DE102016012414A1

DE102016012414A1 - Verfahren zum Steuern eines Antriebsstrangs eines Kraftfahrzeugs

Info

Publication number: DE102016012414A1
Application number: DE102016012414.8A
Authority: DE
Inventors: Bas Oremus; Mikael Ögren; Fredrik Roos; Oscar Flärdh; Conny Fransson
Original assignee: Scania CV AB
Current assignee: Scania CV AB
Priority date: 2015-10-29
Filing date: 2016-10-18
Publication date: 2017-05-04
Anticipated expiration: 2036-10-19
Also published as: DE102016012414B4; SE540598C2; BR102016024351B1; BR102016024351A2; SE1551396A1

Abstract

Verfahren zum Steuern eines Antriebsstrangs eines Kraftfahrzeugs, das hinter einem Leitfahrzeug fährt, das die Schritte umfasst: (a) Sammeln von Daten zu einem Straßengefälle entlang einer erwarteten Fahrtroute, (b) Sammeln von Daten zu einer aktuellen Größe eines Abstands zwischen den Fahrzeugen, (c) Sammeln von Daten zu einer Geschwindigkeit des Leitfahrzeugs, (d) Durchführen einer Simulation auf Basis der Daten und auf der Annahme, dass ein potenzieller Betriebsmodus des Antriebsstrangs, der das Anwenden von weniger Antriebskraft oder mehr Bremskraft im Vergleich zu einem Referenzbetriebsmodus beinhaltet, betätigt wird, wobei die Simulation Daten zu einem erwarteten Abstands zwischen den Fahrzeugen während eines vorausliegenden Zeitraums berechnet, (e) Prüfen, ob die simulierten Daten aus Schritt (d) eine vorab definierte Betätigungsbedingung C1 erfüllen, die erfüllt ist, wenn der erwartete Abstand kleiner als ein voreingestellter kleinstzulässiger Abstand ist, (f) mit der Maßgabe, dass die Betätigungsbedingung erfüllt ist, Betätigen des potenziellen Betriebsmodus.

Description

TECHNISCHES GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Steuern eines Antriebsstrangs eines Kraftfahrzeugs, das hinter einem Leitfahrzeug fährt. Die Erfindung bezieht sich des Weiteren auf ein Computerprogramm, ein Computerprogrammprodukt, eine elektronische Steuereinheit und ein Kraftfahrzeug. Unter einem Kraftfahrzeug versteht sich hier ein Fahrzeug, das von einem internen Verbrennungsmotor und/oder einem Elektromotor angetrieben wird. Insbesondere ist das Verfahren für eine Verwendung in einem Schwerkraftfahrzeug wie z. B. einem LKW oder einem Bus vorgesehen, ohne jedoch darauf beschränkt zu sein.
Ein Betriebsmodus des Antriebsstrangs soll hier als z. B. ein Modus ausgelegt werden, bei dem der Antriebsstrang durch eine Geschwindigkeitsregelanlage wie z. B. eine adaptive Geschwindigkeitsregelanlage oder eine Geschwindigkeitsregelanlage, die die Geschwindigkeit an topographische Daten anpasst, gesteuert wird, oder ein Modus, bei dem der Fahrer das Fahrzeug auf eine spezifische Weise steuert, um z. B. eine bestimmte Distanz zum Leitfahrzeug zu halten, das vor dem Fahrzeug fährt.
Unter einem Abstand versteht sich hier ein Abstand zwischen dem aktuellen Fahrzeug und dem Leitfahrzeug in Bezug auf entweder Distanz oder Zeit.
Unter Schubbetrieb versteht sich, das Kraftfahrzeug vorwärtslaufen zu lassen, ohne eine Leistung über den Antriebsstrang zu übertragen, wie z. B. durch Treten einer Kupplung des Fahrzeugs oder durch Stellen des Getriebes in eine neutrale Position.
Unter Motorisieren versteht sich, das Fahrzeug mit einem eingelegten Gang, jedoch ohne vom Antriebsstrang angewandte Antriebskraft vorwärtslaufen zu lassen.
HINTERGRUND UND STAND DER TECHNIK
Bei Kraftfahrzeugen wie z. B. Autos, LKWs und Bussen sind Treibstoffkosten eine signifikante Ausgabe für den Besitzer oder Benutzer des Fahrzeugs. Eine große Vielzahl unterschiedlicher Systeme wurde bzw. wird daher entwickelt, um den Treibstoffverbrauch zu verringern, z. B. treibstoffeffiziente Motoren und treibstoffsparende Geschwindigkeitsregelanlagen. Das Ziel solcher treibstoffsparender Geschwindigkeitsregelanlagen besteht darin, den Treibstoffverbrauch durch Anpassen des Fahrens an die Eigenschaften der vorausliegenden Straße zu verringern, so dass ein unnötiges Bremsen und/oder ein treibstoffverbrauchendes Beschleunigen vermieden werden können. Beispielsweise unter Berücksichtigung topographischer Informationen zum Straßenabschnitt, der dem Fahrzeug vorausliegt, kann die Geschwindigkeit beispielsweise vor einer Steigung vorübergehend erhöht werden, so dass ein Herunterschalten auf einen niedrigeren Getriebemodus vermieden oder verzögert werden kann. Auf diese Weise kann der gesamte Energieverbrauch verringert werden. Außerdem können Informationen zur Straßenkrümmung und gesetzlichen Geschwindigkeitsbegrenzungen entlang des Straßenabschnitts, der dem Fahrzeug vorausliegt, berücksichtigt werden.
Einer der Hauptfaktoren, die den Energieverbrauch eines Fahrzeugs beeinflussen, insbesondere bei hohen Geschwindigkeiten und bei großen Kraftfahrzeugen mit einem großen Frontbereich, ist der Luftwiderstand. Eine Möglichkeit, den Luftwiderstand und somit den Energieverbrauch zu verringern, besteht daher darin, das Fahrzeug hinter einem Leitfahrzeug zu fahren, d. h. einem weiteren Fahrzeug, das vor dem aktuellen Fahrzeug fährt, und somit den sogenannten Windschatteneffekt zu nutzen. Wenn zwei oder mehr Fahrzeuge Teil einer sogenannten Kolonne sind, d. h. wenn nachfahrende Fahrzeuge relativ nahe von Leitfahrzeugen fahren, kann der Treibstoffverbrauch der Fahrzeuge um z. B. 5 bis 15% verringert werden.
Moderne Kraftfahrzeuge können mit einer Radartechnologie ausgestattet sein, um eine Distanz zu einem Leitfahrzeug zu messen. Manche Fahrzeuge können auch mit einem Steuersystem ausgestattet sein, um automatisch einen spezifizierten Abstand d_set zu einem Leitfahrzeug zu halten, solange die Geschwindigkeit des Fahrzeugs keine festgelegte Geschwindigkeit wie z. B. eine gesetzliche Geschwindigkeitsbegrenzung überschreitet. Ein solches Steuersystem wird für gewöhnlich als adaptive Geschwindigkeitsregelanlage (ACC), Radar-Geschwindigkeitsregelanlage oder autonomes Geschwindigkeitsregelsystem bezeichnet. Gemäß einem Beispiel kann ein solches System eine Betätigungsvorrichtung umfassen, mit der der Fahrer eine Position, die einem gewissen Abstand zu einem Leitfahrzeug entspricht, manuell einstellen kann. Eine solche Betätigungsvorrichtung kann z. B. fünf unterschiedliche Positionen aufweisen, die einzelnen Erhöhungsschritten der Distanz zum Leitfahrzeug zwischen 10 und 75 Metern entsprechen, was Zeitabständen innerhalb des Bereichs von 1 bis 4 Sekunden entspricht. Dieses System ist im nachfahrenden Fahrzeug für gewöhnlich automatisiert. Alternativ kann ein Fahrer des nachfahrenden Fahrzeugs auswählen, dass er in einer gewissen Distanz zum Leitfahrzeug fahrt.
Ein ACC-System kann z. B. so konfiguriert sein, dass es den spezifizierten Abstand d_set durch Anwenden der erforderlichen Antriebskraft oder Bremskraft hält, d. h. so dass eine Antriebskraft angewandt wird, wenn der Abstand größer als der spezifizierte Abstand d_set wird, und so dass die Bremsen angewandt werden, sobald der Abstand kleiner als d_set wird. Ein ACC-System kann jedoch auch so konfiguriert sein, dass es den spezifizierten Abstand d_set nur durch Steuern der vom Antriebsstrang übertragenen Antriebskraft hält. In diesem Fall kann ein Bremsabstand d_brake definiert werden, bei dem die Bremsen des Fahrzeugs angewandt werden. Der Bremsabstand d_brake ist so eingestellt, dass er kleiner als der spezifizierte Abstand d_set ist, so dass, wenn das Fahrzeug dem Leitfahrzeug zwar näher als der spezifizierte Abstand d_set kommt, jedoch nicht näher als der Bremsabstand d_brake, das Fahrzeug motorisiert wird. Wenn dies nicht ausreicht und das Fahrzeug näher als d_brake kommt, werden die Bremsen angewandt. Die Bremsen können z. B. Radbremsen, eine Reaktionsbremse, Auspuffbremsen usw. sein.
Das Fahren hinter einem Leitfahrzeug führt jedoch auch dazu, dass normale Treibstoffsparsysteme wie z. B. gewisse treibstoffsparende Geschwindigkeitsregelanlagen nicht vollständig genutzt werden können, da das Risiko eines zu geringen Abstands zum Leitfahrzeug besteht, unabhängig davon, ob das Kraftfahrzeug mit einem aktivierten ACC oder nicht gefahren wird. Gewisse treibstoffsparende Systeme und Funktionen sind daher beim Fahren hinter einem Leitfahrzeug deaktiviert. Treibstoffsparende Wirkungen, die durch Fahren hinter einem Leitfahrzeug erzielt werden, können somit nicht vollständig ausgeschöpft werden.
KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Ein primäres Ziel der vorliegenden Erfindung liegt unter zumindest einem Aspekt in der Bereitstellung einer verbesserten Methode zum Steuern eines Antriebsstrangs in einem Kraftfahrzeug beim Fahren hinter einem Leitfahrzeug, so dass der Energieverbrauch des Kraftfahrzeugs minimiert wird. Insbesondere liegt ein Ziel in der Bereitstellung eines Verfahrens zum Steuern eines Antriebsstrangs, so dass treibstoffsparende Systeme auch in gewissen Situationen verwendet werden können, wenn das Fahrzeug hinter einem Leitfahrzeug fährt, so dass die Nutzen eines ACC-Systems mit den Nutzen anderer treibstoffsparender Systeme kombiniert werden können. Ein weiteres Ziel liegt in der Verbesserung des Fahrkomforts beim Fahren hinter einem Leitfahrzeug und der Bereitstellung einer Methode, mit der ein plötzliches Bremsen in solchen Situationen vermieden wird.
Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird zumindest das primäre Ziel mithilfe des in Anspruch 1 definierten Verfahrens erzielt. Das Verfahren umfasst die Schritte:

(a) Sammeln von Daten zu einem Straßengefälle entlang einer erwarteten Fahrtroute, die dem Kraftfahrzeug vorausliegt,
(b) Sammeln von Daten zu einer aktuellen Größe eines Abstands zwischen dem Kraftfahrzeug und dem Leitfahrzeug,
(c) Sammeln von Daten zu einer Geschwindigkeit des Leitfahrzeugs,
(d) Durchführen zumindest einer Simulation auf Basis der Daten und auf der Annahme, dass ein potenzieller Betriebsmodus des Antriebsstrangs, der das Anwenden von weniger Antriebskraft oder mehr Bremskraft im Vergleich zu einem Referenzbetriebsmodus beinhaltet, zu einem vorab definierten Zeitpunkt betätigt wird, wobei die Simulation Daten zur Größe eines erwarteten Abstands d_sim zwischen den Fahrzeugen während eines vorausliegenden Zeitraums berechnet,
(e) Prüfen, ob die simulierten Daten aus Schritt (d) einen Satz von vorab definierten Betätigungsbedingungen erfüllen, die zumindest eine vorab definierte Betätigungsbedingung C1 umfassen, die erfüllt ist, wenn der erwartete Abstand d_sim kleiner als ein voreingestellter kleinstzulässiger Abstand d_min während zumindest eines Teils des vorausliegenden Zeitraums ist,
(f) mit der Maßgabe, dass die vorab definierte Betätigungsbedingung erfüllt ist, Betätigen des potenziellen Betriebsmodus.

Somit wird bei dem Verfahren gemäß der Erfindung ein erwarteter Abstand d_sim zum Leitfahrzeug während eines vorausliegenden Zeitraums simuliert und wird je nach der Größe des erwarteten Abstands bestimmt, ob ein Betriebsmodus zu betätigen ist, der das Anwenden von weniger Antriebskraft oder mehr Bremskraft im Vergleich zu einem Referenzbetriebsmodus während zumindest eines Teils des vorausliegenden Zeitraums und vorzugsweise während eines Anfangsteils des vorausliegenden Zeitraums umfasst. Der Referenzbetriebsmodus ist vorzugsweise einer, bei dem der Antriebsstrang so gesteuert wird, dass ein spezifizierter Abstand d_set zum Leitfahrzeug gehalten wird.
Wenn der Abstand zwischen den Fahrzeugen Erwartungen zufolge kleiner als der vorab definierte kleinstzulässige Abstand d_min ist, d. h. erwartet wird, dass das Kraftfahrzeug dem Leitfahrzeug näher als erwünscht kommt, der simulierte Betriebsmodus unmittelbar betätigt wird. In der Praxis kann dies dazu führen, dass die Bremsen angewandt werden, z. B. Radbremsen, eine Reaktionsbremse, Auspuffbremsen usw., oder dass das Fahrzeug motorisiert wird oder im Schubbetrieb läuft, anstatt mit einer positiven Antriebskraft, die über den Antriebsstrang angewandt wird, vorwärtsgetrieben zu werden. Die Simulation zeigt, ob das Kraftfahrzeug Gefahr läuft, dem Leitfahrzeug an einem Zeitpunkt während des vorausliegenden Zeitraums zu nahe zu kommen, sogar wenn der simulierte Betriebsmodus betätigt wird. Jedoch wenn der simulierte potenzielle Betriebsmodus nicht betätigt wird und der Antriebsstrang gemäß dem Referenzbetriebsmodus kontinuierlich gesteuert wird, nähert sich das Kraftfahrzeug dem Leitfahrzeug sogar noch näher und wird später gebremst werden müssen, wodurch potenziell mehr kinetische Energie verschwendet wird, als wenn der simulierte potenzielle Betriebsmodus unmittelbar betätigt werden würde. Mithilfe des Verfahrens gemäß der Erfindung kann die Treibstoffeffizienz des Fahrzeugs somit verbessert werden. Gleichzeitig wird der Fahrkomfort verbessert, da ein plötzliches Bremsen verhindert wird. Durch Wiederholen der Datensammlung und Simulation mit einer gewissen Frequenz kann kontinuierlich geprüft werden, ob ein Wechsel in einen Betriebsmodus, der ein erhöhte Bremskraft oder eine verringerte Antriebskraft beinhaltet, erforderlich ist.
Der Zeitpunkt, an dem das Kraftfahrzeug Gefahr läuft, dem Leitfahrzeug zu nahe zu kommen, kann nach einem Anfangszeitraums sein, während dessen der Abstand zum Leitfahrzeug akzeptabel ist.
Der Schritt des Sammelns von Daten zu einer Geschwindigkeit des Leitfahrzeugs kann z. B. das Schätzen der Geschwindigkeit des Leitfahrzeugs für einen vorausliegenden Zeitraum oder das Empfangen von Daten vom Leitfahrzeug zu dessen voraussichtlicher Geschwindigkeitsschwankung umfassen. Im einfachsten Fall wird die aktuelle Geschwindigkeit des Leitfahrzeugs gemessen oder geschätzt und wird davon ausgegangen, dass das Leitfahrzeug mit konstanter Geschwindigkeit fahren wird. Es ist auch möglich, eine Schätzung der künftigen Geschwindigkeit des Leitfahrzeugs auf dessen aktueller Geschwindigkeit und Beschleunigung, wie gemessen oder kommuniziert, zu basieren. Das künftige Geschwindigkeitsprofil des Leitfahrzeugs kann auch im aktuellen (nachfahrenden) Kraftfahrzeug unter Verwendung von Schätzungen von Masse und Motordrehmoment des Leitfahrzeugs simuliert werden.
Die bei dem Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung durchgeführte Simulation erfolgt vorzugsweise in Form einer sogenannten vollständigen Fahrzeugsimulation über eine erwartete Fahrtroute, die dem Kraftfahrzeug vorausliegt. Die Simulation wird mit einer gewissen Frequenz wiederholt, z. B. einer Frequenz von 1 Hz. Bei jeder Simulation können mehrere Parameter bestimmt werden, wie z. B. eine Geschwindigkeit v_sim, eine Motordrehzahl, ein Motordrehmoment, ein Abstand d_sim zum Leitfahrzeug, Zeit, zurückgelegte Distanz usw. Die Simulation basiert auf einem potenziellen Betriebsmodus, der in diesem Fall ein Betriebsmodus ist, der das Anwenden von weniger Antriebskraft oder mehr Bremskraft im Vergleich zu einem Referenzbetriebsmodus beinhaltet. Es können mehrere unterschiedliche Betriebsmodi gleichzeitig simuliert werden.
Wenn das Verfahren eingeleitet wird, kann der Antriebsstrang von einem adaptiven Geschwindigkeitsregelsystem (ACC), einem anderen System im Fahrzeug oder einem Fahrer des Fahrzeugs gesteuert werden. Der Antriebsstrang wird vorzugsweise manuell oder automatisch betrieben, um einen spezifizierten Abstand d_set zum Leitfahrzeug zu halten und die dafür erforderliche Antriebskraft oder Bremskraft anzuwenden. Dies bedeutet, dass der Gangwechsel, die Treibstoffeinspritzung, das Bremsen usw. gesteuert werden, um den spezifizierten Abstand d_set zu halten. Außerdem kann ein Abstand d_brake definiert werden, wobei in diesem Fall die Bremsen automatisch angewandt werden, wenn der Abstand zwischen den Fahrzeugen geringer als der Bremsabstand d_brake wird. Wenn der Abstand zwischen den Fahrzeugen zwischen d_brake und d_set ist, steuert in diesem Fall das ACC-System den Antriebsstrang so, dass das Fahrzeug motorisiert wird.
Der kleinstzulässige Abstand d_min, der natürlich in Bezug auf Zeit oder Distanz definiert werden kann, sollte für gewöhnlich nicht vom Fahrer des Kraftfahrzeugs anpassbar sein. Wenn das Kraftfahrzeug von einer adaptiven Geschwindigkeitsregelanlage gesteuert wird, so dass die Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs so geregelt wird, dass ein spezifizierter Abstand d_set zum Leitfahrzeug gehalten wird, ist der kleinstzulässige Abstand d_min so eingestellt, dass er kleiner als d_set ist. Vorzugsweise kann der kleinstzulässige Abstand d_min abhängig vom spezifizierten Abstand d_set eingestellt werden. Wenn eine Bremskraft d_brake ebenfalls definiert ist, wird der kleinstzulässige Abstand d_min vorzugsweise so eingestellt, dass er kleiner als der spezifizierte Abstand d_set ist, jedoch größer als der Bremsabstand d_brake ist, d_brake < d_min < d_set. Auf diese Weise werden Situationen, in denen die Bremsen vom ACC-System angewandt werden müssen, verhindert. Natürlich beeinflussen auch Sicherheitsaspekte die Größe des kleinstzulässigen Abstands d_min. Das Vergleichen des simulierten Abstands mit dem voreingestellten kleinstmöglichen Abstand ist eine schnelle und effiziente Methode zum Entscheiden, ob das Fahrzeug Gefahr läuft, dem Leitfahrzeug zu nahe zu kommen.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird der Antriebsstrang im Referenzbetriebsmodus von einer adaptiven Geschwindigkeitsregelanlage gesteuert, so dass die Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs so reguliert wird, dass ein spezifizierter Abstand d_set zum Leitfahrzeug gehalten wird. Dies ist sehr nützlich, da die adaptive Geschwindigkeitsregelanlage üblicherweise dazu verwendet wird, den Antriebsstrang beim Fahren hinter einem Leitfahrzeug zu steuern. Bei dieser Ausführungsform kann ein solcher Betriebsmodus verwendet werden, um den Antriebsstrang zu steuern, während kontinuierlich geprüft wird, ob es bevorzugt wäre, einen Betriebsmodus zu betätigen, der weniger Antriebskraft oder mehr Bremskraft beinhaltet, und sich vom Referenzbetriebsmodus vorübergehend zu entfernen, wenn dies als nützlich beurteilt wird.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beinhaltet der potenzielle Betriebsmodus zumindest eines von Motorisieren der Kraftfahrzeugs, Schubbetrieb des Kraftfahrzeugs, Verringern eines Motordrehmoments, Verringern der Antriebskraft durch Wechseln in einen höheren Gang und Bremsen des Kraftfahrzeugs. Das Bremsen kann z. B. durch Anwenden von z. B. Radbremsen, einer Reaktionsbremse, Auspuffbremsen usw. erzielt werden. Der aktuelle Betriebsmodus des Antriebsstrangs kann verwendet werden, um zu bestimmen, welche Betriebsmodi zu simulieren sind. Jeder simulierte Betriebsmodus kann mehr als eine der angeführten Methoden zum Betreiben des Antriebsstrangs beinhalten.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beinhaltet der potenzielle Betriebsmodus das Bremsen des Kraftfahrzeugs, gefolgt von einem Motorisieren des Kraftfahrzeugs. Durch Bremsen vor dem Motorisieren wird ein Geschwindigkeitsunterschied zwischen den Fahrzeugen sehr schnell verringert. Die Gesamtmotorisierungszeit, während der kein Treibstoff verbraucht wird, kann somit im Vergleich zu einer Situation, in der das Fahrzeug zuerst motorisiert und danach gebremst wird, wenn es dem Leitfahrzeug zu nahe kommt, erhöht werden. Der allgemeine Energieverbrauch kann damit verringert werden.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst der Satz von vorab definierten Betätigungsbedingungen eine vorab definierte Betätigungsbedingung C2, die erfüllt ist, wenn der erwartete Abstand d_sim kleiner als ein voreingestellter höchstzulässiger Abstand d_max ist, während eines Anfangsteils des vorausliegenden Zeitraums. Es wird somit gewährleistet, dass bei einer Verringerung der Antriebskraft oder einer Erhöhung der Bremskraft nicht das Risiko besteht, dass sich das Kraftfahrzeug zu weit vom Leitfahrzeug entfernt, so dass z. B. überholende Fahrzeuge zwischen die Fahrzeuge fahren können.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst Schritt (d) das Durchführen zumindest von zwei Simulationen, wobei eine der Simulationen auf der Annahme basiert, dass der potenzielle Betriebsmodus des Antriebsstrangs zu einem ersten Zeitpunkt t_0 betätigt wird, und eine weitere der Simulationen auf der Annahme basiert, dass der potenzielle Betriebsmodus des Antriebsstrangs zu einem späteren Zeitpunkt t_1 betätigt wird, wobei der spätere Zeitpunkt t_1 in Bezug auf den ersten Zeitpunkt t_0 verzögert ist. Die gleichen gesammelten Daten werden als Basis für die Simulation verwendet und die Simulationen werden gleichzeitig durchgeführt. Die zusätzliche Simulation zeigt, ob durch das Verzögern eines Wechsels von Betriebsmodi bis zum späteren Zeitpunkt t_1 Vorteile erzielt werden können oder ob der erste Zeitpunkt t_0 sich für diesen Wechsel eignet. Diese Ausführungsform ist besonders vorteilhaft, wenn die für die Simulation verfügbare Rechenleistung begrenzt ist, so dass die Frequenz, mit der Simulationen durchgeführt werden, folglich eingeschränkt ist.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst der Satz von vorab definierten Betätigungsbedingungen eine vorab definierte Betätigungsbedingung C3, die erfüllt ist, wenn ein erwarteter Abstand d_sim_0, der auf Basis der Annahme berechnet wird, dass der potenzielle Betriebsmodus zum ersten Zeitpunkt t_0 betätigt wird, größer als der kleinstzulässige Abstand d_min während des vorausliegenden Zeitraums ist, und wenn ein erwarteter Abstand d_sim_1, der auf Basis der Annahme berechnet wird, dass der potenzielle Betriebsmodus zu einem späteren Zeitpunkt t_1 betätigt wird, kleiner als der kleinstzulässige Abstand d_min während zumindest eines Teils des vorausliegenden Zeitraums ist, vorzugsweise wobei Schritt (f) zu einem Zeitpunkt vor dem späteren Zeitpunkt t_1 durchgeführt wird, wie z. B. zu einem Zeitpunkt, der dem ersten Zeitpunkt t_0 entspricht. Bei dieser Ausführungsform kann das Risiko, dem Leitfahrzeug zu nahe zu kommen, vermieden werden, da die Simulationen zeigen, dass das Fahrzeug zu nahe kommen wird, wenn der potenzielle Betriebsmodus, der mehr Bremskraft oder weniger Antriebskraft umfasst, nach einer Verzögerung betätigt wird. Durch Betätigen des potenziellen Betriebsmodus unmittelbar oder zu einem Zeitpunkt vor dem späteren Zeitpunkt t_1 wird eine solche Situation verhindert. Bei einer Ausführungsform kann der optimale Zeitpunkt zum Betätigen des potenziellen Betriebsmodus, der zwischen dem ersten Zeitpunkt t_0 und dem späteren Zeitpunkt t_1 liegt, bestimmt werden und kann der potenzielle Betriebsmodus zu diesem optimalen Zeitpunkt betätigt werden.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst Schritt (d) das Simulieren eines künftigen Geschwindigkeitsprofils des Kraftfahrzeugs und, auf dessen Basis, das Berechnen der Größe des erwarteten Abstands d_sim. Das simulierte Geschwindigkeitsprofil wird mit den Daten zur Geschwindigkeit des Leitfahrzeugs verglichen und die Größe des Abstands kann somit erhalten werden. Bei Simulationen eines künftigen Geschwindigkeitsprofils werden für gewöhnlich topographische Daten berücksichtigt und es können auch Verkehrsdaten usw. berücksichtigt werden. Solche Simulationsverfahren sind bekannt und werden im Fahrzeug häufig aus anderen Gründen durchgeführt und stellen somit eine geeignete Methode zum Simulieren der Größe des Abstands während des vorausliegenden Zeitraums dar.
Vorzugsweise umfasst der Satz von vorab definierten Betätigungsbedingungen eine vorab definierte Betätigungsbedingung C4, die erfüllt ist, wenn eine simulierte Geschwindigkeit v_sim größer als eine kleinstzulässige Geschwindigkeit v_min während des vorausliegenden Zeitraums ist. Auf diese Weise kann vermieden werden, dass die Geschwindigkeit des Fahrzeugs unter eine gewünschte Mindestgeschwindigkeit fällt.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird die Geschwindigkeit des Kraftfahrzeug anfänglich gesteuert, um einen spezifizierten Abstand d_set zum Leitfahrzeug zu halten, wobei der spezifizierte Abstand d_set größer als der kleinstzulässige Abstand d_min ist. Dies kann vorzugsweise unter Verwendung eines adaptiven Geschwindigkeitsregelsystems (ACC-System) erzielt werden, das üblicherweise dazu verwendet wird, den Antriebsstrang beim Fahren hinter einem Leitfahrzeug zu steuern. Das ACC-System kann bei dieser Ausführungsform verwendet werden, um den Antriebsstrang so zu steuern, dass dieser im spezifizierten Abstand d_set antreibt, während kontinuierlich geprüft wird, ob eine vorübergehende Aussetzung dieser Steuerung durchgeführt werden sollte, indem stattdessen der simulierte Betriebsmodus betätigt wird, der in der bestimmten Situation treibstoffeffizienter sein kann.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst Schritt (d) das Simulieren eines künftigen Geschwindigkeitsprofils des Kraftfahrzeugs und umfasst der Satz von vorab definierten Betätigungsbedingung eine vorab definierte Betätigungsbedingung C5, die erfüllt ist, wenn an einem Zeitpunkt während des vorausliegenden Zeitraums ein Unterschied zwischen dem erwarteten Abstand d_sim und einem spezifizierten Abstand d_set kleiner als ein erster vorab definierter Schwellenwert ist und ein Unterschied zwischen einer erwarteten Geschwindigkeit v_sim und einer erwarteten Geschwindigkeit des Leitfahrzeugs v_lead kleiner als ein zweiter vorab definierter Schwellenwert ist. In diesem Fall sind die Bedingungen für ein „Andocken” am Leitfahrzeug im spezifizierten Abstand d_set zum bestimmten Zeitpunkt perfekt. Der spezifizierte Abstand d_set ist vorzugsweise der spezifizierte Abstand d_set, auf den ein ACC-System des Kraftfahrzeugs eingestellt ist, um diesen zum Leitfahrzeug zu halten.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung werden die Schritte (a) bis (e) kontinuierlich in einer vorab definierten Frequenz während der Vorwärtsbewegung des Kraftfahrzeugs durchgeführt. Durch Wiederholen der Datensammlung und Simulation mit einer gewissen Frequenz kann kontinuierlich geprüft werden, ob ein Wechsel in einen Betriebsmodus, der das Anwenden von mehr Bremskraft oder weniger Antriebskraft beinhaltet, wünschenswert ist.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird zumindest das primäre Ziel durch ein Computerprogramm erzielt, das einen Computerprogrammcode umfasst, um einen Computer zu veranlassen, das vorgeschlagene Verfahren umzusetzen, wenn das Computerprogramm auf dem Computer ausgeführt wird.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird zumindest das primäre Ziel durch ein Computerprogrammprodukt erzielt, das ein nicht-flüchtiges Datenspeichermedium umfasst, das von einem Computer gelesen werden kann und auf dem der Programmcode des vorgeschlagenen Computerprogramms gespeichert ist.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird zumindest das primäre Ziel durch eine elektronische Steuereinheit eines Kraftfahrzeugs erzielt, das ein Ausführungsmittel, einen mit dem Ausführungsmittel verbundenen Speicher und ein Datenspeichermedium umfasst, das mit dem Ausführungsmittel verbunden ist und auf dem der Computerprogrammcode des vorgeschlagenen Computerprogramms gespeichert ist.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird zumindest das primäre Ziel durch ein Kraftfahrzeug erzielt, das die vorgeschlagene elektronische Steuereinheit umfasst. Das Kraftfahrzeug kann vorzugsweise ein LKW oder ein Bus sein. Andere vorteilhafte Merkmale sowie Vorteile der vorliegenden Erfindung gehen aus der folgenden Beschreibung hervor.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Ausführungsformen der Erfindung werden nun unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben, in denen:
1 ein Ablaufplan ist, der ein Verfahren gemäß einer Ausführungsform der Erfindung zeigt,
2 ein Graph ist, der Ergebnisse einer Simulation zeigt, die in einem Verfahren gemäß einer Ausführungsform der Erfindung durchgeführt wird,
3 ein weiterer Graph ist, der Ergebnisse einer Simulation zeigt, die in einem Verfahren gemäß einer Ausführungsform der Erfindung durchgeführt wird,
4 eine Steuereinheit gemäß der Erfindung schematisch zeigt, und
5 ein Fahrzeug gemäß der Erfindung schematisch zeigt.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSFORMEN DER ERFINDUNG
Ein Verfahren gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist im Ablaufplan von 1 schematisch gezeigt. Das Verfahren wird in einem Kraftfahrzeug eingeleitet, während das Fahrzeug vorwärts hinter einem Leitfahrzeug fährt. Für gewöhnlich wird der Antriebsstrang des Kraftfahrzeugs anfänglich von einem adaptiven Geschwindigkeitsregelsystem (ACC-System) gesteuert, so dass das Fahrzeug einen spezifizierten Abstand d_set in Bezug auf Zeit oder Distanz zum Leitfahrzeug hält.
Ein erster Schritt S1 umfasst das Sammeln von Daten zu einem Straßengefälle entlang einer erwarteten Fahrtroute, die dem Kraftfahrzeug vorausliegt, wie später weiter beschrieben. Ein zweiter Schritt S2 umfasst das Sammeln von Daten zu einer aktuellen Größe eines Abstands zwischen dem Kraftfahrzeug und dem Leitfahrzeug. Ein dritter Schritt S3 umfasst Sammeln von Daten zu einer Geschwindigkeit des Leitfahrzeugs. Daten zum Straßengefälle, dem Abstand und der Geschwindigkeit des Leitfahrzeugs werden auf einem Datenspeichermedium gespeichert.
Ein vierter Schritt S4 umfasst das Durchführen zumindest einer Simulation auf Basis der in den Schritten S1–S3 gesammelten Daten und der Annahme, dass ein potenzieller Betriebsmodus des Antriebsstrangs, wobei der Betriebsmodus das Anwenden von weniger Antriebskraft oder mehr Bremskraft im Vergleich zu einem Referenzbetriebsmodus beinhaltet, zu einem vorab definierten Zeitpunkt betätigt wird. Die Simulation berechnet Daten zur Größe eines erwarteten Abstands d_sim zwischen den Fahrzeugen während eines vorausliegenden Zeitraums nach dem vorab definierten Zeitraum. Das heißt, dass simuliert wird, wie sich die Größe des Abstands zwischen den Fahrzeugen Erwartungen zufolge entwickeln wird, wenn ein potenzielle Betriebsmodus zum vorab definierten Zeitpunkt betätigt wird. Der potenzielle Betriebsmodus beinhaltet das Anwenden von weniger Antriebskraft oder mehr Bremskraft in Bezug auf einen Referenzbetriebsmodus zumindest während eines Teils des vorausliegenden Zeitraums. Beispielsweise kann der potenzielle Betriebsmodus das anfängliche Bremsen des Kraftfahrzeugs und danach das Motorisieren des Kraftfahrzeugs beinhalten. Der potenzielle Betriebsmodus kann z. B. zumindest eines von Motorisieren der Kraftfahrzeugs, Schubbetrieb des Kraftfahrzeugs, Verringern eines Motordrehmoments, Verringern der Antriebskraft durch Wechseln in einen höheren Gang und Bremsen des Kraftfahrzeugs beinhalten. Es können mehrere potenzielle Betriebsmodi gleichzeitig simuliert werden.
Für gewöhnlich ist der Referenzbetriebsmodus ein Fall, bei dem der Antriebsstrang von einem adaptiven Geschwindigkeitsregelsystem (ACC-System) gesteuert wird, so dass das Fahrzeug einen spezifizierten Abstand d_set in Bezug auf Zeit oder Distanz zum Leitfahrzeug hält.
Ein fünfter Schritt S5 umfasst das Prüfen, ob die simulierten Daten aus Schritt S4 einen Satz von vorab definierten Betätigungsbedingungen erfüllen. Dieser Satz von vorab definierten Betätigungsbedingungen umfasst zumindest eine vorab definierte Betätigungsbedingung C1, die als erfüllt angesehen wird, wenn der erwartete Abstand d_sim kleiner als ein voreingestellter kleinstzulässiger Abstand d_min während zumindest eines Teils des vorausliegenden Zeitraums ist. Somit wird in Schritt S5 der simulierte erwartete Abstand d_sim zwischen den Fahrzeugen mit dem voreingestellten kleinstzulässigen Abstand d_min verglichen, der als Schwellenwert dient. Wenn festgestellt wird, dass der Abstand den kleinstzulässigen Abstand d_min zu einem Zeitpunkt während des vorausliegendes Zeitraums wahrscheinlich unterschreitet, wenn der potenzielle Betriebsmodus betätigt wird, wird die Betätigungsbedingung C1 als erfüllt angesehen. Der Satz von vorab definierten Betätigungsbedingungen kann des Weiteren andere Bedingungen umfassen, wie z. B. eine Betätigungsbedingung C2, dass der erwartete Abstand d_sim kleiner als ein voreingestellter höchstzulässiger Abstand d_max sein muss, während eines Anfangsteils des vorausliegenden Zeitraums. Es können auch andere Betätigungsbedingungen definiert werden, wie später näher beschrieben.
Ein sechster Schritt S6 umfasst das Betätigen des simulierten potenziellen Betriebsmodus, mit der Maßgabe, dass die vorab definierten Betätigungsbedingungen erfüllt sind. Wenn die Betätigungsbedingungen hingegen nicht erfüllt sind, können die Schritte S1–S5 vorzugsweise wiederholt werden. Im einfachsten Fall wird der potenzielle Betriebsmodus betätigt, mit der Maßgabe, dass Bedingung C1 erfüllt ist. Grundsätzlich bedeutet dies, dass die Antriebskraft verringert wird oder die Bremskraft erhöht wird, mit der Maßgabe, dass das Kraftfahrzeug Gefahr läuft, dem Leitfahrzeug während des vorausliegenden Zeitraums zu nahe zu kommen. Schritt S6 beendet das Verfahren gemäß der Erfindung. Die Entscheidung, die Antriebskraft oder Bremskraft anzupassen, wird danach kontinuierlich neu beurteilt.
Alle Schritte S1–S5 werden vorzugsweise kontinuierlich durchgeführt, was hier dahingehend zu verstehen ist, dass die Schritte in einer vorab definierten Frequenz durchgeführt werden, solange sich das Fahrzeug vorwärtsbewegt. Die Frequenz der Datensammlung und die Frequenz der Simulation sind nicht notwendigerweise identisch und können z. B. in der Größenordnung von 100 Hz liegen.
Daten zum Straßengefälle können in Schritt S1 auf diverse unterschiedliche Methoden gesammelt werden. Das Straßengefälle kann auf Basis von Kartendaten, z. B. aus digitalen Karten, die topographische Informationen enthalten, in Kombination mit Ortungsinformationen, z. B. GPS-Informationen (Global Positioning System), bestimmt werden. Die Ortungsinformationen können verwendet werden, um die Position des Kraftfahrzeugs in Bezug auf die Kartendaten zu bestimmen, so dass das Straßengefälle aus den Kartendaten extrahiert werden kann. Diverse aktuelle Geschwindigkeitsregelsysteme verwenden Kartendaten und Ortungsinformationen. Solche Systeme können sodann die Kartendaten und Ortungsinformationen bereitstellen, die für das Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung erforderlich sind, wodurch der zusätzliche Aufwand im Rahmen des Bestimmens des Straßengefälles minimiert wird.
Das Straßengefälle kann auf Basis einer Karte in Verbindung mit GPS-Informationen, aus Radarinformationen, aus Kamerainformationen, Informationen eines anderen Fahrzeugs, aus Ortungsinformationen und Informationen zum Straßengefälle, die vorab im Kraftfahrzeug gespeichert wurden, oder aus Informationen zu der erwarteten Fahrtroute, die von Verkehrssystemen erhalten werden, erhalten werden. In Systemen, bei denen ein Informationsaustausch unter Fahrzeugen erfolgt, kann das von einem Fahrzeug geschätzte Straßengefälle auch anderen Fahrzeugen zur Verfügung gestellt werden, entweder direkt oder über eine Zwischeneinheit wie eine Datenbank oder dergleichen.
Die Daten zur aktuellen Größe des Abstands zwischen den Fahrzeug kann in Schritt S2 z. B. unter Verwendung von Radartechnologie, Kamerainformationen, Kartendaten in Kombination mit GPS-Technologie (Global Positioning System) oder dergleichen gesammelt werden.
Daten zu einer Geschwindigkeit des Leitfahrzeugs können in Schritt S3 z. B. durch Messen der Geschwindigkeit oder durch Kommunikation mit dem Leitfahrzeug gesammelt werden und durch Bestimmen einer erwarteten Geschwindigkeit des Leitfahrzeugs während des Fahrens entlang des vorausliegenden Straßenabschnitts anhand dieser Information gesammelt werden. Dieser Schritt kann z. B. das Messen einer aktuellen Geschwindigkeit des Leitfahrzeugs und das Tätigen von Annahmen zu dessen Geschwindigkeit während des vorausliegenden Straßenabschnitts oder Zeitraums, wie z. B. Annehmen, dass das Leitfahrzeug eine konstante Geschwindigkeit hält, umfassen. Die Annahme kann auch auf der Kenntnis z. B. des Straßengefälles entlang des vorausliegenden Straßenabschnitts und/oder auf einer aktuellen Beschleunigung des Leitfahrzeugs basieren.
Die Simulation, die Daten zur Größe des erwarteten Abstands in Schritt S4 berechnet, wird für gewöhnlich in Schritten durch Simulieren eines erwarteten künftigen Geschwindigkeitsprofils des Kraftfahrzeugs und, auf Basis dessen, Bestimmen der Entwicklung der Größe des Abstands durch Vergleichen mit den Daten zur Geschwindigkeit des Leitfahrzeugs durchgeführt. Bei der Simulation des künftigen Geschwindigkeitsprofils wird angenommen, dass der potenzielle Betriebsmodus zum vorab definierten Zeitpunkt betätigt wird. Der simulierte Abstand d_sim zum Leitfahrzeug für einen Index k + 1 kann wie folgt simuliert werden: d_sim_k + 1 = d_sim_k + (v_lead – v_sim)·δT, wobei v_lead die Geschwindigkeit des Leitfahrzeugs ist, v_sim die simulierte Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs ist und δT der in der Simulation verwendete Zeitschritt ist.
Wenn die Rechenleistung im Fahrzeug begrenzt ist, ist die Frequenz, mit der Simulationen wiederholt werden können, ebenfalls eingeschränkt. In diesem Fall ist es möglich, zwei Simulationen gleichzeitig zu machen. Eine der Simulationen basiert auf der Annahme, dass der potenzielle Betriebsmodus des Antriebsstrangs zu einem Zeitpunkt t_0 betätigt wird. Die andere Simulation basiert auf der Annahme, dass der gleiche potenzielle Betriebsmodus des Antriebsstrangs zu einem Zeitpunkt t_1 betätigt wird, wobei der Zeitpunkt t_1 in Bezug auf den Zeitpunkt t_0 verzögert ist. Diese Simulation berechnet Daten in Bezug auf einen erwarteten Abstand d_sim_1 zwischen den Fahrzeugen, d. h. die Entwicklung des Abstands zwischen den Fahrzeugen, mit der Maßgabe, dass der gleiche potenzielle Betriebsmodus zum späteren Zeitpunkt t_1 betätigt wird. Der Satz von vorab definierten Betätigungsbedingungen kann in diesem Fall eine vorab definierte Betätigungsbedingung C3 umfassen. Diese Bedingung wird als erfüllt angesehen, wenn ein erwarteter Abstand d_sim_0, der auf Basis der Annahme berechnet wird, dass der potenzielle Betriebsmodus zum Zeitpunkt t_0 betätigt wird, größer als der kleinstzulässige Abstand d_min während des vorausliegenden Zeitraums ist, und wenn ein erwarteter Abstand d_sim_1, der auf Basis der Annahme berechnet wird, dass der potenzielle Betriebsmodus zum Zeitpunkt t_1 betätigt wird, kleiner als der kleinstzulässige Abstand d_min während zumindest eines Teils des vorausliegenden Zeitraums ist. Wenn diese Bedingung erfüllt ist, wird der potenzielle Betriebsmodus zu einem Zeitpunkt betätigt, der dem Zeitpunkt t_0 entspricht, d. h. unmittelbar nachdem die Simulation durchgeführt wurde. Beide Bedingungen C1 und C5 werden als erfüllt angesehen, wenn der Abstand zwischen den Fahrzeugen Erwartungen zufolge kleiner als der kleinstzulässige Abstand d_min ist, wenn der potenzielle Betriebsmodus zum Zeitpunkt t_1 betätigt wird, aber größer ist, wenn er zum Zeitpunkt t_0 betätigt wird.
Der Satz von vorab definierten Betätigungsbedingungen kann auch eine vorab definierte Betätigungsbedingung C4 umfassen, die erfüllt ist, wenn eine simulierte Geschwindigkeit v_sim größer als eine kleinstzulässige Geschwindigkeit v_min während des vorausliegenden Zeitraums ist.
Der Satz von vorab definierten Betätigungsbedingungen kann auch eine vorab definierte Betätigungsbedingung C5 umfassen, die als erfüllt angesehen wird, wenn an einem Zeitpunkt während des vorausliegenden Zeitraums ein Unterschied zwischen dem erwarteten Abstand d_sim und einem spezifizierten Abstand d_set kleiner als ein erster vorab definierter Schwellenwert ist und ein Unterschied zwischen einer erwarteten Geschwindigkeit v_sim und einer erwarteten Geschwindigkeit des Leitfahrzeugs v_lead kleiner als ein zweiter vorab definierter Schwellenwert ist.
Bei einem Beispiel wird das Verfahren gemäß einer Ausführungsform der Erfindung bei einem Kraftfahrzeug durchgeführt, das entlang eines Straßenabschnitts hinter einem Leitfahrzeug fährt. Bei einem aktuellen Betriebsmodus wird der Antriebsstrang des Kraftfahrzeugs vom einem ACC-System gesteuert. Die Geschwindigkeit des Fahrzeugs wird daher automatisch so angepasst, dass ein spezifizierter Abstand d_set zum Leitfahrzeug gehalten wird. Während das Fahrzeug entlang des Straßenabschnitts fährt, werden Daten zum Straßengefälle entlang der erwarteten Fahrtroute, die vor dem Kraftfahrzeug liegt, unter Verwendung einer Karte in Verbindung mit einem GPS-System kontinuierlich gesammelt (Schritt S1). Gleichzeitig werden Daten zur aktuellen Größe zwischen dem Kraftfahrzeug und dem Leitfahrzeug unter Verwendung von Radartechnologie gesammelt (Schritt S2). Daten zur Geschwindigkeit des Leitfahrzeugs werden ebenfalls gesammelt (Schritt S3), wobei die Daten durch Bestimmen einer aktuellen Geschwindigkeit des Leitfahrzeugs und Annehmen, dass das Leitfahrzeug mit einer konstanten Geschwindigkeit fährt, erhalten. Alle gesammelten Daten werden in einer Datenbank gespeichert.
In einer Verarbeitungseinheit des Fahrzeugs werden die gesammelten Daten verwendet, um kontinuierlich, d. h. mit einer eingestellten Frequenz von z. B. 1 Hz, zu simulieren, wie sich die Größe des Abstands zwischen den Fahrzeugen Erwartungen zufolge während eines vorausliegenden Zeitraums für eine Reihe unterschiedlicher Szenarien entwickeln wird (Schritt S4), wobei ein potenzieller Betriebsmodus das Anwenden von weniger Antriebskraft oder mehr Bremskraft im Vergleich zum aktuellen Betriebsmodus beinhaltet, zu einem vorab definierten Zeitpunkt eingeleitet wird. Nach der Simulation wird bewertet, ob eine Anzahl von voreingestellten Betätigungsbedingungen erfüllt ist (Schritt S5). Wenn alle voreingestellten Betätigungsbedingungen erfüllt sind, wird der potenzielle Betriebsmodus betätigt (Schritt S6).
Bei dem Beispiel, das in 2 gezeigt ist, fährt ein Kraftfahrzeug auf einem ebenen Straßenabschnitt mit einer eingestellten Geschwindigkeit v_set, die einer eingestellten Distanz d_set zu einem Leitfahrzeug entspricht, während sich das Kraftfahrzeug einem Abwärtsstraßenabschnitt nähert, auf den ein Aufwärtsstraßenabschnitt folgt. Während das Fahrzeug entlang des ebenen Straßenabschnitts fährt, wird ein ACC-System verwendet, um einen Antriebsstrang des Fahrzeugs zu steuern, und eine Antriebskraft wird über den Antriebsstrang angewandt. Daten werden gemäß Schritt S1–S3 gesammelt und wird eine Simulation gemäß Schritt S4 durchgeführt, wobei simuliert wird, dass ein Betriebsmodus, bei dem das Kraftfahrzeug im Schubbetrieb läuft, wodurch das Anwenden von weniger Antriebskraft beinhaltet ist, zu einem ersten Zeitpunkt t_0 betätigt wird. Die simulierte erwartete Geschwindigkeit v_sim_0 und der simulierte erwartete Abstand d_sim_0 sind in den oberen bzw. unteren Graphen mit strichlierten Linien gezeigt. Gleichzeitig wird simuliert, dass der Schubbetrieb des Fahrzeugs stattdessen zu einem späteren Zeitpunkt t_1 eingeleitet werden würde, der in Bezug auf t_0 verzögert ist. Die simulierte erwartete Geschwindigkeit v_sim_1 und der simulierte erwartete Abstand d_sim_1 sind in den oberen bzw. unteren Graphen mit durchgehenden Linien gezeigt. Wie aus den Graphen ersichtlich, beinhaltet der Schubbetrieb des Fahrzeugs eine anfängliche Geschwindigkeitsverringerung, gefolgt von einer Geschwindigkeitserhöhung, während das Fahrzeug auf dem Abwärtsstraßenabschnitt an Schwung gewinnt, und einer darauffolgenden Geschwindigkeitsverringerung, während das Fahrzeug zu dem Aufwärtsstraßenabschnitt gelangt. Das Einleiten des Schubbetriebs zum Zeitpunkt t_0 bedeutet, dass der kleinstzulässige Abstand d_min während des gesamten vorausliegenden Zeitraums überschritten werden wird, während das Kraftfahrzeug, wenn der Schubbetrieb zum Zeitpunkt t_1 eingeleitet wird, dem Leitfahrzeug zu einem Zeitpunkt während des vorausliegenden Zeitraums zu nahe kommen wird. Bedingung C1 ist somit erfüllt. Außerdem ist Bedingung C3 erfüllt, da der Abstand zwischen den Fahrzeugen Erwartungen zufolge kleiner als der kleinstzulässige Abstand d_min ist, wenn der Schubbetrieb zum ersten Zeitpunkt t_1 eingeleitet wird, jedoch größer ist, wenn dieser zum späteren Zeitpunt t_0 betätigt wird.
Bei dem gezeigten Beispiel wurde auch ein höchstzulässiger Abstand d_max definiert, den der simulierte erwartete Abstand d_sim während eines Anfangsteils des vorausliegenden Zeitraums nicht überschreiten darf (Bedingung C2). Diese Bedingung ist erfüllt. Des Weiteren wird zum Zeitpunkt t_C5 eine Bedingung C5 erfüllt, an dem die erwartete Geschwindigkeit v_sim des Kraftfahrzeugs mit der Geschwindigkeit v_lead des Leitfahrzeugs zusammenfällt und an dem der erwartete Abstand d_sim mit dem spezifizierten Abstand d_set zusammenfällt. Somit sind die Bedingungen zum Andocken am Leitfahrzeug zum Zeitpunkt t_C5 optimal, wenn ein Schubbetrieb zum Zeitpunkt t_0 eingeleitet wird. Bei diesem Beispiel wird der Schubbetrieb des Fahrzeugs daher direkt nach den Simulationen und nachdem ein darauffolgender Vergleich mit dem vorab definierten Satz von Betätigungsbedingungen durchgeführt wurde, d. h. an einem Zeitpunkt, der dem ersten Zeitpunkt t_0 entspricht, eingeleitet.
Bei einem weiteren Beispiel, das in 3 gezeigt ist, nähert sich ein Kraftfahrzeug einem Leitfahrzeug. Ein Antriebsstrang des Kraftfahrzeugs wird bei diesem Beispiel anfänglich unter Verwendung eines Geschwindigkeitsregelsystems gesteuert, um eine eingestellte Geschwindigkeit zu halten, und eine Antriebskraft wird über den Antriebsstrang angewandt. Während sich das Kraftfahrzeug dem Leitfahrzeug nähert, wird simuliert, wie ein Wechsel in den Schubbetrieb den Abstand zwischen den Fahrzeugen beeinflussen würde, wenn er an einem ersten Zeitpunkt t_0 (strichlierte Linien) eingeleitet wird, oder wenn er zu einem späteren Zeitpunkt t_1 (durchgehende Linien) eingeleitet wird, der in Bezug auf t_0 verzögert ist. Wie ersichtlich, läuft das Fahrzeug, wenn der Schubbetrieb direkt eingeleitet wird, nicht Gefahr, dem Leitfahrzeug zu nahe zu kommen, wenn jedoch bis zur Zeit t_1 gewartet wird, kommt das Fahrzeug dem Leitfahrzeug zu nahe und es muss ggf. gebremst werden. Somit wird ein Wechsel in den Schubbetrieb zur Zeit t_0 durchgeführt. Das Fahrzeug kann somit im Schubbetrieb laufen, bis es einen gewünschten Abstand zum Leitfahrzeug erreicht, danach kann der Antriebsstrang unter Verwendung eines ACC-Systems gesteuert werden. Bei dem gezeigten Beispiel sind die Bedingungen zum Andocken an dem Leitfahrzeug optimal, wenn die Geschwindigkeit des Leitfahrzeugs v_lead und die Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs v_sim_0 Erwartungen zufolge zusammenfallen werden. Zu diesem Zeitpunkt liegt der erwartete Abstand d_sim_0 zwischen den Fahrzeugen knapp über dem kleinstzulässigen Abstand d_min.
Der Fachmann wird verstehen, dass ein Verfahren zum Steuern des Antriebsstrangs eines Kraftfahrzeugs gemäß der vorliegenden Erfindung in einem Computerprogramm umgesetzt werden kann, das, wenn es auf einem Computer ausgeführt wird, den Computer veranlasst, das Verfahren durchzuführen. Das Computerprogramm nimmt für gewöhnlich die Form eines Computerprogrammprodukts an, das ein geeignetes digitales Speichermedium umfasst, auf dem das Computerprogramm gespeichert ist. Das computerlesbare digitale Speichermedium umfasst einen geeigneten Speicher, z. B. ROM (Nur-Lese-Speicher), PROM (programmierbarer Nur-Lese-Speicher), EPROM (löschbarer PROM), Flash-Speicher, EEPROM (elektrisch löschbarer PROM), Festplatteneinheit usw.
4 zeigt schematisch eine elektronische Steuereinheit 400 eines Fahrzeugs, die mit einem Ausführungsmittel 401 bereitgestellt ist, das im Wesentlichen die Form eines beliebigen geeigneten Prozessor- oder Mikroprozessortyps annehmen kann, z. B. eines Schaltkreises zur digitalen Signalverarbeitung (Digitaler Signalprozessor, DSP) oder eines Schaltkreises mit einer vorab definierten spezifischen Funktion (anwendungsspezifischer integrierter Schaltkreis, ASIC). Das Ausführungsmittel 401 ist mit einer Speichereinheit 402 verbunden, die sich in der Steuereinheit 400 befindet. Ein Datenspeichermedium 403 ist ebenfalls mit dem Ausführungsmittel verbunden und versorgt das Ausführungsmittel z. B. mit dem gespeicherten Programmcode und/oder gespeicherten Daten, die das Ausführungsmittel benötigt, damit es Berechnungen durchführen kann. Das Ausführungsmittel ist außerdem so ausgebildet, dass es Teil- oder Endergebnisse von Berechnungen in der Speichereinheit 402 speichert.
Des Weiteren ist die Steuereinheit 400 mit jeweiligen Vorrichtungen 411, 412, 413, 414 zum Empfangen und Senden von Eingabe- und Ausgangssignalen versehen. Diese Eingabe- und Ausgabesignale können Wellenformen, Impulse oder andere Attribute umfassen, die die Eingabesignal-Empfangsvorrichtungen 411, 413 als Informationen erkennen können und die zu Signalen umgewandelt werden können, die das Ausführungsmittel 401 verarbeiten kann. Diese Signale werden sodann an das Ausführungsmittel bereitgestellt. Die Ausgabesignal-Sendevorrichtungen 412, 414 sind so ausgelegt, dass sie vom Ausführungsmittel 401 empfangene Signale umwandeln, um beispielsweise durch Modulieren dieser Ausgabesignale zu erzeugen, die an andere Teile des Fahrzeugs und/oder andere Systeme an Bord übertragen werden können.
Jede der Verbindungen mit den jeweiligen Vorrichtungen zum Empfangen und Senden von Eingabe- und Ausgangssignalen kann die Form eines oder mehreres von einem Kabel; einem Datenbus, z. B. einem CAN-Bus (Controller-Area-Network-Bus), einem MOST-Bus (Media-Oriented-Systems-Transport-Bus) oder einer anderen Buskonfiguration; oder einer Drahtlosverbindung annehmen. Der Fachmann wird verstehen, dass der oben genannte Computer die Form des Ausführungsmittels 401 annehmen kann, und dass der oben genannte Speicher die Form der Speichereinheit 402 annehmen kann.
Steuersysteme in modernen Fahrzeugen umfassen im Allgemeinen ein Kommunikationsbussystem, das aus einem oder mehreren Kommunikationsbussen besteht, um gemeinsam eine Anzahl von elektronischen Steuereinheiten (ECUs) oder Controllern und diverse Komponenten des Fahrzeugs zu verknüpfen. Ein solches Steuersystem kann eine große Anzahl von Steuereinheiten umfassen, und die Verantwortlichkeit für eine spezifische Funktion kann unter zwei oder mehreren dieser aufgeteilt werden.
Bei der gezeigten Ausführungsform ist die vorliegende Erfindung in der Steuereinheit 400 umgesetzt, sie könnte aber auch zur Gänze oder teilweise in einer oder mehreren anderen Steuereinheiten umgesetzt sein, die sich bereits an Bord des Fahrzeugs befinden, oder in einer Steuereinheit, die für die vorliegende Erfindung vorgesehen ist. Fahrzeuge des hier vorliegenden Typs sind natürlich häufig mit signifikant mehr Steuereinheiten als hier gezeigt versehen, wie der Fachmann mit Sicherheit verstehen wird.
Die vorliegende Erfindung gemäß einem Aspekt bezieht sich auf ein Kraftfahrzeug 500, das in 5 schematisch gezeigt ist. Das Kraftfahrzeug 500 umfasst einen Motor 501, der Teil eines Antriebsstrangs 502 bildet, der die Antriebsräder 503, 504 antreibt. Das Kraftfahrzeug 500 umfasst des Weiteren ein Abgasbehandlungssystem 505 und eine Steuereinheit 510, die der oben erwähnten Steuereinheit 400 in 4 entspricht und so ausgelegt ist, dass sie die Funktion im Motor 501 steuert.
Die Erfindung ist natürlich in keinster Weise auf die oben beschriebenen Ausführungsformen beschränkt. Vielmehr sind viele Modifikationsmöglichkeiten dieser für den Durchschnittsfachmann ersichtlich, ohne sich von der Grundidee der Erfindung, wie in den beiliegenden Ansprüchen definiert, zu entfernen.

Claims

Verfahren zum Steuern eines Antriebsstrangs eines Kraftfahrzeugs, das hinter einem Leitfahrzeug fährt, das umfasst: (a) Sammeln von Daten zu einem Straßengefälle entlang einer erwarteten Fahrtroute, die dem Kraftfahrzeug vorausliegt, (b) Sammeln von Daten zu einer aktuellen Größe eines Abstands zwischen dem Kraftfahrzeug und dem Leitfahrzeug, (c) Sammeln von Daten zu einer Geschwindigkeit des Leitfahrzeugs, (d) Durchführen zumindest einer Simulation auf Basis der Daten und auf der Annahme, dass ein potenzieller Betriebsmodus des Antriebsstrangs, der das Anwenden von weniger Antriebskraft oder mehr Bremskraft im Vergleich zu einem Referenzbetriebsmodus beinhaltet, zu einem vorab definierten Zeitpunkt betätigt wird, wobei die Simulation Daten zur Größe eines erwarteten Abstands d_sim zwischen den Fahrzeugen während eines vorausliegenden Zeitraums berechnet, (e) Prüfen, ob die simulierten Daten aus Schritt (d) einen Satz von vorab definierten Betätigungsbedingungen erfüllen, die zumindest eine vorab definierte Betätigungsbedingung C1 umfassen, die erfüllt ist, wenn der erwartete Abstand d_sim kleiner als ein voreingestellter kleinstzulässiger Abstand d_min während zumindest eines Teils des vorausliegenden Zeitraums ist, (f) mit der Maßgabe, dass die vorab definierte Betätigungsbedingung erfüllt ist, Betätigen des potenziellen Betriebsmodus.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Antriebsstrang im Referenzbetriebsmodus von einem adaptiven Geschwindigkeitsregelsystem gesteuert wird, so dass die Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs so reguliert wird, dass ein spezifizierter Abstand d_set zum Leitfahrzeug gehalten wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei der potenzielle Betriebsmodus zumindest eines von Motorisieren der Kraftfahrzeugs, Schubbetrieb des Kraftfahrzeugs, Verringern eines Motordrehmoments, Verringern der Antriebskraft durch Wechseln in einen höheren Gang und Bremsen des Kraftfahrzeugs beinhaltet.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der potenzielle Betriebsmodus das Bremsen des Kraftfahrzeugs, gefolgt von einem Motorisieren des Kraftfahrzeugs, beinhaltet.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Satz von vorab definierten Betätigungsbedingungen eine vorab definierte Betätigungsbedingung C2 umfasst, die erfüllt ist, wenn der erwartete Abstand d_sim kleiner als ein voreingestellter höchstzulässiger Abstand d_max ist, während eines Anfangsteils des vorausliegenden Zeitraums.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei Schritt (d) das Durchführen zumindest von zwei Simulationen umfasst, wobei eine der Simulationen auf der Annahme basiert, dass der potenzielle Betriebsmodus des Antriebsstrangs zu einem ersten Zeitpunkt t_0 betätigt wird, und eine weitere der Simulationen auf der Annahme basiert, dass der potenzielle Betriebsmodus des Antriebsstrangs zu einem späteren Zeitpunkt t_1 betätigt wird, wobei der spätere Zeitpunkt t_1 in Bezug auf den Zeitpunkt t_0 verzögert ist.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei der Satz von vorab definierten Betätigungsbedingungen eine vorab definierte Betätigungsbedingung C3, die erfüllt ist, wenn ein erwarteter Abstand d_sim_0, der auf Basis der Annahme berechnet wird, dass der potenzielle Betriebsmodus zum ersten Zeitpunkt t_0 betätigt wird, größer als der kleinstzulässige Abstand d_min während des vorausliegenden Zeitraums ist, und wenn ein erwarteter Abstand d_sim_1, der auf Basis der Annahme berechnet wird, dass der potenzielle Betriebsmodus zu einem ersten Zeitpunkt t_1 betätigt wird, kleiner als der kleinstzulässige Abstand d_min während zumindest eines Teils des vorausliegenden Zeitraums ist, vorzugsweise wobei Schritt (f) zu einem Zeitpunkt vor dem späteren Zeitpunkt t_1 durchgeführt wird, wie z. B. zu einem Zeitpunkt, der dem ersten Zeitpunkt t_0 entspricht.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei Schritt (d) das Simulieren eines künftigen Geschwindigkeitsprofils des Kraftfahrzeugs und, auf Basis darauf, das Berechnen der Größe des erwarteten Abstands d_sim umfasst, vorzugsweise wobei der Satz von vorab definierten Betätigungsbedingungen eine vorab definierte Betätigungsbedingung C4 umfasst, die erfüllt ist, wenn eine simulierte Geschwindigkeit v_sim größer als eine kleinstzulässige Geschwindigkeit v_min während des vorausliegenden Zeitraums ist.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Geschwindigkeit des Kraftfahrzeug anfänglich gesteuert wird, um einen spezifizierten Abstand d_set zum Leitfahrzeug zu halten, wobei der spezifizierte Abstand d_set größer als der kleinstzulässige Abstand d_min ist.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei Schritt (d) das Simulieren eines künftigen Geschwindigkeitsprofils des Kraftfahrzeugs umfasst, und wobei der Satz von vorab definierten Betätigungsbedingung eine vorab definierte Betätigungsbedingung C5 umfasst, die erfüllt ist, wenn an einem Zeitpunkt während des vorausliegenden Zeitraums ein Unterschied zwischen dem erwarteten Abstand d_sim und einem spezifizierten Abstand d_set kleiner als ein erster vorab definierter Schwellenwert ist und ein Unterschied zwischen einer erwarteten Geschwindigkeit v_sim und einer erwarteten Geschwindigkeit des Leitfahrzeugs v_lead kleiner als ein zweiter vorab definierter Schwellenwert ist.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Schritte (a) bis (e) kontinuierlich in einer vorab definierten Frequenz während der Vorwärtsbewegung des Kraftfahrzeugs durchgeführt werden.
Computerprogramm, das einen Computerprogrammcode umfasst, um einen Computer zu veranlassen, ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11 durchzuführen, wenn das Computerprogramm auf dem Computer ausgeführt wird.
Computerprogrammprodukt, das ein nicht-flüchtiges Datenspeichermedium umfasst, das von einem Computer gelesen werden kann und auf dem der Programmcode eines Computerprogramms nach Anspruch 12 gespeichert ist.
Elektronische Steuereinheit (400) eines Kraftfahrzeugs, die ein Ausführungsmittel (401), einen mit dem Ausführungsmittel (401) verbundenen Speicher (402) und ein Datenspeichermedium (403) umfasst, das mit dem Ausführungsmittel (401) verbunden ist und auf dem der Computerprogrammcode eines Computerprogramms nach Anspruch 12 gespeichert ist.
Kraftfahrzeug (500), das eine elektronische Steuereinheit (400, 510) nach Anspruch 14 umfasst.