einen bereitgestellten fahrzeug- und/oder umgebungs- und/oder umweltbezogenen Zustandsparameter zu empfangen und zu verarbeiten, ein Zustandsmodell unter Berücksichtigung dieser Zustandsparameter zu ermitteln, unter Heranziehung dieses Zustandsmodells eine Fahrzeugverhaltensprognose zu berechnen, unter Heranziehung dieser Fahrzeugverhaltensprognose eine Emissionsprognose zu erstellen, die Emissionsprognose anhand von vorgegebenen Kriterien auszuwerten und aufbauend auf der Emissionsprognose einen Steuerwert oder Steuersatz zur Ansteuerung der Stelleinrichtung 220 abzuleiten. Des Weiteren betrifft die vorliegende Erfindung Verfahren zur prädiktiven Ansteuerung eines Kraftfahrzeugs 1.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Optimierung des Betriebsverhaltens von Kraftfahrzeugen, welche zumindest teilweise von einer Brennkraftmaschine angetrieben werden.
  • Ein wesentliches Ziel bei der Entwicklung des Antriebs eines Kraftfahrzeugs mit Verbrennungskraftmaschine ist das Abgasverhalten. Die meisten Staaten oder supranationale Behörden haben Gesetze oder Verordnungen erlassen, in denen Grenzwerte für die Schadstoffemissionen eines Fahrzeugs festgelegt sind. In der Europäischen Union ist dies beispielsweise die Verordnung 715/2007/EG, in denen die ab 1. September 2009 geltende Euro-5-Norm und die ab 1. September 2014 geltende Euro-6-Norm enthalten sind. Dort werden die Grenzwerte für den CO-Ausstoß, den HC + NOX-Ausstoß, den NOX-Ausstoß, den PM-Ausstoß und den PN-Ausstoß festgelegt. Dabei bedeutet PM die Partikelmasse, üblicherweise auch als Feinstaub bezeichnet, und PN die Partikelanzahl, entsprechend der englischen Bezeichnung „particle number”. Eine Reihe weiterer Verordnungen regelt die Prüfung dieser Grenzwerte bei Fahrzeugen. In den USA werden entsprechende Grenzwerte von der Environmental Protection Agency für die meisten Bundesstaaten festgelegt, wobei Kalifornien eine eigene Gesetzgebung hat.
  • Um die oben genannten Abgasnormen und insbesondere zukünftige Abgasnormen zu erfüllen, ist eine sehr komplexe Steuerung der Brennkraftmaschinen erforderlich. Dabei werden abhängig vom jeweiligen Lastpunkt, das ist das vom Motor aufzubringende Drehmoment bei einer bestimmten Drehzahl, also eine Kombination von Drehmoment und Drehzahl, die sogenannten variablen Stellgrößen des Motors, das sind z. B. der Zeitpunkt und die Menge der Kraftstoffeinspritzung, der Zeitpunkt des Öffnens und Schließens der Ventile, der Ventilhub selbst, die Luftzufuhr des Motors durch einen Verdichter, die Abgasrückführrate, bei einem Otto-Motor der Zündwinkel etc. in Abhängigkeit von der Stellung des Gaspedals und den Umgebungsbedingungen, wie z. B. der Lufttemperatur, der Kühlwassertemperatur etc., im Zusammenwirken mit einer Abgasnachbehandlungseinrichtung so optimiert, dass auf der einen Seite die jeweiligen Abgasgrenzwerte eingehalten werden, dass aber auf der anderen Seite das Verhältnis von Fahrbarkeit und Verbrauch für die vom Entwickler angestrebte Fahrcharakteristik des Fahrzeugs optimal ist.
  • Die vorliegende Erfindung stellt sich daher die Aufgabe eine Vorrichtung und/oder ein Verfahren anzugeben, mit der das Verhalten eines Fahrzeugs, insbesondere das Schadstoff- und/oder CO2-Emissionsverhalten einer Brennkraftmaschine, optimiert werden kann.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Kraftfahrzeug nach Anspruch 1 gelöst. Ein bevorzugtes Verfahren ist Gegenstand des Anspruchs 14. Zu bevorzugende Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
  • Das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug erlaubt eine besonders wirkungsvolle Schadstoffemissionssteuerung des Fahrzeugs.
  • Die Grundidee der Erfindung lässt sich insbesondere als prädiktive Abgassteuerung bezeichnen. Dies bedeutet, dass im Voraus berechnet wird, wie sich das Betriebsverhalten des Kraftfahrzeugs voraussichtlich ändern wird und welchen Einfluss dies auf die Schadstoffemission des Kraftfahrzeugs hat. Auf dieses vorausberechnete Betriebsverhalten wird reagiert, indem Parameter, die Einfluss auf die Abgasemission haben, frühzeitig verändert werden. Dabei geht es nicht nur um die Brennkraftmaschine selbst und um die Art und Weise wie dort Schadstoffemissionen entstehen, sondern es geht darum, die gesamte Abgasreinigung mit in die Optimierung des Betriebsverhaltens einzubeziehen.
  • Ist also beispielsweise absehbar, dass die Enthalpie des Abgases nicht mehr ausreicht, um eine ausreichende Reinigung des Abgases in einem bestimmten Betriebspunkt sicherzustellen, wird die Temperatur der Elemente der Abgasnachbehandlungseinrichtung vor Erreichen dieses Betriebspunktes erhöht, um dann ausreichend hohe Temperaturen zur Verfügung zu haben, um bei Erreichen des vorausgesagten Betriebspunktes die Bedingungen geschaffen zu haben, das Abgas optimal bearbeiten und reinigen zu können.
  • Diese Vorgehensweise stellte eine grundlegende Abkehr von der bisher üblichen Optimierung der Betriebsstrategie einer Brennkraftmaschine dar, da der Fokus nicht auf einer Optimierung von Fahrbarkeit und/oder Treibstoffeinsparung liegt, sondern sich beide Aspekte der Reduzierung des Schadstoffausstoßes unterordnen und gegebenenfalls auch Einbußen bei Fahrbarkeit und/oder Treibstoffverbrauch in Kauf genommen werden, um den Schadstoffausstoß zu reduzieren. Ist eine höhere Abgasenthalpie erforderlich, um die gewünschte Limitierung der Schadstoffemission zu erreichen, wird der Betrieb der Brennkraftmaschine in einer gewissen Weise verändert, insbesondere „verschlechtert”. Dies geschieht beispielsweise, indem bei einem Otto-Motor der Zündwinkel so verändert wird, dass die Abgastemperatur ansteigt. Durch die höhere Temperatur des Abgases ist es dann bei Erreichen des vorhergesagten Betriebspunktes möglich, die dann entstehenden Schadstoffe zu konvertieren.
  • Die zum Aufheizen des Abgases benötigte Energie kann dabei durch die Brennkraftmaschine nicht in Bewegungsenergie umgewandelt werden. Um dennoch das bereitgestellte Drehmoment wenigstens im Wesentlichen konstant, insbesondere weitestgehend konstant, zu halten, wird deshalb zum Beispiel die angesaugte Luft entdrosselt und/oder aufgeladen.
  • Unter einem „Kraftfahrzeug” im Sinne der vorliegenden Erfindung ist insbesondere ein durch einen Motor angetriebenes Landfahrzeug zu verstehen, also insbesondere Personenkraftwagen, Lastkraftwagen, Krafträder und Zugmaschinen. Das Kraftfahrzeug kann dabei als ausschließlich mit einer Brennkraftmaschine angetriebenes Kraftfahrzeug, welches vorzugsweise eine Start-Stopp-Automatik und/oder eine Bremsenergierückgewinnungseinrichtung zum Laden einer Starterbatterie aufweist, ausgebildet sein. Des Weiteren kann das Kraftfahrzeug als Mildhybrid mit wenigstens einer eine Brennkraftmaschine unterstützenden elektromotorischen Einrichtung oder als Vollhybrid ausgebildet sein, welcher eine Brennkraftmaschine aufweist, aber in der Lage ist allein mit Hilfe der elektromotorischen Einrichtung zu fahren. Das Kraftfahrzeug in Form eines Mild- oder Vollhybrid kann hinsichtlich der Systemstruktur als serieller Hybrid, als paralleler Hybrid, als leistungsverzweigender Hybrid, als Hybrid mit mechanischem Durchtrieb und/oder als straßengekoppelter Hybrid, bei dem die eine Achse durch die Brennkraftmaschine und die andere Achse von der elektromotorischen Einrichtung angetrieben wird, ausgebildet sein. Unabhängig von der Systemstruktur kann der Mild- oder Vollhybrid auch, in Form eines sog. Plug-In-Hybrids, von außen mit elektrischer Energie versorgt werden.
  • Unter einer „Brennkraftmaschine” im Sinne der vorliegenden Erfindung ist insbesondere eine Maschine zu verstehen, die mechanische Arbeit verrichtet, indem sie chemische Energie bei einem Verbrennungsvorgang in Bewegungsenergie umwandelt. Dazu gehören Brennkraftmaschinen mit äußerer Verbrennung und mit innerer Verbrennung und/oder mit zyklischer Verbrennung und/oder mit kontinuierlicher Verbrennung und/oder mit selbstzündender Verbrennung und/oder mit fremdzündender Verbrennung. Insbesondere wird unter einer Brennkraftmaschine ein Otto- oder Dieselmotor als Hubkolbenmotor, Drehkolbenmotor oder in anderer Bauweise verstanden.
  • Unter einer „Sensoreinrichtung” im Sinne der vorliegenden Erfindung ist eine Einrichtung zu verstehen, welche zumindest aus einem (Messgrößen-)Aufnehmer besteht, der eine physikalisch messbare Messgröße erfasst. Die „Sensoreinrichtung” im Sinne der vorliegenden Erfindung kann weitere Elemente der Messkette umfassen, wie zum Beispiel Verstärker, Analog/Digital-Wandler, Codierer und dergleichen. Auch eine Empfangseinrichtung zum Empfang von drahtlos übertragenen Signalen von Sendeeinrichtungen in der Umgebung des Kraftfahrzeugs, insbesondere von anderen Kraftfahrzeugen und/oder der Infrastruktur und/oder von Satelliten stellen „Sensoreinrichtungen” im Sinne der vorliegenden Erfindung dar.
  • Unter „fahrzeugbezogenen Zustandsparametern” im Sinne der vorliegenden Erfindung sind vor allem fahrzeuginterne Zustandsparameter zu verstehen, welche durch fahrzeugeigene Sensoreinrichtungen bestimmt werden. Die fahrzeugbezogenen Zustandsparameter betreffen insbesondere den Antriebsstrang, die Fahrzeuggeschwindigkeit, das geforderte und/oder bereitgestellte Drehmoment, die Stellung eines Fahrmodusschalters, die Stellung des Lenkrades sowie weitere vom Fahrer verstellbare oder betätigbare Einrichtungen, wie z. B. die Stellung der Pedalerie, des Ganghebels, des Blinkerhebels, des Scheibenwischerhebels und dergleichen.
  • Unter „umgebungsbezogenen Zustandsparametern” im Sinne der vorliegenden Erfindung sind im Wesentlichen Zustandsparameter zu verstehen, welche das Umfeld, in welchem sich das Kraftfahrzeug bewegt, charakterisieren. Die umgebungsbezogenen Zustandsparameter werden insbesondere aus der Fahrerassistenzsensorik, wie vorzugsweise Radar, Lidar, Ultraschall, Kamerasysteme, Kamerasysteme mit nachgeschalteter Schildererkennnung, und dergleichen, sowie aus Navigationsdaten, und hier vorzugsweise Straßenverlauf, Topographie, Geschwindigkeitslimits, Vorfahrtsregelungen, Verkehrsdichte, Baustellen, Streckenzustand, Höhe über dem Meeresspiegel und dergleichen bestimmt. Des Weiteren können umgebungsbezogene Zustandsparameter auch von anderen Fahrzeugen, insbesondere deren Position, Geschwindigkeit oder Fahrtrichtung, und Gefahrensituationen und dergleichen, über eine Car-to-X-Schnittstelle, insbesondere eine Car-to-Car-Schnittstelle und/oder eine Car-to-Infrastructure-Schnittstelle, z. B. über Telekommunikationseinrichtungen, wie Mobiltelefone und dergleichen, übermittelt werden.
  • Unter einer „Bereitstellung” eines Zustandsparameters im Sinne der vorliegenden Erfindung wird neben einer analogen und/oder digitalen Messsignalaufbereitung auch eine Weiterverarbeitung, von Messwerten und/oder anderen Informationen, insbesondere durch die Steuereinrichtung, verstanden. Diese Weiterverarbeitung umfasst insbesondere Berechnungen, welche die Ermittlung eines Zustandsmodells als einer, insbesondere optionalen, Vorstufe der Fahrzeugverhaltensprognose und/oder die Berechnung der Fahrzeugverhaltensprognose, insbesondere direkt, vorbereiten.
  • „Umweltbezogene Zustandsparameter” im Sinne der vorliegenden Erfindung sind Zustandsparameter, welche insbesondere das aktuelle Wetter und den Straßenzustand, in welchem sich das Kraftfahrzeug bewegt, betreffen. Entsprechende Parameter sind bevorzugt die Temperatur und/oder der Luftdruck der Umgebungsluft, insbesondere zur Vorhersage von Wetterveränderungen, das Vorliegen von Regen- und/oder Schneefall, Regenniederschlags- und/oder Schneefallmenge und auch die auf dem Untergrund befindliche Schneemenge, Glättegrad etc.
  • Unter einer „Stelleinrichtung” im Sinne der vorliegenden Erfindung ist insbesondere eine Einrichtung zu verstehen, welche dafür vorgesehen ist, einen aktuellen Ist-Wert einer Stellgröße wenigstens einer Komponente durch Änderung einer Betriebsgröße dieser wenigstens einen Komponente zu ändern und insbesondere einem vorgegebenen Sollwert für die Stellgröße anzunähern.
  • Unter einer „Stellgröße” im Sinne der vorliegenden Erfindung ist insbesondere ein veränderbarer Parameter zu verstehen, welcher wenigstens zwei verschiedene Werte annehmen kann, wobei ein Wert auch null sein kann. Stellgrößen sind insbesondere ein Aufladungsgrad durch eine Zusatzladevorichtung, eine Drosselklappenstellung, eine Bypassklappenstellung und dergleichen.
  • Unter einer „Zusatzladervorrichtung” im Sinne der vorlegenden Erfindung ist insbesondere ein elektrisch angetriebener Zusatzlader zu verstehen, welcher beispielsweise als elektrischer Zusatzverdichter oder Verdrängerlader ausgebildet ist. Die Zusatzladervorrichtung kann hierbei eine wenigstens im Wesentlichen eigenständige Einheit in einem Brennkraftmaschinenluftpfad eines Kraftfahrzeugs sein oder in einen, insbesondere elektrifizierten, Turbolader integriert sein, insbesondere in Form eines Turboladers mit integriertem Elektromotor.
  • Unter einer „Steuereinrichtung” im Sinne der vorliegenden Erfindung ist ein zentrales oder dezentrales System zu verstehen, welches dafür vorgesehen ist, Informationen zu empfangen, zu verarbeiten, auszugeben und gegebenenfalls Daten beliebiger Art, insbesondere ausgewählte Daten, zu speichern. Eine Steuereinrichtung im Sinne der vorliegenden Erfindung weist insbesondere wenigstens eine zentrale Verarbeitungseinheit (central processing unit, CPU) sowie eine Speichereinrichtung auf. Des Weiteren kann die Steuereinrichtung En-Codierer und/oder De-Codierer aufweisen, welche empfangene Informationen für die Verarbeitung durch die CPU aufbereiten und/oder abzugebende Informationen für die Abgabe, d. h. die Übertragung, insbesondere über ein BUS-System, vorbereiten.
  • Unter einem „Zustandsmodell” im Sinne der vorliegenden Erfindung ist insbesondere ein Datensatz oder sind insbesondere mehrere Datensätze und/oder ein oder mehrere Rechenmodelle zu verstehen, welche zumindest näherungsweise den Ist-Zustand des Kraftfahrzeugs (z. B. Geschwindigkeit, Lenkradstellung, Gang, Gesamtgewicht), insbesondere in seiner aktuellen Umgebung (z. B. Straßenbelag, Wetter, Hindernisse, Straßenverlauf) und/oder in seiner aktuellen Fahrsituation (z. B. Beschleunigen, bei im Wesentlichen gleichbleibender Geschwindigkeit Fahren, Abbremsen, Überholen, Abbiegen etc.) beschreiben.
  • Unter einer „Fahrzeugverhaltensprognose” im Sinne der vorliegenden Erfindung ist insbesondere die Vorhersage einer zu erwartenden Veränderung bzw. einer Beibehaltung des Fahrzeugverhaltens zu verstehen.
  • Nach einer bevorzugten Ausführung weist die Fahrzeugverhaltensprognose zwei oder mehr voneinander verschiedene Prognosehorizonte auf, die sich in ihrer zeitlichen Vorausschau unterscheiden. Nach einer Weiterbildung weist die Fahrzeugverhaltensprognose eine Kurzzeitprognose und eine Langzeitprognose auf, insbesondere setzt sich die Fahrzeugverhaltensprognose aus der Kurzzeitprognose und der Langzeitprognose zusammen.
  • Der Prognosehorizont der Kurzzeitprognose liegt nach einer bevorzugten Ausführungsform im Bereich von 10 ms bis 10 s, insbesondere im Bereich von 100 ms bis 7 s, bevorzugt im Bereich vom 500 ms bis 5 s. Im Zuge der Berechnung der Fahrzeugverhaltensprognose werden insbesondere auch mehrere mögliche Szenarien ermittelt und hinsichtlich ihrer Eintretenswahrscheinlichkeit bewertet. Insbesondere werden die möglichen Szenarien unter Gewichtung mittels ihrer Eintretenswahrscheinlichkeit zu einer szenarienübergreifenden Fahrzeugverhaltensprognose zusammengefasst.
  • Die Langzeitprognose erfasst einen Prognosehorizont von 1 min bis 20 min oder mehr, und ist insbesondere dafür vorgesehen, langfristige Parameter, wie beispielsweise den aktuellen oder erwarteten Aufenthalt in einer Umweltzone abzubilden. Beispielsweise „weiß” die Steuereinrichtung des Kraftfahrzeugs, z. B. unter Ausnutzung der Daten des Navigationssystems, im Voraus, welche Wegstrecke das Kraftfahrzeug voraussichtlich zurücklegen wird und kann das Kraftfahrzeug entsprechend darauf vorbereiten, z. B. indem der Ladestand der Batterie angepasst wird, wenigstens eine Komponente der Abgasnachbehandlungseinrichtung auf eine entsprechende Temperatur gebracht wird oder dergleichen.
  • Unter der „Fahrbarkeit” im Sinne der vorliegenden Erfindung ist die qualitative und/oder quantitative Bewertung, insbesondere, aber nicht nur bei Veränderungen eines oder mehrerer fahrzeugbezogener Parameter, und insbesondere des Verhaltens eines Kraftfahrzeugs, im Hinblick auf Beschleunigung, Gaswegnahme, Bremsen, Drehzahl- und Momentschwankungen beim Gangwechsel, und dergleichen zu verstehen. Maßstab für dieses Verhalten ist der subjektive Eindruck des Fahrers und der Passagiere, der insbesondere durch die Bewegung der Karosserie, und insbesondere durch Schwingungen in Längsrichtung, hervorgerufen wird.
  • Nach einer bevorzugten Ausführungsform sind die der Bewertung der Emissionsprognose zugrundeliegenden vorgegebenen Kriterien, insbesondere in Abhängigkeit von wenigstens einem der fahrzeug- und/oder umgebungs- und/oder umweltbezogenen Zustandsparameter, veränderbar.
  • Nach einer bevorzugten Ausführungsform weist das Kraftfahrzeug eine situativ variable Motorkalibrierung auf. Hierdurch ist es möglich, Kriterien, wie zum Beispiel die fahrzeugintern definierte Abgasgrenzwerte, limitierte Prozessprodukte und dergleichen, die der Betriebsstrategie der Motorsteuerung zugrunde liegen, zu ändern.
  • Diese Änderung kann bei einer bevorzugten Ausführungsform automatisch, d. h. insbesondere ohne Eingriff des Fahrers, vorgenommen werden, wofür vorzugsweise Informationen von außerhalb des Kraftfahrzeugs durch ein externes, drahtlos übertragenes Signal herangezogen wird oder aber auch positionsgesteuert, in dem vorzugsweise ein GPS-Signal oder ein diesem ähnliches Signal dazu herangezogen wird, die Einfahrt oder die Ausfahrt aus einer bestimmten Fahrzone zu erkennen.
  • In vielen deutschen Großstädten gibt es auch heute schon sogenannte Umweltschutzzonen, in die Kraftfahrzeuge nur einfahren dürfen, wenn sie ein einer bestimmten Norm entsprechendes Abgasverhalten aufweisen. Dies wird derzeit so gehandhabt, dass nur Kraftfahrzeuge einfahren dürfen, welche im Falle eines Otto-Motors einen geregelten Katalysator aufweisen oder deren Abgasverhalten im Falle eines Diesel-Motors der Euro-Norm 4 entspricht. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es möglich, die Schadstoffbelastung in solchen Zonen noch weiter zu reduzieren. Sobald das Kraftfahrzeug in eine solche Zone einfährt, wird die Betriebsstrategie so verändert, dass die Abgasemissionen weiter vorzugsweise entsprechend um bestimmte genormte Werte reduziert werden. Diese Betriebsstrategie kann ebenfalls so gesteuert werden, dass damit, insbesondere in bestimmten stationären und/oder dynamischen Fahrzuständen, eine Reduzierung des von der Brennkraftmaschine abgegebenen Drehmoments und/oder der Leistung bewirkt wird. Wird eine solche Betriebsstrategie konsequent umgesetzt, ist es möglich, die Brennkraftmaschine so zu betreiben, dass das Schadstoffniveau der abgegebenen Abgase auf dem der angesaugten Umgebungsluft liegt oder bevorzugt sogar darunter liegt.
  • Nach einer Ausführung wird das Schadstoffniveau der abgegebenen Abgase des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs in folgende Kategorien unterteilt:
    • (a) Abgasemissionen, welche für zumindest einen, insbesondere alle, Parameter unterhalb, insbesondere deutlich unterhalb, der vorgegebenen Grenzwerte liegen;
    • (b) Abgasemissionen, welche zumindest für einen, insbesondere alle, Parameter in einem Wertebereich der Umgebungsluft liegen; und
    • (c) Abgasemission, welche zumindest für einen, insbesondere alle, Parameter unterhalb, insbesondere deutlich unterhalb, der Umgebungsluft liegen.
  • Das Kraftfahrzeug der vorliegenden Erfindung ist nach einer Ausführung dazu eingerichtet, das Schadstoffniveau der abgegebenen Abgase zumindest auf Abgasemissionen zu beschränken, welche für zumindest einen, insbesondere alle, Parameter unterhalb, insbesondere deutlich unterhalb, der vorgegebenen Grenzwerte liegen.
  • „Deutlich unterhalb” im Sinne der vorliegenden Erfindung bedeutet insbesondere wenigstens 10%, insbesondere 20%, insbesondere 30% oder mehr unterhalb der vorgegebenen Grenzwerte, insbesondere gemessen unmittelbar am in Abgasströmrichtung hinteren Ende des Abgasrohrs.
  • Das Kraftfahrzeug der vorliegenden Erfindung ist nach einer Ausführung dazu eingerichtet, das Schadstoffniveau der abgegebenen Abgase zumindest auf Abgasemissionen zu beschränken, welche zumindest für einen, insbesondere alle, Parameter in einem Wertebereich der Umgebungsluft liegen.
  • „In einem Wertebereich” im Sinne der vorliegenden Erfindung bedeutet insbesondere in einem Bereich von +/–20%, insbesondere +/–10%, insbesondere +/–5% um den entsprechenden Parameterwert in der unmittelbaren Umgebung des Kraftfahrzeugs, insbesondere jedoch nicht im Bereich der ausströmenden Abgase des Kraftfahrzeugs. Nach einer bevorzugten Ausführung werden die Abgase des Kraftfahrzeugs unmittelbar am in Abgasströmrichtung hinteren Ende des Abgasrohrs gemessen und insbesondere mit dem Parameterwert der unmittelbaren Umgebung in Beziehung gesetzt.
  • Das Kraftfahrzeug der vorliegenden Erfindung ist nach einer Ausführung dazu eingerichtet, das Schadstoffniveau der abgegebenen Abgase auf Abgasemissionen zu beschränken, welche zumindest für einen, insbesondere alle, Parameter unterhalb, insbesondere deutlich unterhalb, der Umgebungsluft liegen.
  • Das Kraftfahrzeug ist nach einer Ausführung dazu eingerichtet, basierend auf Fahrzeug- und/oder Umgebungs- und/oder Umweltparametern und/oder basierend auf definierten Vorgaben an die bzw. von der Steuereinrichtung und/oder basierend auf Benutzervorgaben zwischen wenigstens zwei der drei oben genannten Kategorien (a), (b) und (c) zu wechseln.
  • Mit dieser Strategie wird eine wichtige Möglichkeit geschaffen, die Umweltverträglichkeiten von Kraftfahrzeugen mit Brennkraftmaschinen, z. B. in Ballungsgebieten, Städten und dergleichen, zu verbessern. Wenn das Kraftfahrzeug über Land fährt, wird es in einem ersten Betriebsmodus betrieben, der es erlaubt, auch größere Strecken mit einem sinnvollen Kompromiss an Fahrbarkeit, Verbrauch und Abgasemissionen zurückzulegen. Wird das Kraftfahrzeug dagegen in Schutzgebieten bewegt, wird für eine geringe oder gar nicht auftretende Abgasemission in Kauf genommen, dass die Leistungsabgabe des Kraftfahrzeugs sinkt. Es kann, dies sei angemerkt, dafür im Sinne der vorliegenden Erfindung auch in Kauf genommen werden, dass sich der Verbrauch, und zwar einerseits der spezifische Verbrauch, bezogen auf die jeweilige abgegebene Leistung, aber auch der auf die Fahrstrecke bei gleicher Geschwindigkeit auf die gleiche Fahrstrecke bezogene Verbrauch, erhöht, wenn dies zum Erreichen bestimmter Emissionsziele wünschenswert ist. Dem liegt die Überlegung zugrunde, dass Abgasreinigung energieaufwendig ist und darum für eine gute Abgasreinigung Energie zusätzlich aufgewendet werden muss, die den Verbrauch in diesem Bereich erhöht. Eine Erhöhung des Verbrauchs bei gleicher Geschwindigkeit auf die gleiche Strecke bezogen ist in Kauf zu nehmen, da in derartigen Schutzgebieten, also beispielsweise in den Umweltschutzzonen der Städte, ohnehin eine Geschwindigkeitsbeschränkung gilt, die sich in der Regel verbrauchssenkend auswirkt.
  • Nach einer bevorzugten Ausführungsform wird die Ansteuerung durch die Steuereinrichtung so bestimmt, dass die Emissionen auch im Falle einer in der Fahrzeugverhaltensprognose prognostizierten Änderung der Betriebsbedingungen durch eine prädiktive Ansteuerung der Stelleinrichtung unter vorgegebenen Grenzwerten gehalten werden.
  • Nach einer bevorzugten Ausführungsform steuert die Steuereinrichtung wenigstens eine Komponente einer Abgasnachbehandlungseinrichtung derart, dass sie auf eine anstehende Änderung der Betriebsbedingungen vorbereitet ist.
  • Fährt ein Kraftfahrzeug beispielsweise eine Gefällstrecke hinunter, so wird das Kraftfahrzeug vorrangig rollen oder mit vergleichsweise wenig Drehmoment angetrieben. Folglich werden weniger Abgase erzeugt, was für diesen unmittelbaren Augenblick zwar vorteilhaft ist, allerdings kühlt dadurch auch der Katalysator aus und wenn das Kraftfahrzeug im Anschluss an eine Talfahrt einen Anstieg bewältigen muss, wobei ein erhöhtes Drehmoment benötigt wird und entsprechend viele Abgase entstehen, weist die Abgasnachbehandlungseinrichtung nicht mehr die benötigte Temperatur auf, um die Abgase optimal zu reduzieren bzw. zu oxidieren. Wenn die Steuereinrichtung aber bereits berücksichtigt, dass im Folgenden mit einer erhöhten Abgasmenge zu rechnen ist, kann der Motor bereits während der Talfahrt dazu veranlasst werden, z. B. mit veränderten Zündzeitpunkten oder mit einer erhöhten Drehzahl die Abgasnachbehandlungseinrichtung auf die kommende Aufgabe der Schadstoffkonvertierung vorzubereiten, indem diese bereits vorab auf Temperatur gebracht wird, d. h. die erforderliche Enthalpie bereitgestellt wird.
  • Nach einer bevorzugten Ausführungsform kann durch wenigstens einen emissionsbezogenen Parameter eine Aussage über das Verhalten einer Komponente einer Abgasnachbehandlungseinrichtung getroffen werden.
  • Bei entsprechender Ausgestaltung ist dies deshalb vorteilhaft, da somit die Prognosezuverlässigkeit weiter erhöht werden kann, wenn nicht nur auf Erfahrungswerte hinsichtlich des Zustands der Komponente der Abgasnachbehandlungseinrichtung, z. B. des Katalysators, herangezogen werden, sondern auf reale Messwerte und/oder auf modellierte Werte und/oder auf prognostizierte Werte zurückgegriffen werden kann.
  • Nach einer bevorzugten Ausführungsform stellt die Emissionsprognose eine Aussage darüber bereit,
    • (i) ob und/oder wie sich als ein Ergebnis der Fahrzeugverhaltensprognose der Schadstoffausstoß der Brennkraftmaschine in einem Prognosezeitraum ändern wird; und/oder
    • (ii) ob und/oder wie sich das Verhalten wenigstens einer Komponente einer Abgasnachbehandlungseinrichtung ändern wird; und/oder
    • (iii) wie sich die wenigstens eine Komponente der Abgasnachbehandlungseinrichtung im Hinblick auf eine mögliche Änderung des Schadstoffausstoßes der Brennkraftmaschine verhalten wird.
  • Bei entsprechender Ausgestaltung ist dies deshalb vorteilhaft, da Schadstoffemissionen unter Berücksichtigung von Fahrbarkeit und Verbrauch in eine prädiktive Betrachtung des zu erwartenden Fahrzeugverhaltens eingeht. Hieraus können verschiedene Maßnahmen abgeleitet werden, um den Schadstoffausstoß zu reduzieren.
  • Nach einer bevorzugten Ausführungsform verändert die Stelleinrichtung eine der veränderbaren Stellgrößen der Brennkraftmaschine, um einen über den Prognosehorizont hinausgehend optimierten Schadstoffausstoß zu gewährleisten.
  • Wie oben bereits erläutert liegt der Prognosehorizont der Kurzzeitprognose nach einer bevorzugten Ausführungsform im Bereich von 10 ms bis 10 s, insbesondere im Bereich von 100 ms bis 7 s, bevorzugt im Bereich vom 500 ms bis 5 s. Nach der zuletzt beschriebenen Ausführungsform wird die Optimierung des Schadstoffausstoßes angestrebt, welcher über den Prognosehorizont hinausgeht. Es ist dem Fachmann einsichtig, dass eine Entscheidung zur Veränderung der Motoransteuerung nur aufgrund der im Prognosehorizont auftretenden Ereignisse veranlasst werden kann. Jedoch sind die vorgegebenen Kriterien, nach denen die Schadstoffprognose ausgewertet wird, bevorzugt veränderbar. Bei der, insbesondere regelmäßig iterierenden, insbesondere quasi-kontinuierlichen, wiederholenden Validierung der Kriterien wird für die Betrachtung ein längerer Zeitraum gewählt, als der Prognosehorizont. Entsprechende Zeiträume liegen beispielsweise in einem Bereich von einer Minute bis 10 Minuten.
  • Nach einer bevorzugten Ausführungsform bildet die Steuereinrichtung die Emissionsprognose zu einem Zeitpunkt t0 und eine Veränderung des Fahrzeugverhaltens und/oder des Verhaltens wenigstens einer Komponente einer Abgasnachbehandlungseinrichtung zum Zeitpunkt t1 wird prognostiziert, wobei die Initiierung der Ansteuerung zum Zeitpunkt tA erfolgt, wobei t0 ≤ tA < t1 ist.
  • Nach einer bevorzugten Ausführungsform wird tA durch die Steuereinrichtung so bestimmt, dass einerseits die Fahrbarkeit und andererseits die Drehmoment- und/oder Leistungsaufnahme und/oder -abgabe und/oder die Schadstoffabgabe der wenigstens einen Komponente und/oder wenigstens einer weiteren Komponente des Kraftfahrzeugs und/oder des Gesamtfahrzeugs optimiert wird.
  • Somit kann der Zeitpunkt der Initiierung der Ansteuerung flexibel an das Betriebsverhalten der Komponente angepasst werden. Im Gegensatz zum bekannten Stand der Technik wird die Ansteuerung nicht sofort initiiert, sondern der Zeitpunkt wird so gewählt, dass die Schadstoffemission unter Berücksichtigung von Fahrbarkeit und Verbrauch möglichst optimal ausfällt. Zum Beispiel muss ein Abgasturbolader nicht sofort hochgefahren werden, wenn ein Leistungsabruf in z. B. vier Sekunden erwartet wird, sondern dieser Zeitpunkt wird so gewählt, dass die als benötigt prognostizierte Leistung auch erst zu dem prognostizierten Zeitpunkt bereitgestellt wird. Ein solches System ist bevorzugt in der Lage, Energie zu sparen und den Schadstoffausstoß zu senken. Mögliche Optimierungskriterien sind des Weiteren auch die Verlängerung der Lebensdauer wenigstens einer Komponente, bevorzugt mehrerer Komponenten, noch bevorzugter des Gesamtfahrzeugs.
  • Der zeitliche Verlauf ist in einer Darstellung, in welcher auf der x-Achse die Zeit und auf der y-Achse die Ziel- und/oder Ist-Größe dargestellt ist, bevorzugt eine ansteigende oder abfallende Rampe, eine optimierte Kurvenform, welche gegebenenfalls regelungstechnisch erzeugte Über- oder Unterschwinger aufweist, eine angenäherte stufenförmige Funktion oder eine andere beliebige Übergangsfunktion.
  • Nach einer bevorzugten Ausführungsform ist der zeitliche Verlauf des Sollwertes der Stellgröße wenigstens im Wesentlichen stetig, bevorzugt stetig.
  • Bei entsprechender Ausgestaltung ist dies deshalb vorteilhaft, da somit bevorzugt das Bordnetz und/oder mechanische Verbindungen der betreffenden Komponente nicht sprungartigen Lastveränderungen unterworfen sind und deshalb das elektrische Bordnetz und/oder die mechanischen Verbindungen der betreffenden Komponente auch entsprechend so ausgelegt werden können, dass sie derartige Lastveränderungen nicht zwingend auffangen müssen.
  • Nach einer bevorzugten Ausführungsform wird tA durch die Steuereinrichtung so bestimmt, so dass die Schadstoffemission unter Berücksichtigung von Fahrbarkeit und Verbrauch reduziert wird.
  • Nach einer bevorzugten Ausführungsform wird die erste Sensoreinrichtung ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus: Sensorvorrichtungen des Antriebsstrangs, Fahrerassistenzsysteme, insbesondere Radar, Lidar, Ultraschall und/oder Kamerasysteme, insbesondere Kamerasysteme mit nachgeschalteter Schiledererkennung, Navigationseinrichtungen, Wettersensoreinrichtungen, Fahrmodusschalter und/oder Fahrerschnittstellen, insbesondere Pedalerie, Gangwahl und Getriebestellung, Blinker und/oder Scheibenwischer.
  • Bei entsprechender Ausgestaltung ist dies vorteilhaft, da somit das Zustandsmodell bevorzugt aus Zustandsparametern ermittelt wird, welche ohnehin bereits im Kraftfahrzeug zu unterschiedlichen Zwecken erfasst und verarbeitet werden.
  • Nach einer bevorzugten Ausführungsform ist die Steuereinrichtung dafür vorgesehen, die spezifischen Fahranforderungen eines individuellen Fahrers zu erfassen, daraus wenigstens ein Fahrerprofil zu erstellen und die somit gewonnen Erkenntnisse in die Prognose mit aufzunehmen.
  • Bei entsprechender Ausgestaltung ist dies deshalb vorteilhaft, da somit die Gepflogenheiten des Fahrers, welche für die Prognose des Fahrzeugverhaltens neben dem Zustandsmodell eine wichtige Rolle spielt, mit erfasst und berücksichtigt werden können. Beispielsweise bei der Prognose, ob ein individueller Fahrer in einer speziellen Situation auf der Landstraße ein vor ihm fahrendes langsameres Fahrzeug überholen wird oder nicht.
  • Nach einer bevorzugten Ausführungsform ist die Steuereinrichtung dafür vorgesehen, die Prognosezuverlässigkeit des Fahrerprofils, bevorzugt kontinuierlich, in Form einer Selbstoptimierung zu verbessern.
  • Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die Steuereinrichtung dafür vorgesehen, eine Mehrzahl von Fahrerprofilen zu erstellen und zu verwalten.
  • Nach einer bevorzugten Ausführungsform weist das Kraftfahrzeug eine Anzeigeeinrichtung auf, welche dafür vorgesehen ist, einem Dritten wenigstens einen Betriebsmodus des Kraftfahrzeugs, insbesondere optisch und/oder akustisch und/oder mittels drahtloser Datenübertragung, insbesondere Funk, anzuzeigen.
  • Ein „Betriebsmodus” im Sinne der vorliegenden Erfindung ist insbesondere ein Zustand, welcher vom Fahrer und/oder der Steuereinrichtung gesetzt wird und welcher das Steuerverhalten der Steuereinrichtung in Bezug auf die Abgasemissionen beschreibt. Mögliche Betriebsmodi sind beispielsweise ein „Normalbetrieb” oder ein Betrieb mit gegenüber dem Normalbetrieb herabgesetzter Emission (im Folgenden auch Niedrig-Emissions-Betriebsmodus genannt), wobei letzterer insbesondere zwei oder mehr Stufen aufweist.
  • „Dritte” im Sinne der vorliegenden Erfindung sind insbesondere weitere Verkehrsteilnehmer und/oder Organe staatlicher Behörden, wie zum Beispiel der Polizei.
  • Dies ist nach einer Ausführung insbesondere vorteilhaft, weil es somit ermöglicht wird, beispielsweise ein verpflichtendes Aktivieren des Niedrig-Emissions-Betriebsmodus, beispielsweise in Umweltzonen von Städten zu überwachen. Dies erfolgt vorzugsweise optisch, mittels einer an der Außenhülle des Kraftfahrzeugs angebrachten und/oder mittels einer in der Außenhülle des Kraftfahrzeugs integrierten Leuchteinrichtung. Nach einer weiteren bevorzugten Ausführung erfolgt die Anzeige des Betriebsmodus mittels eines Funkwellensenders, welcher ein Funksignal aussendet, welches eine Betriebsmodus-Information und eine Identifikationsinformation aufweist, und einer Empfangseinrichtung des Dritten, an welche das Funksignal direkt oder indirekt übertragen wird.
  • Nach einer bevorzugten Ausführungsform sind das Antriebssystem und/oder die erste Sensoreinrichtung und/oder die Stelleinrichtung und/oder die Steuereinrichtung als nachrüstbare und/oder nachträglich konfigurierbare Komponenten ausgebildet. Nach einer bevorzugten Weiterbildung sind alle Komponenten des Kraftfahrzeugs bereits vorhanden und lediglich die Steuereinrichtung muss neu konfiguriert werden.
  • Hierdurch ist es nach einer Ausführungsform insbesondere möglich, ein ab Werk nicht erfindungsgemäßes Kraftfahrzeug nachträglich zu einem erfindungsgemäßen Kraftfahrzeug umzurüsten.
  • Das Verfahren der vorliegenden Erfindung ist insbesondere vorteilhaft, weil der zur Verfügung stehende Prognosehorizont dazu genutzt werden kann, die gewünschte Fahrbarkeit möglichst schadstoffeffizient bereitzustellen.
  • Nach einer bevorzugten Ausführungsform können die Schritte des Verfahrens von Einrichtungen in einem Kraftfahrzeug nach einer der oben beschriebenen Ausführungsformen ausgeführt werden.
  • Bezüglich der Vorteile wird auf die obigen Erläuterungen zu den verschiedenen Ausführungsformen des Kraftfahrzeugs verwiesen, welche hier im selben Umfang Gültigkeit besitzen.
  • Weitere vorteilhafte Weiterbildungen der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen. Hierzu zeigt:
  • 1 eine schematische Ansicht eines Brennkraftmaschine mit angeschlossener Abgasnachbehandlungseinrichtung und einer Steuereinheit;
  • 2 eine schematische Funktionsdarstellung des Kraftfahrzeugs; und
  • 3 ein Flussdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur prädiktiven Ansteuerung eines Kraftfahrzeugs.
  • 1 zeigt eine exemplarische schematische Ansicht einer Brennkraftmaschine 110 mit angeschlossener Abgasnachbehandlungseinrichtung 100 und einer Steuereinheit 200. In Richtung der Abgasströmrichtung L, in 1 durch einen Pfeil dargestellt, ist eingangsseitig die Brennkraftmaschine 110 angeordnet. Diese ist über ein Abgasrohr 120 mit dem Katalysator 130 und darauffolgend mit dem Partikelfilter 140 gasführend verbunden. Eine Sensoreinrichtung zur Erfassung von Emissionsparametern 210d, wie z. B. der Temperatur des Katalysators 130, ist mit dem Katalysator 130 verbunden. Der erfasste Messwert wird an die Steuereinrichtung 200, bevorzugt über ein BUS-System, übertragen. Wie durch die seitlich an der Steuereinrichtung 200 gezeichneten gestrichelten Pfeile angedeutet, empfängt die Steuereinrichtung 200 auch noch weitere Daten, z. B. von Sensoreinrichtungen zur Erfassung von Fahrzeugparametern 210a, Sensoreinrichtungen zur Erfassung von Umgebungsparametern 210b und Sensoreinrichtungen zur Erfassung von Umweltparametern 210c. Die Steuereinrichtung 200 verarbeitet den eingegangenen Messwert bzw. die eingegangenen Messwerte und gibt ein einen Steuerwert und/oder einen Steuersatz zur Ansteuerung der Brennkraftmaschine 110 und/oder einer Komponente der Abgasnachbehandlungseinrichtung an die entsprechende Stelleinrichtung (für die Brennkraftmaschine mit 220 bezeichnet, für die Abgasnachbehandlungseinrichtung nicht dargestellt) ab. Die Stelleinrichtung 220 der Brennkraftmaschine 110 modifiziert den Betriebspunkt der Brennkraftmaschine 110 entsprechend des Steuerwertes und/oder des Steuersatzes. Eine Stelleinrichtung der Abgasnachbehandlungseinrichtung ist beispielsweise eine Vorrichtung zur Eindosierung von Medien zur Abgasnachbehandlung, insbesondere von Dieselkraftstoff und/oder wässriger Harnstofflösung.
  • 2 zeigt eine schematische Funktionsdarstellung eines Kraftfahrzeugs 1. Über Sensoreinrichtungen 210 werden Messwerte und/oder andere Daten erfasst. Unter der Referenznummer 210 werden Sensoreinrichtungen 210a zur Erfassung von Fahrzeugparametern, Sensoreinrichtungen 210b zur Erfassung von Umgebungsparametern, Sensoreinrichtungen 210c zur Erfassung von Umweltparametern und Sensoreinrichtungen 210d zur Erfassung von Emissionsparametern zusammengefasst und gemeinsam beschrieben.
  • Fahrzeugparameter sind insbesondere Parameter des Antriebsstrangs, z. B. die Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs 1, aber ebenso das Gewicht des Kraftfahrzeugs 1, möglicherweise sogar die Verteilung des Gewichts auf die einzelnen Räder, der Luftdruck in den Reifen, die Lenkradstellung, der gewählte Gang, die Stellung des Gas- und Bremspedals etc. Entsprechende Sensoreinrichtungen 210a sind beispielsweise Drucksensoren, Winkelsensoren, Wegsensoren etc.
  • Umgebungsparameter betreffen insbesondere die aktuelle Fahrsituation, z. B. die Position, Geschwindigkeit und Richtung vor, nach und/oder neben dem Kraftfahrzeug 1 befindlicher Fahrzeuge sowie Informationen über den vor dem Kraftfahrzeug 1 liegenden Streckenabschnitt, z. B. Straßenführung, Vorfahrtsregelung, aktuelle und/oder prognostizierte Ampelphase, Steigung der Fahrbahn, Untergrund etc. Entsprechende Sensoreinrichtungen 210b bzw. entsprechende Informationsquellen sind z. B. ein Navigationssystem des Kraftfahrzeugs 1, Sensoreinrichtungen von Fahrerassistenzsystemen, insbesondere Kameras, Radar, Lidar, Car-to-X-Schnittstellen etc.
  • Umweltparameter betreffen insbesondere das aktuelle Wetter, in welchem sich das Kraftfahrzeug 1 bewegt. Entsprechende Parameter sind bevorzugt die Temperatur, der Luftdruck der Umgebungsluft, insbesondere zur Vorhersage von Wetterveränderungen, Vorliegen von Regen- und/oder Schneefall, Regenniederschlags- und/oder Schneefallmenge, auf dem Untergrund befindliche Schneemenge, Glättegrad etc. Entsprechende Sensoreinrichtungen 210c sind z. B. Temperatursensoren, Luftdrucksensoren, Regensensoren etc.
  • Emissionsparameter betreffen insbesondere die Abgasmenge, die Mengen einzelner chemischer Verbindungen, die Temperatur des Katalysators, das Verbrennungsluftverhältnis etc..
  • Die Messwerte und/oder Daten der Sensoreinrichtungen 210 werden, bevorzugt über ein fahrzeuginternes BUS-System, an eine Steuereinrichtung 200 übertragen. Die Steuereinrichtung 200 ist weiterhin, bevorzugt über ein BUS-System, mit Stelleinrichtungen 220 verbunden, welche dafür vorgesehen sind, wenigstens eine der veränderbaren Stellgrößen der Brennkraftmaschine zu verändern
  • Die Steuereinrichtung 200 weist eine Zustandsmodellermittlungseinrichtung 230, eine Fahrzeugverhaltensprognoseberechnungseinrichtung 240 und eine Fahrerprofilverwaltungseinrichtung 250 auf. Des Weiteren kann die Steuereinrichtung dafür vorgesehen sein, insbesondere auf Grundlage wenigstens eines Zustandsparameters, welcher von wenigstens einer der Sensoreinrichtungen 210 erfasst und bereitgestellt wird, zu erwartende Emissionen mittels wenigstens eines Emissionsberechnungsmodells zu berechnen.
  • Die Zustandsmodellermittlungseinrichtung 230 ist dafür vorgesehen, aus den Messwerten und/oder Daten der Sensoreinrichtungen 210 ein Zustandsmodell zu ermitteln. Dieses Zustandsmodell ist eine multikriterielle Abbildung des aktuellen Ist-Zustands des Kraftfahrzeugs 1 (z. B. Geschwindigkeit, Lenkradstellung, Gang, Gesamtgewicht) in seiner aktuellen Umgebung (z. B. Straßenbelag, Wetter, Hindernisse, Straßenverlauf) und in seiner aktuellen Fahrsituation (z. B. Beschleunigen, bei im Wesentlichen gleichbleibender Geschwindigkeit Fahren, Abbremsen, Überholen, Abbiegen).
  • Die Fahrerprofilverwaltungseinrichtung 250 verwaltet in der in 2 dargestellten Ausführungsform exemplarisch zwei Fahrerprofile 250a, 250b, welche jeweils unterschiedlichen Fahrern zugeordnet sind. Es versteht sich von selbst, dass die Fahrerprofilverwaltungseinrichtung 250 auch weniger oder mehr Fahrerprofile verwalten kann. Hierbei können die Fahrerprofile dergestalt angelegt werden, dass jedem Fahrer des Kraftfahrzeugs 1 ein personenspezifisches Profil zugeordnet ist. Des Weiteren ist es aber zusätzlich oder alternativ auch möglich, dass für einen Fahrer mehrere Profile angelegt werden, z. B. „eco”, „comfort”, „sportlich”, „hochsportlich” oder dergleichen, welche dann von dem Fahrer entsprechend seiner aktuellen Lebenssituation ausgewählt werden können.
  • Unter Berücksichtigung eines vom Fahrer oder automatisch ausgewählten Fahrerprofils 250a, 250b wird in der Fahrzeugverhaltensprognoseberechnungseinrichtung 240 eine Prognose des Fahrzeugverhaltens während des zeitlich in der Zukunft liegenden Prognosehorizonts berechnet. Bevorzugt werden die Aufgaben von der Zustandsermittlungseinrichtung 230 von der Fahrzeugverhaltensprognoseberechnungseinrichtung 240 mit übernommen, sodass Fahrzeugverhaltensprognoseberechnungseinrichtung 240 die Fahrzeugverhaltensprognose direkt aus den Daten der Sensoreinrichtungen 210 und, und insbesondere zusätzlich der Fahrerprofilverwaltungseinrichtung 250, berechnet.
  • Aus der Fahrzeugverhaltensprognose erstellt eine Emissionsprognoseerstellungseinrichtung 260 eine Emissionsprognose, insbesondere unter Berücksichtigung der Messwerte der Sensoreinrichtungen zur Erfassung von Emissionsparametern 210d.
  • Aus dieser Emissionsprognose wird ein Steuerwert oder Steuersatz zur Ansteuerung der Stelleinrichtung 220 abgeleitet und an die jeweilige Stelleinrichtung 220, bevorzugt über ein BUS-System, übertragen.
  • Aufgrund zeitlich nachfolgend eingehender Daten und/oder Messwerten wird der Grad des Eintretens der Prognose evaluiert. Werden hierbei Abweichungen festgestellt, welche dem aktuellen Fahrer zuzuordnen sind, so wird das jeweilige Fahrerprofil 250a, 250b entsprechend aktualisiert, um die Prognosezuverlässigkeit kontinuierlich zu verbessern. Diese Aktualisierung erfolgt durch die Fahrzeugverhaltensprognoseberechnungseinrichtung 240 und/oder die Fahrerprofilverwaltungseinrichtung 250.
  • In 3 ist ein Flussdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur prädiktiven Ansteuerung eines Kraftfahrzeugs 1 mit wenigstens einem ersten Antriebsmotor, der als Brennkraftmaschine 110 ausgebildet ist und eine Vielzahl veränderbarer Stellgrößen aufweist.
  • In Schritt S100 wird wenigstens ein fahrzeug- und/oder umgebungs- und/oder umweltbezogener Zustandsparameter erfasst und bereitgestellt. Dies erfolgt nach einer Ausführungsform durch die Sensoreinrichtungen 210a, 210b, 210c.
  • In Schritt S200 wird der bereitgestellte fahrzeug- und/oder umgebungs- und/oder umweltbezogene Zustandsparameter empfangen und verarbeitet. Dies erfolgt nach einer bevorzugten Ausführungsform durch die Steuereinheit 200.
  • In Schritt S300 wird ein Zustandsmodell unter Berücksichtigung dieses Zustandsparameters ermittelt. Dies erfolgt nach einer bevorzugten Ausführungsform durch die Zustandsmodellermittlungseinrichtung 230 der Steuereinheit 200.
  • In Schritt S400 wird eine Prognose des Fahrzeugverhaltens unter Heranziehung dieses Zustandsmodells berechnet. Dies erfolgt nach einer bevorzugten Ausführungsform durch die Fahrzeugverhaltensprognoseberechnungseinrichtung 240 der Steuereinheit 200.
  • Bevorzugt können die Schritte S300 und S400 durch einen Schritt S400a (nicht gezeigt) ersetzt werden, in dem eine Prognose des Fahrzeugverhaltens (direkt) unter Berücksichtigung dieses Zustandsparameters berechnet wird.
  • In Schritt S500 wird unter Heranziehung der Fahrzeugverhaltensprognose eine Emissionsprognose berechnet. Dies erfolgt nach einer bevorzugten Ausführungsform durch die Emissionsprognoseerstellungseinrichtung 260 der Steuereinheit 200.
  • In Schritt S600 wird die Emissionsprognose anhand von vorgegebenen Kriterien ausgewertet. Dies erfolgt nach einer bevorzugten Ausführungsform durch eine Auswertungseinheit der Steuereinheit 200.
  • In Schritt S700 wird ein Steuerwert oder Steuersatz zur Ansteuerung der Stelleinrichtung 220 aufbauend auf der Emissionsprognose abgeleitet.
  • Es versteht sich für den Fachmann, dass die oben genannten Schritte S100 bis S700 zumindest teilweise sequentiell und/oder zumindest teilweise auch parallel, d. h. mit gleichen Start- und Endzeitpunkten, und/oder zumindest teilweise nebeneinander, d. h. mit unterschiedlichen Start- und/oder Endzeitpunkten, jedoch zumindest mit einer zeitlichen Überlappung, ausgeführt werden können.
  • Die genannten Vorteile und Ausführungsformen der Erfindung wurden vorstehend ausschließlich in Bezug auf Brennkraftmaschinen beschrieben. Es sei aber angemerkt, dass sich diese Vorteile auch erreichen lassen, wenn das Kraftfahrzeug mit einem Hybridantrieb ausgestattet ist, d. h. teilweise mit einer Brennkraftmaschine angetrieben wird, und mit wenigstens einem nach einem anderen Konzept arbeitenden Motor, insbesondere einem Elektromotor, angetrieben wird. Bezugszeichenliste
    1 Kraftfahrzeug
    100 Brennkraftmaschine mit Abgasnachbehandlungseinrichtung
    110 Brennkraftmaschine
    120 Abgasrohr
    130 Katalysator
    140 Partikelfilter
    200 Steuereinrichtung
    210 Sensoreinrichtung (allgemein)
    210a Sensoreinrichtung zur Erfassung von Fahrzeugparametern
    210b Sensoreinrichtung zur Erfassung von Umgebungsparametern
    210c Sensoreinrichtung zur Erfassung von Umweltparametern
    210d Sensoreinrichtung zur Erfassung von Emissionsparametern
    220 Stelleinrichtung
    230 Zustandsmodellermittungseinrichtung
    240 Fahrzeugverhaltensprognoseberechnungseinrichtung
    250 Fahrerprofilverwaltungseinrichtung
    250a Fahrerprofil 1
    250b Fahrerprofil 2
    260 Emissionsprognoseerstellungseinrichtung
    S100 Erfassen und Bereitstellen eines Zustandsparameters
    S200 Empfangen und Verarbeiten des Zustandsparameters
    S300 Ermitteln eines Zustandsmodells
    S400 Berechnen einer Fahrzeugverhaltensprognose
    S500 Berechnen einer Emissionsprognose
    S600 Auswerten der Emissionsprognose
    S700 Ableiten eines Steuerwertes oder Steuersatzes
    L Abgasströmrichtung

Claims (17)

  1. Kraftfahrzeug (1) mit: einem Antriebssystem, welches wenigstens einem ersten Antriebsmotor, der als Brennkraftmaschine (110) ausgebildet ist, wobei die Brennkraftmaschine (110) eine Vielzahl veränderbarer Stellgrößen aufweist; wenigstens einer ersten Sensoreinrichtung (210a, 210b, 210c), welche dafür vorgesehen ist, wenigstens einen fahrzeug- und/oder umgebungs- und/oder umweltbezogenen Zustandsparameter zu erfassen und einen diesen repräsentierenden Datenwert bereitzustellen; wenigstens einer Stelleinrichtung (220), welche dafür vorgesehen ist, wenigstens eine der veränderbaren Stellgrößen der Brennkraftmaschine (110) zu verändern; wenigstes einer Steuereinrichtung (200), welche dazu eingerichtet ist, die Datenwerte der ersten Sensoreinrichtung (210a, 210b, 210c) zu verarbeiten und ein Signal an die Stelleinrichtung (220) zu übermitteln, wobei die Steuereinrichtung (200) dafür vorgesehen ist, (a) den wenigstens einen bereitgestellten fahrzeug- und/oder umgebungs- und/oder umweltbezogenen Zustandsparameter zu empfangen und zu verarbeiten; (b) eine Fahrzeugverhaltensprognose unter Berücksichtigung dieser Zustandsparameter zu berechnen; (c) unter Heranziehung dieser Fahrzeugverhaltensprognose eine Emissionsprognose zu erstellen; (d) die Emissionsprognose anhand von vorgegebenen Kriterien auszuwerten; und (e) aufbauend auf der Emissionsprognose einen Steuerwert oder Steuersatz zur Ansteuerung der Stelleinrichtung (220) abzuleiten.
  2. Kraftfahrzeug nach Anspruch 1, wobei die vorgegebenen Kriterien in Abhängigkeit von wenigstens einem der fahrzeug- und/oder umgebungs- und/oder umweltbezogenen Zustandsparameter veränderbar sind.
  3. Kraftfahrzeug nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei die Ansteuerung durch die Steuereinrichtung (200) so bestimmt wird, dass die Emissionen auch im Falle einer in der Fahrzeugverhaltensprognose prognostizierten Änderung der Betriebsbedingungen durch eine prädiktive Ansteuerung der Stelleinrichtung (220) unter vorgegebenen Grenzwerten gehalten werden.
  4. Kraftfahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Steuereinrichtung (200) wenigstens eine Komponente (130, 140) einer Abgasnachbehandlungseinrichtung so ansteuert, dass sie auf eine anstehende Änderung der Betriebsbedingungen vorbereitet ist.
  5. Kraftfahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Steuereinrichtung (200) diese wenigstens eine Stelleinrichtung (220) so ansteuert, dass der Treibstoffverbrauch zumindest kurzzeitig gegenüber dem für einen jeweiligen Betriebspunkt möglichen Mindestwert erhöht ist, um dadurch den Schadstoffausstoß des Kraftfahrzeugs (1) mittelfristig zu minimieren.
  6. Kraftfahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei durch wenigstens einen emissionsbezogenen Parameter eine Aussage über das Verhalten einer Komponente (130, 140) einer Abgasnachbehandlungseinrichtung getroffen werden kann.
  7. Kraftfahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Emissionsprognose eine Aussage darüber bereitstellt, (i) ob und/oder wie sich als ein Ergebnis der Fahrzeugverhaltensprognose der Schadstoffausstoß der Brennkraftmaschine (110) in einem Prognosezeitraum ändern wird; und/oder (ii) ob und/oder wie sich das Verhalten wenigstens einer Komponente (130, 140) einer Abgasnachbehandlungseinrichtung ändern wird; und/oder (iii) wie sich die wenigstens eine Komponente (130, 140) der Abgasnachbehandlungseinrichtung im Hinblick auf eine mögliche Änderung des Schadstoffausstoßes der Brennkraftmaschine (110) verhalten wird.
  8. Kraftfahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Fahrzeugverhaltensprognose zwei oder mehr voneinander verschiedene Prognosehorizonte aufweist, die sich in ihrer zeitlichen Vorausschau unterscheiden.
  9. Kraftfahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Steuereinrichtung (200) die Emissionsprognose zu einem Zeitpunkt t0 bildet und eine Veränderung des Fahrzeugverhaltens und/oder des Verhaltens wenigstens einer Komponente (130, 140) einer Abgasnachbehandlungseinrichtung zum Zeitpunkt t1 prognostiziert wird, wobei die Initiierung der Ansteuerung zum Zeitpunkt tA erfolgt, wobei t0 ≤ tA < t1 ist.
  10. Kraftfahrzeug nach Anspruch 9, wobei tA durch die Steuereinrichtung (200) so bestimmt wird, dass einerseits die Fahrbarkeit und andererseits das Verhalten einer Komponente (130, 140) einer Abgasnachbehandlungseinrichtung optimiert wird.
  11. Kraftfahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die erste Sensoreinrichtung (210a, 210b, 210c) ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus: Sensorvorrichtungen des Antriebsstrangs, Fahrerassistenzsysteme, insbesondere Radar, Lidar, Ultraschall und/oder Kamerasysteme, Navigationseinrichtungen, Wettersensoreinrichtungen, Fahrmodusschalter und/oder Fahrerschnittstellen, insbesondere Pedalerie, Gangwahl, Blinker und/oder Scheibenwischer.
  12. Kraftfahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, weiterhin aufweisend eine Anzeigeeinrichtung, welche dafür vorgesehen ist, einem Dritten wenigstens einen Betriebsmodus des Kraftfahrzeugs, insbesondere optisch und/oder akustisch und/oder mittels drahtloser Datenübertragung, insbesondere Funk, anzuzeigen.
  13. Kraftfahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Antriebssystem und/oder die erste Sensoreinrichtung (210a, 210b, 210c) und/oder die Stelleinrichtung (220) und/oder die Steuereinrichtung (200) als nachrüstbare und/oder nachträglich konfigurierbare Komponenten ausgebildet sind.
  14. Verfahren zur prädiktiven Ansteuerung eines Kraftfahrzeugs (1) mit wenigstens einem ersten Antriebsmotor, der als Brennkraftmaschine (110) ausgebildet ist und eine Vielzahl veränderbarer Stellgrößen aufweist, mit den Schritten: (a) Erfassen und Bereitstellen wenigstens eines fahrzeug- und/oder umgebungs- und/oder umweltbezogenen Zustandsparameters; (b) Empfangen und Verarbeiten des bereitgestellten fahrzeug- und/oder umgebungs- und/oder umweltbezogenen Zustandsparameters; (c) Berechnen einer Fahrzeugverhaltensprognose unter Berücksichtigung dieses Zustandsparameters; (d) Berechnen einer Emissionsprognose unter Heranziehung der Fahrzeugverhaltensprognose; (e) Auswerten der Emissionsprognose anhand von vorgegebenen Kriterien; und (f) Ableiten eines Steuerwerts oder Steuersatzes zur Ansteuerung der Stelleinrichtung aufbauend auf der Emissionsprognose.
  15. Verfahren nach Anspruch 14, wobei die Emissionsprognose zu einem Zeitpunkt t0 berechnet wird und eine Veränderung des Fahrzeugverhaltens und/oder des Verhaltens wenigstens einer Komponente (130, 140) einer Abgasnachbehandlungseinrichtung zum Zeitpunkt t1 prognostiziert wird, wobei die Initiierung der Ansteuerung zum Zeitpunkt tA erfolgt, wobei t0 ≤ tA < t1 ist.
  16. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 oder 15, wobei die Steuereinrichtung (200) diese wenigstens eine Stelleinrichtung (220) so ansteuern kann, dass der Treibstoffverbrauch zumindest kurzzeitig gegenüber dem für einen jeweiligen Betriebspunkt möglichen Mindestwert erhöht ist, um dadurch den Schadstoffausstoß des Kraftfahrzeugs (1) mittelfristig zu minimieren.
  17. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 16, wobei die Schritte des Verfahrens von Einrichtungen in einem Kraftfahrzeug (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 13 ausgeführt werden.
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