DE102015213250A1 - Verfahren zum Betreiben eines von einer Brennkraftmaschine angetriebenen Fahrzeugs in Abhängigkeit von einem Abstand zu einem vorausfahrenden Fahrzeug - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines von einer Brennkraftmaschine (120) angetriebenen Fahrzeugs (101), wobei ein Abstand (d) zu einem vorausfahrenden Fahrzeug (102) bestimmt wird, wobei unter Berücksichtigung einer zeitlichen Entwicklung einer Beschleunigung (a) des Fahrzeugs (101) und einer zeitlichen Entwicklung des Abstands (d) zu dem vorausfahrenden Fahrzeug (102) eine zukünftige Beschleunigung des Fahrzeugs (101) prognostiziert wird, wobei in Abhängigkeit von der zukünftigen Beschleunigung des Fahrzeugs (101) wenigstens ein Betriebsparameter des Fahrzeugs vorgegeben wird.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines von einer Brennkraftmaschine angetriebenen Fahrzeugs, wobei ein Abstand zu einem vorausfahrenden Fahrzeug erfasst wird, sowie eine Recheneinheit und ein Computerprogramm zu dessen Durchführung.
  • Stand der Technik
  • Gesetzliche Anforderungen an moderne Fahrzeuge hinsichtlich einzuhaltender Emissionsgrenzen werden immer strenger. Insbesondere kann die Einhaltung von Emissionsgrenzen auch während der Fahrt (sog. Real Driving Emissions, RDE) vorgeschrieben sein.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Erfindungsgemäß werden ein Verfahren zum Betreiben eines von einer Brennkraftmaschine angetriebenen Fahrzeugs, wobei ein Abstand zu einem vorausfahrenden Fahrzeug erfasst wird, sowie eine Recheneinheit und ein Computerprogramm zu dessen Durchführung mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche vorgeschlagen. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der nachfolgenden Beschreibung.
  • Die Erfindung sieht vor, dass während der Fahrt der Abstand zum vorausfahrenden Fahrzeug, insbesondere kontinuierlich, bestimmt wird, beispielsweise mittels Radar, optisch (z.B. Kamera) oder akustisch (z.B. Ultraschall), so dass unter Berücksichtigung einer zeitlichen Entwicklung der eigenen Beschleunigung eine zukünftige Beschleunigung des eigenen Fahrzeugs prognostiziert werden kann. Der Betrieb des Fahrzeugs, hier insbesondere der Brennkraftmaschine und des Antriebsstrangs, kann dann schon frühzeitig auf die prognostizierte Beschleunigung vorbereitet bzw. eingerichtet werden, indem in Abhängigkeit von der zukünftigen Beschleunigung des Fahrzeugs wenigstens ein Betriebsparameter des Fahrzeugs vorgegeben wird. Dies ermöglicht einen emissionsarmen Betrieb. Kraftstoff kann eingespart werden, der Wirkungsgrad wird erhöht.
  • Durch Berücksichtigung der zeitlichen Entwicklung der eigenen Beschleunigung können insbesondere beabsichtigte Abstandsveränderungen, beispielsweise bei einem Überhol- oder Bremsvorgang, welche nicht zu Anpassungen der Betriebsparameter führen sollen, erkannt werden.
  • Vorzugsweise werden als der wenigstens eine Betriebsparameter des Fahrzeugs wenigstens ein eine Verbrennungsstrategie und/oder wenigstens ein eine Abgasnachbehandlung beeinflussender Betriebsparameter vorgegeben. Zu den eine Verbrennungsstrategie beeinflussenden Betriebsparametern gehören u.a. Einspritzmengen, Einspritzzeitpunkte, Luftmassen, Abgasrückführraten usw. Zu den eine Abgasnachbehandlung beeinflussenden Betriebsparametern gehören u.a. Einspritzmengen, Einspritzzeitpunkte, Luftmassen, Temperaturen im Abgastrakt, Harnstoffeinspritzung usw.
  • Wird beispielsweise festgestellt, dass sich der Abstand verringert, obwohl die eigene Beschleunigung nicht zugenommen hat, lässt dies den Schluss zu, dass das vorausfahrende Fahrzeug langsamer wird, was wiederum den Schluss zulässt, dass auch das eigene Fahrzeug demnächst langsamer werden wird. In der Folge können Betriebsparameter vorgegeben werden, wie sich bei einer verzögerten Fahrt ergeben würden.
  • Vorzugsweise werden, wenn die prognostizierte Beschleunigung negativ ist, Maßnahmen zur Abgasnachbehandlung, wie eine NOx-Speicherkatalysatorregeneration, DPF-Regeneration (Dieselrußpartikelfilter) oder ein Heat-Up (Aufwärmphase), nicht eingeleitet, da diese oftmals einen erhöhten Leistungsbedarf haben.
  • Zur weiteren Reduzierung des Kraftstoffverbrauchs von Brennkraftmaschinen und damit zu einer weiteren Reduzierung des Kohlendioxidausstoßes können diese mit Sauerstoffüberschuss (Magerbetrieb) betrieben werden. Dabei entstehen jedoch andere unerwünschte und schädliche Abgase, wie z.B. Stickoxide (NOx). Zur Abgasreinigung können sogenannte NOx-Speicherkatalysatoren eingesetzt werden, in denen die Stickoxide gespeichert werden. Da diese jedoch nur eine endliche Speicherkapazität haben, müssen sie regelmäßig (z.B. bei Kraftfahrzeugen ca. alle wenigen Minuten) geleert, d.h. regeneriert werden. Zu diesem Zweck wird die Brennkraftmaschine mit einem fetten Gemisch (d.h. Luftmangel) unterstöchiometrisch betrieben, so dass die dabei entstehenden Gase der unvollständigen Verbrennung (z.B. Kohlenmonoxid (CO) und Kohlenwassersstoffe (HC)) im NOx-Speicherkatalysator zur Umsetzung der freiwerdenden Stickoxide zu Stickstoff zur Verfügung stehen. Hierfür muss jedoch eine gewisse Mindestlast vorliegen, z.B. durch schnelle Fahrt. Wird nun z.B. eine NOX-Regeneration kurz vor einer Verlangsamungsphase, in der das Fahrzeug möglicherweise in einen Schub- oder Segelbetrieb gelangt, eingeleitet, muss diese vorzeitig abgebrochen werden. Dies kann zum Überschreiten von Schadstoffgrenzwerten führen. Ähnliches gilt im Prinzip für alle Abgasnachbehandlungsmaßnahmen, so dass diese bei einer bevorstehenden Verlangsamung vorzugsweise nicht eingeleitet werden.
  • Ebenso vorzugsweise wird ein für verzögerte Fahrt emissionsoptimierter Betriebspunkt der Brennkraftmaschine, charakterisiert durch niedrigen Druck, niedrige Temperatur und geringen Massestrom des Abgases, vorgegeben, wenn die prognostizierte Beschleunigung negativ ist.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird wenigstens ein Schaltpunkt eines Getriebesteuergeräts eines automatischen Getriebes des Antriebsstrangs als Betriebsparameter des Fahrzeugs so vorgegeben, dass früher in einen höheren Gang und später in einen niedrigeren Gang geschaltet wird, wenn die prognostizierte Beschleunigung negativ ist. Zu automatischen Getrieben gehören bspw. herkömmliche automatische Wandlergetriebe, automatisierte Schaltgetriebe, wie Doppelkupplungsgetriebe, und stufenlose Getriebe (CVT). Mit dieser Maßnahme wird ein für einen verzögerten Fahrbetrieb besonders emissionsfreundliches weil zu niedrigen Drehzahlen führendes Übersetzungsverhältnis lange eingestellt.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird, wenn die prognostizierte Beschleunigung negativ ist, wenigstens ein Betriebsparameter der Brennkraftmaschine so vorgebeben, dass der Abgasgegendruck sinkt, da kein hoher Ladedruck bei verzögerter Fahrt nötig ist. Beispielsweise kann ein Turbolader so angesteuert werden, dass eine Turbinengeometrie entsprechend verändert wird (VTG – Variable Turbinengeometrie), oder dass ein Bypassventil (auch Wastegate genannt) im Abgasstrom geöffnet wird. Dies führt insbesondere zu einer CO2-Reduktion im Abgas.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird, wenn die prognostizierte Beschleunigung negativ ist, wenigstens ein Betriebsparameter der Brennkraftmaschine so vorgebeben, dass ein Abgasrückführverhältnis (AGR-Rate) steigt, insbesondere bis auf einen stationären Maximalwert, da eine hohe AGR-Rate zu niedrigen Rohemissionen führt. Vorteilhafterweise ist auch kein Vorhalt für eine Wiederbeschleunigung nötig, da eine bevorstehende Beschleunigung im Rahmen der Erfindung frühzeitig ermittelt werden kann.
  • Wird andererseits beispielsweise festgestellt, dass sich der Abstand zum vorausfahrenden Fahrzeug vergrößert, obwohl die eigene Beschleunigung nicht abgenommen hat, lässt dies den Schluss zu, dass das vorausfahrende Fahrzeug schneller wird, was wiederum den Schluss zulässt, dass auch das eigene Fahrzeug demnächst schneller werden wird. In der Folge können Betriebsparameter vorgegeben werden, wie sich bei einer beschleunigten Fahrt ergeben würden.
  • Vorzugsweise wird im Falle eines Segelbetriebs des Fahrzeugs dieser beendet, d.h. die Brennkraftmaschine wird nötigenfalls gestartet und es wird eingekuppelt, wenn die prognostizierte Beschleunigung positiv ist.
  • Ebenso vorzugsweise wird ein für beschleunigte Fahrt emissionsoptimierter Betriebspunkt der Brennkraftmaschine, charakterisiert durch einen hohen Massestrom, hohen Sauerstoffgehalt, niedrige Temperatur und hohen Druck am Einlassventil, vorgegeben, wenn die prognostizierte Beschleunigung positiv ist.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird, wenn die prognostizierte Beschleunigung positiv ist, wenigstens ein Schaltpunkt eines Getriebesteuergeräts eines automatischen Getriebes des Antriebsstrangs als Betriebsparameter des Fahrzeugs so vorgegeben, dass später in einen höheren Gang und früher in einen niedrigeren Gang geschaltet wird. Mit dieser Maßnahme wird ein einen beschleunigten Fahrbetrieb besonders unterstützendes Übersetzungsverhältnis lange eingestellt.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird, wenn die prognostizierte Beschleunigung positiv ist, wenigstens ein Betriebsparameter der Brennkraftmaschine so vorgebeben, dass der Ladedruck steigt, da ein hoher Ladedruck bei beschleunigter Fahrt nötig ist. Beispielsweise kann ein Turbolader so angesteuert werden, dass eine Turbinengeometrie entsprechend verändert wird (VTG – Variable Turbinengeometrie), oder dass ein Bypassventil (auch Wastegate genannt) im Abgasstrom geschlossen wird. Dies führt insbesondere zu einer Vermeidung von Rauch Peaks, also einer kurzzeitig erhöhten Rauchentwicklung bei der Verbrennung.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird, wenn die prognostizierte Beschleunigung positiv ist, wenigstens ein Betriebsparameter der Brennkraftmaschine so vorgebeben, dass das Abgasrückführverhältnis sinkt, da eine niedrige AGR-Rate zu einem höheren Sauerstoffanteil in der Luft vor dem Einlass führt. Vorteilhafterweise wird damit ein Vorhalt für eine Wiederbeschleunigung geschaffen, um Kohlenwasserstoffe, Stickoxide und Rußbildung zu verhindern.
  • Vorzugsweise wird für die Prognose der Beschleunigung ein Lernalgorithmus verwendet. Dies erhöht die Güte der prognostizierten Beschleunigung.
  • Eine erfindungsgemäße Recheneinheit, z.B. ein Steuergerät eines Kraftfahrzeugs, ist, insbesondere programmtechnisch, dazu eingerichtet, ein erfindungsgemäßes Verfahren durchzuführen.
  • Auch die Implementierung des Verfahrens in Form eines Computerprogramms ist vorteilhaft, da dies besonders geringe Kosten verursacht, insbesondere wenn ein ausführendes Steuergerät noch für weitere Aufgaben genutzt wird und daher ohnehin vorhanden ist. Geeignete Datenträger zur Bereitstellung des Computerprogramms sind insbesondere magnetische, optische und elektrische Speicher, wie z.B. Festplatten, Flash-Speicher, EEPROMs, DVDs u.a.m. Auch ein Download eines Programms über Computernetze (Internet, Intranet usw.) ist möglich.
  • Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der beiliegenden Zeichnung.
  • Die Erfindung ist anhand eines Ausführungsbeispiels in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • 1 zeigt in einer schematischen Seitenansicht zwei Fahrzeuge, von denen eines gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung betrieben wird.
  • Ausführungsform(en) der Erfindung
  • In 1 sind in einer schematischen Seitenansicht ein erstes von einer Brennkraftmaschine 120 angetriebenes Fahrzeug 101 und ein zweites, dem ersten Fahrzeug vorausfahrendes Fahrzeug 102 dargestellt. Das erste Fahrzeug 101 wird gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung betrieben.
  • Dazu weist das erste Fahrzeug 101 eine eine Radareinheit 105 aufweisende Abstandsbestimmungseinrichtung auf, mit der ein Abstand des ersten Fahrzeugs 101 zu dem zweiten Fahrzeug 102 bestimmt wird. Die Bestimmung kann kontinuierlich oder regelmäßig erfolgen, zweckmäßigerweise sind die Abstände zwischen zwei aufeinanderfolgenden Bestimmungszeitpunkten jedoch sehr klein, vorzugsweise höchstens 1 s.
  • Der bestimmte Abstand d wird an eine Recheneinheit bzw. ein Steuergerät 110 übertragen, das programmtechnisch zur Durchführung einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung eingerichtet ist. Das Steuergerät 110 ist dazu eingerichtet, wenigstens einen Betriebsparameter des Fahrzeugs 101 vorzugeben. Im gezeigten Beispiel ist das Steuergerät 110 dazu eingerichtet, wenigstens einen Betriebsparameter für die Brennkraftmaschine 120 und wenigstens einen Betriebsparameter für ein automatisches Getriebe 130 im Antriebsstrang des Fahrzeugs 101 vorzugeben.
  • Während des Betriebs erhält das Steuergerät 110 insbesondere regelmäßig den jeweils momentanen Abstand d und erzeugt daraus einen zeitlichen Verlauf des Abstands. Gleichzeitig sind im Fahrzeug 101 dessen Geschwindigkeit v und dessen Beschleunigung a (zumindest als zeitliche Ableitung der Geschwindigkeit) bekannt und können vom Steuergerät 110 berücksichtigt werden. Aus diesen genannten Daten, d.h. aus der zeitlichen Entwicklung des Abstands d und aus der zeitlichen Entwicklung der Beschleunigung a, kann das Steuergerät beispielsweise unter Verwendung eines geeigneten Lernalgorithmus eine zukünftige, beispielsweise eine in 5–10 Sekunden vorherrschende, Beschleunigung des Fahrzeugs 101 prognostizieren. In Abhängigkeit von der prognostizierten Beschleunigung können dann für eine verzögerte Fahrt geeignete Betriebsparameter oder für eine beschleunigte Fahrt geeignete Betriebsparameter vorgegeben werden. Beispiele für solche Betriebsparameter wurden bereits weiter oben genannt.

Claims (15)

  1. Verfahren zum Betreiben eines von einer Brennkraftmaschine (120) angetriebenen Fahrzeugs (101), wobei ein Abstand (d) zu einem vorausfahrenden Fahrzeug (102) bestimmt wird, wobei unter Berücksichtigung einer zeitlichen Entwicklung einer Beschleunigung (a) des Fahrzeugs (101) und einer zeitlichen Entwicklung des Abstands (d) zu dem vorausfahrenden Fahrzeug (102) eine zukünftige Beschleunigung des Fahrzeugs (101) prognostiziert wird, wobei in Abhängigkeit von der zukünftigen Beschleunigung des Fahrzeugs (101) wenigstens ein Betriebsparameter des Fahrzeugs vorgegeben wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei als der wenigstens eine Betriebsparameter des Fahrzeugs wenigstens ein Betriebsparameter der Brennkraftmaschine vorgegeben wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei als der wenigstens eine Betriebsparameter des Fahrzeugs (101) wenigstens ein eine Verbrennungsstrategie und/oder wenigstens ein eine Abgasnachbehandlung beeinflussender Betriebsparameter vorgegeben werden.
  4. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei als der wenigstens eine Betriebsparameter des Fahrzeugs (101) wenigstens ein Betriebsparameter eines Antriebsstrangs des Fahrzeugs (101) vorgegeben wird.
  5. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei als der wenigstens eine Betriebsparameter des Fahrzeugs (101) wenigstens ein Betriebsparameter eines automatischen Getriebes (130) eines Antriebsstrangs des Fahrzeugs (101) vorgegeben wird.
  6. Verfahren nach Anspruch 5, wobei als der wenigstens eine Betriebsparameter des Fahrzeugs (101) ein Schaltpunkt des automatischen Getriebes (130) vorgegeben wird.
  7. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei Maßnahmen zur Abgasnachbehandlung nicht eingeleitet werden, wenn die prognostizierte Beschleunigung negativ ist.
  8. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei ein für verzögerte Fahrt emissionsoptimierter Betriebspunkt der Brennkraftmaschine (120) vorgegeben wird, wenn die prognostizierte Beschleunigung negativ ist.
  9. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei ein für beschleunigte Fahrt emissionsoptimierter Betriebspunkt der Brennkraftmaschine (120) vorgegeben wird, wenn die prognostizierte Beschleunigung positiv ist.
  10. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei ein Segelbetrieb des Fahrzeugs (101) beendet wird, wenn die prognostizierte Beschleunigung positiv ist.
  11. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Abstand (d) zu dem vorausfahrenden Fahrzeug (102) mittels Radar, optisch oder akustisch bestimmt wird.
  12. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die zukünftige Beschleunigung des Fahrzeugs (101) unter Verwendung eines Lernalgorithmus prognostiziert wird.
  13. Recheneinheit (110), die dazu eingerichtet ist, ein Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche durchzuführen.
  14. Computerprogramm, das eine Recheneinheit dazu veranlasst, ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12 durchzuführen, wenn es auf der Recheneinheit ausgeführt wird.
  15. Maschinenlesbares Speichermedium mit einem darauf gespeicherten Computerprogramm nach Anspruch 14.
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