DE102017006371B4

DE102017006371B4 - Verfahren zum Steuern eines Fahrzeugs in Verbindung mit einem Abwärtsgefälle und derartiges Fahrzeug

Info

Publication number: DE102017006371B4
Application number: DE102017006371.0A
Authority: DE
Inventors: Björn Johansson; Erik Höckerdal; Thomas Timrén
Original assignee: Scania CV AB
Current assignee: Scania CV AB
Priority date: 2016-07-12
Filing date: 2017-07-05
Publication date: 2024-03-07
Anticipated expiration: 2037-07-06
Also published as: SE1651038A1; SE541172C2; DE102017006371A1

Abstract

Verfahren zum Steuern eines Fahrzeugs (1) in Verbindung mit einem Abwärtsgefälle, wobei das Fahrzeug (1) einen Antriebsstrang (3) mit einem Verbrennungsmotor (2) und einem Abwärmerückgewinnungssystem (10) umfasst, das mit dem Verbrennungsmotor (2) assoziiert ist, wobei das Abwärmerückgewinnungssystem (10) einen Arbeitsfluidkreislauf (12); einen Verdampfer (14); einen Expander (16); einen Kondensator (18); ein Reservoir (20) für ein Arbeitsfluid (WF) und eine Pumpe (22), die so ausgelegt ist, dass sie das Arbeitsfluid (WF) durch den Kreislauf (12) pumpt, wobei der Verdampfer (14) für einen Wärmeaustausch zwischen dem Arbeitsfluid (WF) und zumindest einer Wärmequelle (24) ausgelegt ist, wobei das Abwärmerückgewinnungssystem (10) ferner einen Kühlkreislauf (26) umfasst, der in Verbindung mit dem Kondensator (18) angeordnet ist, und wobei der Expander (16) mit dem Antriebsstrang (3) mechanisch verbunden ist; gekennzeichnet durch die Schritte:- Prognostizieren (s101) eines Abwärtsgefälles und Ermitteln, ob das prognostizierte Abwärtsgefälle eine vordefinierte Anforderung erfüllt;- Ermitteln (s102) der Menge an Energie, die vom Abwärmerückgewinnungssystem (10) während des Abwärtsgefälles rückgewonnen wird; und- Steuern (s103) des Fahrzeugs (1) auf Basis der ermittelten Energiemenge, die vom Abwärmerückgewinnungssystem (10) rückgewonnen wird.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Steuern eines Fahrzeugs in Verbindung mit einem Abwärtsgefälle, ein Fahrzeug, ein Computerprogramm und ein Computerprogrammprodukt gemäß den beiliegenden Ansprüchen.
HINTERGRUND
Fahrzeughersteller sind heutzutage bemüht, die Motoreffizienz zu erhöhen und den Treibstoffverbrauch zu verringern. Dies ist insbesondere bei Herstellern von Schwerkraftfahrzeugen wie z. B. LKWs und Bussen ein Thema. Bei Fahrzeugen mit Verbrennungsmotoren wird ein Teil der Energie aus dem Treibstoff als Wärme durch die Abgasrohre und das Motorkühlsystem abgeleitet. Unter Verwendung eines Abwärmerückgewinnungssystems kann ein Teil der abgeleiteten Wärme stattdessen verwendet werden, um mechanische Arbeit zu produzieren. Die mechanische Arbeit kann z. B. auf den Antriebsstrang übertragen und somit zum Antreiben des Fahrzeugs verwendet werden. Auf diese Weise können die Motoreffizienz und der Treibstoffverbrauch verbessert werden.
Abwärmerückgewinnungssysteme basieren für gewöhnlich auf dem Rankine-Zyklus und umfassen somit ein Arbeitsfluid, eine Pumpe zum Zirkulieren des Arbeitsfluids in einem Kreislauf, zumindest einen Verdampfer, eine Expansionsvorrichtung und zumindest einen Kondensator. Das Arbeitsfluid ist bei Beginn geeigneterweise in einem flüssigen Zustand. Die Pumpe druckbeaufschlagt das Arbeitsfluid, das durch den Verdampfer gepumpt wird. Das Arbeitsfluid wird durch die eine oder mehreren Wärmequellen, die durch den Verdampfer führen, erhitzt und dadurch verdampft das Arbeitsfluid. Der Dampf wird danach in der Expansionsvorrichtung expandiert. Durch die Expansionsvorrichtung wird die rückgewonnene Wärme in mechanische Arbeit umgewandelt. Der Dampf wird danach im Kondensator gekühlt, so dass das Arbeitsfluid zurück in seinen anfänglichen flüssigen Zustand gebracht wird. Der Kondensator ist somit für gewöhnlich mit einem Kühlkreislauf verbunden, der Teil des Motorkühlsystems oder ein separater Kühlkreislauf sein könnte.
Die durch die Expansionsvorrichtung erzeugte mechanische Arbeit kann auf den Antriebsstrang des Fahrzeugs übertragen werden, wenn die Expansionsvorrichtung mit dem Antriebsstrang mechanisch verbunden ist. Das Dokument US 2009 / 0 211 253 A1 offenbart ein Abwärmerückgewinnungssystem, wobei eine Welle einer Turbine (Expansionsvorrichtung) mit der Motorkurbelwelle verbunden ist. Die von der Expansionsvorrichtung erzeugte mechanische Arbeit ist somit Drehmoment, das zum Antreiben des Fahrzeugs verwendet wird. Das zusätzliche Drehmoment, das durch solche Abwärmerückgewinnungssysteme bereitgestellt wird, ist ggf. nicht immer wünschenswert. Wenn ein Fahrzeug aufwärtsfährt, führt eine hohe Last des Verbrennungsmotors zu einer höheren Temperatur der Abgase und somit wird mehr Energie über den Verdampfer auf das Abwärmerückgewinnungssystem übertragen. Dies bedeutet, dass mehr Drehmoment durch die Expansionsvorrichtung bereitgestellt werden kann. Beim Aufwärtsfahren ist dies für gewöhnlich ein Vorteil. Wenn das Fahrzeug jedoch beginnt, abwärtszufahren, ist das vom Abwärmerückgewinnungssystem bereitgestellte zusätzliche Drehmoment zum Antreiben des Fahrzeugs ggf. nicht wünschenswert. Bei einem langen Abwärtsgefälle nimmt die Fahrzeuggeschwindigkeit durch die Masse des Fahrzeugs (potenzielle Energie) zu und es besteht das Risiko, dass die Fahrzeuggeschwindigkeit zu hoch wird. Je nach Länge des Abwärtsgefälles ist ein zusätzliches Drehmoment aus dem Abwärmerückgewinnungssystem ggf. nicht nützlich. Das Dokument DE 10 2008 011 213 A1 offenbart ein Abwärmerückgewinnungssystem, wobei die mechanische Arbeit aus dem Expander zum Antreiben eines Fahrzeugs verwendet wird. Wenn das Fahrzeug bremst oder abwärtsfährt, läuft der Verbrennungsmotor weiter, die Treibstoffversorgung wird jedoch gestoppt und die Bremsenergie wird thermisch gespeichert.
DE 10 2013 009 912 A1 offenbart ein Fahrzeug mit einer Antriebseinheit. Das Fahrzeug umfasst eine Wärmerückgewinnungsvorrichtung zur Rückgewinnung von mittels der Antriebseinheit während deren Betrieb erzeugter Verlustwärme. Die Wärmerückgewinnungsvorrichtung umfasst einen Wärmetauscher, eine Speisepumpe, eine Expansionsvorrichtung und einen Kondensator, die in einem Kreislauf verschaltet sind. Zur Ermittlung des Streckenprofils werden mittels eines GPS-Sensors erfasste Positions- und Richtungsdaten, ein in einer Navigationsvorrichtung des Fahrzeugs eingegebenes Fahrziel, Karteninformationen einer digitalen Karte der Navigationsvorrichtung und Daten aus einer Fahrzeug-zu-Fahrzeug-Kommunikation und/oder einer Fahrzeug-zu-Infrastruktur-Kommunikation verwendet. Anhand des Streckenprofils des dem Fahrzeug vorausliegenden Streckenabschnitts werden auf der vorausliegende Fahrstrecke erwartete Lastmomente und Schubmomente der Antriebseinheit, ein Geschwindigkeitsprofil des Fahrzeugs, ein Verkehrsfluss, Kurvenfahrten und Geradeausfahrten prognostiziert.
DE 10 2012 211 599 A1 offenbart ein „waste heat recovery“-System (WHR-System). Das WHR-System weist einen Leitungskreis auf, in dem ein Wärmetauscher, eine Expansionsmaschine, ein Kondensator und eine Speisepumpe angeordnet sind. Zur Untersuchung der Route kann ein Navigationssystem oder ein Nachweltsensor eingesetzt werden, aus dem sich Umwelt- und Verkehrsdaten zur Route ableiten lassen. Auf Basis der erkannten Umwelt- und Verkehrsdaten kann der Einsatz des WHR-Systems unterbunden werden. Bei hybriden Antriebsstrangkonzepten mit einer variablen Momentenaufteilung von Verbrennungsmotor und Elektromotor kann der verbrennungsmotorische Anteil kurzzeitig erhöht und der elektromotorische Anteil dagegen kurzzeitig verringert werden, um die Last des Verbrennungsmotors und damit die Abgasenergie zu erhöhen.
DE 10 2015 007 104 A1 offenbart eine Abwärmenutzungsvorrichtung, die eine Regelungseinrichtung aufweist. Zum Betrieb der Abwärmenutzungsvorrichtung wird eine Arbeitsmediumfördereinrichtung in Abhängigkeit von einem Parameter des Antriebsstrangs und/oder der zumindest einen Bremsvorrichtung und/oder der Navigationsvorrichtung des Fahrzeugs gesteuert und/oder geregelt. Als Parameter der Navigationsvorrichtung werden eine aktuelle Position des Fahrzeugs, eine geplante oder erwartete Fahrtroute, insbesondere eine Fahrt des Fahrzeugs beeinflussende Routeninformationen und/oder Verkehrsinformationen zur Verfügung gestellt. Mit diesen Informationen können eine zukünftig erforderliche Gangstufe des Getriebes des Fahrzeugs und insbesondere eine zukünftige Lastanforderung an die Verbrennungskraftmaschine prädiziert werden.
DE 10 2014 019 657 A1 offenbart ein Fahrzeug mit einer Abwärmenutzungsvorrichtung. Das Fahrzeug weist ein Navigationssystem auf, das mit einer Steuereinheit gekoppelt ist. Wird anhand der mittels des Navigationssystems der Steuereinheit zur Verfügung gestellten Informationen ermittelt, dass das Fahrzeug, d. h. der Kondensator aufgrund einer demnächst stattfindenden Bergauffahrt einen erhöhten Kühlungsbedarf zum Verflüssigen des Dampfes aufweist, steuert die Steuereinheit einen Kühlkreislauf an, so dass das in dem Kühlkreislauf zirkulierende Kühlmedium vor Antritt der Bergauffahrt, also im relativ lastarmen Fahrbetrieb auf eine Temperatur gekühlt wird, die unterhalb der für das Kühlmedium typischen 80°C bis 90°C liegt.
KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Trotz der bekannten Lösungen auf dem Gebiet besteht immer noch ein Bedarf an der Entwicklung eines Verfahrens zum Steuern eines Fahrzeugs in Verbindung mit einem Abwärtsgefälle, das einen optimalen Energiebetrieb des Fahrzeugs ermöglicht. Ein Ziel der vorliegenden Erfindung liegt darin, ein vorteilhaftes Verfahren zum Steuern eines Fahrzeugs in Verbindung mit einem Abwärtsgefälle zu erreichen, das den Treibstoffverbrauch verringert und einen optimalen Energiebetrieb des Fahrzeugs ermöglicht.
Die hierin erwähnten Ziele werden mit einem Verfahren zum Steuern eines Fahrzeugs, einem Fahrzeug, einem Computerprogramm und einem Computerprogrammprodukt gemäß den unabhängigen Ansprüchen erzielt.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Steuern eines Fahrzeugs in Verbindung mit einem Abwärtsgefälle bereitgestellt. Das Fahrzeug, umfassend einen Antriebsstrang mit einem Verbrennungsmotor, wobei das Fahrzeug ein Abwärmerückgewinnungssystem umfasst, das mit dem Verbrennungsmotor assoziiert ist, wobei das Abwärmerückgewinnungssystem einen Arbeitsfluidkreislauf; einen Verdampfer; einen Expander; einen Kondensator; ein Reservoir für ein Arbeitsfluid und eine Pumpe umfasst, die so ausgelegt ist, dass sie das Arbeitsfluid durch den Kreislauf pumpt, wobei der Verdampfer für einen Wärmeaustausch zwischen dem Arbeitsfluid und zumindest einer Wärmequelle ausgelegt ist, wobei das Abwärmerückgewinnungssystem ferner einen Kühlkreislauf umfasst, der in Verbindung mit dem Kondensator angeordnet ist, und wobei der Expander mit dem Antriebsstrang mechanisch verbunden ist. Das Verfahren umfasst die Schritte:

- Prognostizieren eines Abwärtsgefälles und Ermitteln, ob das prognostizierte Abwärtsgefälle eine vordefinierte Anforderung erfüllt;
- Ermitteln der Menge an Energie, die vom Abwärmerückgewinnungssystem während des prognostizierten Abwärtsgefälles rückgewonnen wird; und
- Steuern des Fahrzeugs auf Basis der ermittelten Energiemenge, die vom Abwärmerückgewinnungssystem rückgewonnen wird.

Die vordefinierte Anforderung ist geeigneterweise, dass der Gradient des Abwärtsgefälles derart ist, dass kein Bremsen des Fahrzeugs erforderlich ist. Die vordefinierte Anforderung kann sein, dass der Gradient des Abwärtsgefälles derart ist, dass kein Bremsen des Fahrzeugs erforderlich ist, um die Fahrzeuggeschwindigkeit unter einer vordefinierten Fahrzeuggeschwindigkeit zu halten (eine vordefinierte Fahrzeuggeschwindigkeit nicht zu überschreiten), während das prognostizierte Abwärtsgefälle hinabgefahren wird.
Das Verfahren kann die Schritte umfassen:

- Prognostizieren eines Abwärtsgefälles, das kein Bremsen des Fahrzeugs erfordert;
- Ermitteln der Menge an Energie, die vom Abwärmerückgewinnungssystem während des Abwärtsgefälles rückgewonnen wird; und
- Steuern des Fahrzeugs auf Basis der ermittelten Energiemenge.

Das Verfahren kann die Schritte umfassen:

- Prognostizieren eines Abwärtsgefälles, das kein Bremsen des Fahrzeugs erfordert, um die Fahrzeuggeschwindigkeit unter einer vordefinierten Fahrzeuggeschwindigkeit zu halten;
- Ermitteln der Menge an Energie, die vom Abwärmerückgewinnungssystem während des prognostizierten Abwärtsgefälles rückgewonnen wird; und
- Steuern des Fahrzeugs auf Basis der ermittelten Energiemenge, die vom Abwärmerückgewinnungssystem rückgewonnen wird.

Das Abwärmerückgewinnungssystem des Fahrzeugs basiert geeigneterweise auf dem Rankine-Zyklus, vorzugsweise auf einem organischen Rankine-Zyklus. Das Arbeitsfluid ist somit geeigneterweise organisch, wie z. B. Ethanol oder Aceton. Das Abwärmerückgewinnungssystem auf Basis des Rankine-Zyklus ist geeigneterweise so konfiguriert, dass das Arbeitsfluid, das sich geeigneterweise in einem flüssigen Zustand befindet, durch den Verdampfer gepumpt wird. Das Arbeitsfluid wird somit durch die zumindest eine Wärmequelle, die mit dem Verdampfer verbunden ist, erhitzt und somit verdampft das Arbeitsfluid. Der Dampf wird danach im Expander expandiert, wodurch mechanische Arbeit produziert wird. Die mechanische Arbeit wird als Drehmoment aus dem Expander auf den Antriebsstrang übertragen. Die mechanische Arbeit kann z. B. auf die Kurbelwelle des Verbrennungsmotors oder das Getriebe übertragen und somit zum Antreiben des Fahrzeugs verwendet werden. Der Dampf wird danach durch Wärmeaustausch mit dem Kühlfluid im Kühlkreislauf im Kondensator gekühlt, so dass das Arbeitsfluid zurück in seinen anfänglichen flüssigen Zustand gebracht wird. Die zumindest eine Wärmequelle im Fahrzeug, die das Abwärmerückgewinnungssystem umfasst, kann bzw. können Abgase aus dem Verbrennungsmotor, ein Abgasrezirkulationssystem, das Kühlfluid des Verbrennungsmotors, der Verbrennungsmotor selbst oder eine andere beliebige warme Komponente im Fahrzeug sein. Die zumindest eine Wärmequelle ist vorzugsweise mit dem Verbrennungsmotor assoziiert. Der Verdampfer ist geeigneterweise ein Wärmetauscher, der mit der zumindest einen Wärmequelle und dem Arbeitsfluidkreislauf verbunden ist. Die Wärmeübertragung zwischen dem Arbeitsfluid und der Wärmequelle ist ein Austausch von Energie, der zu einer Temperaturänderung führt. Somit stellt die Wärmequelle die Energie bereit, die in das Abwärmerückgewinnungssystem eintritt, und die Energie verlässt das Abwärmerückgewinnungssystem als mechanische Arbeit über den Expander und als Wärme über den Kühlkreislauf. Die Temperatur im Abwärmerückgewinnungssystem hängt somit von der Energiemenge, die in das System eintritt, und der Energiemenge, die das System verlässt, ab.
Das vom Expander bereitgestellte Drehmoment unterstützt den Antrieb des Fahrzeugs, es könnte aber zu Situationen kommen, in denen das zusätzliche Drehmoment nicht erforderlich ist. Bei einem langen Abwärtsgefälle nimmt die Fahrzeuggeschwindigkeit durch die Masse des Fahrzeugs (potenzielle Energie) selbst zu. Dies führt häufig dazu, dass es notwendig ist, das Fahrzeug an einem Punkt entlang des Abwärtsgefälles zu bremsen, um eine vordefinierte Fahrzeuggeschwindigkeit nicht zu überschreiten. Um Treibstoff zu sparen, werden Fahrzeuge für gewöhnlich durch Schubbetrieb mit eingelegtem Gang, wenn ein langes Gefälle hinabgefahren wird, gebremst. Wenn sich das Fahrzeug mit eingelegtem Gang im Schubbetrieb befindet, läuft der Motor und die Treibstoffversorgung ist unterbrochen, so dass der Motor durch die Antriebsräder des Fahrzeugs angetrieben wird. In solchen Fällen ist das zusätzliche Drehmoment, das vom Expander des Abwärmerückgewinnungssystems bereitgestellt wird, nicht erforderlich oder erwünscht. Bei kurzen Abwärtsgefällen kann das vom Expander bereitgestellte zusätzliche Drehmoment jedoch nützlich sein. Daher ist es beim Planen des Betriebs eines Fahrzeugs wichtig, die Energie zu berücksichtigen, die vom Abwärmerückgewinnungssystem rückgewonnen werden kann, und somit die mechanische Arbeit, die vom Expander bereitgestellt werden kann. Durch Prognostizieren eines Abwärtsgefälles und Ermitteln, ob das prognostizierte Abwärtsgefälle eine vordefinierte Anforderung erfüllt; Ermitteln der Energiemenge, die vom Abwärmerückgewinnungssystem während des Abwärtsgefälles rückgewonnen wird; und Steuern des Fahrzeugs auf Basis der ermittelten Energiemenge kann das Fahrzeug auf energiebezogen optimale Weise in Verbindung mit dem prognostizierten Abwärtsgefälle betrieben werden.
Der Schritt des Prognostizierens eines Abwärtsgefälles, das kein Bremsen des Fahrzeugs erfordert, umfasst geeigneterweise das Prognostizieren eines Abwärtsgefälles, wobei der Gradient derart ist, dass kein Bremsen des Fahrzeugs erforderlich ist, um eine vordefinierte Fahrzeuggeschwindigkeit nicht zu überschreiten. Eine solche vordefinierte Fahrzeuggeschwindigkeit kann eine gewünschte Geschwindigkeit sein, die vom Benutzer des Fahrzeugs gefordert wird, sie kann eine Geschwindigkeit sein, die von einem Steuersystem (z. B. einer Geschwindigkeitsregelanlage oder eine Abwärtsgeschwindigkeitsregelung) festgelegt wird, oder sie kann eine Geschwindigkeitsgrenze sein. Ein Abwärtsgefälle, das kein Bremsen des Fahrzeugs erfordert, ist für gewöhnlich ein kurzes Abwärtsgefälle. Ein Abwärtsgefälle, das kein Bremsen des Fahrzeugs erfordert, ist für gewöhnlich ein Abwärtsgefälle, wobei die Änderung der potenziellen Energie derart ist, dass die vordefinierte Fahrzeuggeschwindigkeit ohne Bremsen des Fahrzeugs gehalten werden kann. Ein Abwärtsgefälle, das kein Bremsen des Fahrzeugs erfordert, wird geeigneterweise auf Basis von Straßenneigung, Reibung, Länge des Gefälles oder Ähnlichem prognostiziert. Solche Straßendaten sind im Fahrzeugsteuersystem verfügbar und können über herkömmliche Verfahren mithilfe von Navigationssystemen, Sensoren und/oder Kameras ermittelt werden. Ob ein Bremsen des Fahrzeugs erforderlich ist, hängt auch von den Fahrzeugcharakteristika wie z. B. Fahrzeuggeschwindigkeit vor dem Abwärtsgefälle und/oder Gewicht/Last des Fahrzeugs ab. Durch Prognostizieren eines Abwärtsgefälles, das kein Bremsen des Fahrzeugs erfordert, wird eine Fahrsituation prognostiziert, bei der vom Abwärmerückgewinnungssystem bereitgestellte mechanische Arbeit nützlich sein kann.
Der Schritt des Ermittelns der Energiemenge, die vom Abwärmerückgewinnungssystem während des Abwärtsgefälles rückgewonnen wird, umfasst geeigneterweise das Ermitteln des zusätzlichen Drehmoments, das das Abwärmerückgewinnungssystem während des Abwärtsgefälles bereitstellen kann. Das vom Abwärmerückgewinnungssystem bereitgestellte Drehmoment ist mechanische Arbeit, die aus der rückgewonnenen Energie im Abwärmerückgewinnungssystem umgewandelt wird, und durch Ermitteln der durch das System rückgewonnenen Energiemenge wird auch das vom System bereitgestellte Drehmoment ermittelt. Das Verfahren kann den Schritt des Ermittelns der Energiemenge, die vom Abwärmerückgewinnungssystem während eines vorausliegenden vordefinierten Zeitraums rückgewonnen werden wird, umfassen. Durch Ermitteln der Energie, die vom Abwärmerückgewinnungssystem während des Abwärtsgefälles rückgewonnen werden kann, kann der Betrieb des Fahrzeugs in Verbindung mit dem Abwärtsgefälle auf eine energiebezogen optimale Weise geplant werden. Die Energiemenge, die vom Abwärmerückgewinnungssystem während des Abwärtsgefälles rückgewonnen wird, wird geeigneterweise auf Basis einer geschätzten gespeicherten Wärme, die mit der zumindest einen Wärmequelle assoziiert ist, und eines prognostizierten Massenstroms der zumindest einen Wärmequelle ermittelt. Die gespeicherte Wärme, die mit der zumindest einen Wärmequelle assoziiert ist, und der Massenstrom bestimmen die Energiemenge, die in das Abwärmerückgewinnungssystem eintritt, und somit die Energiemenge, die vom Abwärmerückgewinnungssystem rückgewonnen wird. Die gespeicherte Wärme, die mit der zumindest einen Wärmequelle assoziiert ist, beeinflusst die Temperatur der zumindest einen Wärmequelle. Die Energiemenge, die vom Abwärmerückgewinnungssystem während des Abwärtsgefälles rückgewonnen wird, ist somit ein Schätzwert. Die zumindest eine Wärmequelle sind geeigneterweise Abgase in einem Abgassystem des Fahrzeugs und die vom Abwärmerückgewinnungssystem rückgewonnene Energie wird geeigneterweise auf Basis der geschätzten gespeicherten Wärme im Abgassystem, dem Verdampfer vorgeschaltet, und des prognostizierten Abgasmassenstroms ermittelt. Die Temperatur der Abgase, die in den Verdampfer eintreten, hängt somit von der gespeicherten Wärme im Abgassystem dem Verdampfer vorgeschaltet ab. Das Abgassystem kann ein Abgasnachbehandlungssystem umfassen, das für gewöhnlich eine große Menge an Wärme speichert.
Der Schritt des Steuerns des Fahrzeugs auf Basis der ermittelten Energiemenge, die vom Abwärmerückgewinnungssystem rückgewonnen wird, umfasst geeigneterweise das Steuern des Fahrzeugs in Verbindung mit dem prognostizierten Abwärtsgefälle auf Basis der ermittelten Energiemenge. Der Schritt des Steuerns des Fahrzeugs kann das Steuern der Fahrzeuggeschwindigkeit auf Basis der Energiemenge umfassen, die im System rückgewonnen werden kann. Fahrzeuge umfassen heutzutage für gewöhnlich diverse Geschwindigkeitsregelungssysteme zum Regeln der Geschwindigkeit des Fahrzeugs. Verschiedene Aspekte wie z. B. Treibstoffverbrauch, Komfort und Zeit werden beim Steuern des Fahrzeugs berücksichtigt und unterschiedliche Systeme nutzen unterschiedliche Strategien zum Steuern des Fahrzeugs. Wenn das Fahrzeug ein Abwärmerückgewinnungssystem umfasst, das mechanische Arbeit für den Antriebsstrang bereitstellt, ist es daher wichtig, dass diese Systeme beim Planen des Betriebs des Fahrzeugs auch das Abwärmerückgewinnungssystem berücksichtigen. Auf diese Weise kann das Fahrzeug mit optimaler Energienutzung betrieben werden.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung umfasst der Schritt des Regelns der Fahrzeuggeschwindigkeit das Verringern der Fahrzeuggeschwindigkeit vor dem Abwärtsgefälle, wobei das Verringern von der ermittelten Energiemenge abhängt, die vom Abwärmerückgewinnungssystem während des Abwärtsgefälles rückgewonnen werden kann. Eine Strategie zum Betreiben eines Fahrzeugs auf einem kurzen Abwärtsgefälle besteht darin, die Verbindung des Verbrennungsmotors mit dem Antriebsstrang mit eingelegtem Gang aufrechtzuerhalten und die Treibstoffzufuhr zu unterbrechen, so dass der Verbrennungsmotor von den Antriebsrädern des Fahrzeugs angetrieben wird. Diese Strategie verbessert den Treibstoffverbrauch und ein Bremsen des Fahrzeugs wird vermieden. Bei einem Abwärmerückgewinnungssystem gemäß der Erfindung wird zusätzliches Drehmoment für den Antriebsstrang bereitgestellt. Dieses zusätzliche Drehmoment muss bei der Regelung der Fahrzeuggeschwindigkeit berücksichtigt werden, wenn ein Bremsen des Fahrzeugs zu vermeiden ist. Da der Expander des Abwärmerückgewinnungssystems mit dem Antriebsstrang verbunden ist, wirkt das zusätzliche Drehmoment auf die Antriebsräder und unterstützt somit das Antreiben des Fahrzeugs. Durch Verringern der Fahrzeuggeschwindigkeit vor dem Abwärtsgefälle kann ein Bremsen des Fahrzeugs trotz des vom Abwärmerückgewinnungssystem bereitgestellten zusätzlichen Drehmoments vermieden werden. Die Fahrzeuggeschwindigkeit am Gipfel des Abwärtsgefälles wird geeigneterweise verringert. Das Verringern hängt von der ermittelten Energiemenge ab, die vom Abwärmerückgewinnungssystem während des Abwärtsgefälles rückgewonnen wird. Je mehr Energie vom Abwärmerückgewinnungssystem rückgewonnen wird, desto mehr zusätzliches Drehmoment wirkt auf den Antriebsstrang. Somit sollte die Fahrzeuggeschwindigkeit vor dem Abwärtsgefälle umso mehr verringert werden, desto mehr Energie vom Abwärmerückgewinnungssystem rückgewonnen wird.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung umfasst der Schritt des Steuerns des Fahrzeugs, wenn das Gefälle hinabgefahren wird, das Trennen des Verbrennungsmotors vom Rest des Antriebsstrangs und das Sicherstellen, dass der Verbrennungsmotor mit einer Motorgeschwindigkeit betrieben wird, die eine standardmäßige Leerlaufgeschwindigkeit nicht überschreitet, mithilfe der vom Abwärmerückgewinnungssystem rückgewonnenen Energie. Der Schritt des Steuerns des Fahrzeugs umfasst, wenn das Gefälle hinabgefahren wird, geeigneterweise das Trennen des Verbrennungsmotors vom Rest des Antriebsstrangs und das Sicherstellen, dass der Verbrennungsmotor mit einer standardmäßigen Leerlaufgeschwindigkeit betrieben wird, zumindest teilweise mithilfe der vom Abwärmerückgewinnungssystem rückgewonnenen Energie. Eine Strategie zum Betreiben des Fahrzeugs auf einem kurzen Abwärtsgefälle besteht darin, den Verbrennungsmotor vom Rest des Antriebsstrangs zu trennen und den Verbrennungsmotor auf eine standardmäßige Leerlaufgeschwindigkeit zu regeln. Bei einem Abwärmerückgewinnungssystem gemäß der Erfindung wird zusätzliches Drehmoment für den Antriebsstrang bereitgestellt. Diese zusätzliche Drehmoment muss beim Regeln der Motorgeschwindigkeit berücksichtigt werden. Der Expander des Abwärmerückgewinnungssystems ist geeigneterweise mit dem Verbrennungsmotor verbunden, so dass das zusätzliche Drehmoment auf die Kurbelwelle des Verbrennungsmotors wirkt. Auf diese Weise unterstützt das zusätzliche Drehmoment den Verbrennungsmotor dabei, die Leerlaufgeschwindigkeit zu halten. Durch Betreiben des Fahrzeugs mit dem Verbrennungsmotor im Leerlauf während des Abwärtsgefälles fügt das Abwärmerückgewinnungssystem Energie zum Verbrennungsmotor hinzu und weniger Treibstoff ist erforderlich, um die Leerlaufgeschwindigkeit des Verbrennungsmotors zu erzielen. Die Kraftstoffeinspritzung in den Verbrennungsmotor kann so gesteuert werden, dass die durch den eingespritzten Treibstoff bereitgestellte Energie gemeinsam mit der Energie aus dem Abwärmerückgewinnungssystem zu einer standardmäßigen Leerlaufgeschwindigkeit des Verbrennungsmotors führt. Durch Trennen des Verbrennungsmotors vom Rest des Antriebsstrangs und Sicherstellen, dass der Verbrennungsmotor mit einer standardmäßigen Leerlaufgeschwindigkeit betrieben wird, zumindest mithilfe der vom Abwärmerückgewinnungssystem rückgewonnenen Energie, wird der Treibstoffverbrauch verringert und wird das Fahrzeug auf eine energiebezogen optimale Weise betrieben.
Der Schritt des Steuerns des Fahrzeugs kann, wenn das Gefälle hinabgefahren wird, alternativ das Trennen des Verbrennungsmotors vom Rest des Antriebsstrangs, das Regeln des Verbrennungsmotors auf eine Motorgeschwindigkeit, die geringer als die standardmäßige Leerlaufgeschwindigkeit ist, und Sicherstellen, dass das Abwärmerückgewinnungssystem zusätzliches Drehmoment zum Antriebsstrang bereitstellt, umfassen. Da die Leerlaufgeschwindigkeit des Verbrennungsmotors teilweise mithilfe des vom Abwärmerückgewinnungssystem bereitgestellten Drehmoments erzielt wird, kann die Motorgeschwindigkeit des Verbrennungsmotors auf eine Geschwindigkeit verringert werden, die geringer als die standardmäßige Leerlaufgeschwindigkeit ist. Normalerweise führt eine zu geringe Leerlaufgeschwindigkeit eines Verbrennungsmotors zu Vibrationen, die durch angeregte Resonanzfrequenzen aus dem Verbrennungsmotor verursacht werden. Solche Vibrationen beeinflussen des Komfort im Fahrzeug und sollten vermieden werden. Das Abwärmerückgewinnungssystem gemäß der Erfindung ist jedoch vibrationsfrei, und da das Abwärmerückgewinnungssystem Drehmoment für den Verbrennungsmotor bereitstellt, ist weniger Drehmoment aus einer Verbrennung im Verbrennungsmotor erforderlich, um die Motorgeschwindigkeit zu erzielen. Die Anregungsamplitude aus dem Verbrennungsmotor wird dadurch verringert und die Motorgeschwindigkeit kann unter die standardmäßige Leerlaufgeschwindigkeit unter Beibehalt von Komfort verringert werden. Auf diese Weise wird der Treibstoffverbrauch weiter verringert.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung umfasst der Schritt des Steuerns des Fahrzeugs, wenn das Gefälle hinabgefahren wird, das Abstellen des Verbrennungsmotors und das Steuern des Arbeitsfluids im Abwärmerückgewinnungssystem, so dass es den Expander umläuft. Eine Strategie zum Betreiben eines Fahrzeugs auf einem kurzen Abwärtsgefälle besteht darin, den Verbrennungsmotor abzustellen. Normalerweise wird das Abwärmerückgewinnungssystem abgeschaltet, wenn der Verbrennungsmotor abgestellt wird, da die zumindest eine Wärmequelle mit dem Verbrennungsmotor assoziiert ist. Wenn der Verbrennungsmotor auf einem kurzen Abwärtsgefälle abgestellt wird, auf dem kein Bremsen des Fahrzeugs erforderlich ist, muss das Abwärmerückgewinnungssystem jedoch nicht abgeschaltet werden. Stattdessen wird das Abwärmerückgewinnungssystem aktiv gehalten, das vom Expander bereitgestellte Drehmoment wird jedoch nicht benötigt, da der Verbrennungsmotor abgestellt ist. Das vom Abwärmerückgewinnungssystem bereitgestellte Drehmoment ist alleine nicht ausreichend, um die Kurbelwelle des Verbrennungsmotors zu drehen. Durch Steuern des Arbeitsfluids im Abwärmerückgewinnungssystem, so dass es vom Expander umlaufen wird, wird vom Expander keine mechanische Arbeit produziert. Das Abwärmerückgewinnungssystem wird somit in einem sicheren Zustand ohne Risiko einer Überhitzung oder Schädigung des Systems aktiv gehalten, während die verfügbare Wärme/Energie für eine spätere Nutzung gespeichert wird. Auf diese Weise ist die Abwärmerückgewinnung in der Lage, nützliche Arbeit direkt zu produzieren, wenn sie wieder benötigt wird.
Die Verfahrensschritte werden geeigneterweise mithilfe einer Steuereinheit durchgeführt, die mit dem Abwärmerückgewinnungssystem verbunden ist. Die vordefinierte Fahrzeuggeschwindigkeit wird geeigneterweise in der Steuereinheit gespeichert.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Fahrzeug, das einen Antriebsstrang mit einem Verbrennungsmotor umfasst, bereitgestellt. Das Fahrzeug umfasst ferner ein Abwärmerückgewinnungssystem, das mit dem Verbrennungsmotor assoziiert ist, wobei das Abwärmerückgewinnungssystem einen Arbeitsfluidkreislauf; einen Verdampfer; einen Expander; einen Kondensator; ein Reservoir für ein Arbeitsfluid und eine Pumpe umfasst, die so ausgelegt ist, dass sie das Arbeitsfluid durch den Kreislauf pumpt, wobei der Verdampfer für einen Wärmeaustausch zwischen dem Arbeitsfluid und zumindest einer Wärmequelle ausgelegt ist, und wobei das Abwärmerückgewinnungssystem ferner einen Kühlkreislauf umfasst, der in Verbindung mit dem Kondensator angeordnet ist, und wobei der Expander mit dem Antriebsstrang mechanisch verbunden ist. Das Fahrzeug umfasst ferner eine Steuereinheit, die so ausgelegt ist, dass sie ein Abwärtsgefälle prognostiziert und ermittelt, ob das prognostizierte Abwärtsgefälle eine vordefinierte Anforderung erfüllt; die Energiemenge ermittelt, die vom Abwärmerückgewinnungssystem während des Abwärtsgefälles rückgewonnen wird; und das Fahrzeug auf Basis der ermittelten Energiemenge steuert. Durch Prognostizieren eines Abwärtsgefälles und Ermitteln, ob sie eine vordefinierte Anforderung erfüllt; Ermitteln der Energiemenge, die vom Abwärmerückgewinnungssystem während des Abwärtsgefälles rückgewonnen wird; und Steuern des Fahrzeugs auf Basis der ermittelten Energiemenge kann das Fahrzeug auf energiebezogen optimale Weise in Verbindung mit dem prognostizierten Abwärtsgefälle betrieben werden.
Die vordefinierte Anforderung ist geeigneterweise, dass der Gradient des Abwärtsgefälles derart ist, dass kein Bremsen des Fahrzeugs erforderlich ist. Die vordefinierte Anforderung kann sein, dass der Gradient des Abwärtsgefälles derart ist, dass kein Bremsen des Fahrzeugs erforderlich ist, um die Fahrzeuggeschwindigkeit unter einer vordefinierten Fahrzeuggeschwindigkeit zu halten (eine vordefinierte Fahrzeuggeschwindigkeit nicht zu überschreiten), während das prognostizierte Abwärtsgefälle hinabgefahren wird. Die Steuereinheit kann so ausgelegt sein, dass sie ein Abwärtsgefälle prognostiziert, das kein Bremsen des Fahrzeugs erfordert; die Energiemenge ermittelt, die vom Abwärmerückgewinnungssystem während des Abwärtsgefälles rückgewonnen wird; und das Fahrzeug auf Basis der ermittelten Energiemenge steuert. Die Steuereinheit kann so ausgelegt sein, dass sie ein Abwärtsgefälle prognostiziert, das kein Bremsen des Fahrzeugs erfordert, um die Fahrzeuggeschwindigkeit unter einer vordefinierten Fahrzeuggeschwindigkeit zu halten; die Energiemenge ermittelt, die vom Abwärmerückgewinnungssystem während des prognostizierten Abwärtsgefälles rückgewonnen wird; und das Fahrzeug auf Basis der ermittelten Energiemenge steuert, die vom Abwärmerückgewinnungssystem rückgewonnen wird. Die vordefinierte Fahrzeuggeschwindigkeit kann eine gewünschte Geschwindigkeit sein, die vom Benutzer des Fahrzeugs gefordert wird, sie kann eine Geschwindigkeit sein, die von einem Steuersystem festgelegt wird, oder sie kann eine Geschwindigkeitsgrenze sein. Die Steuereinheit ist geeigneterweise so ausgelegt, dass sie ein Abwärtsgefälle, das kein Bremsen des Fahrzeugs erfordert, auf Basis von Straßenneigung, Reibung, Länge des Gefälles oder Ähnlichem prognostiziert. Solche Straßendaten sind für die Steuereinheit verfügbar und können über herkömmliche Verfahren mithilfe von Navigationssystemen, Sensoren und/oder Kameras an Bord des Fahrzeugs ermittelt werden. Die Steuereinheit kann so ausgelegt sein, dass sie ein Abwärtsgefälle, das kein Bremsen des Fahrzeugs erfordert, auf Basis von Fahrzeugcharakteristika wie z. B. Fahrzeuggeschwindigkeit und Gewicht/Last des Fahrzeugs prognostiziert.
Die Steuereinheit ist geeigneterweise mit den Komponenten des Abwärmerückgewinnungssystems wie z. B. dem Verdampfer, dem Expander, dem Kondensator und der Pumpe verbunden.
Die Steuereinheit kann so ausgelegt sein, dass sie das zusätzliche Drehmoment ermittelt, das vom Abwärmerückgewinnungssystem während des Abwärtsgefälles bereitgestellt wird. Das vom Abwärmerückgewinnungssystem bereitgestellte Drehmoment ist mechanische Arbeit, die aus der rückgewonnenen Energie im Abwärmerückgewinnungssystem umgewandelt wird, und durch Ermitteln der durch das System rückgewonnenen Energiemenge wird auch das vom System bereitgestellte Drehmoment ermittelt.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung ist die Steuereinheit so ausgelegt, dass sie die Energiemenge, die vom Abwärmerückgewinnungssystem rückgewonnen wird, auf Basis einer geschätzten gespeicherten Wärme, die mit der zumindest einen Wärmequelle assoziiert ist, und eines prognostizierten Massenstroms der zumindest einen Wärmequelle ermittelt. Die gespeicherte Wärme, die mit der zumindest einen Wärmequelle assoziiert ist, beeinflusst die Temperatur der zumindest einen Wärmequelle. Die gespeicherte Wärme, die mit der zumindest einen Wärmequelle assoziiert ist, und der Massenstrom bestimmen somit die Energiemenge, die in das Abwärmerückgewinnungssystem eintritt, und somit die Energiemenge, die vom Abwärmerückgewinnungssystem rückgewonnen wird. Die Steuereinheit ist so ausgelegt, dass sie die Energiemenge, die vom Abwärmerückgewinnungssystem während des Abwärtsgefälles rückgewonnen wird, schätzt. Die zumindest eine Wärmequelle sind geeigneterweise Abgase in einem Abgassystem und die Steuereinheit ist somit geeigneterweise so ausgelegt, dass sie die vom Abwärmerückgewinnungssystem rückgewonnene Energiemenge auf Basis der geschätzten gespeicherten Wärme im Abgassystem, dem Verdampfer vorgeschaltet, und des prognostizierten Abgasmassenstroms ermittelt. Das Abgassystem des Fahrzeugs kann Abgasrohre und -leitungen umfassen, die die Abgase aus dem Verbrennungsmotor über ein Abgasnachbehandlungssystem und das Abwärmerückgewinnungssystem an die Umgebung leiten.
Die Steuereinheit ist geeigneterweise so ausgelegt, dass sie die Fahrzeuggeschwindigkeit auf Basis der Energiemenge, die aus dem System rückgewonnen werden kann, steuert. Das Fahrzeug umfasst geeigneterweise diverse Geschwindigkeitsregelungssysteme zum Regeln der Fahrzeuggeschwindigkeit. Verschiedene Aspekte wie z. B. Treibstoffverbrauch, Komfort und Zeit werden beim Steuern des Fahrzeugs berücksichtigt und unterschiedliche Systeme nutzen unterschiedliche Strategien zum Steuern des Fahrzeugs. Wenn das Fahrzeug ein Abwärmerückgewinnungssystem umfasst, das mechanische Arbeit für den Antriebsstrang bereitstellt, ist es daher wichtig, dass das Abwärmerückgewinnungssystem beim Planen des Betriebs des Fahrzeugs berücksichtigt wird. Auf diese Weise kann das Fahrzeug mit optimaler Energienutzung betrieben werden.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung ist die Steuereinheit so ausgelegt, dass sie die Fahrzeuggeschwindigkeit vor dem prognostizierten Abwärtsgefälle verringert, wobei das Verringern von der ermittelten Energiemenge abhängt, die aus dem Abwärmerückgewinnungssystem während des Abwärtsgefälles rückgewonnen werden kann. Die Steuereinheit ist geeigneterweise so ausgelegt, dass sie die Fahrzeuggeschwindigkeit am Gipfel des prognostizierten Abwärtsgefälles verringert. Die Steuereinheit kann so ausgelegt sein, dass sie sicherstellt, dass der Verbrennungsmotor mit dem Rest des Antriebsstrangs verbunden ist, sicherstellt, dass ein Gang eingelegt ist, und die Treibstoffversorgung unterbricht. Auf diese Weise wird der Verbrennungsmotor von den Antriebsrädern des Fahrzeugs angetrieben. Da der Expander des Abwärmerückgewinnungssystems mit dem Antriebsstrang des Fahrzeugs verbunden ist, wirkt das vom Expander bereitgestellte zusätzliche Drehmoment auf die Antriebsräder und unterstützt somit das Antreiben des Fahrzeugs. Durch Verringern der Fahrzeuggeschwindigkeit vor dem Abwärtsgefälle kann ein Bremsen des Fahrzeugs trotz des vom Abwärmerückgewinnungssystem bereitgestellten zusätzlichen Drehmoments vermieden werden.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung ist die Steuereinheit so ausgelegt, dass sie, wenn das Gefälle hinabgefahren wird, den Verbrennungsmotor vom Rest des Antriebsstrangs trennt und sicherstellt, dass der Verbrennungsmotor mit einer Motorgeschwindigkeit betrieben wird, die eine standardmäßige Leerlaufgeschwindigkeit nicht überschreitet, mithilfe der vom Abwärmerückgewinnungssystem rückgewonnenen Energie. Die Steuereinheit ist geeigneterweise so ausgelegt, dass sie, wenn das Gefälle hinabgefahren wird, den Verbrennungsmotor vom Rest des Antriebsstrangs trennt und sicherstellt, dass der Verbrennungsmotor mit einer standardmäßigen Leerlaufgeschwindigkeit betrieben wird, zumindest teilweise mithilfe der vom Abwärmerückgewinnungssystem rückgewonnenen Energie. Bei einem Fahrzeug, das ein Abwärmerückgewinnungssystem gemäß der Erfindung umfasst, wird zusätzliches Drehmoment für den Antriebsstrang bereitgestellt, wenn das Abwärmerückgewinnungssystem aktiv ist. Zusätzliches Drehmoment bedeutet Drehmoment zusätzlich zu dem durch die Verbrennung im Verbrennungsmotor bereitgestellten Drehmoment. Diese zusätzliche Drehmoment muss beim Regeln der Fahrzeuggeschwindigkeit berücksichtigt werden. Der Expander des Abwärmerückgewinnungssystems ist geeigneterweise mit dem Verbrennungsmotor verbunden, so dass das zusätzliche Drehmoment auf die Kurbelwelle des Verbrennungsmotors wirkt. Auf diese Weise unterstützt das zusätzliche Drehmoment das Halten der Leerlaufgeschwindigkeit des Verbrennungsmotors. Durch Trennen des Verbrennungsmotors vom Rest des Antriebsstrangs und Sicherstellen, dass der Verbrennungsmotor mit einer standardmäßigen Leerlaufgeschwindigkeit betrieben wird, mithilfe der vom Abwärmerückgewinnungssystem rückgewonnenen Energie, wird der Treibstoffverbrauch verringert und wird das Fahrzeug auf eine energiebezogen optimale Weise betrieben.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung ist die Steuereinheit so ausgelegt, dass sie, wenn das Gefälle hinabgefahren wird, den Verbrennungsmotor vom Rest des Antriebsstrangs trennt, den Verbrennungsmotor auf eine Motorgeschwindigkeit regelt, die geringer als die standardmäßige Leerlaufgeschwindigkeit ist, und sicherstellt, dass das Abwärmerückgewinnungssystem zusätzliches Drehmoment zum Antriebsstrang bereitstellt. Da die Steuereinheit so ausgelegt ist, dass sie sicherstellt, dass Drehmoment vom Abwärmerückgewinnungssystem bereitgestellt wird, kann die Motorgeschwindigkeit des Verbrennungsmotors auf eine Geschwindigkeit verringert werden, die geringer als die standardmäßige Leerlaufgeschwindigkeit ist. Normalerweise führt eine zu geringe Leerlaufgeschwindigkeit eines Verbrennungsmotors zu Vibrationen, die durch angeregte Resonanzfrequenzen aus dem Verbrennungsmotor verursacht werden. Da das Abwärmerückgewinnungssystem Drehmoment für den Verbrennungsmotor bereitstellt, ist jedoch weniger Drehmoment aus einer Verbrennung im Verbrennungsmotor erforderlich, um die Motorgeschwindigkeit zu erzielen. Die Anregungsamplitude aus dem Verbrennungsmotor wird dadurch verringert und die Motorgeschwindigkeit kann unter die standardmäßige Leerlaufgeschwindigkeit unter Beibehalt von Komfort verringert werden.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung ist die Steuereinheit so ausgelegt, dass sie den Verbrennungsmotor abstellt und das Arbeitsfluid im Abwärmerückgewinnungssystem so steuert, dass es den Expander umläuft, wenn das Fahrzeug das Gefälle hinabfährt.
Der mit dem Kondensator verbundene Kühlkreislauf kann ein Teil des Verbrennungsmotorkühlsystems oder ein separates Kühlsystem sein. Das Kühlfluid, das den Kondensator kühlt, kann somit durch eine Kühlpumpe, die vom Verbrennungsmotor oder einer Elektromaschine angetrieben wird, im Kühlkreislauf zirkuliert werden.
Das Abwärmerückgewinnungssystem kann einen oder mehrere Verdampfer/Wärmetauscher umfassen. Das Abwärmerückgewinnungssystem kann z. B. einen Rekuperator umfassen, der so ausgelegt ist, dass er das Arbeitsfluid erhitzt, bevor es in den Verdampfer eintritt. Das Abwärmerückgewinnungssystem kann auch einen oder mehrere Kondensatoren umfassen, so dass eine Kühlung des Arbeitsfluids in mehreren Schritten durchgeführt werden kann. Ferner kann das System einen oder mehrere Expander umfassen. Der Expander ist geeigneterweise ein Konstantexpander oder eine Turbine. Der Expander kann mit dem Verbrennungsmotor direkt mechanisch verbunden sein oder kann mit dem Getriebe oder anderen Komponenten des Antriebsstrangs mechanisch verbunden sein.
Das Fahrzeug kann ein Hybridfahrzeug sein. Ein solches Hybridfahrzeug umfasst neben dem Verbrennungsmotor eine Elektromaschine zum Antrieb. Die Steuereinheit kann die Motorsteuereinheit sein oder kann eine Mehrzahl von unterschiedlichen Steuereinheiten umfassen. Die Steuereinheit kann Teil eines Geschwindigkeitsregelungssystems oder eines Fahrzeugsteuersystems sein. Ein Computer kann mit der Steuereinheit verbunden sein.
Weitere Ziele, Vorteile und neue Merkmale der vorliegenden Erfindung sind für den Fachmann aus den nachstehenden Details und auch durch Ausübung der Erfindung ersichtlich. Auch wenn die Erfindung nachstehend beschrieben ist, sei angemerkt, dass sie nicht auf die spezifisch beschriebenen Details beschränkt ist. Der Fachmann, der Zugang zu den Lehren hierin hat, wird weitere Anwendungen, Modifikationen und Integrationen in andere Gebiete erkennen, die in den Umfang der Erfindung fallen.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Um die vorliegende Erfindung und deren weitere Ziele und Vorteile umfassender zu verstehen, sollte die nachfolgende ausführliche Beschreibung gemeinsam mit den beiliegenden Zeichnungen gelesen werden, in denen die gleichen Bezugszeichen in den diversen Zeichnungen ähnliche Elemente bezeichnen, und in denen:

1 schematisch ein Fahrzeug gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
2 schematisch ein Abwärmerückgewinnungssystem gemäß einer Ausführungsform der Erfindung veranschaulicht;
3 schematisch einen Ablaufplan für ein Verfahren zum Steuern eines Fahrzeugs gemäß einer Ausführungsform der Erfindung veranschaulicht; und
4 schematisch eine Steuereinheit oder einen Computer gemäß einer Ausführungsform der Erfindung veranschaulicht.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 zeigt schematisch eine Seitenansicht eines Fahrzeugs 1 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Das Fahrzeug 1 hat einen Antriebsstrang 3, umfassend einen Verbrennungsmotor 2 und ein Getriebe 4, das mit dem Verbrennungsmotor 2 verbunden ist, und die Antriebsräder 6 des Fahrzeugs 1. Das Fahrzeug 1 umfasst ferner ein Abwärmerückgewinnungssystem 10, das mit dem Antriebsstrang 3 assoziiert ist. Das Fahrzeug 1 kann ein Schwerlastkraftwagen wie z. B. ein LKW oder ein Bus sein. Das Fahrzeug 1 kann alternativ ein Personenkraftwagen sein. Das Fahrzeug kann ein Hybridfahrzeug sein, das neben dem Verbrennungsmotor 2 eine Elektromaschine (nicht gezeigt) umfasst. Das Abwärmerückgewinnungssystem 10 im Fahrzeug 1 wird in 2 näher beschrieben.
2 zeigt schematisch ein Abwärmerückgewinnungssystem 10, das mit einem Antriebsstrang 3 des Fahrzeugs 1 assoziiert ist, gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Das Fahrzeug 1 ist geeigneterweise wie in 1 beschrieben konfiguriert. Das Abwärmerückgewinnungssystem 10 einen Arbeitsfluidkreislauf 12; einen Verdampfer 14; einen Expander 16; einen Kondensator 18; ein Reservoir 20 für ein Arbeitsfluid WF und eine Pumpe 22, die so ausgelegt ist, dass sie das Arbeitsfluid WF durch den Kreislauf 12 pumpt, wobei der Verdampfer 14 für einen Wärmeaustausch zwischen dem Arbeitsfluid WF und zumindest einer Wärmequelle 24 ausgelegt ist, wobei das Abwärmerückgewinnungssystem 10 ferner einen Kühlkreislauf 26 umfasst, der in Verbindung mit dem Kondensator 18 angeordnet ist, und wobei der Expander 16 mit dem Antriebsstrang 3 mechanisch verbunden ist.
Das Abwärmerückgewinnungssystem 10 basiert geeigneterweise auf einem organischen Rankine-Zyklus. Das Arbeitsfluid WF ist somit geeigneterweise organisch, wie z. B. Ethanol oder Aceton. Das Abwärmerückgewinnungssystem 10 ist so konfiguriert, dass das flüssige Arbeitsfluid WF von einem niedrigen Druck auf einen hohen Druck gepumpt wird und in den Verdampfer 14 eintritt. Das Arbeitsfluid WF wird somit durch die zumindest eine Wärmequelle 24, die mit dem Verdampfer 14 verbunden ist, erhitzt und somit wird das Arbeitsfluid WF verdampft. Der Dampf wird danach im Expander 16 expandiert, wodurch mechanische Arbeit produziert wird, und auf den Antriebsstrang 3 übertragen, wodurch die Temperatur und der Druck des Dampfs verringert werden. Der Dampf tritt danach in den Kondensator 18 ein, wo eine Kondensation durch einen Wärmeaustausch zwischen dem Dampf und dem Kühlfluid des Kühlkreislaufs 26 das Arbeitsfluid WF zurück in seinen anfänglichen flüssigen Zustand bringt. Somit stellt die Wärmequelle 24 die Energie bereit, die in das Abwärmerückgewinnungssystem 10 eintritt, und die Energie verlässt das Abwärmerückgewinnungssystem 10 als mechanische Arbeit über den Expander 16 und als Wärme über den Kühlkreislauf 26, der den Kondensator 18 kühlt.
Das Fahrzeug 1 umfasst eine Steuereinheit 30, die in Kommunikation mit dem Abwärmerückgewinnungssystem 10 angeordnet ist. Die Steuereinheit 30 ist so ausgelegt, dass sie ein Abwärtsgefälle prognostiziert, das kein Bremsen des Fahrzeugs 1 erfordert; die Energiemenge ermittelt, die vom Abwärmerückgewinnungssystem 10 während des Abwärtsgefälles rückgewonnen wird; und das Fahrzeug 1 auf Basis der ermittelten Energiemenge steuert, die vom Abwärmerückgewinnungssystem 10 rückgewonnen wird. Ein Computer 32 kann mit der Steuereinheit 30 verbunden sein.
Nur Dampf sollte in den Expander 16 eintreten und das Abwärmerückgewinnungssystem 10 umfasst daher eine Umführungsanordnung 34, so dass das Arbeitsfluid WF so gesteuert werden kann, dass es den Expander 16 durch die Umführungsanordnung 34 umläuft. Die Steuereinheit 30 kann so ausgelegt sein, dass sie die Umführungsanordnung 34 so steuert, dass das Arbeitsfluid WF den Expander 16 umläuft.
Der Expander 16 ist geeigneterweise ein Konstantexpander wie z. B. ein Kolbenexpander oder eine Turbine. Der Expander 16 kann mit dem Verbrennungsmotor 2 oder mit dem Getriebe 4 direkt mechanisch verbunden sein. Die zumindest eine Wärmequelle 24, die mit dem Verdampfer 14 verbunden ist, kann bzw. können Abgase aus dem Verbrennungsmotor 2, ein Abgasrezirkulationssystem (EGR), das Kühlfluid des Verbrennungsmotors 2, der Verbrennungsmotor 2 selbst oder eine andere beliebige warme Komponente sein, die mit dem Verbrennungsmotor 2 assoziiert ist. Die zumindest eine Wärmequelle 24 ist hierin als Medium dargestellt, das durch den Verdampfer 14 läuft. Die zumindest eine Wärmequelle 24 ist hierin als Pfeile veranschaulicht und kann Abgase sein, die aus dem Verbrennungsmotor 2 stammen. Die zumindest eine Wärmequelle 24 ist geeigneterweise Teil eines Abgassystems 36 des Fahrzeugs 1. Das Abgassystem 36 ist hier als Abgasrohre/-leitungen veranschaulicht, kann aber auch ein Abgasnachbehandlungssystem (nicht gezeigt), ein Abgasrezirkulationssystem usw. umfassen. Das Abwärmerückgewinnungssystem 10 kann eine Mehrzahl von Wärmequellen 24 umfassen. Der Verdampfer 14 ist geeigneterweise ein Wärmetauscher, der mit der zumindest einen Wärmequelle 24 und dem Arbeitsfluidkreislauf 12 verbunden ist. Das Abwärmerückgewinnungssystem 10 kann einen oder mehrere Wärmetauscher 14 umfassen. Das Abwärmerückgewinnungssystem 10 kann z. B. einen Rekuperator umfassen, der so ausgelegt ist, dass er das Arbeitsfluid erhitzt, bevor es in den Verdampfer 14 eintritt. Das Abwärmerückgewinnungssystem 10 kann auch einen oder mehrere Kondensatoren 18 umfassen, so dass ein Abkühlen des Arbeitsfluids WF in mehreren Schritten durchgeführt werden kann. Ferner kann das System 10 einen oder mehrere Expander 16 umfassen.
Die Pumpe 22, die das Arbeitsfluid WF druckbeaufschlagt und durch den Kreislauf 12 zirkuliert, kann beschädigt werden, wenn das Arbeitsfluid WF, das in die Pumpe 22 eintritt, nicht in einem flüssigen Zustand ist. Wenn somit die Temperatur dem Kondensator 18 nachgeschaltet zu hoch ist, so dass das Arbeitsfluid WF nicht in einem flüssigen Zustand ist, kann der Druck im Reservoir 20 erhöht sein. Auf diese Weise wird das Arbeitsfluid WF in einen flüssigen Zustand gebracht und kann von der Pumpe 22 gepumpt werden. Die Pumpe 22 wird geeigneterweise elektrisch angetrieben.
Der mit dem Kondensator 18 verbundene Kühlkreislauf 26 kann ein Teil des Verbrennungsmotorkühlsystems oder ein separates Kühlsystem sein. Das Kühlfluid im Kühlkreislauf 26 kann somit durch eine Kühlpumpe (nicht gezeigt) gepumpt werden, die vom Verbrennungsmotor 2 oder eine Elektromaschine (nicht gezeigt) angetrieben wird.
3 zeigt einen Ablaufplan für ein Verfahren zum Steuern eines Fahrzeugs 1 in Verbindung mit einem Abwärtsgefälle. Das Fahrzeug 1 ist wie in 1 und 2 beschrieben konfiguriert. Das Fahrzeug 1 umfasst einen Antriebsstrang 3 mit einem Verbrennungsmotor 2 und einem Abwärmerückgewinnungssystem 10, das mit dem Verbrennungsmotor 2 assoziiert ist, wobei das Abwärmerückgewinnungssystem 10 einen Arbeitsfluidkreislauf 12; einen Verdampfer 14; einen Expander 16; einen Kondensator 18; ein Reservoir 20 für ein Arbeitsfluid WF und eine Pumpe 22, die so ausgelegt ist, dass sie das Arbeitsfluid WF durch den Kreislauf 12 pumpt, wobei der Verdampfer 14 für einen Wärmeaustausch zwischen dem Arbeitsfluid WF und zumindest einer Wärmequelle 24 ausgelegt ist, wobei das Abwärmerückgewinnungssystem 10 ferner einen Kühlkreislauf 26 umfasst, der in Verbindung mit dem Kondensator 18 angeordnet ist, und wobei der Expander 16 mit dem Antriebsstrang 3 mechanisch verbunden ist. Das Verfahren umfasst ferner die Schritte des Prognostizierens s101 eines Abwärtsgefälles und des Ermittelns, ob das prognostizierte Abwärtsgefälle eine vordefinierte Anforderung erfüllt; des Ermittelns s102 der Energiemenge, die vom Abwärmerückgewinnungssystem 10 während des Abwärtsgefälles rückgewonnen wird; und des Steuerns des Fahrzeugs 1 auf Basis der ermittelten Energiemenge.
Die vordefinierte Anforderung ist geeigneterweise, dass der Gradient des Abwärtsgefälles derart ist, dass kein Bremsen des Fahrzeugs 1 erforderlich ist, um die Fahrzeuggeschwindigkeit unter einer vordefinierten Fahrzeuggeschwindigkeit zu halten (eine vordefinierte Fahrzeuggeschwindigkeit nicht zu überschreiten), während das prognostizierte Abwärtsgefälle hinabgefahren wird. Die vordefinierte Fahrzeuggeschwindigkeit kann eine gewünschte Geschwindigkeit sein, die vom Benutzer des Fahrzeugs gefordert wird, sie kann eine Geschwindigkeit sein, die von einem Steuersystem festgelegt wird, oder sie kann eine Geschwindigkeitsgrenze sein.
Der Schritt des Prognostizierens s101 eines Abwärtsgefälles umfasst geeigneterweise das Prognostizieren eines Abwärtsgefälles, bei dem kein Bremsen des Fahrzeugs 1 erforderlich ist. Der Schritt des Prognostizierens s101 eines Abwärtsgefälles umfasst geeigneterweise das Prognostizieren eines Abwärtsgefälles, bei dem kein Bremsen des Fahrzeugs 1 erforderlich ist, um die Fahrzeuggeschwindigkeit unter einer vordefinierten Fahrzeuggeschwindigkeit zu halten.
Der Schritt des Prognostizierens s101 eines Abwärtsgefälles umfasst geeigneterweise das Prognostizieren eines Abwärtsgefälles, wobei der Gradient derart ist, dass kein Bremsen des Fahrzeugs 1 erforderlich ist, um eine vordefinierte Fahrzeuggeschwindigkeit nicht zu überschreiten. Eine solche vordefinierte Fahrzeuggeschwindigkeit kann eine gewünschte Geschwindigkeit sein, die vom Benutzer des Fahrzeugs gefordert wird, sie kann eine Geschwindigkeit sein, die von einem Steuersystem festgelegt wird, oder sie kann eine Geschwindigkeitsgrenze sein.
Ein Abwärtsgefälle, das kein Bremsen des Fahrzeugs 1 erfordert, kann auf Basis von Straßenneigung, Reibung, Länge des Gefälles oder Ähnlichem prognostiziert werden. Solche Straßendaten sind im Fahrzeug 1 verfügbar und können über herkömmliche Verfahren mithilfe von Navigationssystemen, Sensoren und/oder Kameras im Fahrzeug 1 ermittelt werden. Der Schritt des Prognostizierens s101 eines Abwärtsgefälles, das kein Bremsen des Fahrzeugs 1 erfordert, kann ferner auf Basis von Fahrzeugcharakteristika wie z. B. Fahrzeuggeschwindigkeit und Gewicht/Last des Fahrzeugs 1 erfolgen.
Der Schritt des Ermittelns s102 der Energiemenge, die vom Abwärmerückgewinnungssystem 10 während des Abwärtsgefälles rückgewonnen wird, umfasst geeigneterweise das Ermitteln des zusätzlichen Drehmoments, das das Abwärmerückgewinnungssystem 10 während des Abwärtsgefälles bereitstellt. Das Verfahren kann den Schritt des Ermittelns der Energiemenge, die vom Abwärmerückgewinnungssystem 10 während eines vorausliegenden vordefinierten Zeitraums rückgewonnen werden wird, umfassen. Durch Ermitteln der Energie, die vom Abwärmerückgewinnungssystem 10 während des Abwärtsgefälles rückgewonnen werden kann, kann der Betrieb des Fahrzeugs in Verbindung mit dem Abwärtsgefälle auf eine energiebezogen optimale Weise geplant werden.
Die Energiemenge, die vom Abwärmerückgewinnungssystem 10 während des Abwärtsgefälles rückgewonnen wird, wird geeigneterweise auf Basis einer geschätzten gespeicherten Wärme, die mit der zumindest einen Wärmequelle 24 assoziiert ist, und eines prognostizierten Massenstroms der zumindest einen Wärmequelle 24 ermittelt. Die gespeicherte Wärme, die mit der zumindest einen Wärmequelle 24 assoziiert ist, und der Massenstrom bestimmen die Energiemenge, die in das Abwärmerückgewinnungssystem 10 eintritt, und somit die Energiemenge, die vom Abwärmerückgewinnungssystem 10 rückgewonnen wird. Die gespeicherte Wärme, die mit der zumindest einen Wärmequelle 24 assoziiert ist, beeinflusst die Temperatur der zumindest einen Wärmequelle 24. Die zumindest eine Wärmequelle 24 sind geeigneterweise Abgase in einem Abgassystem 36 des Fahrzeugs 1 und die vom Abwärmerückgewinnungssystem 10 rückgewonnene Energie wird geeigneterweise auf Basis der geschätzten gespeicherten Wärme im Abgassystem 36, dem Verdampfer 14 vorgeschaltet, und des prognostizierten Abgasmassenstroms ermittelt. Die Temperatur der Abgase 24, die in den Verdampfer 14 eintreten, hängt somit von der gespeicherten Wärme im Abgassystem 36 dem Verdampfer 14 vorgeschaltet ab. Das Abgassystem 36 kann ein Abgasnachbehandlungssystem umfassen, das für gewöhnlich eine große Menge an Wärme speichert.
Der Schritt des Steuerns s103 des Fahrzeugs 1 auf Basis der ermittelten Energiemenge, die vom Abwärmerückgewinnungssystem 10 rückgewonnen wird, umfasst geeigneterweise das Steuern des Fahrzeugs 1 in Verbindung mit dem prognostizierten Abwärtsgefälle auf Basis der ermittelten Energiemenge. Der Schritt des Steuerns s103 des Fahrzeugs 1 kann das Steuern der Fahrzeuggeschwindigkeit auf Basis der Energiemenge umfassen, die vom Abwärmerückgewinnungssystem 10 rückgewonnen wird.
Der Schritt des Steuerns s103 der Fahrzeuggeschwindigkeit kann das Verringern der Fahrzeuggeschwindigkeit vor dem Abwärtsgefälle umfassen, wobei das Verringern von der ermittelten Energiemenge abhängt, die vom Abwärmerückgewinnungssystem 10 während des Abwärtsgefälles rückgewonnen werden kann. Eine Strategie zum Betreiben eines Fahrzeugs 1 auf einem kurzen Abwärtsgefälle besteht darin, die Verbindung des Verbrennungsmotors 2 mit dem Antriebsstrang 3 mit eingelegtem Gang aufrechtzuerhalten und die Treibstoffzufuhr zu unterbrechen, so dass der Verbrennungsmotor 2 von den Antriebsrädern 6 des Fahrzeugs 1 angetrieben wird. Diese Strategie verbessert den Treibstoffverbrauch und ein Bremsen des Fahrzeugs 1 wird vermieden. Bei einem Abwärmerückgewinnungssystem 10 gemäß der Erfindung wird zusätzliches Drehmoment für den Antriebsstrang 3 bereitgestellt. Dieses zusätzliche Drehmoment muss bei der Regelung der Fahrzeuggeschwindigkeit berücksichtigt werden, wenn ein Bremsen des Fahrzeugs 1 zu vermeiden ist. Da der Expander 16 des Abwärmerückgewinnungssystems 10 mit dem Antriebsstrang 3 verbunden ist, wirkt das zusätzliche Drehmoment auf die Antriebsräder 6 und unterstützt somit das Antreiben des Fahrzeugs 1. Durch Verringern der Fahrzeuggeschwindigkeit vor dem Abwärtsgefälle kann ein Bremsen des Fahrzeugs 1 trotz des vom Abwärmerückgewinnungssystem 10 bereitgestellten zusätzlichen Drehmoments vermieden werden. Das Verringern hängt von der ermittelten Energiemenge ab, die vom Abwärmerückgewinnungssystem 10 während des Abwärtsgefälles rückgewonnen wird. Die Fahrzeuggeschwindigkeit vor dem Abwärtsgefälle sollte umso mehr verringert werden, desto mehr Energie vom Abwärmerückgewinnungssystem 10 rückgewonnen wird.
Der Schritt des Steuerns s103 des Fahrzeugs 1 kann, wenn das Gefälle hinabgefahren wird, das Trennen des Verbrennungsmotors 2 vom Rest des Antriebsstrangs 3 und das Sicherstellen, dass der Verbrennungsmotor 2 mit einer Motorgeschwindigkeit betrieben wird, die eine standardmäßige Leerlaufgeschwindigkeit nicht überschreitet, mithilfe der vom Abwärmerückgewinnungssystem 10 rückgewonnenen Energie, umfassen. Der Schritt des Steuerns s103 des Fahrzeugs 1 kann, wenn das Gefälle hinabgefahren wird, das Trennen des Verbrennungsmotors 2 vom Rest des Antriebsstrangs 3 und das Sicherstellen, dass der Verbrennungsmotor 2 mit einer standardmäßigen Leerlaufgeschwindigkeit betrieben wird, mithilfe der vom Abwärmerückgewinnungssystem 10 rückgewonnenen Energie, umfassen. Eine Strategie zum Betreiben des Fahrzeugs 1 auf einem kurzen Abwärtsgefälle besteht darin, den Verbrennungsmotor 2 vom Rest des Antriebsstrangs 3 zu trennen und den Verbrennungsmotor 2 auf eine standardmäßige Leerlaufgeschwindigkeit zu regeln. Bei einem Abwärmerückgewinnungssystem 10 gemäß der Erfindung wird zusätzliches Drehmoment für den Antriebsstrang 3 bereitgestellt. Der Expander 16 des Abwärmerückgewinnungssystems 10 ist geeigneterweise mit dem Verbrennungsmotor 2 verbunden, so dass das zusätzliche Drehmoment auf die Kurbelwelle des Verbrennungsmotors 2 wirkt. Auf diese Weise unterstützt das zusätzliche Drehmoment den Verbrennungsmotor 2 dabei, die Leerlaufgeschwindigkeit zu halten. Durch Betreiben des Fahrzeugs 1 mit dem Verbrennungsmotor 2 im Leerlauf während des Abwärtsgefälles fügt das Abwärmerückgewinnungssystem 10 Energie zum Verbrennungsmotor 2 hinzu und weniger Treibstoff ist erforderlich, um die Leerlaufgeschwindigkeit des Verbrennungsmotors 2 zu erzielen. Durch Trennen des Verbrennungsmotors 2 vom Rest des Antriebsstrangs 3 und Sicherstellen, dass der Verbrennungsmotor 2 mit einer standardmäßigen Leerlaufgeschwindigkeit betrieben wird, mithilfe der vom Abwärmerückgewinnungssystem 10 rückgewonnenen Energie, wird der Treibstoffverbrauch verringert und wird das Fahrzeug 1 auf eine energiebezogen optimale Weise betrieben.
Der Schritt des Steuerns s103 des Fahrzeugs 1 kann, wenn das Gefälle hinabgefahren wird, das Trennen des Verbrennungsmotors 2 vom Rest des Antriebsstrangs 3, das Regeln des Verbrennungsmotors 2 auf eine Motorgeschwindigkeit, die geringer als die standardmäßige Leerlaufgeschwindigkeit ist, und Sicherstellen, dass das Abwärmerückgewinnungssystem 10 zusätzliches Drehmoment zum Antriebsstrang 3 bereitstellt, umfassen. Da Drehmoment vom Abwärmerückgewinnungssystem 10 bereitgestellt wird, ist weniger Drehmoment aus der Verbrennung erforderlich und kann die Motorgeschwindigkeit des Verbrennungsmotors 2 auf eine Geschwindigkeit verringert werden, die geringer als die standardmäßige Leerlaufgeschwindigkeit ist. Normalerweise führt eine zu geringe Leerlaufgeschwindigkeit eines Verbrennungsmotors 2 zu Vibrationen, die durch angeregte Resonanzfrequenzen aus dem Verbrennungsmotor 2 verursacht werden. Da das Abwärmerückgewinnungssystem 10 Drehmoment für den Verbrennungsmotor 2 bereitstellt, ist jedoch weniger Drehmoment aus einer Verbrennung im Verbrennungsmotor 2 erforderlich, um die Motorgeschwindigkeit zu erzielen. Die Anregungsamplitude aus dem Verbrennungsmotor 2 wird dadurch verringert und die Motorgeschwindigkeit kann unter die standardmäßige Leerlaufgeschwindigkeit unter Beibehalt von Komfort verringert werden. Auf diese Weise wird der Treibstoffverbrauch weiter verringert.
Der Schritt des Steuerns s103 des Fahrzeugs 1 kann, wenn das Gefälle hinabgefahren wird, das Abstellen des Verbrennungsmotors 2 und das Steuern des Arbeitsfluids WF im Abwärmerückgewinnungssystem 10, so dass es den Expander 16 umläuft, umfassen. Das Arbeitsfluid WF wird geeigneterweise so gesteuert, dass es den Expander 16 über die Umführungsanordnung 34 umläuft. Eine Strategie zum Betreiben eines Fahrzeugs 1 auf einem kurzen Abwärtsgefälle besteht darin, den Verbrennungsmotor 2 abzustellen. Normalerweise wird das Abwärmerückgewinnungssystem 10 abgeschaltet, wenn der Verbrennungsmotor 2 abgestellt wird, da die zumindest eine Wärmequelle 24 mit dem Verbrennungsmotor 2 assoziiert ist. Wenn der Verbrennungsmotor 2 auf einem kurzen Abwärtsgefälle abgestellt wird, auf dem kein Bremsen des Fahrzeugs 1 erforderlich ist, muss das Abwärmerückgewinnungssystem 10 jedoch nicht abgeschaltet werden. Stattdessen wird das Abwärmerückgewinnungssystem 10 aktiv gehalten, das vom Expander 16 bereitgestellte Drehmoment wird jedoch nicht benötigt, da der Verbrennungsmotor 2 abgestellt ist. Durch Steuern des Arbeitsfluids WF im Abwärmerückgewinnungssystem 10, so dass es vom Expander 16 umlaufen wird, wird vom Expander 16 keine mechanische Arbeit produziert.
Die Verfahrensschritte werden geeigneterweise mithilfe einer Steuereinheit 30 durchgeführt, die mit dem Abwärmerückgewinnungssystem 10 verbunden ist. Die vordefinierte Fahrzeuggeschwindigkeit wird geeigneterweise in der Steuereinheit 30 gespeichert.
4 veranschaulicht schematisch eine Vorrichtung 500. Die bzw. der unter Bezugnahme auf 2 beschriebene Steuereinheit 30 und/oder Computer 32 kann in einer Version die Vorrichtung 500 umfassen. Hierin bezieht sich der Ausdruck „Verknüpfung“ auf eine Kommunikationsverknüpfung, die eine physische Verbindung, wie z. B. eine optoelektronische Kommunikationsleitung, oder eine nicht-physische Verbindung, wie z. B. eine drahtlose Verbindung, sein kann, z. B. eine Funk- oder Mikrowellenverknüpfung. Die Vorrichtung 500 umfasst einen nicht-flüchtigen Speicher 520, eine Datenverarbeitungseinheit 510 und einen Lese-/Schreibspeicher 550. Der nicht-flüchtige Speicher 520 hat ein erstes Speicherelement 530, in dem ein Computerprogramm, z. B. ein Betriebssystem, zum Steuern der Funktion der Vorrichtung 500 gespeichert ist. Ferner umfasst die Vorrichtung 500 eine Bussteuerung, einen seriellen Kommunikationsanschluss, ein E/A-Mittel, einen A/D-Wandler, eine Zeit- und Datums-Eingabe- und -Sendeeinheit, einen Ereigniszähler und eine Unterbrechungssteuerung (nicht gezeigt). Der nicht-flüchtige Speicher 520 hat außerdem ein zweites Speicherelement 540.
Es wird ein Computerprogramm P bereitgestellt, das Routinen für ein Verfahren zum Steuern eines Abwärmerückgewinnungssystems 10, das mit einem Verbrennungsmotor 2 eines Fahrzeugs 1 assoziiert ist, gemäß der Erfindung umfasst. Das Computerprogramm P umfasst Routinen zum Prognostizieren eines Abwärtsgefälles und Ermitteln, ob das prognostizierte Abwärtsgefälle eine vordefinierte Anforderung erfüllt. Das Computerprogramm P umfasst Routinen zum Prognostizieren eines Abwärtsgefälles, das kein Bremsen des Fahrzeugs erfordert. Das Computerprogramm P umfasst Routinen zum Ermitteln der Energiemenge, die vom Abwärmerückgewinnungssystem während des Abwärtsgefälles rückgewonnen wird. Das Computerprogramm P umfasst Routinen zum Steuern des Fahrzeugs auf Basis der ermittelten Energiemenge, die vom Abwärmerückgewinnungssystem rückgewonnen wird. Das Computerprogramm P umfasst Routinen zum Steuern der Fahrzeuggeschwindigkeit auf Basis der Energiemenge, die vom Abwärmerückgewinnungssystem rückgewonnen werden kann. Das Computerprogramm P umfasst Routinen zum Verringern der Fahrzeuggeschwindigkeit vor dem Abwärtsgefälle, wobei das Verringern von der ermittelten Energiemenge abhängt, die vom Abwärmerückgewinnungssystem während des Abwärtsgefälles rückgewonnen werden kann. Das Computerprogramm P umfasst Routinen zum Trennen des Verbrennungsmotors vom Rest des Antriebsstrangs, wenn das Gefälle hinabgefahren wird, und Sicherstellen, dass der Verbrennungsmotor mit einer standardmäßigen Leerlaufgeschwindigkeit betrieben wird, mithilfe der vom Abwärmerückgewinnungssystem rückgewonnenen Energie. Das Computerprogramm P umfasst Routinen zum Regeln des Verbrennungsmotors auf eine Motorgeschwindigkeit, die geringer als die standardmäßige Leerlaufgeschwindigkeit ist. Das Computerprogramm P umfasst Routinen zum Abstellen des Verbrennungsmotors und Steuern des Arbeitsfluids im Abwärmerückgewinnungssystem, um den Expander zu umlaufen. Das Programm P kann ausführbar oder komprimiert in einem Speicher 560 und/oder einem Lese-/Schreibspeicher 550 gespeichert sein.
Wenn die Datenverarbeitungseinheit 510 als eine gewisse Funktion ausführend beschrieben ist, sei verstanden, dass die Datenverarbeitungseinheit 510 einen gewissen Teil des Programms ausführt, das im Speicher 560 gespeichert ist, oder einen gewissen Teil des Programms ausführt, das im Lese-/Schreibspeicher 550 gespeichert ist.
Die Datenverarbeitungsvorrichtung 510 kann über einen Datenbus 515 mit einem Datenanschluss 599 kommunizieren. Der nicht-flüchtige Speicher 520 ist für eine Kommunikation mit der Datenverarbeitungseinheit 510 über einen Datenbus 512 vorgesehen. Der separate Speicher 560 ist für eine Kommunikation mit der Datenverarbeitungseinheit 510 über einen Datenbus 511 vorgesehen. Der Lese-/Schreibspeicher 550 ist für eine Kommunikation mit der Datenverarbeitungseinheit 510 über einen Datenbus 514 ausgelegt.
Wenn Daten am Datenanschluss 599 empfangen werden, werden sie vorübergehend im zweiten Speicherelement 540 gespeichert. Wenn empfangene Eingabedaten vorübergehend gespeichert wurden, ist die Datenverarbeitungseinheit 510 in der Lage, eine Codeausführung zu bewirken, wie oben beschrieben.
Teile der hier beschriebenen Verfahren können von der Vorrichtung 500 mithilfe der Datenverarbeitungseinheit 510 durchgeführt werden, die das Programm ausführt, das im Speicher 560 oder im Lese-/Schreibspeicher 550 gespeichert ist. Wenn die Vorrichtung 500 das Programm ausführt, werden hierin beschriebene Verfahren durchgeführt.
Die vorstehende Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung dient Veranschaulichungs- und Beschreibungszwecken. Sie soll nicht erschöpfend sein oder die Erfindung auf die beschriebenen Varianten einschränken. Augenscheinlich sind für den Fachmann viele Modifikationen und Varianten offensichtlich. Die Ausführungsformen wurden ausgewählt und beschrieben, um die Grundsätze der Erfindung und deren praktischen Anwendungen bestmöglich zu erläutern, und um dem Fachmann somit ein Verstehen der Erfindung mit diversen Ausführungsformen und den diversen Modifikationen zu ermöglichen, wie für die vorgesehene Verwendung geeignet.

Claims

Verfahren zum Steuern eines Fahrzeugs (1) in Verbindung mit einem Abwärtsgefälle, wobei das Fahrzeug (1) einen Antriebsstrang (3) mit einem Verbrennungsmotor (2) und einem Abwärmerückgewinnungssystem (10) umfasst, das mit dem Verbrennungsmotor (2) assoziiert ist, wobei das Abwärmerückgewinnungssystem (10) einen Arbeitsfluidkreislauf (12); einen Verdampfer (14); einen Expander (16); einen Kondensator (18); ein Reservoir (20) für ein Arbeitsfluid (WF) und eine Pumpe (22), die so ausgelegt ist, dass sie das Arbeitsfluid (WF) durch den Kreislauf (12) pumpt, wobei der Verdampfer (14) für einen Wärmeaustausch zwischen dem Arbeitsfluid (WF) und zumindest einer Wärmequelle (24) ausgelegt ist, wobei das Abwärmerückgewinnungssystem (10) ferner einen Kühlkreislauf (26) umfasst, der in Verbindung mit dem Kondensator (18) angeordnet ist, und wobei der Expander (16) mit dem Antriebsstrang (3) mechanisch verbunden ist; gekennzeichnet durch die Schritte: - Prognostizieren (s101) eines Abwärtsgefälles und Ermitteln, ob das prognostizierte Abwärtsgefälle eine vordefinierte Anforderung erfüllt; - Ermitteln (s102) der Menge an Energie, die vom Abwärmerückgewinnungssystem (10) während des Abwärtsgefälles rückgewonnen wird; und - Steuern (s103) des Fahrzeugs (1) auf Basis der ermittelten Energiemenge, die vom Abwärmerückgewinnungssystem (10) rückgewonnen wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die vordefinierte Anforderung ist, dass der Gradient des Abwärtsgefälles derart ist, dass kein Bremsen des Fahrzeugs 1 erforderlich ist.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Energiemenge, die vom Abwärmerückgewinnungssystem (10) rückgewonnen wird, auf Basis einer geschätzten gespeicherten Wärme, die mit der zumindest einen Wärmequelle (24) assoziiert ist, und eines prognostizierten Massenstroms der zumindest einen Wärmequelle (24) ermittelt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Schritt des Steuerns, (s103) des Fahrzeugs das Steuern der Fahrzeuggeschwindigkeit auf Basis der Energiemenge umfasst, die vom System (10) rückgewonnen werden kann.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei der Schritt des Steuerns (s103) der Fahrzeuggeschwindigkeit das Verringern der Fahrzeuggeschwindigkeit vor dem Abwärtsgefälle umfasst, wobei das Verringern von der ermittelten Energiemenge abhängt, die vom Abwärmerückgewinnungssystem (10) während des Abwärtsgefälles rückgewonnen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Schritt des Steuerns (s103) des Fahrzeugs (1), wenn das Gefälle hinabgefahren wird, das Trennen des Verbrennungsmotors (2) vom Rest des Antriebsstrangs (3) und das Sicherstellen, dass der Verbrennungsmotor (2) mit einer Motorgeschwindigkeit betrieben wird, die eine standardmäßige Leerlaufgeschwindigkeit nicht überschreitet, mithilfe der vom Abwärmerückgewinnungssystem (10) rückgewonnenen Energie, umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Schritt des Steuerns (s103) des Fahrzeugs (1), wenn das Gefälle hinabgefahren wird, das Abstellen des Verbrennungsmotors (2) und das Steuern des Arbeitsfluids (WF) im Abwärmerückgewinnungssystem (10), so dass es den Expander (16) umläuft, umfasst.
Fahrzeugs (1), umfassend einen Antriebsstrang (3) mit einem Verbrennungsmotor (2) und einem Abwärmerückgewinnungssystem (10) umfasst, das mit dem Verbrennungsmotor (2) assoziiert ist, wobei das Abwärmerückgewinnungssystem (10) einen Arbeitsfluidkreislauf (12); einen Verdampfer (14); einen Expander (16); einen Kondensator (18); ein Reservoir (20) für ein Arbeitsfluid (WF) und eine Pumpe (22), die so ausgelegt ist, dass sie das Arbeitsfluid (WF) durch den Kreislauf (12) pumpt, wobei der Verdampfer (14) für einen Wärmeaustausch zwischen dem Arbeitsfluid (WF) und zumindest einer Wärmequelle (24) ausgelegt ist, und wobei das Abwärmerückgewinnungssystem (10) ferner einen Kühlkreislauf (26) umfasst, der in Verbindung mit dem Kondensator (18) angeordnet ist, und wobei der Expander (16) mit dem Antriebsstrang (3) mechanisch verbunden ist; dadurch gekennzeichnet, dass das Fahrzeug (1) eine Steuereinheit (30) umfasst, die so ausgelegt ist, dass sie ein Abwärtsgefälle prognostiziert und ermittelt, ob das prognostizierte Abwärtsgefälle eine vordefinierte Anforderung erfüllt; die Energiemenge ermittelt, die vom Abwärmerückgewinnungssystem (10) während des Abwärtsgefälles rückgewonnen wird; und das Fahrzeug auf Basis der ermittelten Energiemenge steuert.
Fahrzeug nach Anspruch 8, wobei die vordefinierte Anforderung ist, dass der Gradient des Abwärtsgefälles derart ist, dass kein Bremsen des Fahrzeugs 1 erforderlich ist.
Fahrzeug nach Anspruch 8 oder 9, wobei die Steuereinheit (30) so ausgelegt ist, dass sie die Energiemenge, die vom Abwärmerückgewinnungssystem (10) rückgewonnen wird, auf Basis einer geschätzten gespeicherten Wärme, die mit der zumindest einen Wärmequelle (24) assoziiert ist, und eines prognostizierten Massenstroms der zumindest einen Wärmequelle (24) ermittelt.
Fahrzeug nach einem der Ansprüche 8 bis 10, wobei die Steuereinheit (30) so ausgelegt ist, dass sie die Fahrzeuggeschwindigkeit auf Basis der Energiemenge steuert, die vom Abwärmerückgewinnungssystem (10) rückgewonnen wird.
Fahrzeug nach Anspruch 11, wobei die Steuereinheit (30) so ausgelegt ist, dass sie die Fahrzeuggeschwindigkeit vor dem prognostizierten Abwärtsgefälle verringert, wobei das Verringern von der ermittelten Energiemenge abhängt, die vom Abwärmerückgewinnungssystem (10) während des Abwärtsgefälles rückgewonnen wird.
Fahrzeug nach einem der Ansprüche 8 bis 10, wobei die Steuereinheit (30) so ausgelegt ist, dass sie, wenn das Fahrzeug (1) das Gefälle hinabfährt, den Verbrennungsmotor (2) vom Rest des Antriebsstrangs (3) trennt und sicherstellt, dass der Verbrennungsmotor (2) mit einer Motorgeschwindigkeit betrieben wird, die eine standardmäßige Leerlaufgeschwindigkeit nicht überschreitet, mithilfe der vom Abwärmerückgewinnungssystem (10) rückgewonnenen Energie, umfasst.
Fahrzeug nach einem der Ansprüche 8 bis 10, wobei die Steuereinheit (30) so ausgelegt ist, dass sie, wenn das Fahrzeug (1) das Gefälle hinabfährt, den Verbrennungsmotor (2) abstellt und das Arbeitsfluid (WF) im Abwärmerückgewinnungssystem (10) steuert, so dass es den Expander (16) umläuft.
Computerprogramm (P), wobei das Computerprogramm einen Programmcode umfasst, um eine elektronische Steuereinheit (30; 500) oder einen Computer (32; 500), der mit der elektronischen Steuereinheit (30; 500) verbunden ist, zu veranlassen, die Schritte nach einem der Ansprüche 1 bis 7 durchzuführen.
Computerprogrammprodukt, das einen Programmcode umfasst, der auf einem computerlesbaren Medium gespeichert ist, um die Verfahrensschritte nach einem der Ansprüche 1 bis 7 durchzuführen, wenn das Computerprogramm auf einer elektronischen Steuereinheit (30; 500) oder einem Computer (32; 500), der mit der elektronischen Steuereinheit (30; 500) verbunden ist, ausgeführt wird.