DE102017214573A1 - Fahrzeugantriebssysteme und -verfahren - Google Patents

Fahrzeugantriebssysteme und -verfahren

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DE102017214573A1 DE102017214573.0A DE102017214573A DE102017214573A1 DE 102017214573 A1 DE102017214573 A1 DE 102017214573A1 DE 102017214573 A DE102017214573 A DE 102017214573A DE 102017214573 A1 DE102017214573 A1 DE 102017214573A1
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engine system
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Yiran Hu
Steven E. Muldoon
Jun-Mo Kang
Chen-Fang Chang
Dongxu Li
Junfeng Zhao
Jay H. Sim
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Abstract

Ein Fahrzeug-Motorsystem enthält einen Verbrennungsmotor, der ein Antriebsdrehmoment bereitstellt, um eine Antriebsanforderung in Reaktion auf eine Fahrereingabe zu erfüllen. Das Motorsystem enthält auch eine Steuerung, die zum Empfang von indikativen Daten für mindestens ein kommendes Fahrereignis programmiert ist, sowie um einen Befehl für die Weitergabe eines vorgegebenen Geschwindigkeitsprofils basierend auf dem kommenden Fahrereignis auszugeben. Das vorgegebene Geschwindigkeitsprofil ist zur Optimierung eines Leistungsattributs des Verbrennungsmotors und dem Vorwegnehmen der Fahrereingabe eingerichtet.

Description

  • TECHNISCHES GEBIET
  • Die vorliegende Offenbarung betrifft die Steuerung von Fahrzeug-Antriebssystemen.
  • EINFÜHRUNG
  • Die Fahrzeug-Konnektivität stellt datenreiche Informationsquellen bereit, die für den Benutzer-Komfort und Sicherheitsfunktionen verwendet worden sind. Zusätzlich bietet die Ausbreitung fahrzeugeigener Sensoren eine zusätzliche Ebene mit Informationen. Der Betrieb des Antriebssystems bleibt trotz der Verfügbarkeit solcher Informationen weitgehend konstant. Alle Anpassungen sind häufig reagierender Natur und können zu einem nicht optimalen Betrieb des Antriebssystems führen.
  • KURZDARSTELLUNG
  • Ein Fahrzeug-Motorsystem enthält einen Verbrennungsmotor, der ein Antriebsdrehmoment bereitstellt, um eine Antriebsanforderung in Reaktion auf eine Fahrereingabe zu erfüllen. Das Motorsystem enthält auch eine Steuerung, die zum Empfang von indikativen Daten für mindestens ein kommendes Fahrereignis programmiert ist, sowie um einen Befehl für die Weitergabe eines vorgegebenen Geschwindigkeitsprofils basierend auf dem kommenden Fahrereignis auszugeben. Das vorgegebene Geschwindigkeitsprofil ist zur Optimierung eines Leistungsattributs des Verbrennungsmotors und dem Vorwegnehmen der Fahrereingabe eingerichtet.
  • Ein Verfahren zur Steuerung eines Fahrzeug-Antriebssystems enthält das Empfangen einer Fahrereingabe, für eine Drehmomentanforderung und das Empfangen von Daten, die mindestens einmal für statische Routendaten und dynamische Routendaten indikativ sind. Das Verfahren enthält auch die Prognose eines kommenden Fahrereignisses basierend auf den empfangenen Daten. Das Verfahren enthält weiter die Einstellung eines Motor-Ausgabedrehmoments zur Optimierung eines Leistungsparameters gemäß einem ausgewählten Antriebsmodus und der Vorwegnahme der Fahrereingabe.
  • Ein Fahrzeug enthält einen Verbrennungsmotor zur Bereitstellung des Antriebsdrehmoments, um einer Antriebsanforderung des Fahrers zu genügen, und mindestens einen Sensor zur Erfassung eines Objekts innerhalb einer Nähe des Fahrzeugs. Das Fahrzeug enthält auch eine programmierte Steuerung zum Erkennen einer Kreuzung, die das Fahrzeug zum Anhalten veranlasst. Die Steuerung ist ferner programmiert zum Erfassen der Anwesenheit eines sich bewegenden Objekts in einer Umgebung des Fahrzeugs und zum Berechnen einer ersten Zeitdauer, die das sich bewegende Objekt in der Umgebung bleiben wird, wenn das Fahrzeug angehalten hat. Die Steuerung ist außerdem zum Abschalten des Motors in Reaktion darauf programmiert, ob die Zeitdauer größer als ein vorgegebener Zeitschwellwert ist.
  • Ein Motorsteuersystem für einen Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeugs ist bereitgestellt und der Verbrennungsmotor zur Ausgabe von Drehmoment in Reaktion auf die Fahrereingabe indikativ für eine Antriebsanforderung programmiert. Das Motorsteuersystem enthält eine Steuerung, die zum Empfang von indikativen Daten für mindestens ein kommendes Fahrereignis programmiert ist, und zum Erzeugen einer Benutzerführung gemäß eines vorgegebenen Drehmomentprofils basierend auf dem kommenden Fahrereignis. Das vorgegebene Drehmomentprofil ist zur Optimierung eines Leistungsattributs des Verbrennungsmotors angepasst und die Benutzerführung weist einen Fahrer auf Fahraktionen hin, um das vorgegebene Drehmomentprofil einzuhalten.
  • KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • 1 ist ein Systemdiagramm eines Antriebs-Steuersystems.
  • 2 ist eine Darstellung eines Fahrzeug-Bremsvorgangs.
  • 3 ist ein Flussdiagramm eines Steueralgorithmus eines Fahrzeug-Bremsvorgangs.
  • 4 ist ein Diagramm eines eigenen Fahrzeugs an einer Kreuzung.
  • 5 ist ein Ablaufdiagramm eines Steueralgorithmus eines Fahrzeugstarts aus einem gestoppten Zustand.
  • 6 ist eine schematische Darstellung eines Fahrzeug-Messgeräte-Clusters.
  • AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
  • Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung werden hierin beschrieben. Es versteht sich jedoch, dass die offenbarten Ausführungsformen lediglich Beispiele sind und andere Ausführungsformen verschiedene und alternative Formen annehmen können. Die Figuren sind nicht unbedingt maßstabsgerecht; einige Merkmale können größer oder kleiner dargestellt sein, um die Einzelheiten bestimmter Komponenten zu veranschaulichen. Folglich sind die offenbarten aufbau- und funktionsspezifischen Details nicht als einschränkend zu verstehen, sondern lediglich als repräsentative Grundlage, um den Fachleuten die verschiedenen Arten und Weisen der Nutzung der vorliegenden Erfindung zu vermitteln. Wie der Fachleute verstehen, können verschiedene Merkmale, die mit Bezug auf beliebige der Figuren dargestellt und beschrieben werden, mit Merkmalen kombiniert werden, die in einer oder mehreren anderen Figuren dargestellt sind, um Ausführungsformen zu erzeugen, die nicht explizit dargestellt oder beschrieben sind. Die dargestellten Kombinationen von Merkmalen stellen repräsentative Ausführungsformen für typische Anwendungen bereit. Beliebige Kombinationen und Modifikationen der Merkmale, die mit den Lehren dieser Offenbarung übereinstimmen, könnten jedoch für bestimmte Anwendungen und Implementierungen erwünscht sein.
  • Verbundene und/oder automatisierte Fahrzeuge (CAVs) schaffen zusätzliche Möglichkeiten, um den Energieverbrauch und energiebezogene Emissionen weiter zu reduzieren. Diese Möglichkeiten können sich auf eine synergetische Kombination des technologischen Fortschritts der fahrzeuginternen Antriebssystem-Steuerung beziehen, welche Fahrzeug-Verbindungs- und Automatisierungs-Technologien ausnutzt. Hierin offenbart ist eine optimale und praktikable Lösung, die Konnektivitätsinformationen in aktuellen Fahrzeugsteuersystemen einbezieht, um ein „informationsreiches“ Antriebs-Steuersystem zu konstruieren, das Fahrdynamik und Motorleistung gemeinsam optimiert. In einigen Beispielen sucht eine Antriebssystem-Steuerung proaktiv nach Möglichkeiten innerhalb der Randbedingungen von Emissionen und Fahrbarkeit, um den kraftstoffeffizientesten Betrieb des Antriebssystems auszuführen, einschließlich unter anderem Kombinationen des Betriebs an „sweet spots“ (d. h, effizienten Motorbetriebspunkten), aggressiver Brems-Kraftstoffabschaltung, aggressivem Motor-Start-Stopp, aggressiver Zylinderabschaltung, intelligenter Getriebeschaltung, intelligentem Zubehör-Leistungsmanagement und intelligentem Thermomanagement. Die hierin beschriebenen Systeme und Verfahren sind anpassbar und somit für eine Vielfalt anzutreffender Fahrsituationen in der echten Welt und die relative Häufigkeit solcher Situationen sensibel.
  • Die vorausschauende Art der zusätzlichen Informationen, beispielsweise der Status eines Verkehrssignals, bevor Fahrzeuge eine Kreuzung erreichen; Verkehr, Witterung und Unfallinformationen ermöglichen die Auslegung der Antriebssystem-Steuerung für eine Planung im Voraus, um die (i) gesamte Fahrzeugenergieverwendung zu optimieren, (ii) erwartete Drehzahl- und Drehmomentanforderungen zu untergeordneten Steuerungen und Stellgliedern zu kaskadieren und (iii) den effizientesten Betrieb des Antriebssystems auszuführen.
  • Kraftfahrzeuge können unterschiedliche Stufen der Autonomie umfassen, die vom voll manuellen Fahren bis zu voll autonomen Fahr-Modi mit nur wenig Fahrer-Wechselwirkung reichen. In voll manuellen Beispielen können die Steuerstrategien mit Fahrereingaben und Erwartungen der Fahrzeug-Reaktionen interagieren. Daher nutzt ein Aspekt der vorliegenden Offenbarung Möglichkeiten, um bestimmte Fahrereingaben derart vorauszusehen, dass es für den Fahrer transparent ist, was noch den Vorteil ergibt, einen oder mehrere Betriebsparameter des Antriebssystems zu optimieren.
  • Die verschiedenen hier erörterten Komponenten des Antriebssystems können von einer oder mehreren zugeordneten Steuerung(en) reguliert und überwacht werden. Unter Bezugnahme auf 1 enthält ein Steuersystem 10 eine Steuerung 12 zur Verwaltung des Antriebs von Fahrzeug 11. Die Steuerung 12, obwohl schematisch als einzelne Steuerung dargestellt, kann als eine Steuerung oder als ein System von zusammen wirkenden Steuerungen zur kollektiven Verwaltung des Antriebssystems umgesetzt werden. Die Kommunikation zwischen mehreren Steuerungen und die Kommunikation zwischen Steuerungen, Stellgliedern bzw. Sensoren kann unter Verwendung einer direkten drahtgebundenen Verbindung, einer Netzwerkkommunikations-Busverbindung, einer drahtlosen Verbindung, eines seriellen peripheren Schnittstellenbusses oder einer beliebigen anderen geeigneten Kommunikationsverbindung erfolgen. Kommunikationsinhalte beinhalten das Austauschen von Datensignalen auf jede beliebige geeignete Art und Weise, einschließlich z. B. elektrischer Signale über ein leitfähiges Medium, elektromagnetischer Signale über die Luft, optischer Signale über Lichtwellenleiter und dergleichen. Datensignale können Signale, die Eingaben von Sensoren repräsentieren, die Stellgliedbefehle repräsentieren und Kommunikationssignales zwischen den Steuerungen beinhalten. In einem speziellen Beispiel kommunizieren mehrere Steuerungen über einen seriellen Bus (z. B. Controller Area Network (CAN)) oder über separate Leiter miteinander. Die Steuerung 12 enthält einen oder mehrere digitale Computer, die jeweils einen Mikroprozessor oder eine zentrale Verarbeitungseinheit (CPU), einen Festwertspeicher (ROM), einen Speicher mit wahlfreiem Zugriff (RAM), einen elektrisch programmierbaren Nur-Lese-Speicher (EPROM), einen Hochgeschwindigkeits-Taktgeber, eine Analog-Digital-(A/D) und eine Digital-Analog-Schaltung (D/A) sowie Ein-/Ausgabeschaltungen und Geräte (I/O) sowie eine entsprechende Signalaufbereitung und Puffer-Schaltung aufweisen. Die Steuerung 12 kann auch eine Anzahl an Algorithmen oder computerausführbaren Anweisungen speichern, die erforderlich sind, um Befehle zum Ausführen von Aktionen gemäß der vorliegenden Offenbarung zu erteilen.
  • Die Steuerung 12 ist so programmiert, um den Betrieb der verschiedenen Antriebssystemkomponenten zu überwachen und zu koordinieren. Die Steuerung 12 ist in Kommunikation mit einem Motor und empfängt Signale 20 über den Motorzustand, mindestens Motordrehzahl (U/min), Temperatur, Druck und Abgaszusammensetzung. Die Steuerung kann auch andere Signale empfangen, die zum Zustand des Motors und seinen Betriebsbedingungen gehören. Bei einem Hybrid-Antriebssystem mit sowohl einem Motor und einem Elektromotor als Antriebsquellen steht die Steuerung 12 auch in Verbindung mit dem Elektromotor und empfängt Signale 22 über Motordrehzahl, Drehmoment, Temperatur, Stromaufnahme und Spannung an dem Motor. Die Steuerung 12 empfängt auch Signal 14 für eine Benutzerauswahl zu einer der verschiedenen Betriebsarten für das Antriebssystem. Die Steuerung 12 ist in Verbindung mit einem oder mehreren Sensoren an Fahrereingabe-Pedalen, um Signale zur Pedalstellung zu empfangen, welche sowohl die positiven und negativen durch den Fahrer vorgegebenen Beschleunigungsanforderungen angeben. Die Sensoren der Fahrereingabe-Pedale können ein Gaspedal-Signal 16 und ein Bremspedal-Signal 18 ausgeben. In bestimmten alternativen Ausführungsformen, wie einem selbstfahrenden autonomen Fahrzeug, kann die Beschleunigungsanforderung durch einen entweder bordeigenen oder außerhalb des Fahrzeugs 11 befindlichen Computer ohne Fahrer-Wechselwirkung ermittelt werden. Die Steuerung empfängt ferner Signale 24 über die Zubehör-Lasten, die von der Ausgabe des Antriebssystems mit versorgt werden können, das Fahrzeuggeschwindigkeitssignal 26 und das Fahrbahn-Lastsignal 28 hinsichtlich der Drehmomentausgabe an den Fahrzeugrädern.
  • Die Steuerung empfängt auch eine Anzahl an Signalen von fahrzeugeigenen Signalen, wie Radar-Signalen 30, Lidar-Signalen 32 und Kamerasignalen 34. Wie nachfolgend detaillierter abgehandelt, können fahrzeugeigene Sensoren zur Erfassung der Umgebung um das Fahrzeug 11 und zur Information über Entscheidungen betreffs des Betriebs des Antriebssystems verwendet werden.
  • Die Steuerung empfängt ferner Datensignale aus externen Quellen. Das Signal 36 von Infrastruktur-Verkehrsvorrichtungen zeigt aktuelle und kommende Zustände solcher Vorrichtungen an. Das Signal 38 von benachbarten Fahrzeugen 50 kann Informationen, wie Position, Geschwindigkeit und Routeninformationen anderer Fahrzeuge, enthalten. Ein GPS-Signal 40 stellt die Position des eigenen Fahrzeugs 11 bereit. Die Steuerung 12 kann ferner mit einem Mobilfunknetz 54 oder einem Satelliten in Verbindung stehen, um eine Position des globalen Positionierungssystems (GPS) zu erhalten. Straßensteigungssignal 42, Verkehrsdatensignal 44 und Wetterdatensignal 46 können jeweils im Fahrzeug 11 empfangen werden und Information über die kommende Route des eigenen Fahrzeugs enthalten.
  • Basierend auf den verschiedenen von der Steuerung empfangenen Eingangssignalen wird ein Prozessor für die Ausführung von einem oder mehreren Algorithmen programmiert, um den Betrieb des Antriebssystems zu steuern. Für die Überwachung und Regelung der Antriebssystemkomponenten wird ein Betriebssystem in der Steuerung 12 gespeichert. Das Betriebssystem kann einen Berechnungsalgorithmus 58 für die Verkehrsart enthalten, um externe Verkehrszustände zu bestimmen und basierend auf den vorhergesagten Bedingungen einen optimalen Motorbetrieb umzusetzen. Der Algorithmus 60 verwendet die Fahrdynamik zur Berechnung des erforderlichen Drehmoments an den Fahrzeugrädern oder die Straßenbelastung, basierend auf den äußeren Bedingungen. Algorithmus 62 kann angewendet werden, um automatisch zu bestimmen, wenn das eigene Fahrzeug 11 an einer Kreuzung angehalten hat. Algorithmus 64 kann verwendet werden, um ein vorgegebenes Geschwindigkeitsprofil basierend auf den vorhergesagten Ereignissen zu wählen. Algorithmus 66 erkennt automatisch hohes Verkehrsaufkommen und Stau und stellt den Motorbetrieb optimal ein für das Langsam-Fahren sowie Stop & Go. Algorithmus 68 enthält eine Anzahl unterschiedlicher Schaltpläne für das Getriebe-Übersetzungsverhältnis, und das Schalten kann basierend auf den vorhergesagten Fahrbedingungen eingestellt werden. Algorithmus 69 enthält Adaptionsberechnungen von Fahrzeugparametern zur Bestimmung von Anpassungen für wichtige Fahrzeugparameter, wie Gewicht und Reifenreibung, um einen optimalen Betrieb des Antriebsstrangs zu erreichen. Algorithmus 70 enthält eine Logik zum selektiven Deaktivieren einzelner Verbrennungszylinder des Motors, wenn nur wenig Drehmoment angefordert wird. Die Algorithmen 58, 60, 62, 64, 66, 68, 69 und 70 sind jeweils oben als unabhängige Merkmale beschrieben. Es sollte jedoch beachtet werden, dass bestimmte Aspekte der Merkmale eine funktionale Überlappung enthalten und daher zu umfangreicheren übergreifenden Algorithmen kombiniert werden können.
  • Unter weiterer Bezugnahme auf 1 liefert die Steuerung 12 mehrere Ausgangssignale, um den Betrieb des Antriebssystems und anderer Komponenten bezüglich der Fahrzeugdynamik zu beeinflussen. Die Steuerung 12 kann den Motorbetrieb durch Steuersignal 72 steuern, welches den Kraftstoffvolumenfluss zum Motor regelt, durch Steuersignal 74 zur Steuerung des Luftstroms durch die Drossel, ein Steuersignal 76 zur Steuerung einer Zylinderabschaltung des Motors, sowie Steuersignal 78, welches den Start und Neustart des Motors auslöst. Bei einem Hybrid-Antriebssystem gibt die Steuerung das Steuersignal 80 zur Regelung der Menge des bereitgestellten Stroms an den Elektromotor aus. Die Steuerung stellt auch Signale zur Beeinflussung des Getriebebetriebs, wie ein Steuersignal 82 für die Drehmomentwandlerkupplung und ein Steuersignal 84 für das Stellglied, zum Schalten des Übersetzungsverhältnisses bereit. Die Steuerung kann auch Reibungsbremsen mit Steuersignal 86 zur Steuerung der Fahrzeugverzögerung regeln.
  • Eine optimierte Steuerstrategie des Antriebssystems kann in verbundenen Fahrzeugen mit einem Verbrennungsmotor verwendet werden, um eines von mehreren Fahrprofilen anzuwenden. Je nach gewünschtem Ziel kann jeder von mehreren unterschiedlichen Kraftstoffverbrauchsmodi implementiert werden, der den Betrieb des Antriebssystems beeinflusst. So kann beispielsweise ein Modus „eco“ konfiguriert werden, um den Kraftstoffverbrauch zu minimieren. Der Öko-Modus wird in der vorliegenden Offenbarung als Beispiel erörtert, jedoch können unterschiedliche Kraftstoffverbrauchsmodi wahlweise genutzt werden, um eine Reihe von Zielen zu erreichen. Ein Leistungs-Modus kann dafür konfiguriert sein, um die Ausgabe des Antriebssystems und/oder die Fahrdynamik zu maximieren. Gemäß weiterer Beispiele können Modi konfiguriert werden, um den Verkehrsfluss zu optimieren und Halts zwischen einer Gruppe von Fahrzeugen benachbart zum eigenen Fahrzeug 11 zu minimieren. Optimierte Steuerung für CAV-Antriebssysteme gemäß der vorliegenden Offenbarung unterstützt verschiedene Strategien der Kraftstoffeinsparung, um den Kraftstoffverbrauch während häufig genutzter Fahrzeugmanöver in der realen Welt zu senken.
  • Unterstrategien, wie eine Öko-Annäherung, Öko-Abfahrt und/oder Strategien zur Geschwindigkeitsharmonisierung, können unter bestimmten Fahrszenarien oder Manövern eingesetzt werden. Solche Strategien sind wirksam, um verfügbare Daten vollständiger auszunutzen und zur Kraftstoffeffizienz in der realen Welt beizutragen. Mehrere unterschiedliche Steuerungs-Funktionen können für verbesserte Kraftstoffeinsparung weiter koordiniert werden. So kann beispielsweise jede Kombination von Kraftstoffabschaltung bei Schub (DFCO), Motor Stopp-Start, modifizierter Getriebeschaltplan, Begrenzung der Beschleunigungs-Drehmomentanforderung und Zylinderabschaltung angewendet werden für das Ziel, den Kraftstoffverbrauch einer Fahrerdrehmomentanforderung zuvorkommend zu optimieren. Gemäß bestimmten Beispielen kann ein Geschwindigkeitsprofil ausgewählt werden zur Feinabstimmung des Kraftstoffverbrauchs mindestens während dem Bremsen bei der Abbremsung an einen bekannten Halt, Start von einem Halt, wo kommende Verkehrszustände bekannt sind, sowie bei verschiedenen anderen typischen Verkehrsfluss-Bedingungen.
  • Die Steuerung kann einen oder mehrere Algorithmen zum Empfang von Signalen von Verkehrsdaten und Signalen von fahrzeugeigenen Sensoren speichern, um kommende Verkehrsereignisse vorauszusagen. Die Konsolidierung von Daten von benachbarten Vorrichtungen unter Verwendung von Fahrzeug-zu-Infrastruktur (V2I) Verbindungen, Daten von anderen Fahrzeugen 50 mittels Fahrzeug-zu-Fahrzeug (V2V) Verbindungen, sowie Daten von externen Servern 56 unter Verwendung drahtloser Verbindungen (z. B. von Verkehrsflussdaten) verdichtet zur Erzeugung eines vorhergesagten Abstands von einem gegebenen Fahrzeugstandort zu einem bevorstehenden Halteort.
  • Die Steuerung kann programmiert werden, um das optimale Motordrehmoment zu bestimmen, nachdem ein bevorstehender Halt ermittelt wurde, und dann ein vorbestimmtes Profil anwenden, um die Fahrzeugverzögerung zu beeinflussen. Die Steuerung kann auch programmiert sein, um ein optimales Motor-Gleiten bei der Annäherung an einen kommenden Halt zu bestimmen. Die Steuerung kann weiterhin programmiert sein, um Daten für kommendes Verkehrsgeschehen zu verwenden und darauf basierend eine optimale Strategie zur Beschleunigung nach einem Halt zu bestimmen. Die Steuerung kann weiterhin programmiert sein zur Anpassung eines der verschiedenen Geschwindigkeitsprofile basierend auf gelerntem Fahrzeuggewicht und Informationen zur Straßensteigung. Die Steuerung kann weiterhin noch programmiert sein zur Änderung jedes der verschiedenen Geschwindigkeitsprofile, um die Fahrzeuggeschwindigkeit mit anderen benachbarten Fahrzeugen basierend auf Verkehrsfluss-Bedingungen zu harmonisieren.
  • Bei einer konventionellen Annäherung an einen Fahrzeug-Halt könnte alle kinetische Energie des Fahrzeugs durch das Bremssystem verschwendet werden, was nicht nur suboptimale Kraftstoffeffizienz des Fahrzeugs sondern auch Verschleiß der Bremsanlage bedeutet. Gemäß mindestens einem Beispiel werden über Fahrzeug-Konnektivität empfangene Vorschauinformationen zur Minimierung der Energieverluste verwendet, indem ein Anhalten möglichst frühzeitig vorhergesagt wird und dann Steuersysteme für Fahrzeug und Antriebsstrang koordiniert werden, um den Energieverbrauch zu verringern. Die möglichst frühzeitige Vorhersage eines Halts minimiert den Kraftstoffverbrauch, weil das Fahrzeug in der effizientesten Betriebsart des Antriebsstrangs fahren und die Rückgewinnung potenzieller Energie durch Rollen maximieren kann. Daten von fahrzeugeigenen Sensoren (z. B. Radar, Lidar, Kameras), Infrastruktur-Vorrichtungen (z. B. signalisierte Ampeln, Verkehrsfluss-Überwachungssysteme) sowie anderen Fahrzeugen werden aggregiert, um den Fahrzeug-Halt vorherzusagen.
  • Sobald ein Anhalten vorhergesagt wird, konvergiert die Steuerung des Antriebssystems zu einem optimalen Fahrzeuggeschwindigkeitsprofil, um das Management der Motorfunktionen zu unterstützen. Insbesondere kann die Annäherung an einen Halt in zwei Segmente des Betriebs aufgeteilt werden. Im ersten Segment des Betriebs kann noch ein positives Drehmoment vom Antriebsstrang erforderlich sein, weil das Fahrzeug zum Rollen noch zu weit entfernt vom Haltepunkt ist. In diesem Segment ist die vorgeschlagene Strategie zum Betrieb des Fahrzeugs in der Nähe des sparsamsten Betriebszustands unter Berücksichtigung der Vorschriften der zulässigen Geschwindigkeit (obere und untere) sowie des Verkehrsflusses. Das umfasst auch die Optimierung einer Zylinderabschaltung für den Verbrennungsmotor. Gleichzeitig prognostiziert ein modellbasierter Steuer-Algorithmus weiterhin den Drehmomentbedarf des Antriebssystems von der aktuellen Fahrzeugposition bis zum Haltepunkt hin. Sobald positives Motordrehmoment nicht mehr erforderlich ist (d. h., das Fahrzeug genug kinetische Energie zum Rollen bis zum Haltepunkt hat), wird der Kraftstoff sofort abgeschaltet (d. h., aggressive DFCO) und das Fahrzeug darf während des zweiten Segments des Betriebs bis zum Haltepunkt rollen. Unter vielen vorhandenen DFCO-Strategien ohne Vorhersage-Informationen wird der Motor nachgetankt, nachdem das Fahrzeug und/oder die Motordrehzahl unter einen kalibrierten Schwellenwert fällt. Unter Verwendung der vorhergesagten Halte-Informationen gemäß der vorliegenden Offenbarung kann das Nachtanken insgesamt umgangen werden, so dass im Wesentlichen während des gesamten Anhaltevorgangs überhaupt kein Kraftstoff verwendet wird.
  • Zusätzliche kraftstoffsparende Funktionen können bei Öko-Ansatz auch eingesetzt werden. Um beispielsweise die kinetische Energie des Fahrzeugs maximal auszunutzen, kann das Getriebe in den Leerlauf gelegt werden, um die Wirkung der „Motorbremsung“ beim Rollen zu entfernen. Das Entfernen der Motorbremsung ermöglicht größere Strecken des Rollens und maximiert damit die Kraftstoffersparnis, wenn der Halt ausreichend vorhergesagt ist. Der Vorhersage-Algorithmus berücksichtigt auch die kommende Straßensteigung, da die Möglichkeit des Rollens durch die Straßensteigung stark beeinflusst sein kann. Der Algorithmus zur Drehmoment-Vorhersage enthält einen Abschnitt, um den optimalen Zeitpunkt für den Wechsel zum Rollen zu bestimmen. Es sollte beachtet werden, dass es unter bestimmten Bedingungen wünschenswert sein kann, die Motorbremsung zur Minimierung des mechanischen Bremsens zu erhalten (beispielsweise wenn ein nötiger Halt für ein längeres Rollen zu spät vorhergesagt wird).
  • Unter Bezugnahme auf 2 ist eine grafische Darstellung eines exemplarischen Verkehrshalts dargestellt. Diagramm 200 zeigt ein beispielhaftes Geschwindigkeitsprofil, und Diagramm 220 zeigt ein entsprechendes Motordrehzahlprofil während des gleichen Ereignisses. Die horizontale Achse 202 zeigt die Wegstrecke entlang des Haltevorgangs und die vertikale Achse 204 zeigt die Fahrzeuggeschwindigkeit. Die Kurve 206 zeigt ein vordefiniertes Sollwert-Geschwindigkeitsprofil und Kurve 208 ein reales Geschwindigkeitsprofil während der Abbremsung. Die vertikale Achse 224 im Diagramm 220 zeigt die Motordrehzahl. Die Kurve 226 ist ein gewünschtes Motordrehzahlprofil während der Abbremsung.
  • Etwa bei Stelle 210 wird ein bevorstehender Halt erkannt, wie weiter oben erörtert. Die Steuerung kann die Möglichkeit erkennen, einen Öko-Ansatz bis zum Halt des Fahrzeugs zu nutzen. Wenn ein Halt vorausgesagt und trotzdem noch positives Motordrehmoment erforderlich ist (z.B. der Halt ist zu weit entfernt zum Rollen), kann die Fahrzeuggeschwindigkeit optimiert werden, um den Motorwirkungsgrad durch Betrieb nahe eines „sweet spot“ Betriebszustands zu maximieren. Die Steuerung kann eine Entfernung D1 vom Haltepunkt berechnen, um ein gewünschtes Bremsprofil anzuwenden. Bei Abständen geringer als D1 bis zum Haltepunkt kann das Motordrehmoment nicht mehr erforderlich sein. Eine verbesserte Strategie zur Motor-Kraftstoffabschaltung und Abschaltung kann angewendet werden, sobald das Motordrehmoment nicht mehr positiv ist. Bei Stelle 210 wird der Kraftstoff vom Motor bei Entfernung D1 abgeschaltet und die Motorgeschwindigkeit beginnt zu sinken. Sobald die Motorgeschwindigkeit im Wesentlichen Null ist an Stelle 230, kann das kraftstofflose Ausrollen während des Anhaltens erfolgen. Basierend auf bestimmten variablen Eingaben, wie Straßenverhältnissen und Fahrereingaben, kann die tatsächliche Abbremsung gemäß Kurve 208 vom gewünschten Annäherungs-Geschwindigkeitsprofil 206 abweichen. Die Steuerung kann programmiert werden, um Reibungsbremsen und/oder Motor-Bremsen zu korrigieren und eine Konvergenz zum idealen Brems-Geschwindigkeitsprofil aufrechtzuerhalten. Diese Vorgehensweise nutzt vollständig das Fahrzeugmoment und minimiert gleichzeitig die Verwendung der Bremsen.
  • Unter Bezugnahme auf 3 ist ein Verfahren 300 eine beispielhafte Steuerlogik eines Algorithmus, um einen Öko-Ansatz bis zu einem Haltepunkt auszuführen. Bei Schritt 302 bewertet die Steuerung, welche der Vielzahl verfügbarer Kraftstoffverbrauchs-Modi aktiv ist, um den Motorbetrieb zu beherrschen. Wie oben beschrieben, sind „Eco“-Betriebsarten hier beispielhaft erörtert, aber jedes beliebige aus einer Anzahl verschiedener funktionaler Ziele kann verwendet werden, um den Motorbetrieb zu beeinflussen. Der Algorithmus bestimmt bei Schritt 304, ob ein kommender Halt vorhergesagt wird. Wird bei Schritt 304 kein Halt vorhergesagt, kann der Algorithmus die Steuerung zur Rückkehr zum Beginn des Verfahrens bringen und zur weiteren Überwachung, ob ein Fahrzeughalt vorhergesagt wird.
  • Bei Schritt 306 wählt der Algorithmus ein optimales Bremsprofil für die Annäherung bis zum Haltepunkt basierend auf dem jeweilig aktiven Kraftstoffverbrauchs-Modus. Das bestimmte gewählte Profil beeinflusst die Entfernung vom Haltepunkt, ab wo der Algorithmus den optimierten Teil des Verfahrens einsetzt. Das Bremsprofil kann eine Vorgabe von mindestens einem idealen Geschwindigkeitsprofil und einem idealem Motordrehmoment-Profil enthalten.
  • Der Algorithmus bestimmt bei Schritt 308, ob die gewünschte Fahrzeuggeschwindigkeit noch positives Drehmoment für den Antrieb des Fahrzeugs benötigt. Wie oben diskutiert, kann ein optimales Bremsprofil den stetigen Antrieb nahe einem Anfangsabschnitt umfassen, bis das Fahrzeug eine gewünschte Entfernung vom Haltepunkt erreicht. Falls bei Schritt 308 noch positives Drehmoment erforderlich ist, bewirkt der Algorithmus einen Motorbetrieb gemäß einer normalen Drehzahlanforderung bei Schritt 310 und überwacht dann weiter, bis das positive Motordrehmoment nicht mehr erforderlich ist.
  • Wenn bei Schritt 308 das Antriebsdrehmoment nicht mehr länger erforderlich ist, bestimmt der Algorithmus bei Schritt 312, ob die Höhe der gewünschten Verzögerung gemäß dem vordefinierten Geschwindigkeitsprofil ausreichend ist, um die Motorbremsung als Unterstützung beim Bremsen des Fahrzeugs zu rechtfertigen. Falls das Motorbremsen bei Schritt 312 gerechtfertigt ist, bewirkt der Algorithmus bei Schritt 314, dass der Motor im Fahrgang verbleibt, um den Widerstand aufrechtzuerhalten, der aufgrund der Drehung des Antriebssystems den Motor dreht. Gleichzeitig kann der Algorithmus die Kraftstoffzufuhr des Motors trennen, um während des Bremsens Kraftstoff zu sparen.
  • Falls das vorgegebene Geschwindigkeitsprofil so ist, dass Motorbremsung bei Schritt 312 nicht gewünscht ist, kann der Algorithmus bei Schritt 316 den Motor in den Leerlauf schalten, um den Drehmomentwiderstand des Motors zu entfernen und dem Antriebssystem ein Rollen bis zum Haltepunkt zu ermöglichen.
  • Gemäß einem weiteren Fahrzeugbetrieb ist ein Beispiel die Verwendung von Strategien zur Energieverbrauchsreduzierung beim Beschleunigen vom Haltepunkt weg. Beim Start aus dem Stand verbraucht eine starke Beschleunigung mehr Kraftstoff und verringert die Kraftstoffeinsparung. Gemäß Aspekten der vorliegenden Offenbarung kann eine automatische Steuerung der Fahrzeuggeschwindigkeit entsprechend dem Verkehrszustand die Kraftstoffeinsparung verbessern, ohne die Leistungserwartungen des Fahrers nachteilig zu beeinflussen. Bei dichtem Verkehr kann ein weniger aggressiv vorgegebenes Beschleunigungsprofil ohne negative Folgen verwendet werden, wenn ein kommender Halt vorhergesagt wird. Ähnlich zum Ansatz des oben behandelten Falls kann die Optimierung der Fahrzeuggeschwindigkeit allein nicht die vollen kraftstoffsparenden Vorteile erbringen, die mit Konnektivitätsinformationen erreichbar sind. Insbesondere können gut koordinierte Steuerungsstrategien für das Antriebssystem verwendet werden, um einen weiteren Beitrag zur Energieeinsparung zu leisten, etwa: 1) ein Plan für schnelleres Hochschalten des Getriebes (einschließlich Überspringen mancher unterer Gänge), 2) früheres Sperren des Drehmomentwandlers und 3) Starten des Fahrzeugs in höheren Gängen.
  • Für den Fahrzeugstart von einem Halt aus kann die Steuerung einen oder mehrere Algorithmen zur intelligenten Auswahl und Ausführung gemischter Strategien unter Verwendung der über Fahrzeug-Konnektivität erfassten Daten speichern. Eine mögliche Steuer-Architektur ist in diesem Fall eine, worin der Verkehrszustand zuerst durch eine Fusion der verschiedenen Quellen von Konnektivitätsinformationen bewertet wird. Gemäß einem Beispiel kann der Verkehrszustand als Zahlenwert zwischen 0 und 1 bewertet werden, worin 0 keinem Verkehr und 1 sehr dichtem Verkehr entspricht. Der Zustand sehr dichter Verkehr kann eine bestimmte Wahrscheinlichkeit eines bevorstehenden Halts oder einer erheblichen Abbremsung implizieren. Ein bevorstehender Halt oder Bremsvorgang kann auch direkt ausgehend vom Geschwindigkeitsverhalten eines oder mehrerer vorausfahrender Fahrzeuge erfasst werden. Die Verkehrsbeurteilung kann durch die Steuerung verwendet werden, um eine Beschleunigungssteuerung gemäß einem vorbestimmten Geschwindigkeitsprofil basierend auf der Vorhersage eines kommenden Fahrereignisses anzuwenden. Und die Steuerung wählt ergänzend zum gewünschten Geschwindigkeitsverlauf die beste Motorbetriebsstrategie aus. Bei einem bestimmten Einsatzfall kann die Fahrzeugbeschleunigung, sofern ein zyklisch stockender Verkehr erfasst wird, in den „Go“-Abschnitten des Zyklus basierend auf der Einsparung von Kraftstoff ohne Beeinträchtigung der Erwartungen des Fahrers begrenzt werden.
  • In einigen Beispielen können Steueralgorithmen sowohl isoliert auf den Betrieb eines einzelnen Fahrzeugs als auch auf den Betrieb desselben Fahrzeugs in einer Gruppe zusammenwirkender Fahrzeuge angewendet werden. Ein Beispiel einer Geschwindigkeitsharmonisierung von Fahrzeugen vermeidet Wellen im Verkehrsfluss durch die Verwendung der Konnektivität und/oder prädiktiver Informationen über die Fahrstrecke und den Straßenzustand. Gemäß Aspekten der vorliegenden Offenbarung können Verlängerungen dieser grundsätzlichen Anwendung durch einen integrierten Steuerplan für das Antriebssystem genutzt werden, der die Verwendung der Konnektivitätsinformationen zum Fortschreiten oder Verzögern bestimmter Zustandswechsel des Antriebsstrangs umfasst. So können beispielsweise vorhergesagte Fahrereignisse verwendet werden, um den Betrieb des Antriebssystems zu beeinflussen und für ein beliebiges aus einer Anzahl an Leistungsattributen zu optimieren. Für einen gegebenen zeitlichen oder bedingten Fahrzeug-Ereignishorizont können Konnektivitätsinformationen aggregiert und in einer koordinierten Weise verwendet werden, damit die Steuerung des Antriebsstrangs die Zylinderabschaltung aktiviert oder deaktiviert, die Zubehörlasten des Motors effizienter verwaltet werden, die DFCO aggressiver angewendet wird, Getriebe-Schaltstrategien geändert und optimale Motorbetriebspunkte ausgewählt werden. Diese Informationen aktivierter und koordinierter Betriebspunkte und Betriebsarten des Antriebsstrangs können für eine gegebene Fahrdynamik optimiert werden, anstatt reaktiv zu einer allgemein unvorhersehbaren Drehmomentanforderung an den Antriebsstrang in Echtzeit.
  • Bei einem vorhergesagten überfüllten Verkehrszustand kann eine homogene Geschwindigkeit gesendet werden, sodass eine Sammlung von Fahrzeugen zu der einheitlichen Geschwindigkeit konvergiert und so Wellen im Verkehrsfluss reduziert. Gemäß den Systemen und Verfahren der vorliegenden Offenbarung kann die Motorsteuerung dafür konfiguriert sein, ein vorbestimmtes Geschwindigkeitsprofil zur Anpassung von der aktuellen Geschwindigkeit zur homogenen Geschwindigkeit anzuwenden, sodass der Kraftstoffverbrauch beim Übergang minimiert wird. In einem Beispiel ist das Profil der Fahrzeuggeschwindigkeit so begrenzt, um die homogene Geschwindigkeit in der Zeit vor der Anwendung der homogenen Geschwindigkeit nicht zu überschreiten. Zusätzlich können, falls die aktuelle Fahrzeuggeschwindigkeit größer als die homogene Geschwindigkeit ist, aggressive Ausroll-Funktionen verwendet werden, um die Energie beim Übergang zu managen.
  • In weiteren Ausführungsbeispielen kann eine Motor Stopp-Start-Funktion konfiguriert sein, um den Motor im Gegensatz zum Leerlauf bei Stillstand des Fahrzeugs zu deaktivieren, um Kraftstoff einzusparen. Die Strategie kann eine Begrenzung der Motordeaktivierung auf nur jene Situationen enthalten, wo der während der Zeit des Motorstillstands eingesparte Kraftstoff mehr ist als der bei einem Motorneustart verbrauchte Kraftstoff. Die Steuerung kann programmiert werden, um den Motor bei einem Halt nur dann zu deaktivieren, wenn vorhergesagt wird, dass das Fahrzeug für eine Zeitdauer größer als ein vorgegebener Zeitschwellwert angehalten wird. In einem Beispiel verbraucht ein Motor ein Volumen von Kraftstoff während eines Neustarts, das etwa gleich zur verbrauchten Menge während 10 Sekunden Motorleerlauf ist. Somit kann die Steuerung programmiert werden, um den Motor bei einem Halt nur abzuschalten, wenn vorhergesagt ist, dass das Fahrzeug länger als 10 Sekunden lang halten wird. Während eine Beispieldauer nur exemplarisch vorgesehen ist, sollte klar sein, dass der Wert des Schwellwertes von Fahrzeug zu Fahrzeug sowie unter verschiedenen Betriebsbedingungen ein und desselben Fahrzeugs variieren kann. Die Steuerung kann einen oder mehrere Algorithmen zur Bestimmung eines Zeitschwellwertes basierend auf den aktuellen Betriebsbedingungen enthalten und bestimmen, ob der Motor bei stehendem Fahrzeug abgeschaltet wird oder nicht. So können beispielsweise mindestens Faktoren, wie Außentemperatur, Daten des historischen Kraftstoffverbrauchs und Zubehör-Lasten, die Zeitdauer für den Nulldurchgang beeinflussen, ab dem eine Abschaltung Kraftstoff spart. Die Steuerung kann eine Nachschlagetabelle zur Bestimmung eines Kraftstoffverbrauchs im Leerlauf basierend auf den aktuellen Bedingungen speichern.
  • Mit Bezug auf 4 kann der Motor eines einzelnen Fahrzeugs 400 an Straßenkreuzungen basierend auf den empfangenen Daten durch Fahrzeug-Konnektivität sowie fahrzeugeigenen Sensoren gesteuert werden. Das einzelne Fahrzeug 400 kann sich einer Kreuzung einer ersten Straße 402 und einer zweiten Straße 404 nähern. Das einzelne Fahrzeug 400 ist mit einer Vielzahl von Sensoren ausgerüstet, die Signale ausgeben, welche Objekte innerhalb der Umgebung des Fahrzeugs anzeigen. Ein Erfassungsbereich 406 kann einem oder mehreren Kurzstreckenradar (SRR) Sensoren entsprechen. Ein Erfassungsbereich 408 kann einer oder mehreren optischen Kameras mit breitem Sichtfeld entsprechen. Ein Erfassungsbereich 410 kann einem oder mehreren LIDAR-Sensoren und/oder Langstreckenradar (LRR) entsprechen. Ausgabesignale der Sensoren werden der Steuerung als Eingaben für einen oder mehrere Algorithmen der Motorsteuerung bereitgestellt. Daten von den verschiedenen Sensoren können auch durch die Steuerung vereinigt und dann dazu verwendet werden, die Anwesenheit von Objekten in der Nähe des eigenen Fahrzeugs zu erkennen. Weiterhin können Abschnitte des Steueralgorithmus eine Objekterkennung enthalten, sodass die Steuerung eine Bestimmung bestimmter Arten der von einem oder mehreren Sensoren erkannten Objekte vornehmen kann.
  • Das Vorhandensein einer Kreuzung kann das eigene Fahrzeug 400 zu einem Halt veranlassen. Die Erkennung einer Kreuzung kann verwendet werden, um die Motorsteuerung über die kommende Absicht des Fahrers bezüglich des Antriebs des Fahrzeugs zu informieren. Die Steuerung kann bestimmen, wann der Fahrer aus dem Stillstand wieder abfahren will. So können beispielsweise Verkehrszeichen 412 im Sichtfeld einer oder mehrerer Kameras optisch durch Algorithmen zur Objekterkennung erkannt werden. In einem Beispiel kann das Verkehrszeichen 412 ein Stoppschild sein und der Motorsteuerung anzeigen, dass das Fahrzeug vorübergehend anhalten wird. Für ein Verkehrszeichen, wie ein Stoppschild, kann die Steuerung einen zugeordneten skalaren Zeitwert speichern und annehmen, dass das Fahrzeug für eine feste Zeitdauer angehalten wird. Je nach Betriebsbedingungen und anderen Faktoren kann die einem Stoppschild zugeordnete Standzeit ausreichend sein oder nicht für die Deaktivierung des Motors.
  • Das Fahrzeug kann auch mit Infrastruktur-Verkehrsvorrichtungen unter Verwendung drahtloser Verbindung kommunizieren. In einem Beispiel sendet eine Ampel 414 ein Signal, das den Zustand der Lichtanzeigen und die verbleibende Zeitdauer im aktuellen Zustand anzeigt. Das Fahrzeug-Steuerung kann dieses Signal als Eingangsgröße verwenden und bestimmen, ob die verbleibende Zeitdauer das Fahrzeug-Halts genügt, um den Motor zur Kraftstoffersparnis abzuschalten. In anderen Beispielen kann ein Signal an einem Bahnübergang dafür konfiguriert sein, aktiv die Gegenwart eines kreuzenden Zuges zu senden sowie eines oder mehrere Signale zur Anzeige der verbleibenden Zeitdauer, die der Zug noch die Kreuzung passieren wird.
  • In einem weiteren Beispiel können die verschiedenen Objekterkennungssensoren verwendet werden, um ein bewegtes Objekt in der Nähe des eigenen Fahrzeugs 400 zu erkennen. Im Beispiel der 4 kann ein Fußgänger 416 als bewegtes Objekt erkannt werden, wenn er einen Überweg 418 einer Straße 402 passiert. Basierend auf der gesamten Entfernung D1 der gesamten Länge des Fußgängerüberwegs, der durchquerten Entfernung D2 des Fußgängers 416 und der Laufgeschwindigkeit kann die Steuerung eine verbleibende Zeitdauer ermitteln, die der Fußgänger noch auf dem Fußgängerüberweg 418 sein wird. In anderen Beispielen kann die Steuerung eine bevorstehende Zeitdauer bestimmen, in der sich ein bewegtes Objekt in einer Nähe des eigenen Fahrzeugs befinden wird. Die Verwendung der Bewegungsgeschwindigkeit zur Bestimmung der Anhaltedauer kann nützlich sein für die Motorabschaltung für Fußgänger, aber auch für Radfahrer, andere Fahrzeuge 420, kreuzende Tiere und dergleichen.
  • Unter Bezugnahme auf 5 ist Verfahren 500 ein Beispiel-Algorithmus zum Bestimmen unter Verwendung der Konnektivitätsinformationen kombiniert mit bordeigenen Sensordaten, ob der Motor Stopp-Start-Betrieb an einem Halt anzuwenden ist oder nicht. Bei Schritt 502 ermittelt der Algorithmus, ob das Fahrzeug zum Stillstand gekommen ist. In einem Beispiel überwacht die Steuerung einen Geschwindigkeitssensor auf einen stabilen Wert hin, der im Wesentlichen Null angibt.
  • Bei Schritt 504 bestimmt die Steuerung, ob eine Verkehrs-Vorrichtung erfasst wurde. Wie oben erörtert, kann dies mit fahrzeugeigenen Sensoren zur Erfassung erfolgen. Bei bestimmten Beispielen kann das weiterhin die Erkennung einer bestimmten Art von Verkehrszeichen, wie einem Stoppschild, gegenüber einem Vorfahrtsschild oder anderem Verkehrszeichen umfassen, das keinen Halt erfordert. Die Erkennung einer Verkehrs-Vorrichtung kann auch eine drahtlose V2I-Verbindung mit benachbarten Vorrichtungen, wie einer Ampel, umfassen. In weiteren Ausführungsbeispielen kann der Standort von Verkehrs-Vorrichtungen von einem externen Server unter Verwendung von Kartendaten gesendet und gegenüber der aktuellen GPS-Position des eigenen Fahrzeugs verglichen werden.
  • Falls im Schritt 504 eine Verkehrs-Vorrichtung erfasst wird, enthält der Algorithmus bei Schritt 506 die Berechnung einer Zeitdauer T1, die dem erfassten Verkehrssignal zugeordnet ist. In einem Beispiel wird für T1 ein vordefinierter Sollwert basierend auf einer angenommenen Dauer des Fahrzeug-Halts verwendet. In den Beispielen, wo die Steuerung übertragene Daten von Infrastruktur-Vorrichtungen, externen Servern oder aus anderen Quellen empfängt, können die Daten eine Angabe zur Zeitdauer enthalten, für die die Verkehrs-Vorrichtung das Fahrzeug noch zum Halten auffordert. Die Steuerung kann die empfangenen Daten verwenden, um einen Wert für die Zeitdauer T1 festzulegen.
  • Falls in Schritt 504 keine Verkehrs-Vorrichtung erfasst wird, kann der Algorithmus für die Zeitdauer T1 einen Wert Null speichern, was anzeigt, dass keine Haltezeit aufgrund einer Verkehrs-Vorrichtung erforderlich ist.
  • Bei Schritt 510 enthält der Algorithmus das Ermitteln, ob sich ein bewegtes Objekt in der Nähe des eigenen Fahrzeugs befindet. Die Steuerung kann auf die Datenausgabe von einem aus einer Anzahl an Objekterkennungssensoren an Bord des Fahrzeugs vertrauen. In anderen Beispielen kann die Steuerung übertragene Signale vom bewegten Objekt selbst empfangen. So kann beispielsweise ein benachbartes Fahrzeug seine Anwesenheit unter Verwendung von V2V-Funkkommunikation senden. Zusätzlich kann ein von einem Fußgänger getragenes Mobilgerät ebenso unter Verwendung einer V2P (Fahrzeug-zu-Fußgänger) Funkverbindung seine Anwesenheit an das eigene Fahrzeug senden.
  • Bei Schritt 512 enthält der Algorithmus das Berechnen einer Zeitdauer T2 für die Zeit, die das erfasste bewegte Objekt zum Passieren braucht, bevor das eigene Fahrzeug abfahren kann. Die Bewegungsgeschwindigkeit des Objekts wird verwendet, um die restliche Zeit zu berechnen, bis das Objekt die Kreuzung passiert hat. In anderen Beispielen basiert die angenommene Zeitdauer für den Halt auf der nötigen Zeit für das sich bewegende Objekt, die Nähe des Fahrzeugs zu passieren. Somit basiert die Zeitdauer T2 auf der Zeit, die das bewegliche Objekt in der Nähe des Fahrzeugs verbleiben wird, während das Fahrzeug hält. Der Algorithmus kann auch eine geometrische Fußgängerzone zur Berechnung einer zu erwartenden Zeitdauer des Halts enthalten, damit das bewegliche Objekt den erwarteten Fahrweg des eigenen Fahrzeugs verlassen kann.
  • Falls bei Schritt 510 kein bewegtes Objekt erkannt wird, kann der Algorithmus einen Wert Null für die Zeitdauer T2 speichern, was anzeigt, dass kein Halt aufgrund eines sich bewegenden Objekts vor dem eigenen Fahrzeug erforderlich ist.
  • Im Schritt 516 kann der Algorithmus mehrere Ursachen für einen Fahrzeug-Halt an einer Kreuzung abgleichen. Eine angenommene Gesamtdauer des Halts Tstop wird bestimmt als das Maximum von Zeitdauer T1 und Zeitdauer T2. Das heißt, die längere Haltedauer bei mehreren Ursachen für einen Halt überschreibt eine kürzere Haltedauer.
  • Im Schritt 518 wird die Gesamtdauer der Haltezeit Tstop mit einem Zeitschwellwert T3 zur Beurteilung verglichen, ob die Kraftstoffeinsparung durch eine Motorabschaltung den benötigten Kraftstoff für einen Neustart nach der Motorabschaltung rechtfertigt. Der Zeitschwellwert T3 kann dynamisch variieren und durch die Steuerung auf Einzelfallbasis berechnet werden. In einem Beispiel speichert die Steuerung eine Reihe von Nachschlagetabellen, die aktuelle Bedingungen des Fahrzeugbetriebs berücksichtigen, welche den Kraftstoffverbrauch im Leerlauf beeinflussen.
  • Falls die erwartete Zeitdauer des Halts Tstop kleiner als der Zeitschwellwert T3 ist, hält der Algorithmus den Motor bei Schritt 520 eingeschaltet und beendet den Algorithmus 500 für den aktuellen Halt. Falls im Schritt 518 genügend Haltedauer erwartet wird (d. h., Tstop > T3), schaltet der Algorithmus den Motor bei Schritt 522 aus.
  • Sobald der Motor abgeschaltet ist, kann der Algorithmus bei Schritt 524 einen Zähler starten, um die Dauer des Halts zu überwachen. Bei Schritt 526 überwacht der Algorithmus das Bremspedal auf eine Fahrerfreigabe hin, welche die Absicht des Fahrers anzeigen könnte, das Fahrzeug zu bewegen und von dem Halt aus abzufahren. Wenn der Fahrer bei Schritt 526 die Bremse gelöst hat, veranlasst der Algorithmus den Neustart des Motors im Schritt 530.
  • Falls der Fahrer bei Schritt 526 die Bremse gehalten hat, überwacht der Algorithmus die aktuelle Zeit T seit Beginn des Zählers, um das Ende der zu erwartenden Zeitdauer des Halts Tstop zu überwachen. Sobald die erwartete Zeit abgelaufen ist, könnte der Algorithmus bei Schritt 530 einen Neustart des Motors bewirken, um eine Abfahrt vom Halt vorzubereiten und jegliche Latenzzeit bei der Drehmomentabgabe im Antriebssystem zu vermeiden.
  • In alternativen Beispielen kann die Steuerung auf Sensordaten zur kontinuierlichen Überwachung der Bewegung des Objekts in der Umgebung des Fahrzeugs vertrauen und in Reaktion darauf, dass das Objekt die Umgebung des Fahrzeugs eher als erwartet verlässt, in Vorbereitung für eine Abfahrt automatisch den Motor neu starten. Wenn zum Beispiel ein Fußgänger seine Bewegung auf dem Fußgängerüberweg teilweise beschleunigt, könnte das Fahrzeug früher als voraussichtlich erwartet abfahren.
  • In einem weiteren Beispiel kann die Motorsteuerung so programmiert werden, um ein Geschwindigkeitsprofil basierend auf einer Einstellung einer bestimmten Entfernung von einem oder mehreren vorausfahrenden Fahrzeugen anzuwenden. Die Steuerung kann auf direkte Sensordaten benachbarter Fahrzeuge mit fahrzeugeigenen Sensoren vertrauen, wie weiter oben erörtert. Zusätzlich kann die Steuerung auf Daten von einem oder mehreren vorausfahrenden Fahrzeugen als Schleichfahrt-Führung vertrauen.
  • Bei extremen Verkehrsstaus, wo Fahrzeuge zu häufigen Halts und Kriechgeschwindigkeiten neigen, kann es vorteilhaft sein, ein vorbestimmtes Geschwindigkeitsprofil zur Begrenzung der Fahrzeugbeschleunigung basierend auf der Bewegung von mindestens einem vorausfahrenden Fahrzeug einzustellen. Wenn beispielsweise die Bewegung eines oder mehrerer Fahrzeuge bekannt ist oder voraussichtlich ein schleichender Verkehrszustand eintritt, würde der Motor unnötig Kraftstoff während aggressiver Fahrzeugbeschleunigung verbrauchen, nur um wieder anzuhalten. Somit kann eine Begrenzung der zulässigen maximalen Beschleunigung unter solchen Bedingungen implementiert werden, kombiniert mit anderen Funktionen des Motormanagements, wie hier beschrieben. So kann beispielsweise die Steuerung programmiert werden, um die Stromversorgung zu bestimmten Zubehörlasten zu verringern oder zu deaktivieren, die Motordrehmoment verwenden, während das Fahrzeug hält. Zusätzlich kann das Motorausgangsdrehmoment beim Kriechen begrenzt werden, um beim Betrieb mit niedriger Fahrzeuggeschwindigkeit Energie zu sparen. Weiterhin kann eine Wandlerüberbrückungs-Kupplung verwendet werden, um eine effiziente Übertragung des Motor-Augangsdrehmomentes mit vermindertem oder beseitigtem Schlupf zu ermöglichen. Außerdem kann die Steuerung veranlassen, dass das Getriebe in höheren Übersetzungsverhältnissen zur Erhöhung der Kraftstoffeffizienz bei Kriechbedingungen arbeitet, ohne die Wahrnehmung des Fahrers nachteilig zu beeinträchtigen. Eine zusätzliche Funktion kann Strategien vom Eco-Ansatz, wie oben erörtert, zum Rollen kombinieren, um Rollen mit DFCO zum Bremsen bei niedrigen Geschwindigkeiten bereitzustellen.
  • In einer weiteren Strategie kann ein Fahrer-Assistenzsystem dem Fahrzeug eine Fahrt im manuellen Betrieb erlauben und den Fahrer dabei ermutigen, bestimmtes Fahrverhalten anzuwenden. Die Steuerung kann nicht direkt eine Fahrereingabe im manuellen Steuermodus vorwegnehmen. Stattdessen kann das optimale Geschwindigkeits- und/oder Drehmomentprofil für eine gegebene Fahrsituation verwendet werden, um Anleitungsinformation für den Fahrer zu geben. Während eine derartige Anleitung für die Drehzahlprofilbereiche gilt, die der Fahrer manuell steuern kann, können die anderen Funktionen der Motoroptimierung noch gelten, wenn bestimmte vorbestimmte Fahrereignisse vorausgesehen sind. Gemäß Aspekten der vorliegenden Offenbarung wird eine passive Strategie der Motorsteuerung verwendet, um Informationen zur Anleitung des Fahrers hin zum idealen Betrieb des Motors zu geben, wie sie oben erörtert wurden. Solche Informationen können derart bereitgestellt werden, um einen Fahrer in jeder einer beliebigen Anzahl erkannter Fahrsituationen zur Ausführung eines bestimmten Verhaltens hinzuweisen.
  • Unter Bezugnahme auf 6 ist eine optische Anzeige an einem Fahrzeug-Mess-Cluster 600 vorgesehen, um eine Zielleistung für einen Fahrer anzuzeigen. So kann beispielsweise das Tachometer 602 mit einer Digitalanzeige ausgestattet sein, um Leistungsbänder anzuzeigen und den Fahrer hinzuweisen, bei Geschwindigkeiten nahe einem idealen Geschwindigkeitsprofil zu fahren. Ein erstes Drehzahlband 604 kann die am meisten bevorzugte Geschwindigkeit zu einer gegebenen Zeit umfassen. Ein zweites Drehzahlband 606 kann ein marginales Band sein und ein drittes Drehzahlband 608 kann einen weniger wünschenswerten Drehzahlbereich basierend auf dem vorbestimmten Geschwindigkeitsprofil anzeigen. Sowohl Lage als auch Breite der Drehzahlbänder 604, 606 und 608 kann dynamisch basierend auf Änderungen der Bedingungen für den Fahrzeugbetrieb und neu über die Fahrzeug-Konnektivität empfangenen Daten variieren. Optimale Drehzahlprofile können basierend auf fahrzeugspezifischen Eigenschaften, abgeleitet von Verkehrsfluss-Bedingungen und/oder gesendeten Daten von Infrastruktur-Vorrichtungen berechnet werden. Unter Bezugnahme auf ein Beispiel zur Optimierung der Kraftstoffeinsparung hilft die Geschwindigkeitsharmonisierung (d. h., ein Fahren nicht schneller als der Verkehrsfluss) zur Vermeidung unnötiger Beschleunigungs- und Bremszyklen.
  • Desgleichen können Bänder der Motordrehzahl (RPM) an einem Tachometer 610 vorgesehen sein und können anstelle oder zusätzlich zu den oben erörterten Drehzahlbändern bereitgestellt werden. Die Drehzahlbänder 612, 614 und 616 können ideale, marginale und weniger wünschenswerte Motordrehzahlen gemäß Optimierung eines bestimmten Leistungsattributs des Motors anzeigen. In einem Beispiel korrespondieren die Motordrehzahlbänder zu einem vorbestimmten Drehmomentprofil basierend auf erfassten Daten sowie über Fahrzeug-Konnektivität empfangenen Daten.
  • Alternativ kann eine andere Anleitung des Fahrers vorgesehen sein und den Fahrer hinweisen, um bestimmte Leistungsziele zu erreichen. In einem Beispiel-Display werden Meldungen einschließlich Fahrhinweisen angezeigt. In einem konkreteren Beispiel kann eine Mitteilung, wie „STOPP IM VORAUS – BREMSEN“, angezeigt werden in Reaktion auf die Vorhersage eines kommenden Halts. Ähnlich wie im vorhergehenden Beispiel kann ein Anhalten durch die Steuerung vorhergesagt werden unter Verwendung von einem der fahrzeugeigenen Sensoren zur Erfassung von Verkehrs-Vorrichtungen oder angehaltenen vorausfahrenden Fahrzeugen sowie von Infrastruktur-Vorrichtungen gesendeten Signalen.
  • Ein zweites Beispiel einer Hinweismeldung kann die Messung der Fahrzeugabfahrt betreffen. Eine Display-Meldung, wie „SANFT BESCHLEUNIGEN“, kann in Reaktion auf Verkehrszustände erzeugt werden und den Fahrer hinweisen, den Motor bei effizienteren Punkten zu betreiben. Und, wie oben erörtert, ist bei dichtem Verkehrszustand eine leichte Beschleunigung ausreichend, um mit dem Verkehr mitzuhalten, ohne die Leistungserwartungen des Fahrers zu beeinträchtigen.
  • In weiteren Ausführungsbeispielen kann eine haptische Rückmeldung am Lenkrad, durch einen Fahrersitz oder durch Gaspedal und/oder Bremspedal verwendet werden, um dem Fahrer Hinweise über seine Fahrweise zu geben. Desgleichen können hörbare Nachrichten erzeugt werden, um auf das Fahrverhalten gemäß eines vorbestimmten Geschwindigkeits- und/oder Drehmomentprofils basierend auf vorhergesagten Fahrereignissen anhand der Auswertung erfasster Daten und Konnektivität-Daten hinzuweisen.
  • Solche Fahrer-Hinweisinformationen können verwendet werden, um Fahrer zum Fahren gemäß einem von einer Anzahl an Fahrstilen zu schulen. Jeder der Stile kann für jede beliebige Anzahl an Leistungsattributen optimiert werden. Während in verschiedenen Beispielen zuvor Kraftstoffeinsparung erörtert wurde, können andere Leistungsattribute mittels Konnektivitätsinformationen und Vorhersagen kommender Ereignisse optimiert werden. In einem weiteren Beispiel kann ein ideales Geschwindigkeitsprofil entlang einer Rennstrecke basierend auf kommenden Fahrereignissen oder Manövern entlang der Route aufgestellt werden. Aktuelle Geschwindigkeit, Position entlang einer Strecke und kommende Streckensteigung und Krümmung können sämtlich verwendet werden, um ein optimales Geschwindigkeits- und/oder Drehmomentprofil zur Verringerung einer Rundenzeit zu entwickeln.
  • Die hierin offenbarten Prozesse, Verfahren oder Algorithmen können von einer Verarbeitungsvorrichtung, einer Steuerung oder einem Computer, der jede vorhandene programmierbare elektronische Steuereinheit oder eine dedizierte elektronische Steuereinheit beinhalten kann, bereitgestellt und/oder implementiert werden. Desgleichen können die Prozesse, Verfahren oder Algorithmen als Daten oder ausführbare Anweisungen durch eine Steuerung oder einen Computer in vielfältiger Weise gespeichert werden, darunter ohne Einschränkung die dauerhafte Speicherung auf nicht beschreibbaren Speichermedien, wie einem ROM, und als änderbare Information auf beschreibbaren Speichermedien, wie Disketten, Magnetbändern, CDs, RAM sowie anderen magnetischen und optischen Medien. Die Prozesse, Verfahren oder Algorithmen können auch in einem softwareausführbaren Objekt implementiert werden. Alternativ können die Prozesse, Verfahren oder Algorithmen ganz oder teilweise mit geeigneten Hardwarekomponenten, wie beispielsweise anwendungsspezifischen integrierten Schaltungen (ASICs), feldprogrammierbaren Gate Arrays (FPGAs), Zustandsmaschinen, Steuerungen oder anderen Hardwarekomponenten oder Vorrichtungen oder einer Kombination von Hardware, Software und Firmwarekomponenten, verkörpert werden.
  • Während exemplarische Ausführungsformen vorstehend beschrieben sind, ist es nicht beabsichtigt, dass diese Ausführungsformen alle möglichen Formen beschreiben, die von den Ansprüchen herbeigeführt werden. Vielmehr dienen die in der Spezifikation verwendeten Worte der Beschreibung und nicht der Beschränkung und es versteht sich, dass verschiedene Änderungen vorgenommen werden können, ohne vom Geist und Umfang der Offenbarung abzuweichen. Wie zuvor beschrieben, können die Merkmale verschiedener Ausführungsformen kombiniert werden, um weitere Ausführungsformen der Erfindung zu bilden, die nicht explizit beschrieben oder veranschaulicht werden. Während verschiedene Ausführungsformen beschrieben worden sein könnten, um Vorteile zu bieten oder gegenüber anderen Ausführungsformen oder Implementierungen des Standes der Technik in Bezug auf eine oder mehrere gewünschte Merkmale bevorzugt zu sein, werden Fachleute auf dem Gebiet erkennen, dass ein oder mehrere oder Eigenschaften beeinträchtigt werden können, um gewünschte Gesamtsystemattribute zu erreichen, die von der spezifischen Anwendung und Implementierung abhängen. Diese Eigenschaften können beinhalten, sind aber nicht beschränkt auf Kosten, Festigkeit, Haltbarkeit, Lebenszykluskosten, Marktfähigkeit, Aussehen, Verpackung, Größe, Gebrauchstauglichkeit, Gewicht, Herstellbarkeit, Montagefreundlichkeit, usw. Als solches liegen Ausführungsformen, die als weniger wünschenswert im Vergleich zu anderen Ausführungsformen oder Implementierungen des Standes der Technik in Bezug auf eine oder mehrere Merkmale beschrieben sind, nicht außerhalb des Umfangs der Offenbarung und können für bestimmte Anwendungen wünschenswert sein.

Claims (10)

  1. Fahrzeug-Motorsystem, umfassend: einen Verbrennungsmotor, der ein Antriebsdrehmoment bereitstellt, um eine Antriebsanforderung in Reaktion auf eine Fahrereingabe zu erfüllen; und eine Steuerung, programmiert zum Empfangen von Daten, die mindestens ein kommendes Fahrereignis anzeigen, und Ausgabe eines Befehls, um ein vorgegebenes Geschwindigkeitsprofil basierend auf dem kommenden Fahrereignis weiterzugeben, worin das vorgegebene Geschwindigkeitsprofil so ausgelegt ist, um ein Leistungsattribut des Verbrennungsmotors zu optimieren und der Fahrereingabe vorwegzugreifen.
  2. Fahrzeug-Motorsystem nach Anspruch 1, worin das mindestens eine kommende Fahrereignis ein Schleichzustand ist und das vorbestimmte Geschwindigkeitsprofil eine Fahrzeugbeschleunigung basierend auf der Bewegung von mindestens einem vorausfahrenden Fahrzeug begrenzt.
  3. Fahrzeug-Motorsystem nach Anspruch 1, worin das mindestens eine kommende Fahrereignis ein Anhalten ist und das vorgegebene Geschwindigkeitsprofil dafür konfiguriert ist, den Kraftstoffverbrauch während einer Fahrzeugverzögerung bis zum Anhalten zu minimieren.
  4. Fahrzeug-Motorsystem nach Anspruch 1, worin das mindestens eine kommende Fahrereignis ein Zustand stockenden Verkehrs ist und die empfangenen Daten eine gesendete homogene Geschwindigkeit sind, und worin das vorgegebene Geschwindigkeitsprofil die Fahrzeuggeschwindigkeit auf kleiner als die gesendete homogene Geschwindigkeit begrenzt.
  5. Fahrzeug-Motorsystem nach Anspruch 1, worin das mindestens eine kommende Fahrereignis eine Änderung bei einem Kreuzungszustand ist und die Steuerung außerdem so programmiert ist, um den Motor in Reaktion auf eine vorhergesagte Dauer an einer Kreuzung abschaltet, wenn diese größer als ein vorgegebener Zeitschwellwert ist.
  6. Fahrzeug-Motorsystem nach Anspruch 5, worin die Steuerung außerdem programmiert ist, die vorhergesagte Dauer an der Kreuzung basierend auf einer Fußgänger-Laufgeschwindigkeit über die Kreuzung zu bestimmen.
  7. Fahrzeug-Motorsystem nach Anspruch 1, worin die Steuerung außerdem programmiert ist, um eine Benutzer-Anzeige zu erzeugen, die mindestens eine Ziel-Drehzahl (RPM) und eine Ziel-Fahrzeuggeschwindigkeit entsprechend dem vorbestimmten Geschwindigkeitsprofil anzeigt.
  8. Fahrzeug-Motorsystem nach Anspruch 1, worin die Steuerung weiterhin dazu programmiert ist, einen Kreuzungszustand zu erfassen, der das Fahrzeug zum Halten veranlasst, ein Vorhandensein eines sich bewegenden Objekts in einer Umgebung des Fahrzeugs zu erfassen, eine erste Zeitdauer zu berechnen, in der das bewegliche Objekt in der Nähe verbleiben wird, während das Fahrzeug angehalten hat, und den Motor in Reaktion darauf, dass die Zeitdauer größer als ein vorgegebener Zeitschwellwert ist, abzuschalten.
  9. Fahrzeug-Motorsystem nach Anspruch 1, worin die Steuerung außerdem dazu programmiert ist, einen Kreuzungszustand durch mindestens eine Option, die Kommunikation mit einer Verkehrsvorrichtung und das Erfassen eines Verkehrszeichens, zu erkennen.
  10. Fahrzeug-Motorsystem nach Anspruch 1, worin die Optimierung eines Leistungsattributs des Verbrennungsmotors mindestens eines von (i) Unterbrechen einer Kraftstoffzufuhr während des Bremsens, (ii) Modifizieren eines Schaltplans für das Getriebe-Übersetzungsverhältnis, und (iii) Deaktivieren von mindestens einem Zylinder des Motors enthält.
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