DE102020122411A1

DE102020122411A1 - Vorrichtung und Verfahren zur Effizienzsteigerung von Kraftfahrzeugen

Info

Publication number: DE102020122411A1
Application number: DE102020122411.7A
Authority: DE
Inventors: Paul Witzel
Original assignee: Knorr Bremse Systeme fuer Nutzfahrzeuge GmbH
Current assignee: Knorr Bremse Systeme fuer Nutzfahrzeuge GmbH
Priority date: 2020-08-27
Filing date: 2020-08-27
Publication date: 2022-03-03

Abstract

Eine Vorrichtung (100) zur Effizienzsteigerung eines Kraftfahrzeugs (10) ist offenbart. Das Kraftfahrzeug (10) umfasst zumindest einen Nebenverbraucher (50) und ein Planungsmodul (70) zum teilautonomen oder vollautonomen Betrieb. Das Planungsmodul (70) ist ausgebildet, um Planungsdaten für einen geplanten Fahrverlauf mit wechselndem Energiebedarf (I, II, III) des Kraftfahrzeugs bereitzustellen. Die Vorrichtung umfasst ein Detektionsmodul (110), das ausgebildet ist, um basierend auf den Planungsdaten eine bevorstehende Phase von verringertem Energiebedarf (III) zu detektieren; und ein Steuermodul (120) zum Steuern eines Energieverbrauch des Nebenverbrauchers (50). Das Steuermodul (120) ist ausgebildet, um den Energieverbrauch des Nebenverbraucher (50) bis zum Erreichen der Phase von verringertem Energiebedarf (III) zu senken und während der Phase von verringertem Energiebedarf (III) zu erhöhen, um so die Effizienz des Kraftfahrzeuges (10) zu steigern.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Effizienzsteigerung eines Kraftfahrzeugs und insbesondere auf ein Effizienzsteigerungssystem für ein Lastkraftfahrzeug.
In Kraftfahrzeugen und insbesondere in Lastkraftfahrzeugen werden eine Vielzahl von Nebenverbrauchern in Abhängigkeit des aktuellen Bedarfs betrieben bzw. um einen optimalen Betrieb ständig aufrechtzuerhalten. Solche Nebenverbraucher umfassen beispielsweise ein Lüfterrad, ein Luftbeschaffer von Druckluft, eine Lichtmaschine, ein Klimakompressor und weitere Nebenaggregate, die in bekannten Systemen derart eingesetzt werden, die für den optimalen Betrieb des Lastkraftfahrzeuges geregelt werden.
Die Effizienzsteigerung und somit die Energieeinsparung ist ein herausragendes Problem aller Kraftfahrzeuge und wird bisher weitestgehend dadurch gelöst, dass die möglichst optimale Betriebsbedingungen für das Kraftfahrzeug gewährleistet werden, um so den Wirkungsgrad der Kraftmaschine möglichst hoch zu belassen.
Ein Problem der Optimierung der Betriebsbedingungen besteht jedoch darin, dass damit nur in einem begrenzten Umfang Effizienzsteigerungen möglich sind. Daher besteht ein Bedarf nach weiteren Möglichkeiten zur Effizienzsteigerung von Kraftfahrzeugen.
Zumindest ein Teil der obengenannten Probleme wird durch eine Vorrichtung nach Anspruch 1 oder ein Verfahren nach Anspruch 11 gelöst.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Effizienzsteigerung eines Kraftfahrzeugs. Das Kraftfahrzeug umfasst zumindest einen Nebenverbraucher und ein Planungsmodul zum teilautonomen oder vollautonomen Betrieb. Das Planungsmodul ist ausgebildet, um Planungsdaten für einen geplanten Fahrverlauf mit wechselndem Energiebedarf des Kraftfahrzeugs bereitzustellen. Die Vorrichtung umfasst ein Detektionsmodul und ein Steuermodul. Das Detektionsmodul ist ausgebildet, um basierend auf den Planungsdaten eine bevorstehende Phase mit verringertem Energiebedarf zu detektieren. Das Steuermodul ist ausgebildet zum Steuern eines Energiebedarfs des Nebenverbrauchers und ist außerdem ausgebildet, um den Energieverbrauch des Nebenverbraucher bis zum Erreichen der Phase mit verringertem Energiebedarf zu senken und während der Phase mit verringertem Energiebedarf zu erhöhen, um so die Effizienz des Kraftfahrzeuges zu steigern. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird der Energiebedarf des Nebenverbrauchers auch als Energieverbrauch bezeichnet, obwohl Energie nicht verbraucht werden kann, sondern umgewandelt wird. Ebenso versteht es sich, dass die Phase mit verringertem Energiebedarf ebenfalls einen Bremsbedarf umfasst, da dort typischerweise ein Überschuss an Energie (d.h. ein negativer Energiebedarf) an die Umwelt abgegeben wird (z.B. in Form von Wärme).
Das Planungsmodul kann zum Beispiel Teil einer autonomen Betriebseinheit oder eines Fahrerassistenzsystem sein, um den Fahrverlauf (z.B. ein Manöver) in den nächsten Minuten zu planen und zu steuern. Der geplante Fahrverlauf umfasst beispielsweise Fahrsituationen wie ein Bergauffahrt, eine Bergabfahrt, ein Bremsmanöver, ein Überholmanöver, ein Windkompensation bzw. eine Berücksichtigung des Windes und andere Fahrsituationen. Dieser geplante Fahrverlauf erfordert einen wechselnden Energiebedarf des Kraftfahrzeuges (z.B. mehr oder weniger benötigter Kraftstoff). Die Effizienz kann gesteigert werden, wenn der Energieverbrauch möglichst gleichmäßig ist, sodass eine übermäßige Energieabgabe als Wärme (z.B. beim Bremsen) vermieden wird. Ein weiterer Aspekt betrifft das Schonen der Betriebsbremse, um dadurch den Verschleiß zu reduzieren. Auch dies ist eine Form der Ressourcenschonung.
Wenn der geplante Fahrverlauf einen Abbremsvorgang des Kraftfahrzeuges umfasst, ist das Steuermodul optional ausgebildet, um über einen erhöhten Energieverbrauch des Nebenverbrauchers eine Bremswirkung des Kraftfahrzeuges zu erreichen. Hierdurch kann die Betriebsbremse zum Beispiel möglichst verschleißarm betrieben werden. Gemäß weiteren Ausführungsbeispielen ist das Steuermodul ausgebildet, um eine Antriebsmaschine des Kraftfahrzeuges (z.B. einen Verbrennungsmotor) zu optimieren.
So kann eine entsprechende prädiktive Regelstrategie der Nebenverbraucher auch dazu dienen, den Verbrennungsmotor im Verbrauchsoptimum zu betreiben. Eine Regelgröße kann die Menge an Kraftstoff pro effektiv umgesetzter Energie oder gefahrenen Kilometer sein (gemessen in g/kWh oder g/km). Ausführungsbeispiele beziehen sich daher nicht nur auf eine Rekuperation von Bremsenergie mittels Nebenverbraucher, sondern allgemein auf eine Optimierung des Treibstoffverbrauch des Motors sowie des Verschleiß der Betriebsbremse. Diese Optimierung ist unabhängig von einer Benutzung der Betriebsbremse oder der Dauerbremse und umfasst auch Fahrsituationen, in denen keine Bremseinrichtung zum Einsatz kommt.
Optional ist der Nebenverbraucher in einem sicherem Bereich regelbar, wobei das Steuermodul ausgebildet ist, um bis zum Erreichen der Phase von verringertem Energiebedarf den Nebenverbraucher bis an eine Grenze des sicheren Bereiches zu drosseln. Der sichere Bereich ist beispielsweise deutlich größer als der Bereich, der einen optimalen Betrieb sicherstellt. Die Temperaturen als auch die Druckwerte können daher ganz gezielt den optimalen Bereich verlassen und soweit verändert werden, wie es die Sicherheit noch zulässt.
Der Energiebedarf des Nebenverbrauchers muss aber nicht zwingend gedrosselt werden. Wenn beispielsweise der Nebenverbraucher ein Luftbeschaffer ist, kann gemäß Ausführungsbeispielen im Vorfeld kein Abfall des Druckniveaus zugelassen werden. Bei einer beispielhaften Bergabfahrt kann dann der Luftbeschaffer zur Bremsung genutzt werden, wobei die Druckenergie in die Umgebung abgegeben wird und die Bremse geschont wird.
Optional ist das Steuermodul daher ausgebildet, um während einer Phase mit erhöhtem Energiebedarf, die vor der Phase mit verringertem Energiebedarf liegt, einen Temperaturanstieg bis zu einem zulässigen Maximum zu ermöglichen. Hierdurch kann beispielsweise eine Dauerbremseinrichtung des Kraftfahrzeuges unterstützt werden.
Der Nebenverbraucher kann beispielsweise ein Lüfterrad umfassen. Optional ist das Steuermodul dann ausgebildet, um eine Drehzahl des Lüfterrades bis zu dem Erreichen der Phasen von verringertem Energiebedarf zu drosseln oder abzuschalten und dadurch eine Kühlleistung für das Kraftfahrzeug zu verringern und während der Phase des verringerten Energiebedarfs durch eine Erhöhung der Drehzahl des Lüfterrades eine erhöhte Kühlleistung zu erreichen (d.h. die zwischenzeitliche Temperaturerhöhung wieder zu kompensieren). Zu Beginn von längeren Gefällstrecken kann beispielsweise die Lüfterdrehzahl prädiktiv erhöht werden, was zu einem Abfallen der Kühlwassertemperatur führt. So trägt einerseits das Lüfterrad mehr zu Bremsung des Fahrzeugs bei (und entlastet so die (Dauer-) Bremseinrichtung). Anderseits kann die Dauerbremseinrichtung aufgrund der verringerten Kühlwassertemperatur im späteren Verlauf der Gefällstrecke mehr Leistung absetzten. Auch hier ist das Drosseln oder Verringern der Lüfterdrehzahl im Vorfeld nicht zwingend. Die Lüfterdrehzahl kann auch konstant gehalten werden, um dann bei der Gefällestrecke die Lüfterdrehzahl zu erhöhen, um dadurch zu bremsen und die Reibungsbremse zu schonen. Dies kann zwar zu einer „Unterkühlung“ des Motors führen, der jedoch schnell wieder die Betriebstemperatur erreichen wird.
Der Nebenverbraucher kann beispielsweise eine Drucklufteinrichtung zur Erzeugung und Speicherung von Druckluft (z.B. einen Luftbeschaffer) umfassen. Optional ist das Steuermodul dann ausgebildet, um: während der Phase mit verringertem Energiebedarf die Drucklufteinrichtung zum Erzeugung von zusätzlicher Druckluft zu veranlassen, um die anfallende Energie in Form von Druckluft zu speichern. Das Steuermodul kann auch ausgebildet sein, um vor der Phasen mit dem verringerten Energieverbrauch einen Betriebsdruck in der Drucklufteinrichtung auf ein zulässiges Minimum abzusenken. Beispielsweise kann ein Maximum an anfallender Energie in Druckluft gespeichert werden. Kann die anfallende (Brems-) Energie nicht gespeichert werden, kann die Druckenergie in die Umgebung abgelassen werden (so trägt der Luftbeschaffer zur verschleißfreien Bremsung bei, ohne die Energie rekuperieren zu können). Gemäß weiteren Ausführungsbeispielen wird der Druck im Druckluftspeicher vorab nicht gesenkt, sondern während der Phase mit verringertem Energiebedarf wird ein Überschuss an Druckluft im Druckluftspeicher gespeichert, die dann für einen zukünftigen Luftverbrauch (z.B. zum Bremsen) zur Verfügung steht. Auch hier kann der Druck bis auf einen Maximalwert erhöht werden, der die Sicherheit nicht gefährdet. Es können natürlich auch beide Aspekte kombiniert werden, d.h. vorab eine Absenkung durchführen und in der Phase mit verringertem Energiebedarf einen Überdruck aufbauen.
Der Nebenverbraucher kann auch eine Lichtmaschine umfassen. Optional ist das Steuermodul dann ausgebildet, um die Lichtmaschine in der Phase von verringertem Energieverbrauch zu veranlassen, zumindest einen Teil von anfallender Energie zur Stromerzeugung zu nutzen und in eine Batterie des Kraftfahrzeuges zu speichern.
Der zumindest eine Nebenverbraucher kann auch einen Klimakompressor umfassen. Optional ist das Steuermodul dann ausgebildet, um in der Phase von verringertem Energiebedarf den Klimakompressor zur Kühlung eines Motorkühlkreislaufes und/oder eines Retarder-Kühlkreislaufes (Dauerbremssystems) zu nutzen.
Ausführungsbeispiele beziehen sich auch auf ein Kraftfahrzeug, insbesondere ein Lastkraftfahrzeug, mit zumindest einem Nebenverbraucher und einem Planungsmodul, das ausgebildet ist, um einen teilautonomen oder vollautonomen Betrieb des Kraftfahrzeuges zu ermöglichen. Das Kraftfahrzeug umfasst eine Vorrichtung, wie sie zuvor beschrieben wurde.
Das Kraftfahrzeug kann einen Druckluftspeicher für eine pneumatische Bremse umfassen und optional einen zusätzlichen Druckspeicher zum Zwischenspeichern von Energie in Form von Druckluft, wobei das Steuermodul ausgebildet ist, um den zusätzliche Druckspeicher in der Phase mit verringerten Energiebedarf (oder bei einem Bremsbedarf) mit Druckluft zu befüllen. Der zusätzliche Druckspeicher ist beispielsweise nur als Energiezwischenspeicher vorgesehen, er braucht nicht zum Bremsen vorgesehen sein. Die gespeicherte Energie kann aber auch für andere Luftverbraucher Druckluft bereitstellen (z.B. zum Bremsen, für einen Trailer, zur Regeneration etc.).
Ausführungsbeispiele beziehen sich auch auf ein Verfahren zur Effizienzsteigerung eines Kraftfahrzeugs, das zumindest einen Nebenverbraucher und ein Planungsmodul zum teilautonomen oder vollautonomen Betrieb aufweist. Das Planungsmodul ist ausgebildet, um Planungsdaten für einen geplanten Fahrverlauf mit wechselndem Energiebedarf des Kraftfahrzeugs bereitzustellen. Das Verfahren umfasst die Schritte:

- Empfangen von Planungsdaten, die eine bevorstehende Phase von verringertem Energiebedarf anzeigen;
- Veranlassen einer Senkung eines Energieverbrauchs des Nebenverbrauchers bis zum Erreichen der Phase von verringertem Energiebedarf, bzw. bei einem Bremsbedarf; und/oder
- Veranlassen einer Erhöhung eines Energieverbrauchs des Nebenverbrauchers während der Phase von verringertem Energiebedarf, um so die Effizienz des Kraftfahrzeugs zu steigern.

Dieses Verfahren oder zumindest Teile davon kann/können ebenfalls in Form von Anweisungen in Software oder auf einem Computerprogrammprodukt implementiert oder gespeichert sein, wobei gespeicherte Anweisungen in der Lage sind, die Schritte nach dem Verfahren auszuführen, wenn das Verfahren auf einem Prozessor läuft. Daher bezieht sich die vorliegende Erfindung ebenfalls auf Computerprogrammprodukt mit darauf gespeichertem Software-Code (Softwareanweisungen), der ausgebildet ist, um eines der zuvor beschriebenen Verfahren auszuführen, wenn der Software-Code durch eine Verarbeitungseinheit ausgeführt wird. Die Verarbeitungseinheit kann jede Form von Computer oder Steuereinheit sein, die einen entsprechenden Mikroprozessor aufweist, der einen Software-Code ausführen kann.
Ausführungsbeispiele lösen die obengenannten Probleme somit dadurch, dass gezielt nichtoptimale Betriebsbedingungen genutzt werden. Die Betriebsbedingungen können bis hin zu einer zulässigen Grenze ausgenutzt werden, um dadurch einen zusätzlichen Energiespeicher zu aktivieren. So kann beispielsweise die Bewegungsenergie (beim Abbremsen) oder die potentielle Energie (bei Bergabfahrten) genutzt werden, um die zwischenzeitlich entleerten zusätzlichen Energiespeicher wieder zu füllen bzw. wieder optimale Bedingungen (z.B. für Temperatur, Druck etc.) herzustellen.
Dies ist insbesondere dann wirkungsvoll, wenn das Fahrzeug teilautonom oder vollautonom betrieben wird und daher das Kraftfahrzeug ein Planungsmodul aufweist, welches die bevorstehende Fahrphase plant und somit Informationen über den Energiebedarf in der bevorstehenden Fahrphase aufweist. Auf diese Weise ist es möglich, dass, wenn eine Bremsung des Fahrzeuges oder eine Bergabfahrt ansteht, im Vorfeld alle Energiespeicher geleert werden, die dann bei der Bremsung bzw. bei der Bergabfahrt wieder aufgefüllt werden. Vor der Bergabfahrt wird beispielsweise gezielt die Motortemperatur erhöht wird (z.B. durch eine Absenkung der Drehzahl des Lüfterrades), die dann bei der Bergabfahrt wiederum gesenkt wird, und zwar soweit gesenkt wird, wie es technisch noch akzeptabel ist.
Auf diese Weise werden Nebenverbraucher gezielt zur Bremsung von Kraftfahrzeugen eingesetzt und die Betriebsbremse kommt seltener oder weniger stark zum Einsatz, so dass die vorhandene Energie möglichst effizient genutzt wird. Ein Vorteil von Ausführungsbeispielen besteht daher darin, dass je nach Fahrsituation, die Nebenverbraucher derart geregelt werden, dass Brems- und Antriebsvorgänge unterstützt werden und so die Effizienz des Kraftfahrzeuges insgesamt erhöht wird.
Außerdem wird in Ausführungsbeispielen bei einer Bergabfahrt neben der bereits vorhandenen Dauerbremseinrichtung (Retarder-Bremse) ein zusätzliches Potential geschaffen, welches die Standzeit der Betriebsbremse erhöht. Die Betriebsbremse braucht daher möglichst selten betätigt werden. Im Idealfall ist es möglich, einen Teil der Energie zu rekuperieren, um beispielsweise während Bergauffahrten oder bei Überholvorgängen kurzfristig Leistungsreserven zu mobilisieren.
Die Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden besser verstanden von der folgenden detaillierten Beschreibung und den beiliegenden Zeichnungen der unterschiedlichen Ausführungsbeispiele, die jedoch nicht so verstanden werden sollten, dass sie die Offenbarung auf die spezifischen Ausführungsformen einschränken, sondern lediglich der Erklärung und dem Verständnis dienen.

1 zeigt eine Vorrichtung zur Effizienzsteigerung eines Kraftfahrzeugs gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
2 zeigt ein schematisches Flussdiagramm für ein Verfahren zur Effizienzsteigerung eines Kraftfahrzeugs gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.

1 zeigt ein Ausführungsbeispiel für eine Vorrichtung 100 zur Effizienzsteigerung eines Kraftfahrzeugs 10. Das Kraftfahrzeug 10 umfasst zumindest einen Nebenverbraucher 50 und ein Planungsmodul 70 zum teilautonomen oder vollautonomen Betrieb und wird insbesondere mit einem Verbrennungsmotor angetrieben, ohne einen elektrischen Antrieb aufweisen zu müssen (kann aber optional vorhanden sein).
Der zumindest eine Nebenverbraucher 50 umfasst beispielsweise eines oder mehr aus dem Folgenden: ein Lüfterrad (z.B. zur Wasser- oder Luftkühlung), einen Luftbeschaffer (z.B. zur Drucklufterzeugung und -speicherung), eine Lichtmaschine, einen Klimakompressor, weitere Nebenaggregate. Das Planungsmodul 70 ist beispielsweise ausgebildet, um Planungsdaten für einen geplanten Fahrverlauf mit wechselndem Energiebedarf I, II, III des Kraftfahrzeugs 10 bereitzustellen. Der geplante Fahrverlauf umfasst beispielsweise wechselnde Fahrsituationen wie beispielsweise Bergauffahrten (Phase I), ebene Fahrt (Phase II), Bergabfahrten (Phase III), Bremsbetätigung, Anhalten an Kreuzungen, Gegenwind, Rückenwind, Überholmanöver etc. Diese Phasen erfordern einen wechselnden Energiebedarf, wo das Kraftfahrzeug mehr oder weniger Kraftstoff benötigen wird. Hierzu kann das Planungsmodule 70 auf Sensoren oder ein Navigationssystem (einschließlich entsprechender Karten) zurückgreifen, um die Fahrt zu planen und festzustellen, wann und welche Phase in einem vorbestimmten Planungshorizont (z.B. in der nächsten Minute, in den nächsten 5, 10, 15, ... Minuten).
Die Vorrichtung 100 umfasst ein Detektionsmodul 110 und ein Steuermodul 120. Das Detektionsmodul 110 ist ausgebildet ist, um basierend auf den Planungsdaten eine bevorstehende Phase von verringertem Energiebedarf III zu detektieren. Eine Phase mit verringertem Energiebedarf kann beispielsweise eine längere Gefällestrecke III darstellen, die demnächst zu durchfahren ist. Das Steuermodul 120 ist ausgebildet zum Steuern eines Energieverbrauch des Nebenverbrauchers 50. So kann das Steuermodul 120 den Energieverbrauch des Nebenverbraucher 50 bis zum Erreichen der Phase von verringertem Energiebedarf III senken und somit in Phasen mit höherem Energiebedarf, wie z.B. während einer Bergauffahrt I oder während einer ebenen Fahrt II, weniger Energie durch den Nebenverbraucher 50 zu verbrauchen. Während der Phase von verringertem Energiebedarf III kann die Steuereinheit 120 dann den Energieverbrauch des Nebenverbrauchers 50 erhöhen, um wieder zu optimalen Bedingungen zurück zu kehren. Wann und in welchem Umfang der Nebenverbraucher 50 vorab aus dem optimalen Bereich heraus geregelt wird, hängt von der konkreten Fahrsituation ab und ist fahrzeugabhängig. Z.B. sollte der sichere Betrieb immer noch zu gewährleistet werden.
Insgesamt führt dies zu einer Steigerung der Effizienz des Kraftfahrzeuges 10, da zum Beispiel überflüssige Dissipation von Energie (Umwandlung von Bewegungsenergie in Wärme beim Bremsen) und Bremsenverschleiß vermieden wird. Insgesamt werden damit der Energiebedarf und Energieverbrauch des Kraftfahrzeuges 10 über die Zeit ausgeglichen. Die Spitzen mit hohem Energieverbrauch und eines Energieüberschusses (die über Wärme abgegeben wird) können durch die Vorrichtung 100 ausgeglichen werden.
Ausführungsbeispiele sind insbesondere für autonom oder teilautonom betriebene Fahrzeuge 10 einsetzbar, da diese die aktuellen Fahrzeugdaten über eine Fahrzeugplanung sowie ein detailliertes Umfeldmodell (z.B. über die Topologie) besitzen und so eine strategische Planung der Nebenverbrauchern durchführen können.
Ausführungsbeispiele für die einzelnen Nebenverbraucher 50 können beispielsweise wie folgt umgesetzt werden:
1. Lüfterrad
Das Lüfterrad ist ein Nebenverbraucher 50 mit einer hohen Leistungsaufnahme und hat demnach ebenfalls ein sehr großes Potential zur Energieumwandlung. Um beispielsweise eine Dauerbremseinrichtung eines Lastkraftfahrzeuges (z.B. einen Retarder) zu unterstützen, kann die Drehzahl des Lüfterrades nicht nur in Abhängigkeit einer gerade erforderlichen Kühlleistung gesteuert werden, sondern auch in Abhängigkeit einer benötigten Bremsleistung in der Zukunft eingeregelt werden.
Gemäß Ausführungsbeispielen wird beispielsweise zu Beginn einer längeren Gefällestrecke III die Lüfterdrehzahl vorab erhöht, was zu einem Abfall der Kühlwassertemperatur führt. Dieser Abfall der Kühlwassertemperatur wird dabei bewusst in Kauf genommen, so dass der Retarder mehr Energie absetzen kann, zum Beispiel wenn Wärme von dem Retarder über den Kühlmittelkreislauf des Kraftfahrzeuges 10 abgeführt wird. Da das Kühlsystem des Kraftfahrzeuges 10 von dem Retarder stark beansprucht und so die Leistungsfähigkeit des Retarders durch das Kühlsystem beschränkt ist, stellt dies einen wesentlichen Vorteil dar. Die Leistungsfähigkeit bekannter Retarder kann deutlich vergrößert werden, wenn somit vorab eine deutliche Abkühlung der Kühlwassertemperatur erreicht wird. Der Retarder kann länger oder stärker für die Bergab-Fahrt des Kraftfahrzeuges genutzt werden und die Betriebsbremse braucht nicht genutzt zu werden.
2. Luftbeschaffer
Der Nebenverbraucher 50 kann beispielsweise auch ein Luftbeschaffer sein, der als Teil einer pneumatischen Bremsanlage beispielsweise einen Kompressor und einen Luftspeicher für Druckluft umfasst. Wenn das Kraftfahrzeug 10 beispielsweise ein Lastkraftfahrzeug ist, kann der Luftbeschaffer zur Bremsung als auch als Energiespeicher genutzt werden.
Gemäß Ausführungsbeispielen kann bei der pneumatische Bremsanlagen anfallende Druckenergie auch in einem Zusatzvolumen gespeichert werden. Dazu kann ein zusätzlicher Druckspeicher zur Verfügung stehen, der zur Energierückgewinnung nutzbar ist. Der zusätzliche Druckspeicher dient beispielsweise nicht der primären Druckluftbereitstellung für die Bremsanlage, sondern als ein zusätzlich vorhandener Energiespeicher. Die dort gespeicherte Energie kann aber beispielsweise anderen pneumatischen Nebenverbrauchern (z.B. zur Regeneration) oder aber auch für zukünftige Bremsvorgänge oder einem Trailer als Druckluft bereitgestellt werden.
Gemäß weiteren Ausführungsbeispielen kann auch ein vorhandener Druckluftspeicher (z.B. Druckkessel zum pneumatischen Bremsen) mit einem höheren Druck betrieben werden. Der vorhandene Druckluftspeicher kann auch entsprechend verstärkt ausgebildet sein, damit dort mehr Energie gespeichert bzw. rückgewonnen werden kann. Falls die zusätzlich gespeicherte Druckenergie (vorerst) nicht benötigt wird, kann auf einfache Art und Weise der Überdruck an die Umgebung abgelassen werden. Im Gegensatz zu gespeicherten elektrischen Energie oder Wärmeenergie, kann Druckluft ohne Probleme schnell abgegeben werden.
Vor einer Gefällestrecke III wird gemäß Ausführungsbeispielen der Betriebsdruck beispielsweise auf ein zulässiges Minimum fallengelassen (das Steuermodul 120 steuert diese Funktion entsprechend), um dann bei der Bergabfahrt (Phase III) die potentielle Energie des Kraftfahrzeuges 10 zu nutzen, um dadurch den Betriebsdruck wieder auf ein Normalniveau zu bringen oder auch darüber hinaus einen Druck oberhalb des Normaldrucks zu speichern. Liegt der Betriebsdruck im zulässigen Rahmen, kann der Luftbeschaffer bei Überholvorgängen auch ausgekuppelt werden.
3. Lichtmaschine
Gemäß Ausführungsbeispielen umfasst der zumindest eine Nebenverbraucher 50 auch eine Lichtmaschine und bietet - wie der Luftbeschaffer - auch die Möglichkeit, eine im Kraftfahrzeug 10 vorhandene Batterie als Energiespeicher für die elektrische Energieversorgung des Kraftfahrzeuges 10 zu nutzen. Anstatt des Druckkessels für den Luftbeschaffer erfolgt hier die Speicherung über die vorhandene Batterie.
Ein Vorteil des Luftbeschaffers bzw. der Speicherung der Druckluft besteht jedoch darin, dass eine einfache Abgabe von Überschuss an Druckluft an die Umgebung erfolgen kann, was für eine Batterie kaum oder nicht möglich ist.
4. Klimakompressor
Das Kraftfahrzeug 10 kann auch einen Klimakompressor umfassen, der gemäß Ausführungsbeispielen Teil des zumindest einen Nebenverbrauchers 50 ist und genutzt werden kann, um die Effizienz des Kraftfahrzeuges 10 zu steigern. Wird der Klimakompressor nicht zur Kühlung der Fahrerkabine benötigt, wird gemäß Ausführungsbeispielen der Klimakompressor zur Kühlung des Motorkühlkreislaufes und/oder des Retarder-Kühlkreislaufes genutzt. Dies bietet den Vorteil, dass der Klimakompressor einerseits direkt zur Bremsung des Fahrzeuges beiträgt und andererseits das Potential des Retarders erhöht wird, da dieser mehr Energie aufnehmen kann und die Betriebsbremse nicht eingesetzt zu werden braucht.
5. Weitere Nebenaggregate
Ausführungsbeispiele nutzen ebenfalls weitere Nebenaggregate oder eine Kombination der zuvor genannten Komponenten als Nebenverbraucher 50. So kann gemäß Ausführungsbeispielen der Kühlaufbau bei einem geschickten Einsatz des Klimakompressors dazu genutzt werden, um die Effizienz des Gesamtsystems zu steigern und die Betriebsbremse zu schonen. Bei der Talfahrt kann wiederum die Temperatur auf ein zulässiges Minimum abgesenkt werden, um so möglichst viel potentielle Energie zu rekuperieren und zur Kühlung zu nutzen. Bei der folgenden Bergauffahrt oder bei einem geplanten Überholvorgang wird ein Temperaturanstieg bis zu einem zulässigen Maximum toleriert.
Ausführungsbeispiele beziehen sich somit insbesondere auch auf ein Energiemanagementsystem, welches eine Optimierung hinsichtlich aller Energieverbraucher insbesondere auch der Kraftmaschine optimiert, um so in dem Gesamtsystem möglichst wenig Energie zu verbrauchen bzw. möglichst wenig Energie als Wärme an die Umgebung abzugeben. Ein sehr hohes Potential liegt dabei in dem Lüfterrad, welches bis zu 100 kW Leistung aufnehmen kann und typischerweise direkt und beispielsweise über eine sogenannte Visko-Kopplung an die Motordrehzahl koppelt und so eine direkte Bremswirkung erzielen kann.
2 zeigt ein Flussdiagramm eines Verfahrens zur Effizienzsteigerung eines Kraftfahrzeugs 10. Das Kraftfahrzeug 10 umfasst wieder zumindest einen Nebenverbraucher 50 und ein Planungsmodul 70 zum teilautonomen oder vollautonomen Betrieb des Kraftfahrzeuges 10. Das Planungsmodul 70 ist ausgebildet, um Planungsdaten für einen geplanten Fahrverlauf mit wechselndem Energiebedarf I, II, III des Kraftfahrzeugs 10 bereitzustellen. Das Verfahren umfasst die Schritte:

- Empfangen S110 von Planungsdaten, die eine bevorstehende Phase von verringertem Energiebedarf III (oder das Vorliegen eines Bremsbedarfs) anzeigen;
- Veranlassen einer Senkung S120 eines Energieverbrauchs des Nebenverbrauchers 50 bis zum Erreichen der Phase von verringertem Energiebedarf oder des Bremsbedarfs III; und/oder
- Veranlassen einer Erhöhung S130 eines Energieverbrauchs des Nebenverbrauchers 50 während der Phase von verringertem Energiebedarf oder des Bremsbedarfs III, um so die Effizienz des Kraftfahrzeuges 10 zu steigern.

Alle zuvor genannten Funktionen der Vorrichtung 100 können als weitere optionale Verfahrensschritt umgesetzt sein.
Außerdem kann das Verfahren ebenfalls Computer-implementiert sein, d.h. es kann durch Anweisungen umgesetzt sein, die auf einem Speichermedium gespeichert sind und in der Lage sind, die Schritte des Verfahrens auszuführen, wenn es auf einem Prozessor läuft. Die Anweisungen umfassen typischerweise eine oder mehrere Anweisungen, die auf unterschiedliche Art auf unterschiedlichen Medien in oder peripher zu einer Steuereinheit (mit einem Prozessor) gespeichert sein können, die, wenn sie gelesen und durch die Steuereinheit ausgeführt werden, die Steuereinheit dazu veranlassen, Funktionen, Funktionalitäten und Operationen auszuführen, die zum Ausführen eines Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung notwendig sind.
Die in der Beschreibung, den Ansprüchen und den Figuren offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Verwirklichung der Erfindung wesentlich sein.
Bezugszeichenliste

10: Kraftfahrzeug
50: Nebenverbraucher
70: Planungsmodul
100: Vorrichtung zur Effizienzsteigerung
110: Detektionsmodul
120: Steuermodul
I, II, III: Phasen im geplanten Fahrverlauf mit wechselndem Energiebedarf

Claims

Vorrichtung (100) zur Effizienzsteigerung eines Kraftfahrzeugs (10), wobei das Kraftfahrzeug (10) zumindest einen Nebenverbraucher (50) und ein Planungsmodul (70) zum teilautonomen oder vollautonomen Betrieb des Kraftfahrzeuges (10) aufweist, das Planungsmodul (70) ist ausgebildet, um Planungsdaten für einen geplanten Fahrverlauf mit wechselndem Energiebedarf (I, II, III) des Kraftfahrzeugs (10) bereitzustellen, die Vorrichtung ist gekennzeichnet durch: - ein Detektionsmodul (110), das ausgebildet ist, um basierend auf den Planungsdaten eine bevorstehende Phase mit verringertem Energiebedarf (III) zu detektieren; und - ein Steuermodul (120) zum Steuern eines Energieverbrauch des Nebenverbrauchers (50), wobei das Steuermodul (120) ausgebildet ist, um den Energieverbrauch des Nebenverbraucher (50) bis zum Erreichen der Phase von verringertem Energiebedarf (III) zu senken und während der Phase von verringertem Energiebedarf (III) zu erhöhen, um so die Effizienz des Kraftfahrzeuges (10) zu steigern.
Vorrichtung (100) nach Anspruch 1, wobei der geplante Fahrverlauf einen Abbremsvorgang des Kraftfahrzeuges (10) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuermodul (120) ausgebildet ist, um: über einen erhöhten Energieverbrauch des Nebenverbrauchers (50) eine Bremswirkung des Kraftfahrzeuges (10) zu erreichen, und/oder einen Kraftstoffverbrauch des Kraftfahrzeuges (10) zu senken oder zu optimieren.
Vorrichtung (100) nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, wobei der zumindest eine Nebenverbraucher (50) in einem sicherem Bereich regelbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuermodul (120) ausgebildet ist, um bis zum Erreichen der Phase von verringertem Energiebedarf (III) den zumindest einen Nebenverbraucher (50) bis an eine Grenze des sicheren Bereiches zu drosseln oder konstant zu halten, um dann einen Überschuss an Energie während der Phase mit verringertem Energiebedarf (III) über den Nebenverbraucher (50) abzugeben.
Vorrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der zumindest eine Nebenverbraucher (50) ein Lüfterrad umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuermodul (120) ausgebildet ist, um - während der Phase des verringerten Energiebedarfs (III) durch eine Erhöhung einer Drehzahl des Lüfterrades eine erhöhte Kühlleistung zu erreichen und - die Drehzahl des Lüfterrades bis zu dem Erreichen der Phasen von verringertem Energiebedarf (III) zu drosseln oder abzuschalten und dadurch eine Kühlleistung für des Kraftfahrzeuges (10) zu verringern oder die Drehzahl konstant zu halten.
Vorrichtung (100) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuermodul (120) ausgebildet ist, um während einer Phase mit erhöhtem Energiebedarf (I, II), die vor der Phase mit verringertem Energiebedarf (III) liegt, einen Temperaturanstieg bis zu einem zulässigen Maximum zu ermöglichen.
Vorrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der zumindest eine Nebenverbraucher (50) eine Drucklufteinrichtung zur Erzeugung und Speicherung von Druckluft umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuermodul (120) ausgebildet ist, um: - während der Phase mit verringertem Energiebedarf (III) die Drucklufteinrichtung zum Erzeugung von zusätzlicher Druckluft zu veranlassen, um die anfallende Energie in Form von Druckluft zu speichern, und/oder - vor der Phasen vor dem verringerten Energieverbrauch (III) einen Betriebsdruck in der Drucklufteinrichtung auf ein zulässiges Minimum abzusenken und/oder - nach der Phasen vor dem verringerten Energieverbrauch (III) einen Betriebsdruck in der Drucklufteinrichtung auf ein zulässiges Maximum zu erhöhen.
Vorrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der zumindest eine Nebenverbraucher (50) eine Lichtmaschine umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuermodul (120) ausgebildet ist, um die Lichtmaschine zu veranlassen, in der Phase von verringertem Energieverbrauch (III) zumindest ein Teil von anfallenden Energie zur Stromerzeugung zu nutzen und in eine Batterie des Kraftfahrzeuges (10) zu speichern.
Vorrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der zumindest eine Nebenverbraucher (50) einen Klimakompressor umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuermodul (120) ausgebildet ist, um in der Phase von verringertem Energiebedarf (III) den Klimakompressor zur Kühlung eines Motorkühlkreislaufes und/oder eines Retarder-Kühlkreislaufes zu nutzen.
Kraftfahrzeug (10), insbesondere ein Lastkraftfahrzeug, mit zumindest einem Nebenverbraucher (50) und einem Planungsmodul (70), das ausgebildet ist, um einen teilautonomen oder vollautonomen Betrieb des Kraftfahrzeuges (10) zu ermöglichen, gekennzeichnet durch eine Vorrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
Kraftfahrzeug (10) nach Anspruch 9, das einen Druckluftspeicher für eine pneumatische Bremse aufweist, gekennzeichnet durch: einen zusätzliche Druckspeicher zum Zwischenspeichern von Energie in Form von Druckluft, wobei das Steuermodul (120) ausgebildet ist, um den zusätzliche Druckspeicher in der Phase mit verringerten Energiebedarf (III) mit Druckluft zu befüllen.
Verfahren zur Effizienzsteigerung eines Kraftfahrzeugs (10), wobei das Kraftfahrzeug (10) zumindest einen Nebenverbraucher (50) und ein Planungsmodul (70) zum teilautonomen oder vollautonomen Betrieb aufweist, das Planungsmodul (70) ist ausgebildet, um Planungsdaten für einen geplanten Fahrverlauf mit wechselndem Energiebedarf (I, II, III) des Kraftfahrzeugs (10) bereitzustellen, das Verfahren ist gekennzeichnet durch - Empfangen (S110) von Planungsdaten, die eine bevorstehende Phase von verringertem Energiebedarf (III) anzeigen; - Veranlassen einer Senkung (S120) eines Energieverbrauchs des Nebenverbrauchers (50) bis zum Erreichen der Phase von verringertem Energiebedarf (III); oder - Veranlassen einer Erhöhung (S130) eines Energieverbrauchs des Nebenverbrauchers (50) während der Phase von verringertem Energiebedarf (III), um so die Effizienz des Kraftfahrzeuges (10) zu steigern.
Computerprogrammprodukt mit darauf gespeicherter Software, die ausgebildet ist, um das Verfahren nach Anspruch 11 auszuführen, wenn die Software auf einer Datenverarbeitungseinheit ausgeführt wird.