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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Replikation einer Fahrbarkeit gemäß Anspruch 1.
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Aus der der
EP 0 846 945 A2 ist bekannt, dass Zielgrößen bei der Entwicklung und Optimierung des Antriebssystems von Kraftfahrzeugen Emissionsverhalten, Verbrauch, Leistung und die Fahrbarkeit bzw. Driveability sind. Allgemein wird unter Driveability eine subjektive Empfindung von Fahrern verstanden, die besonders mit dem Verhalten des Fahrzeugs in transienten Betriebszuständen zusammenhängt. Bei einem schnellen Niederdrücken des Gaspedals eines Fahrzeugs wird es als angenehm empfunden, wenn die Beschleunigung schnell und ruckfrei einsetzt. Ähnliches gilt für andere transiente Betriebszustände, wie etwa plötzlicher Wechsel in den Schubbetrieb oder die Beendigung des Schubbetriebs. Verzögerungen, Unregelmäßigkeiten oder Schwankungen in den Reaktionen des Fahrzeugs auf vom Fahrer induzierte Änderungen werden von diesem zumeist als störend empfunden. Beispiele dafür sind Ruckelschwingungen, Ansprechverzögerungen, Oszillationen der Drehzahl oder Zugkraftschwankungen. Positiv wird eine gute Gasannahme empfunden sowie eine entsprechende Durchzugskraft oder ein ruhiger und stabiler Leerlauf. Die Fahrbarkeit wird durch das Motormanagement wesentlich beeinflusst, aber auch durch die Aufhängung des Motors und die gesamte Gestaltung des Antriebsstranges. Da man versucht, durch Beeinflussung des Motormanagements niedrige Verbrauchswerte und eine günstige Abgasemission zu erzielen, soll als zusätzliche Zielgröße die Erhaltung oder Steigerung der Fahrbarkeit berücksichtigt werden.
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Die
EP 0 846 945 A2 offenbart dazu ein Verfahren zur Analyse des Fahrverhaltens von Kraftfahrzeugen. Eine Untersuchung der Fahrbarkeit eines Kraftfahrzeuges kann an einem Prüfstand mit relativ geringem Aufwand vorgenommen werden, wenn folgende Schritte durchgeführt werden:
- Durchführen von Messungen an einem realen Fahrzeug zur Gewinnung von Messgrößen über das Fahrverhalten;
- Ableiten mindestens einer Bewertungsgröße, die die Fahrbarkeit des Fahrzeugs ausdrückt, als Funktion einer oder mehrerer Messgrößen;
- Erstellen eines Simulationsmodells zur Darstellung von Abhängigkeiten zwischen den einzelnen Messgrößen und insbesondere zur Berechnung der Bewertungsgröße aus einem Satz vorbestimmter Messgrößen, die sowohl am realen Fahrzeug als auch an einem Prüfstand ermittelbar sind;
- Kalibrieren eines Dynamik-Prüfstandes anhand des Simulationsmodells.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren zur Replikation einer Fahrbarkeit anzugeben.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zur Replikation einer Fahrbarkeit werden Fahrbarkeitskriterien eines Quellfahrzeugs ermittelt oder Fahrbarkeitskriterien eines hypothetischen Quellfahrzeugs vorgegeben und einem Fahrbarkeitsreplikator zugeführt, der eine Fahrzeug-Software eines Zielfahrzeugs so parametriert, dass das Zielfahrzeug die gleichen Fahrbarkeitskriterien aufweist wie das Quellfahrzeug.
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Beispielsweise wird generisches Fahrverhalten eines Quellfahrzeugs, beispielsweise eines Fahrzeugs eines Fahrzeugherstellers, eines Derivats davon oder eines Fahrzeugs eines Wettbewerbers des Fahrzeugherstellers, aufgezeichnet oder vorgegeben.
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Erfindungsgemäß berücksichtigt das transferierte Fahrverhalten mit neuer Applikation oder Parametrierung, das heißt Anpassung von Parametern auf Fahrzeuge (beispielsweise sportliches oder komfortables Fahrverhalten), sämtliche Fahrwiderstände des Zielfahrzeugs, so dass das vom Fahrer im Zielfahrzeug erlebbare Beschleunigungsverhalten identisch mit dem Quellfahrzeug wird.
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Der Fahrbarkeitsreplikator erlaubt eine hohe oder komplette Automatisierung in der Fahrzeugapplikation oder -parametrierung, die sowohl statische als auch dynamische Effekte berücksichtigt. Zusätzlich ist auch eine direkte Vorgabe des Fahrbarkeitsverhaltens möglich.
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Durch die hohe bzw. komplette Automatisierung der Applikation oder Parametrierung der Fahrbarkeit (Fahrpedalkennlinien, Lastschlag und Stoßdämpfer-Filterung, Spielumlegeverhalten) wird keine spezifische manuelle Applikation oder Parametrierung für einzelne Varianten mehr benötigt. Ein Rollout (Vorstellung eines neuen Fahrzeugs) auf weitere Varianten ist dadurch deutlich effizienter in wenigen Tagen am Prüfstand machbar anstatt wie bisher über mehrere Wochen Versuchsfahrt.
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Während der Fahrzeugentwicklung können zusätzlich Erstapplikationen oder Erstparametrierungen über Simulation auf Zielfahrzeuge eingespielt werden, so dass sehr früh ein vorhandenes Zielfahrzeug als gut fahrbarer Erprobungsträger zur Verfügung steht - bevor das zu entwickelnde Fahrzeug verfügbar ist.
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Die Ermittlung des Sollzustands erfolgt erfindungsgemäß anhand von Fahrbarkeitskriterien, insbesondere eines zeitlichen Verhaltens einer Fahrpedalbewegung zu einer Fahrzeugbeschleunigung, beispielsweise Gradienten und ruckartige Bewegungen, Antwortzeiten, etc.
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In einer Ausführungsform werden als Fahrbarkeitskriterien Rucke, das heißt Gradienten der Beschleunigung, Reaktionszeiten und/oder Antwortzeiten verwendet.
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In einer Ausführungsform werden Betriebszustände des Quellfahrzeugs während eines gefahrenen Manövers gemessen und ein resultierender Verlauf einer Beschleunigung ermittelt, wobei aus der Beschleunigung mindestens ein skalarer Kennwert als Fahrbarkeitskriterium ermittelt und mindestens einem mathematischen Modell, das Zusammenhänge zwischen den Betriebszuständen und Parametern des Zielfahrzeugs einerseits und Fahrbarkeitskriterien des Zielfahrzeugs andererseits modelliert, zugeführt. Das Modell wird so trainiert, dass sich bei Vorgabe gleicher Betriebszustände und gleicher oder anderer Parameter die gleichen Fahrbarkeitskriterien für das Zielfahrzeug ergeben wie beim Quellfahrzeug.
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In einer Ausführungsform werden als Betriebszustände eine Pedalstellung, eine Geschwindigkeit und/oder ein Fahrzeugmodus gemessen und/oder erfasst.
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In einer Ausführungsform wird als skalarer Kennwert ein Gradient der Beschleunigung, eine Reaktionszeit und/oder eine Rauheit der Beschleunigung ermittelt.
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In einer Ausführungsform wird als mathematisches Modell ein Polynom-Modell und/oder ein neuronales Netz verwendet.
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In einer Ausführungsform werden die Parameter mittels eines Optimierers so bestimmt, dass Differenzen der Fahrbarkeitskriterien vom Quellfahrzeug zum Zielfahrzeug in allen Betriebszuständen minimiert werden.
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In einer Ausführungsform wird das Verhalten eines Antriebsstrangs des Quellfahrzeugs und/oder Zielfahrzeugs durch eine statische Momentenaufspannung und/oder dynamische Momentenformung vorgegeben.
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In einer Ausführungsform wird als Fahrzeugmodus ein Fahrprogramm, eine Rekuperationsstufe, ein Batteriezustand und/oder eine Antriebsgrenze erfasst und berücksichtigt.
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In einer Ausführungsform wird als Quellfahrzeug ein Elektrofahrzeug verwendet und/oder es wird als Zielfahrzeug ein Elektrofahrzeug verwendet.
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Auf diese Weise ist eine Steigerung der Effizienz bei der Applikation oder Parametrierung von Fahrfunktionen eines Elektrofahrzeuges möglich.
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Bei Fahrzeugen mit elektrischem Antrieb, ist mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens die komplette Übertragung von Fahrbarkeitseigenschaften (statisch und dynamisch) von einem Quellfahrzeug zu einem Zielfahrzeug möglich. Dies wird insbesondere durch den Wegfall von Getrieben mit unterschiedlichen Übersetzungsstufen in einem Elektrofahrzeug und durch die sehr hohe Dynamik der Elektromotoren, die im Normalfahrbetrieb in der Regel nicht ausgeschöpft wird und somit mehr Freiraum für die Applikation oder Parametrierung der Fahrbarkeit gibt, erleichtert.
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Der Fahrbarkeitsreplikator kann das Fahrverhalten von Elektrofahrzeugen nachbilden. Bekannte Verfahren dienen hauptsächlich der Analyse. Der Fahrbarkeitsreplikator parametriert vollautomatisch das zeitliche Verhalten von Fahrpedalbewegungen zur Fahrzeugbeschleunigung.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand von Zeichnungen näher erläutert.
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Dabei zeigen:
- 1 eine schematische Ansicht eines Verfahrens zur Replikation einer Fahrbarkeit,
- 2 schematisch ein Diagramm zur beispielhaften Darstellung einer Beschleunigung im Verhältnis zu einer Geschwindigkeit zweier Fahrzeuge bei unterschiedlichen Pedalwerten,
- 3 schematisch ein Verfahren zur Modellbildung für eine Fahrbarkeit, und
- 4 schematisch ein Verfahren zur Optimierung eines mathematischen Modells.
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Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
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1 ist eine schematische Ansicht eines Verfahrens zur Replikation einer Fahrbarkeit. Dabei werden Sollzustände SZ eines Quellfahrzeugs QF, beispielsweise eines hypothetischen Quellfahrzeugs QF1, eines existierenden Fahrzeugs QF2 eines Fahrzeugherstellers, eines Derivats davon oder eines Fahrzeugs QF3 eines Wettbewerbers des Fahrzeugherstellers, anhand von Fahrbarkeitskriterien FK, FK', beispielsweise Gradienten ∇a der Beschleunigung a oder Reaktionszeiten, aufgezeichnet oder vorgegeben. Ein Fahrbarkeitsreplikator FR parametriert die Sollzustände SZ, beispielsweise Pedalstellung und Geschwindigkeit v, und transferiert das Fahrverhalten des Quellfahrzeugs QF auf ein Zielfahrzeug ZF.
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Das Verhalten eines Antriebsstrangs eines Fahrzeugs lässt sich durch seine statische Momentenaufspannung und seine dynamische Momentenformung vorgeben.
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Statt einer Beschleunigungs-Messung eines Quellfahrzeugs QF kann auch ein designtes/erdachtes Wunschbeschleunigungsverhalten verwendet werden.
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Die statische Momentenaufspannung, das heißt das Verhältnis von einer Fahrpedalstellung zum Drehmoment oder zur Beschleunigung a, ist abhängig von einem Pedalwert, der einen Fahrerwunsch, das heißt ein von einem Fahrer gewünschtes Verhalten abbildet, von Fahrzeugmodi (Fahrprogramm, Rekuperationsstufe, Batteriezustand, Antriebsgrenzen (mechanisch, elektrisch, thermisch)) und von einer Geschwindigkeit v und resultiert in einer Beschleunigung a oder Verzögerung in einer Längsrichtung des Fahrzeugs.
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2 zeigt schematisch ein Diagramm zur beispielhaften Darstellung der Beschleunigung a im Verhältnis zur Geschwindigkeit v zweier Fahrzeuge bei unterschiedlichen Pedalwerten. Eine Kurve K1 zeigt die Beschleunigung a eines ersten Fahrzeugs abhängig von der Geschwindigkeit v bei einem Pedalwert von 100 %. Eine Kurve K2 zeigt die Beschleunigung a eines zweiten Fahrzeugs abhängig von der Geschwindigkeit v bei einem Pedalwert von 100 %. Eine Kurve K3 zeigt die Verzögerung oder negative Beschleunigung a des ersten Fahrzeugs abhängig von der Geschwindigkeit v bei einem Pedalwert von 0 %. Eine Kurve K4 zeigt die Verzögerung oder negative Beschleunigung a des zweiten Fahrzeugs abhängig von der Geschwindigkeit v bei einem Pedalwert von 0 %.
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Bei einer Parametrierung ist das Ziel, eine Fahrzeug-Software eines Zielfahrzeugs
ZF so zu parametrieren, dass das Zielfahrzeug
ZF das Wunschverhalten der statischen Momentenaufspannung (definierte Sollbeschleunigung) in allen Betriebszuständen
Z aufweist. Unter Fahrzeug-Software versteht man eine Software, die in Abhängigkeit von Parametern
p1,
p2, etc., die fahrzeugspezifisch sein können, und einem Betriebszustand
Z eine Sollbeschleunigung a
soll berechnet:
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Diese Software kann invertiert werden:
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Durch die Berechnung der Parameter p1, p2 wird die statische Beschleunigung a eines Quellfahrzeugs QF (ohne dass Kenntnis von dessen Software und Parametrierung notwendig ist) auf ein Zielfahrzeug ZF übertragbar.
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Die dynamische Momentenformung, das heißt ein im Hinblick auf den Komfort angepasster Verlauf des Drehmoments und damit der Beschleunigung a, ist abhängig von einer Pedalwertänderung (Änderung des Fahrerwunsches), von Fahrzeugmodi (Fahrprogramm, Rekuperationsstufe, Batteriezustand, Antriebsgrenzen (mechanisch, elektrisch, thermisch)), von der Geschwindigkeit v und von Eigenschaften des Antriebsstrangs und resultiert in einem dynamischen und zeitabhängigen Beschleunigungsverlauf.
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Dies wird beispielsweise durch eine passende Parametrierung von zwei Filtern erreicht, einem Fahrerfilter und einem Achsfilter. Das Fahrerfilter umfasst die dynamische Momentenformung. Das Achsfilter ist in der
DE 10 2017 010 275 A1 beschrieben, die hiermit durch Verweis einbezogen wird.
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Ziel einer dynamischen Applikations- oder Parametrierungsmethode ist, die Fahrzeug-Software so zu parametrieren, dass das Zielfahrzeug
ZF das Wunschverhalten (definierte Sollbeschleunigung a
soll) in allen Betriebszuständen
Z aufweist. Die Fahrzeug-Software soll in Abhängigkeit von den Parametern
p1,
p2 und vom Betriebszustand
Z eine dynamische Sollbeschleunigung a
soll-Verlauf berechnen:
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Es müssen also die Parameter p1, p2 so bestimmt werden, dass die dynamische Sollbeschleunigung asoll-Verlauf des Zielfahrzeugs ZF der des Quellfahrzeugs QF entspricht. Dazu wird ein modellbasierter Applikations- oder Parametrierungsprozess eingesetzt, der anhand folgender Schritte beschrieben werden kann: Versuchsplanung, Versuchsdurchführung, Ermittlung von Fahrbarkeitskriterien FK, FK', Modellbildung, Optimierung und gegebenenfalls Validierung.
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3 zeigt schematisch ein Verfahren zur Modellbildung für eine Fahrbarkeit.
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In einem Schritt S1 wird mit dem Quellfahrzeug QF bei vorgegebenen Betriebszuständen Z und Parameter p1, p2, etc. ein Manöver gefahren. In einer Ausführungsform werden eine Vielzahl von Manövern bei verschiedenen Betriebszuständen Z, insbesondere verschiedenen Geschwindigkeiten v, Pedalstellungen, Temperaturen der Batterie und/oder Ladezuständen, gefahren. In einem Schritt S2 werden Messdaten, beispielsweise eine Beschleunigung a, während des Fahrens des Manövers aufgenommen und über die Zeit aufgezeichnet, so dass sich ein Zeitschrieb ZS ergibt. In einem Schritt S3 werden in dem Zeitschrieb ZS Fahrbarkeitskriterien FK ermittelt, beispielsweise ein Gradient ∇a der Beschleunigung a während eines Zeitintervalls Δt, auch als Reaktionszeit, Totzeit oder Ansprechdauer bezeichnet. Die Fahrbarkeitskriterien FK werden in einem Schritt S4 zur Identifikation in ein oder mehrere mathematische Modelle M übertragen, beispielsweise Polynom-Modelle und/oder neuronale Netze. Die Modelle M sind ausgebildet, anhand der aus den gefahrenen Manövern gewonnenen Fahrbarkeitskriterien FK in Zwischenbereichen der Betriebszustände Z zu interpolieren. Die Modelle M werden so trainiert, dass sich bei Vorgabe der gleichen Betriebszustände Z und Parameter p1, p2 die gleichen Fahrbarkeitskriterien FK ergeben wie beim Quellfahrzeug QF.
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Bei der Versuchsplanung werden Methoden der statistischen Versuchsplanung eingesetzt, das heißt es werden die zu vermessenden Kombinationen der Parameter p1, p2 und Betriebszustände Z nach statistischen Kriterien mit dem Ziel hoher Modellqualität bestimmt. Diese Versuche werden am Prüfstand gefahren und die zeitlichen Verläufe der Fahrmanöver in Form von Messdaten aufgezeichnet.
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Danach werden geeignete Fahrbarkeitskriterien FK, das heißt Zielgrößen oder Kennwerte, wie maximale Beschleunigungsänderung, Reaktionszeit und Rauheit der Längsbeschleunigung berechnet. Die Fahrbarkeitskriterien FK, FK' führen also den dynamischen, transienten Ablauf des Fahrmanövers auf skalare Größen zurück. Zur Abbildung der Systemzusammenhänge werden empirische Modelle M (Blackbox-Modelle) zwischen den Parametern p1, p2, Betriebszuständen Z und den Fahrbarkeitskriterien FK berechnet.
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Schließlich werden die Parameter p1, p2 mittels eines Optimierers O so bestimmt, dass die Differenzen der Fahrbarkeitskriterien FK, FK' vom Quellfahrzeug QF zum Zielfahrzeug ZF in allen Betriebszuständen Z minimiert werden. 4 zeigt schematisch ein Verfahren zur Optimierung der mathematischen Modelle M. Die Fahrbarkeitskriterien FK liegen infolge der Schritte S1 bis S3 beispielsweise als eine Art Kennfeld in Abhängigkeit von den Betriebszuständen Z vor und werden einem Optimierer O zur Verfügung gestellt, der sie mit den Fahrbarkeitskriterien FK' vergleicht, die von dem mathematischen Modell M erzeugt werden. Bei gleichen Betriebszuständen Z werden die Parameter p1, p2 vom Optimierer O so bestimmt, dass die Differenzen der Fahrbarkeitskriterien FK, FK' vom Quellfahrzeug QF zum Zielfahrzeug ZF im Ergebnis E der Optimierung O (Parameter p1, p2, etc.) in allen Betriebszuständen Z minimiert werden.
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Bezugszeichenliste
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- a
- Beschleunigung
- E
- Ergebnis
- FK, FK'
- Fahrbarkeitskriterien
- FR
- Fahrbarkeitsreplikator
- K1, K2, K3, K4
- Kurve
- M
- Modell
- O
- Optimierer
- p1, p2
- Parameter
- QF, QF1, QF2, QF3
- Quellfahrzeug
- S1, S2, S3, S4
- Schritt
- SZ
- Sollzustand
- v
- Geschwindigkeit
- Z
- Betriebszustand
- ZF
- Zielfahrzeug
- ZS
- Zeitschrieb
- Δt
- Zeitintervall
- ∇a
- Gradient der Beschleunigung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 0846945 A2 [0002, 0003]
- DE 102017010275 A1 [0038]
