DE102020128221A1

DE102020128221A1 - Steuerungsvorrichtung für Brennstoffzellenfahrzeug und Brennstoffzellenfahrzeug

Info

Publication number: DE102020128221A1
Application number: DE102020128221.4A
Authority: DE
Inventors: Hiromichi Sato
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2019-12-06
Filing date: 2020-10-27
Publication date: 2021-06-10
Also published as: CN112918328A; US11577627B2; US20210170910A1; JP7310579B2; JP2021093790A

Abstract

Eine Steuerungsvorrichtung (3) für ein Brennstoffzellenfahrzeug (1) umfasst einen Leistungsbegrenzer, der die Leistung einer Brennstoffzelle (4) begrenzt, wenn ein Temperaturkorrelationswert, der mit einer Temperatur der Brennstoffzelle (4) korreliert ist, anzeigt, dass die Temperatur gleich oder größer als ein Temperaturschwellenwert ist, eine Berechnungseinheit, die eine Masse eines angehängten Fahrzeugs (100) berechnet, ein Gradientenerfassungsglied, das Steigungsgradienten an entsprechenden Punkten auf einer geplanten Fahrtroute erfasst, einen Prädiktor, der vorhersagt, ob die Leistung der Brennstoffzelle (4) begrenzt wird, wenn das Brennstoffzellenfahrzeug (1) die geplante Fahrtroute in einem Zugbetriebszustand befährt, und ein Steuergerät, das, wenn der Prädiktor vorhersagt, dass die Leistung der Brennstoffzelle (4) begrenzt wird, einen Alarm ausgibt, dass ein Absinken einer Fahrzeuggeschwindigkeit des Brennstoffzellenfahrzeugs (1) zu erwarten ist, wenn das Brennstoffzellenfahrzeug (1) im Zugbetriebszustand die geplante Fahrtroute fährt.

Description

STAND DER TECHNIK
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Steuerungsvorrichtung für ein Brennstoffzellenfahrzeug und bezieht sich ebenso auf das Brennstoffzellenfahrzeug.
Beschreibung der verwandten Technik
Kraftfahrzeuge mit Verbrennungsmotor können beim Fahren ein angehängtes Fahrzeug ziehen (siehe zum Beispiel die japanische Offenlegungsschrift Nr. 2017-007442 ( JP 2017-007442 A )).
KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Ähnlich wie Verbrennungskraftfahrzeuge können Brennstoffzellenfahrzeuge beim Fahren ein angehängtes Fahrzeug ziehen. Wenn die Brennstoffzelle auf einem hohen Leistungszustand gehalten wird, kann die Temperatur der Brennstoffzelle übermäßig steigen. Zur Reduzierung der Temperatur der Brennstoffzelle wird in diesem Fall die Leistung der Brennstoffzelle begrenzt. Wenn das Brennstoffzellenfahrzeug auf einer Straße mit starker Steigung fährt und dabei ein schweres angehängtes Fahrzeug zieht, steigt die Temperatur der Brennstoffzelle und die Leistung wird begrenzt. Im Ergebnis kann die Fahrzeuggeschwindigkeit abnehmen.
Die vorliegende Erfindung stellt eine Steuerungsvorrichtung für ein Brennstoffzellenfahrzeug bereit, bei der ein Absinken der Fahrzeuggeschwindigkeit des ein angehängtes Fahrzeug ziehenden Brennstoffzellenfahrzeugs genau vorhergesagt werden kann und, wenn das Absinken der Fahrzeuggeschwindigkeit vorhergesagt wird, ein Fahrer über das Vorhersageergebnis unterrichtet werden kann. Die vorliegende Erfindung stellt auch das Brennstoffzellenfahrzeug bereit.
Ein Aspekt der vorliegenden Erfindung stellt eine Steuerungsvorrichtung für ein Brennstoffzellenfahrzeug bereit. Die Steuerungsvorrichtung für das Brennstoffzellenfahrzeug ist eine Steuerungsvorrichtung für ein Brennstoffzellenfahrzeug, das eine Brennstoffzelle als elektrische Energiequelle und einen Elektromotor als Antriebsquelle aufweist. Die Steuerungsvorrichtung umfasst einen Leistungsbegrenzer, eine Berechnungseinheit, ein Gradientenerfassungsglied, ein Vorhersageglied (Prädiktor) und ein Steuergerät. Der Leistungsbegrenzer ist dazu ausgelegt, die Leistung der Brennstoffzelle zu begrenzen, wenn ein mit einer Temperatur der Brennstoffzelle korrelierter Temperaturkorrelationswert anzeigt, dass die Temperatur gleich oder größer als ein Temperaturschwellenwert ist. Die Berechnungseinheit ist dazu ausgelegt, eine Masse eines vom Brennstoffzellenfahrzeug gezogenen angehängten Fahrzeugs zu berechnen. Das Gradientenerfassungsglied ist dazu ausgelegt, Steigungsgradienten an entsprechenden Punkten einer geplanten Fahrtroute des Brennstoffzellenfahrzeugs zu erfassen. Der Prädiktor ist dazu ausgelegt, anhand der Masse des angehängten Fahrzeugs und der Steigungsgradienten vorherzusagen, ob der Leistungsbegrenzer die Leistung der Brennstoffzelle begrenzt, wenn das Brennstoffzellenfahrzeug auf der geplanten Fahrtroute in einem Zugbetriebszustand fährt, bei dem das Brennstoffzellenfahrzeug beim Fahren ein angehängtes Fahrzeug zieht. Das Steuergerät ist so ausgelegt, dass es, wenn der Prädiktor vorhersagt, dass die Leistung der Brennstoffzelle begrenzt wird, über ein am Brennstoffzellenfahrzeug montiertes Benachrichtigungselement einen Alarm ausgibt, dass ein Absinken der Fahrzeuggeschwindigkeit des Brennstoffzellenfahrzeugs zu erwarten ist, wenn das Brennstoffzellenfahrzeug im Zugbetriebszustand die geplante Fahrtroute fährt.
Indem anhand der Masse des angehängten Fahrzeugs und der Steigungsgradienten vorhergesagt wird, ob die Leistung der Brennstoffzelle des Brennstoffzellenfahrzeugs, welches das angehängte Fahrzeug zieht, begrenzt wird, kann ein durch die Leistungsbegrenzung verursachtes Absinken der Fahrzeuggeschwindigkeit genau vorhergesagt werden. Wenn das Absinken der Fahrzeuggeschwindigkeit vorhergesagt wird, kann der Fahrer über das Vorhersageergebnis benachrichtigt werden. Die „Ausgabe eines Alarms, dass ein Absinken der Fahrzeuggeschwindigkeit des Brennstoffzellenfahrzeugs zu erwarten ist, wenn das Brennstoffzellenfahrzeug im Zugbetriebszustand die geplante Fahrtroute fährt“ ist nicht auf eine Sichtanzeige oder Sprachausgabe beschränkt, sondern umfasst beispielsweise die Vorab-Ausgabe eines den Alarm anzeigenden Pieptons aus einem Lautsprecher an den Fahrer, das Einschalten einer Leuchtvorrichtung in einem vorherbestimmten Leuchtmuster und die Anzeige eines vorherbestimmten Symbols oder dergleichen auf einem Display.
Im oben beschriebenen Aspekt kann der Prädiktor so ausgelegt sein, dass er vorhersagt, dass die Leistung der Brennstoffzelle begrenzt wird, wenn die Masse des angehängten Fahrzeugs gleich oder größer als ein Masseschwellenwert ist und wenn mindestens einer der Steigungsgradienten der entsprechenden Punkte gleich oder größer als ein Gradientenschwellenwert ist.
Im oben beschriebenen Aspekt kann die Steuerungsvorrichtung ferner ein Informationserfassungsglied aufweisen, das dazu ausgelegt ist, Zugbetriebszustandsinformationen zu erfassen, wie einen Neigungswinkel einer vom Brennstoffzellenfahrzeug im Zugbetriebszustand befahrenen Straße und ein Drehmoment des Motors, wenn das Brennstoffzellenfahrzeug im Zugbetriebszustand die Straße mit diesem Neigungswinkel befährt. Die Berechnungseinheit kann dazu ausgelegt sein, die Masse des angehängten Fahrzeugs anhand der Zugbetriebszustandsinformationen zu berechnen.
Im oben beschriebenen Aspekt können die Zugbetriebszustandsinformationen eine Fahrzeuggeschwindigkeit des Brennstoffzellenfahrzeugs umfassen, wenn das Brennstoffzellenfahrzeug im Zugbetriebszustand die Straße mit dem Neigungswinkel befährt.
Im oben beschriebenen Aspekt kann die Steuerungsvorrichtung ferner einen Speicher aufweisen, der ein Kennfeld abspeichert, das eine Beziehung zwischen dem Drehmoment, dem Neigungswinkel, der Fahrzeuggeschwindigkeit und der Masse des angehängten Fahrzeugs definiert. Die Berechnungseinheit kann dazu ausgelegt sein, die Masse des angehängten Fahrzeugs unter Bezugnahme auf das Kennfeld zu berechnen.
Im oben beschriebenen Aspekt können die Zugbetriebszustandsinformationen eine Masse des Brennstoffzellenfahrzeugs und einen Luftwiderstand des Brennstoffzellenfahrzeugs, eine Beschleunigung des Brennstoffzellenfahrzeugs und ein Übersetzungsverhältnis eines Getriebes des Brennstoffzellenfahrzeugs, wenn das Brennstoffzellenfahrzeug im Zugbetriebszustand die Straße mit dem Neigungswinkel befährt, umfassen.
Im oben beschriebenen Aspekt kann die Steuerungsvorrichtung ferner einen Speicher aufweisen, der einen arithmetische Ausdruck speichert, der eine Beziehung zwischen dem Drehmoment, dem Neigungswinkel, dem Luftwiderstand, der Beschleunigung und dem Getriebeübersetzungsverhältnis des Brennstoffzellenfahrzeugs und der Masse des angehängten Fahrzeugs definiert. Die Berechnungseinheit kann dazu ausgelegt sein, die Masse des angehängten Fahrzeugs auf Grundlage des arithmetischen Ausdrucks zu berechnen.
Im oben beschriebenen Aspekt kann das Steuergerät dazu ausgelegt sein, über das Benachrichtigungselement einen Alarm auszugeben, der eine Aufforderung enthält, das Fahren auf der geplanten Fahrtroute zu vermeiden.
Im oben beschriebenen Aspekt kann das Steuergerät dazu ausgelegt sein, über das Benachrichtigungselement einen nachdrücklichen Alarm auszugeben, sowie sich die Masse des angehängten Fahrzeugs erhöht.
Im oben beschriebenen Aspekt kann das Steuergerät dazu ausgelegt sein, über das Benachrichtigungselement einen nachdrücklichen Alarm auszugeben, sowie sich die Steigungsgradienten erhöhen.
Im oben beschriebenen Aspekt kann das Gradientenerfassungsglied dazu ausgelegt sein, die Steigungsgradienten aus einem Navigationsgerät zu erfassen, in dem die geplante Fahrtroute eingestellt ist.
Im oben beschriebenen Aspekt kann das Steuergerät so ausgelegt sein, dass, wenn der Prädiktor eine Leistungsbegrenzung der Brennstoffzelle vorhersagt, das Steuergerät über das Benachrichtigungselement einen Alarm ausgibt, der eine Aufforderung enthält, die im Navigationsgerät eingestellte geplante Fahrtroute zu ändern.
Im oben beschriebenen Aspekt kann das Brennstoffzellenfahrzeug ein Personenfahrzeug sein.
Ein anderer Aspekt der vorliegenden Erfindung stellt ein Brennstoffzellenfahrzeug bereit, das eine Brennstoffzelle, einen Motor und die Steuerungsvorrichtung für das Brennstoffzellenfahrzeug aufweist.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es möglich, eine Steuerungsvorrichtung für ein Brennstoffzellenfahrzeug bereitzustellen, bei der ein Absinken der Fahrzeuggeschwindigkeit des Brennstoffzellenfahrzeugs, das ein angehängtes Fahrzeug zieht, genau vorhergesagt werden kann und bei Vorhersage des Absinkens der Fahrzeuggeschwindigkeit ein Fahrer über das Vorhersageergebnis unterrichtet werden kann. Gemäß der vorliegenden Erfindung ist auch die Bereitstellung des Brennstoffzellenfahrzeugs möglich.
Figurenliste
Im Folgenden werden Merkmale, Vorteile sowie die technische und gewerbliche Bedeutung von beispielhaften Ausführungsformen der Erfindung unter Verweis auf die Begleitzeichnungen beschrieben, in denen gleiche Bezugszeichen gleiche Elemente bezeichnen, und wobei gilt:

1 ist eine strukturelle Darstellung eines Brennstoffzellenfahrzeugs;
2 ist eine Ansicht zur Darstellung des Brennstoffzellenfahrzeugs und eines vom Brennstoffzellenfahrzeug gezogenen angehängten Fahrzeugs;
3 ist ein Flussdiagramm zur Darstellung eines Beispiels eines von einer elektronischen Steuerungseinheit (ECU) ausgeführten Steuervorgangs;
4 ist ein Flussdiagramm zur Darstellung eines Beispiels eines Alarmierungsprozesses;
5A zeigt ein Beispiel eines auf einer Instrumententafelanzeige anzuzeigenden Bildes;
5B zeigt ein anderes Beispiel des auf der Instrumententafelanzeige anzuzeigenden Bildes;
5C zeigt ein weiteres Beispiel des auf der Instrumententafelanzeige anzuzeigenden Bildes;
5D zeigt ein weiteres Beispiel des auf der Instrumententafelanzeige anzuzeigenden Bildes;
5E zeigt ein weiteres Beispiel des auf der Instrumententafelanzeige anzuzeigenden Bildes;
6 ist eine beispielhafte Darstellung eines auf einem Navigationsgerät anzuzeigenden Bildes, wenn eine neue Navigationsroute gefunden wird;
7A ist ein Flussdiagramm zur Darstellung eines ersten abgewandelten Beispiels des Alarmierungsprozesses;
7B ist ein Flussdiagramm zur Darstellung eines zweiten abgewandelten Beispiels des Alarmierungsprozesses;
8A zeigt ein anderes Beispiel des auf der Instrumententafelanzeige anzuzeigenden Bildes;
8B zeigt ein weiteres Beispiel des auf der Instrumententafelanzeige anzuzeigenden Bildes;
9 ist ein Flussdiagramm zur Darstellung eines Beispiels eines Prozesses zur Berechnung einer Zugmasse (Anhängelast); und
10 ist eine Ansicht zur Darstellung eines Beispiels von mehreren Kennfeldern, die Motordrehmomente, Fahrzeuggeschwindigkeiten und Zugmassen für jeweilige Straßenneigungswinkel definieren.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSFORMEN
Gesamtaufbau des Brennstoffzellenfahrzeugs 1
1 ist eine strukturelle Darstellung eines Brennstoffzellenfahrzeugs 1. Das Brennstoffzellenfahrzeug 1 umfasst eine Brennstoffzelle (nachfolgend bezeichnet als „FC“) 4 als elektrische Energiequelle und einen Elektromotor 50 als Antriebsquelle. Das Brennstoffzellenfahrzeug 1 umfasst eine elektronische Steuerungseinheit (ECU) 3, die FC 4, eine Sekundärbatterie (nachfolgend bezeichnet als „BAT“) 8, ein Oxidationsgaszuführungssystem 10, ein Brenngaszuführungssystem 20, ein Leistungsregelungssystem 30 und ein Kühlsystem 40. Das Brennstoffzellenfahrzeug 1 umfasst ferner einen Fahrpedal-Betätigungsbetragssensor 6, einen Zündschalter 7, eine Instrumententafelanzeige 9, den Motor 50 zum Fahren, ein Getriebe 52, Räder 55 und ein Navigationsgerät 60. Die Instrumententafelanzeige 9 ist an einer Stelle vorgesehen, an der die Instrumententafelanzeige 9 durch einen Fahrer in einem Fahrgastraum bedienbar ist. Das Navigationsgerät 60 weist eine vom Fahrer bedienbare Touchpanel-Navigationsanzeige 61 auf.
Die FC 4 wird mit einem Oxidationsgas und einem Brenngas versorgt, um elektrische Energie zu erzeugen. Die FC 4 umfasst einen Stapel von mehreren Polymerelektrolyt-Einzelzellen. Jede Einzelzelle umfasst eine Membran-Elektroden-Anordnung und zwei Separatoren. Die Membran-Elektroden-Anordnung ist ein Generator mit Elektroden, die zu beiden Seiten einer Protonenaustauschmembran angeordnet sind. Die Membran-Elektroden-Anordnung befindet sich zwischen den Separatoren. Die Protonenaustauschmembran ist eine Polymerelektrolytmembran aus einem Fluor- oder Kohlenwasserstoffharzmaterial mit einer Sulfogruppe und weist in einem feuchten Zustand eine ausgezeichnete Protonenleitfähigkeit auf. Die Elektrode umfasst eine Kohlenstoffunterlage und ein Ionomer, das ein Feststoffpolymer mit Sulfogruppe ist und in einem feuchten Zustand eine ausgezeichnete Protonenleitfähigkeit aufweist. Die Kohlenstoffunterlage trägt einen Katalysator zur Förderung einer Energieerzeugungsreaktion (zum Beispiel Platin oder Platin-Kobalt-Legierung). Die einzelnen Zellen sind mit Sammelrohren versehen, durch die Reaktionsgase und ein Kühlmittel strömen. Die durch die Sammelrohre strömenden Reaktionsgase werden über die in den Einzelzellen vorgesehenen Gaskanäle zu Energieerzeugungsbereichen der Einzelzellen geführt.
Das Oxidationsgaszuführungssystem 10 führt sauerstoffhaltige Luft als Oxidationsgas zur FC 4. Das Oxidationsgaszuführungssystem 10 umfasst ein Zuführungsrohr 11, ein Abführungsrohr 12, ein Bypassrohr 13, einen Luftkompressor 14, ein Bypassventil 15, einen Zwischenkühler 16 und ein Staudruckregelventil 17. Das Zuführungsrohr 11 ist mit einem Kathodeneinlass-Sammelrohr der FC 4 verbunden. Das Abführungsrohr 12 ist mit einem Kathodenauslass-Sammelrohr der FC 4 verbunden. Das Bypassrohr 13 verbindet das Zuführungsrohr 11 mit dem Abführungsrohr 12. Das Bypassventil 15 ist an einem Teilabschnitt vorgesehen, wo das Zuführungsrohr 11 und das Bypassrohr 13 zusammengeschlossen sind. Das Bypassventil 15 ändert einen Verbindungszustand zwischen dem Zuführungsrohr 11 und dem Bypassrohr 13. Der Luftkompressor 14, das Bypassventil 15 und der Zwischenkühler 16 sind von einer Anströmseite aus in dieser Reihenfolge am Zuführungsrohr 11 angeordnet. Das Staudruckregelventil 17 ist am Abführungsrohr 12 auf einer Anströmseite eines Teilabschnitts vorgesehen, wo das Abführungsrohr 12 und das Bypassrohr 13 zusammengeschlossen sind. Der Luftkompressor 14 führt sauerstoffhaltige Luft als Oxidationsgas über das Zuführungsrohr 11 zur FC 4. Das zur FC 4 geführte Oxidationsgas wird über das Abführungsrohr 12 abgeführt. Der Zwischenkühler 16 kühlt das zur FC 4 zu führende Oxidationsgas. Das Staudruckregelventil 17 reguliert einen Staudruck auf einer Kathodenseite der FC 4. Die ECU 3 steuert den Luftkompressor 14, das Bypassventil 15 und das Staudruckregelventil 17 an. Die ECU 3 kann durch die Regelung der Drehzahl des Luftkompressors 14 den Mengenstrom des zur FC 4 zu führenden Oxidationsgases verstellen. Die ECU 3 kann durch die Regelung des Öffnungsgrads des Bypassventils 15 und des Staudruckregelventils 17 den Mengenstrom des zur FC 4 zu führenden Oxidationsgases und den Mengenstrom des umzuleitenden Oxidationsgases verstellen.
Das Brenngaszuführungssystem 20 führt ein Wasserstoffgas als Brenngas zur FC 4. Das Brenngaszuführungssystem 20 umfasst einen Tank 20T, ein Zuführungsrohr 21, ein Abführungsrohr 22, ein Umwälzrohr 23, ein Tankventil 24, ein Druckregelventil 25, einen Injektor (nachfolgend bezeichnet als „INJ“) 26, einen Gas/Flüssigkeitsabscheider 27, ein Ablassventil 28 und eine Wasserstoff-Umwälzpumpe (nachfolgend bezeichnet als „HP“) 29. Der Tank 20T und ein Anodeneinlass-Sammelrohr der FC 4 sind durch das Zuführungsrohr 21 verbunden. Der Tank 20T speichert das als Brenngas dienende Wasserstoffgas. Das Abführungsrohr 22 ist mit einem Anodenauslass-Sammelrohr der FC 4 verbunden. Das Umwälzrohr 23 verbindet den Gas/Flüssigkeitsabscheider 27 mit dem Zuführungsrohr 21. Das Tankventil 24, das Druckregelventil 25 und der INJ 26 sind von einer Anströmseite aus in dieser Reihenfolge am Zuführungsrohr 21 angeordnet. Der Öffnungsgrad des Druckregelventils 25 wird verstellt, während das Tankventil 24 offen ist, und der INJ 26 bläst das Brenngas ein. Dadurch wird das Brenngas zur FC 4 geführt. Der Gas/Flüssigkeitsabscheider 27 und das Ablassventil 28 sind von einer Anströmseite aus in dieser Reihenfolge am Abführungsrohr 22 angeordnet. Der Gas/Flüssigkeitsabscheider 27 scheidet Wasser von dem aus der FC 4 ausgetragenen Brenngas ab und speichert das abgeschiedene Wasser. Das im Gas/Flüssigkeitsabscheider 27 gespeicherte Wasser wird durch Öffnen des Ablassventils 28 über das Abführungsrohr 22 aus dem Brennstoffzellenfahrzeug 1 nach draußen abgeführt. Das Umwälzrohr 23 wird verwendet, um das Brenngas zur FC 4 zurückzuführen. Das anströmseitige Ende des Umwälzrohrs 23 ist mit dem Gas/Flüssigkeitsabscheider 27 verbunden, und die HP 29 ist am Umwälzrohr 23 angeordnet. Das aus der FC 4 abgeführte Brenngas wird von der HP 29 mit geeignetem Druck beaufschlagt und zum Zuführungsrohr 21 geleitet. Die ECU 3 steuert das Tankventil 24, das Druckregelventil 25, den INJ 26, das Ablassventil 28 und die HP 29 an.
Das Leistungsregelungssystem 30 umfasst einen Gleichstrom/Gleichstrom-(DC/DC)-Brennstoffzellenwandler (nachfolgend bezeichnet als „FDC“) 32, einen DC/DC-Batteriewandler (nachfolgend bezeichnet als „BDC“) 34, einen Motorinverter (nachfolgend bezeichnet als „MINV“) 38 und einen Nebengeräte-Inverter (nachfolgend bezeichnet als „AINV“) 39. Der FDC 32 regelt einen Ausgangsstrom der FC 4 anhand eines von der ECU 3 gesendeten erforderlichen Stromwerts und verstellt die Gleichstromleistung aus der FC 4 und gibt die Gleichstromleistung an den MINV 38 und den AINV 39 aus. Der BDC 34 verstellt die Gleichstromleistung aus der BAT 8 und gibt die Gleichstromleistung an den MINV 38 und den AINV 39 aus. Die BAT 8 kann mit dem von der FC 4 erzeugten elektrischen Strom geladen werden. Der MINV 38 richtet die eingehende Gleichstromleistung in eine Dreiphasenwechselstrom-(AC)-Leistung um und liefert die Wechselstromleistung an den Motor 50. Der Motor 50 dreht über das Getriebe 52 die Räder 55, so dass sich das Brennstoffzellenfahrzeug 1 fortbewegt. Die elektrische Leistung der FC 4 und der BAT 8 kann über den AINV 39 zu Lasteinrichtungen geführt werden. Die Lasteinrichtungen umfassen Nebengeräte für die FC 4 und Nebengeräte für das Fahrzeug. Die Nebengeräte für die FC 4 umfassen den Luftkompressor 14, das Bypassventil 15, das Staudruckregelventil 17, das Tankventil 24, das Druckregelventil 25, den INJ 26, das Ablassventil 28 und die HP 29. Beispiele von Nebengeräten für das Fahrzeug umfassen eine Klimaanlage, ein Beleuchtungssystem und eine Warnblinkleuchte.
Das Kühlsystem 40 kühlt die FC 4 durch Umwälzung des Kühlmittels auf einem vorherbestimmten Pfad. Das Kühlsystem 40 umfasst ein Zuführungsrohr 41, ein Abführungsrohr 42, einen Radiator 43, eine Wasserpumpe (nachfolgend bezeichnet als „WP“) 44 und einen Temperatursensor 4T. Das Zuführungsrohr 41 ist mit einem Kühlmitteleintragssammelrohr der FC 4 verbunden. Das Abführungsrohr 42 ist mit einem Kühlmittelaustragssammelrohr der FC 4 verbunden. Der Radiator 43 ist mit dem Zuführungsrohr 41 und dem Abführungsrohr 42 verbunden. Die WP 44 ist am Zuführungsrohr 41 angeordnet. Die WP 44 wälzt das Kühlmittel, das ein Kühlmedium zwischen der FC 4 und dem Radiator 43 ist, über das Zuführungsrohr 41 und das Abführungsrohr 42 um. Der Radiator 43 kühlt das aus der FC 4 abgeführte Kühlmittel durch Wärmetausch zwischen dem Kühlmittel und der Außenluft. Die ECU 3 steuert die WP 44 an.
Der Temperatursensor 4T ist am Abführungsrohr 42 vorgesehen und misst die Temperatur des aus der FC 4 ausgetragenen, aber nicht in den Radiator 43 einströmenden Kühlmittels. Die ECU 3 erfasst ein Messergebnis aus dem Temperatursensor 4T. Da der Temperatursensor 4T die Temperatur des aus der FC 4 ausgetragenen, aber nicht in den Radiator 43 einströmenden Kühlmittels misst, erhöht sich die Temperatur der FC 4 mit einem Anstieg der gemessenen Temperatur. Die vom Temperatursensor 4T gemessene Kühlmitteltemperatur ist ein Beispiel für einen mit der Temperatur der FC 4 korrelierten Temperaturkorrelationswert. Obwohl als Temperatur der FC 4 die vom Temperatursensor 4T gemessene Kühlmitteltemperatur verwendet wird, ist die vorliegende Erfindung nicht auf die Kühlmitteltemperatur beschränkt. Die Temperatur der FC 4 kann beispielsweise von einem Sensor gemessen werden, der dazu ausgelegt ist, die Temperatur der FC 4 direkt zu messen.
Die ECU 3 umfasst eine Zentraleinheit (CPU), einen Festwertspeicher (ROM) und einen Direktzugriffsspeicher (RAM). Der Fahrpedal-Betätigungsbetragssensor 6, der Zündschalter 7, die Instrumententafelanzeige 9, der Luftkompressor 14, das Bypassventil 15, das Staudruckregelventil 17, das Tankventil 24, das Druckregelventil 25, der INJ 26, das Ablassventil 28, die HP 29, der FDC 32 und der BDC 34 sind mit der ECU 3 elektrisch verbunden. Die ECU 3 berechnet die in der FC 4 erforderliche Leistung beispielsweise anhand eines Messwertes des Fahrpedal-Betätigungsbetragssensors 6, der Antriebszustände der Nebengeräte für das Fahrzeug und der Nebengeräte für die FC 4 und der in der BAT 8 gespeicherten elektrischen Leistung und berechnet einen in der FC 4 erforderlichen Stromwert anhand der erforderlichen Leistung. Die ECU 3 regelt die Mengenströme des zu der FC 4 zu führenden Oxidationsgases und Brenngases durch Regelung des Luftkompressors 14 und des INJ 26 anhand der in der FC 4 erforderlichen Leistung. Die ECU 3 regelt den Ausgangsstrom der FC 4 durch Ansteuerung des FDC 32 auf Grundlage des in der FC 4 erforderlichen Stromwertes. Die ECU 3 ist ein Beispiel einer Steuerungsvorrichtung für das Brennstoffzellenfahrzeug 1, die das gesamte Brennstoffzellenfahrzeug 1 steuert. Die ECU 3 umfasst einen Leistungsbegrenzer, eine Berechnungseinheit, ein Gradientenerfassungsglied, einen Prädiktor und ein Steuergerät. Die ECU 3 kann ferner ein Informationserfassungsglied und einen Speicher umfassen.
Zugbetrieb
2 ist eine Ansicht zur Darstellung des Brennstoffzellenfahrzeugs 1 und eines vom Brennstoffzellenfahrzeug 1 gezogenen angehängten Fahrzeugs 100. Das Brennstoffzellenfahrzeug 1 weist am hinteren Ende einer Fahrzeugkarosserie 2 eine Zugkupplung 2a auf. Die Zugkupplung 2a ragt nach hinten hervor. Die Zugkupplung 2a umfasst beispielsweise am oberen Ende eines säulenartigen Elements, das in vertikaler Richtung stehend vorgesehen ist, einen Kupplungskopf 2b, der eine Kugelform aufweist.
Das angehängte Fahrzeug 100 wird auch als „Anhänger“ bezeichnet. Das angehängte Fahrzeug 100 umfasst eine Karosserie 102, Räder 105, ein Kupplungselement 106 und eine Kupplungspfanne 108. Die Kupplungspfanne 108 ist am vorderen Ende des Kupplungselements 106 vorgesehen. Die Kupplungspfanne 108 weist einen kugelförmigen Bereich auf, der den Kugelkopf 2b aufnimmt. Mit Aufnahme des Kugelkopfs 2b in der Kugelpfanne 108 ist das angehängte Fahrzeug 100 auf drehbare Weise am Brennstoffzellenfahrzeug 1 angekuppelt. Das Brennstoffzellenfahrzeug 1 kann in diesem Zustand fahren.
Leistungsbegrenzung
Obwohl die FC 4 durch das Kühlmittel gekühlt wird, erhöht sich, wenn die FC 4 in einem Zustand hoher Leistung gehalten wird, auch die Temperatur der FC 4, und die Wärmemenge, die das Kühlmittel aus der FC 4 aufnimmt, übersteigt das Wärmeabstrahlvermögen des Radiators 43 für das Kühlmittel. Bei übermäßigem Anstieg der Temperatur der FC 4 können die Protonenaustauschmembran oder andere Komponenten der FC 4 schmelzen. Wenn die vom Temperatursensor 4T gemessene Temperatur gleich oder größer als ein vorherbestimmter Schwellenwert ist, begrenzt die ECU 3 die Leistung der FC 4, so dass die maximale Leistung der FC 4 kleiner als die maximale Nennleistung der FC 4 ist. Dieser Prozess ist ein Beispiel für einen Prozess, der von dem zur Leistungsbegrenzung der FC 4 ausgelegten Leistungsbegrenzer auszuführen ist, wenn der mit der Temperatur der FC 4 korrelierte Temperaturkorrelationswert anzeigt, dass die Temperatur der FC 4 gleich oder größer als ein Temperaturschwellenwert ist. Insbesondere begrenzt die ECU 3 die Leistung der FC 4 und reduziert die Temperatur durch Verminderung der Drehzahl des Luftkompressors 14 und der Brenngas-Einblasmenge des INJ 26, um das zur FC 4 zu führende Oxidationsgas und Brenngas im Vergleich zum Normalzustand zu reduzieren.
Wenn das Brennstoffzellenfahrzeug 1 fährt und dabei das angehängte Fahrzeug 100 zieht, kann beispielsweise aufgrund einer Erhöhung der Leistung der FC 4 in Abhängigkeit von der Masse des angehängten Fahrzeugs 100 und des Steigungsgradienten einer Fahrstraße die Temperatur steigen. Dadurch kann die Leistung der FC 4 begrenzt werden. Das heißt, die Fahrzeuggeschwindigkeit des Brennstoffzellenfahrzeugs 1 kann sich im Vergleich zu einer Fahrzeuggeschwindigkeit, die im Falle einer nicht begrenzten Leistung der FC 4 vorliegt, verringern. In dieser Ausführungsform führt die ECU 3 die Steuerung so aus, dass ein Fahrer des das angehängte Fahrzeug 100 ziehenden Brennstoffzellenfahrzeugs 1 eine Situation, in der die Fahrzeuggeschwindigkeit absinken kann, im Voraus erkennt.
Steuerung der ECU 3
3 ist ein Flussdiagramm zur beispielhaften Darstellung einer von der ECU 3 ausgeführten Steuerung. 4 ist ein Flussdiagramm zur Darstellung eines Beispiels eines später noch beschriebenen Alarmierungsprozesses. 5A bis 5E zeigen Beispiele von auf der Instrumententafelanzeige 9 anzuzeigenden Bildern D1 bis D5. Wenn eines der Bilder D1 bis D5 auf der Instrumententafelanzeige 9 dargestellt wird, wird eine im Bild enthaltene Meldung als Sprachmitteilung von einem Lautsprecher im Fahrgastraum des Brennstoffzellenfahrzeugs 1 ausgegeben. Die Instrumententafelanzeige 9 und der Lautsprecher im Fahrgastraum sind Beispiele eines Benachrichtigungselements.
Zunächst wird die von der ECU 3 auszuführende Steuerung unter Bezugnahme auf 3 beschrieben. Dieser Steuerungsvorgang wird jede vorherbestimmte Zeit wiederholt. Die ECU 3 führt einen Prozess aus, um eine Zugmasse f eines angehängten Fahrzeugs, das vom Brennstoffzellenfahrzeug 1 gezogen werden kann, zu berechnen (Schritt S1). Der Prozess von Schritt S1 ist ein Beispiel eines Prozesses, der von der Berechnungseinheit auszuführen ist. Eine spezielle Methode zur Berechnung der Zugmasse f wird später beschrieben.
Als nächstes bestimmt die ECU 3 anhand eines Berechnungsergebnisses der Zugmasse f, ob das Brennstoffzellenfahrzeug 1 aktuell ein angehängtes Fahrzeug zieht (Schritt S2). Insbesondere, wenn die berechnete Zugmasse f gleich oder größer als ein vorherbestimmter Wert ist, kommt die ECU 3 zu dem Bestimmungsergebnis, dass das Brennstoffzellenfahrzeug 1 ein angehängtes Fahrzeug zieht. Wenn die Zugmasse f kleiner als der vorherbestimmter Wert ist, kommt die ECU 3 zu dem Ergebnis, dass das Brennstoffzellenfahrzeug 1 kein angehängtes Fahrzeug zieht. Zum Beispiel ist der vorherbestimmte Wert auf einen Wert höher als eine maximal zulässige Ladungsmasse des Brennstoffzellenfahrzeugs 1 eingestellt. Wenn die Bestimmung in Schritt S2 „Nein“ ergibt, wird der Steuerungsvorgang beendet.
Wenn die Bestimmung in Schritt S2 „Ja“ ergibt, veranlasst die ECU 3 die Instrumententafelanzeige 9 zum Anzeigen des Bildes D1, um den Fahrer zur Überprüfung des angehängten Fahrzeugs 100 aufzufordern (Schritt S3). Das Bild D1 zeigt eine Meldung „System erkennt, dass ein Anhänger gezogen wird. Ist das richtig?“ und die Felder „Ja“, „Nein“ und „Abbrechen“. Die ECU 3 bestimmt, ob das Feld „Ja“ im Bild D1 betätigt wird (Schritt S4). Wenn die Bestimmung in Schritt S4 „Nein“ ergibt, das heißt, wenn das Feld „Nein“ oder „Abbrechen“ betätigt wird, löscht die ECU 3 das Bild D1 (Schritt S5) und beendet den Steuervorgang.
Wenn die Bestimmung in Schritt S4 „Ja“ ergibt, bestimmt die ECU 3, ob im Navigationsgerät 60 bereits eine Navigationsroute eingestellt ist (Schritt S6). Wenn die Bestimmung in Schritt S6 „Nein“ ergibt, veranlasst die ECU 3 die Instrumententafelanzeige 9 zum Anzeigen des Bildes D5, um den Fahrer zum vorsichtigen Fahren aufzufordern (Schritt S10). Das Bild D5 zeigt zum Beispiel eine Meldung „Bitte fahren Sie vorsichtig.“ Das Bild D5 erlischt nach einer vorherbestimmten Anzeigedauer des Bildes D5 auf der Instrumententafelanzeige 9. Danach wird der Steuervorgang beendet.
Wenn die Bestimmung in Schritt S6 „Ja“ ergibt, erfasst die ECU 3 Steigungsgradienten r [%] an entsprechenden Punkten auf der im Navigationsgerät 60 eingestellten Navigationsroute (Schritt S7). Der Prozess von Schritt S7 ist ein Beispiel eines vom Gradientenerfassungsglied auszuführenden Prozesses.
Als nächstes bestimmt die ECU 3, ob die Zugmasse f gleich oder größer als ein Schwellenwert α ist (Schritt S8). Der Schwellenwert α ist zum Beispiel 2000 kg. Der Schwellenwert α ist ein Beispiel eines Masseschwellenwertes. Wenn die Bestimmung in Schritt S8 „Nein“ ergibt, wird der Prozess von Schritt S10 ausgeführt, und die Steuerung wird beendet.
Wenn die Bestimmung in Schritt S8 „Ja“ ergibt, bestimmt die ECU 3, ob der Steigungsgradient r an irgendeinem Punkt der Navigationsroute gleich oder größer als ein Schwellenwert β ist (Schritt S9). Der Schwellenwert β ist zum Beispiel 8 %. Der Schwellenwert β ist ein Beispiel eines Gradientenschwellenwertes. Die Schwellenwerte α und β in den Schritten S8 und S9 werden auf eine Zugmasse und einen Steigungsgradienten eingestellt, bei denen die ECU 3 vorhersagt, dass die Temperatur der FC 4 ansteigt und die Leistung der FC 4 begrenzt wird, wenn das Brennstoffzellenfahrzeug 1 auf der Navigationsroute fährt und dabei das angehängte Fahrzeug zieht. Die Schwellenwerte α und β werden beispielsweise auf der Grundlage von Versuchsergebnissen eingestellt. Die Prozesse der Schritte S8 und S9 sind Beispiele eines Prozesses, der vom Prädiktor auszuführen ist, der dazu ausgelegt ist, eine Vorhersage zu treffen, ob der Leistungsbegrenzer die Leistung der FC 4 begrenzt, wenn das Brennstoffzellenfahrzeug 1 auf der Navigationsroute fährt. Wenn die Bestimmung in Schritt S9 „Nein“ ergibt, wird der Prozess von Schritt S10 ausgeführt, und die Steuerung wird beendet. Die Reihenfolge der Schritte S8 und S9 unterliegt keiner besonderen Beschränkung.
Wenn die Bestimmung in Schritt S9 „Ja“ ergibt, führt die ECU 3 den Alarmierungsprozess aus (Schritt S11). Der Alarmierungsprozess ist ein Prozess zur Warnung des Fahrers, dass die Fahrzeuggeschwindigkeit absinken kann. Die ECU 3 kann auf Grundlage der Zugmasse f und der Steigungsgradienten r der Navigationsroute genau vorhersagen, dass die Leistung der FC 4 begrenzt werden und die Fahrzeuggeschwindigkeit abfallen kann. Wenn das Absinken der Fahrzeuggeschwindigkeit vorhergesagt wird, kann der Fahrer im Vorfeld über das Vorhersageergebnis benachrichtigt werden. Einzelheiten des Alarmierungsprozesses werden in der Folge beschrieben.
Alarmierungsprozess
Bei dem in 4 dargestellten Alarmierungsprozess veranlasst die ECU 3 die Instrumententafelanzeige 9 zum Anzeigen des Bildes D2 (Schritt S21). Das Bild D2 benachrichtigt den Fahrer, dass die Fahrzeuggeschwindigkeit auf einer Steigung abfallen kann, und fordert den Fahrer zu einer Entscheidung auf, ob eine im Navigationsgerät 60 eingestellte aktuelle Navigationsroute zu ändern ist. Das Bild D2 zeigt zum Beispiel eine Meldung „Fahrzeuggeschwindigkeit kann bei Steigung abnehmen. Wollen Sie die Navigationsroute ändern?“ und die Felder „Ja“, „Nein“ und „Abbrechen“. Da der Fahrer im Voraus erkennen kann, dass die Fahrzeuggeschwindigkeit eventuell abfallen wird, kann das für den Fall, dass die Fahrzeuggeschwindigkeit dann tatsächlich abnimmt, dem Fahrer einige Sorgen und Ängste nehmen. Der Prozess von Schritt S21 ist ein Beispiel eines vom Steuergerät auszuführenden Prozesses. Das Bild D2 ist ein Beispiel einer Warnmeldung, dass die Fahrzeuggeschwindigkeit des Brennstoffzellenfahrzeugs 1 absinken kann, wenn das Brennstoffzellenfahrzeug 1 in einem Zugbetriebszustand auf einer geplanten Fahrtroute fährt, und ist auch ein Beispiel einer Warnmeldung, die eine Aufforderung zur Änderung der im Navigationsgerät 60 eingestellten geplanten Fahrtroute bereitstellt.
Als nächstes bestimmt die ECU 3, ob eine Anweisung zur Änderung der Navigationsroute gegeben wird (Schritt S22). Wenn die Bestimmung in Schritt S22 „Nein“ ergibt, das heißt, wenn das Feld „Nein“ oder „Abbrechen“ im Bild D2 betätigt wird, veranlasst die ECU 3 die Instrumententafelanzeige 9 zur Darstellung des Bildes D5 (Schritt S29) und beendet den Steuervorgang.
Wenn die Bestimmung in Schritt S22 „Ja“ ergibt, das heißt, wenn das Feld „Ja“ im Bild D2 betätigt wird, gibt die ECU 3 an das Navigationsgerät 60 eine Anweisung aus, nach einer neuen Navigationsroute zu suchen, bei welcher der Gradient r an keinem Punkt gleich oder größer als der Schwellenwert β ist (Schritt S23).
Als nächstes kommuniziert die ECU 3 mit dem Navigationsgerät 60, um zu bestimmen, ob das Navigationsgerät 60 eine Navigationsroute findet (Schritt S24). Wenn die Bestimmung in Schritt S24 „Nein“ ergibt, veranlasst die ECU 3 die Instrumententafelanzeige 9 zum Anzeigen des Bildes D3, um den Fahrer zu benachrichtigen, dass keine neue Navigationsroute gefunden wird (Schritt S25). Das Bild D3 zeigt zum Beispiel eine Meldung „Keine Navigationsroute gefunden.“ Danach führt die ECU 3 den Prozess von Schritt S29 aus und beendet den Steuervorgang.
Wenn die Bestimmung in Schritt S24 „Ja“ ergibt, veranlasst die ECU 3 die Instrumententafelanzeige 9 zum Anzeigen des Bildes D4, um den Fahrer aufzufordern, von der aktuellen Navigationsroute zur neuen Navigationsroute zu wechseln (Schritt S26). Das Bild D4 zeigt zum Beispiel eine Meldung „Neue Navigationsroute gefunden. Bitte gewünschte Navigationsroute antippen.“ und ein Feld „Abbrechen“. Der Prozess von Schritt S26 ist ein Beispiel eines vom Steuergerät auszuführenden Prozesses. 6 ist eine beispielhafte Darstellung eines auf einem Navigationsdisplay 61 anzuzeigenden Bildes, wenn die neue Navigationsroute gefunden wird. 6 zeigt eine aktuell eingestellte Navigationsroute R1 und neu gefundene Navigationsrouten R2 und R3. Der Fahrer kann die Navigationsroute ändern, indem er die Navigationsroute R2 oder R3 antippt.
Als nächstes bestimmt die ECU 3, ob das Feld „Abbrechen“ im Bild D4 betätigt wird (Schritt S27). Wenn die Bestimmung in Schritt S27 „Ja“ ergibt, führt die ECU 3 den Prozess von Schritt S29 aus und beendet den Steuervorgang.
Wenn die Bestimmung in Schritt S27 „Nein“ ergibt, bestimmt die ECU 3 anhand eines Signals vom Navigationsgerät 60, ob die Navigationsroute geändert wird (Schritt S28). Wenn die Bestimmung in Schritt S28 „Nein“ ergibt, wird der Prozess von Schritt S27 nochmals ausgeführt. Wenn die Bestimmung in Schritt S28 „Ja“ ergibt, führt die ECU 3 den Prozess von Schritt S29 aus und beendet den Steuervorgang.
Abgewandelte Beispiele des Alarmierungsprozesses
Als nächstes werden mehrere abgewandelte Beispiele des Alarmierungsprozesses beschrieben. 7A ist ein Flussdiagramm zur Darstellung eines ersten abgewandelten Beispiels des Alarmierungsprozesses. 7B ist ein Flussdiagramm zur Darstellung eines zweiten abgewandelten Beispiels des Alarmierungsprozesses. 8A und 8B zeigen Beispiele von auf der Instrumententafelanzeige 9 anzuzeigenden Bildern D6 und D7. Wenn das Bild D6 oder D7 auf der Instrumententafelanzeige 9 dargestellt wird, wird eine im Bild enthaltene Meldung als Sprachmitteilung von einem Lautsprecher im Fahrgastraum des Brennstoffzellenfahrzeugs 1 ausgegeben.
Zunächst wird das erste abgewandelte Beispiel des Alarmierungsprozesses beschrieben. Wie in 7A dargestellt, bestimmt die ECU 3, ob die Zugmasse f gleich oder größer als ein Schwellenwert α1 ist (Schritt S31). Der Schwellenwert α1 übersteigt den Schwellenwert α um einen vorherbestimmten Wert. Der Schwellenwert α1 beträgt zum Beispiel 3000 kg. Der Schwellenwert α1 ist ein Beispiel des Masseschwellenwertes. Wenn die Bestimmung in Schritt S31 „Ja“ ergibt, das heißt, wenn die Zugmasse f relativ hoch ist, veranlasst die ECU 3 die Instrumententafelanzeige 9 zur Darstellung des Bildes D6 (Schritt S32). Wenn die Bestimmung in Schritt S31 „Nein“ ergibt, das heißt, wenn die Zugmasse f gleich oder größer als der Schwellenwert α, aber kleiner als der Schwellenwert α1 ist, veranlasst die ECU 3 die Instrumententafelanzeige 9 zur Darstellung des Bildes D7 (Schritt S33). Anders als beim Bild D7 betont das Bild D6 mit Nachdruck die Möglichkeit eines Abfalls der Fahrzeuggeschwindigkeit und betont auch mit Nachdruck die Meidung der Navigationsroute. Das Bild D6 zeigt zum Beispiel eine Meldung „Fahrzeuggeschwindigkeit kann bei Steigung stark abfallen. Bitte Navigationsroute meiden.“ Das Bild D7 zeigt zum Beispiel eine Meldung „Fahrzeuggeschwindigkeit kann bei Steigung abnehmen. System empfiehlt Meidung der Navigationsroute.“ Auf diese Weise kann, wenn sich die Zugmasse f erhöht, die Warnmeldung mit Nachdruck ausgegeben werden, ohne zur Änderung der im Navigationsgerät 60 bereits eingestellten Navigationsroute aufzufordern. Der Prozess von Schritt S32 ist ein Beispiel eines vom Steuergerät auszuführenden Prozesses. Die Bilder D6 und D7 sind Beispiele für die Warnmeldung, dass die Fahrzeuggeschwindigkeit des Brennstoffzellenfahrzeugs 1 absinken kann, wenn das Brennstoffzellenfahrzeug 1 in einem Zugbetriebszustand auf einer geplanten Fahrtroute fährt, und sind auch Beispiele für eine Warnmeldung, die eine Aufforderung zur Meidung der geplanten Fahrtroute bereitstellt.
Als nächstes wird das zweite abgewandelte Beispiel des Alarmierungsprozesses beschrieben. Wie in 7B dargestellt, bestimmt die ECU 3, ob der Gradient r an irgendeinem Punkt der im Navigationsgerät 60 bereits eingestellten Navigationsroute gleich oder größer als ein Schwellenwert β1 ist (Schritt S31a). Der Schwellenwert β1 übersteigt den Schwellenwert β um einen vorherbestimmten Wert. Der Schwellenwert ß1 ist ein Beispiel des Gradientenschwellenwertes. Der Schwellenwert β1 beträgt zum Beispiel 12 %. Wenn die Bestimmung in Schritt S31a „Ja“ ergibt, das heißt, wenn der Steigungsgradient an irgendeinem Punkt der Navigationsroute relativ hoch ist, führt die ECU 3 den Prozess von Schritt S32 aus. Wenn die Bestimmung in Schritt S31a „Nein“ ergibt, das heißt, wenn der Steigungsgradient r gleich oder größer als der Schwellenwert β, aber kleiner als der Schwellenwert β1 ist, führt die ECU 3 den Prozess von Schritt S33 aus. Auf diese Weise kann bei einem höheren Steigungsgradienten auf der Navigationsroute die Warnmeldung mit Nachdruck ausgegeben werden, ohne zur Änderung der im Navigationsgerät 60 bereits eingestellten Navigationsroute aufzufordern.
Prozess zur Berechnung der Zugmasse f
Als nächstes wird der Prozess zur Berechnung der Zugmasse f beschrieben. 9 ist ein Flussdiagramm zur Darstellung eines Beispiels des Prozesses zur Berechnung der Zugmasse f. Die ECU 3 bestimmt, ob das Brennstoffzellenfahrzeug 1 durch Antrieb des Motors 50 vorwärts fährt (Schritt S41). Dieser Bestimmungsvorgang wird durchgeführt, da weiter unten beschriebene Zugbetriebszustandsinformationen für die Berechnung der Zugmasse f nicht erfasst werden können, wenn der Motor 50 abgeschaltet oder in einem regenerativen Betrieb ist. Der regenerative Betrieb ist eine Betriebsweise, bei welcher der Motor 50 als Generator betrieben wird, wenn das Brennstoffzellenfahrzeug 1 verlangsamt wird oder eine abschüssige Strecke herunterfährt, um eine Bremskraft des Brennstoffzellenfahrzeugs 1 zu gewinnen, und die BAT 8 wird mit mindestens einem Teil der regenerativ erzeugten elektrischen Leistung geladen. Insbesondere bestimmt im Prozess von Schritt S41 die ECU 3 anhand einer von einem Fahrzeuggeschwindigkeitssensor angezeigten Fahrzeuggeschwindigkeit und eines Leistungsverbrauchs des Motors 50, ob das Brennstoffzellenfahrzeug 1 durch Antrieb des Motors 50 vorwärts fährt. Wenn die vom Fahrzeuggeschwindigkeitssensor angezeigte Fahrzeuggeschwindigkeit größer als null ist und der Leistungsverbrauch des Motors 50 größer als null ist, kommt die ECU 3 zum Ergebnis, dass das Brennstoffzellenfahrzeug 1 durch Antrieb des Motors 50 vorwärts fährt. Der Leistungsverbrauch des Motors 50 kann anhand eines Antriebsstroms und einer Drehzahl des Motors 50 berechnet werden. Wenn die Bestimmung in Schritt S41 „Nein“ ergibt, wird der Steuerungsvorgang beendet.
Wenn die Bestimmung in Schritt S41 „Ja“ ergibt, erfasst die ECU 3 die Zugbetriebszustandsinformationen (Schritt S42). Die Zugbetriebszustandsinformationen umfassen einen Neigungswinkel einer Straße, die das Brennstoffzellenfahrzeug 1 in einem Zugbetriebszustand befährt, in dem das Brennstoffzellenfahrzeug 1 beim Fahren das angehängte Fahrzeug 100 zieht, und ein Drehmoment des Motors 50 und eine Fahrzeuggeschwindigkeit des Brennstoffzellenfahrzeugs 1, wenn das Brennstoffzellenfahrzeug 1 im Fahrbetriebszustand auf der Straße mit diesem Neigungswinkel fährt. Der Straßenneigungswinkel [rad] kann aus einem Neigungswinkelsensor des Brennstoffzellenfahrzeugs 1 erfasst werden. Beispielsweise kann das Drehmoment des Motors 50 [N] berechnet werden, indem der Leistungsverbrauch des Motors 50 [W] durch die Drehzahl des Motors 50 [r/min] dividiert wird und ein sich ergebender Wert mit einem vorherbestimmten Koeffizienten multipliziert wird. Wie oben beschrieben, kann der Leistungsverbrauch des Motors 50 anhand des Antriebsstroms und der Drehzahl des Motors 50 berechnet werden. Der Antriebsstrom des Motors 50 kann aus einem am Motor 50 angebauten Stromfühler erfasst werden. Die Drehzahl des Motors 50 kann aus einem am Motor 50 vorgesehenen Drehzahlgeber erfasst werden. Die Fahrzeuggeschwindigkeit [km/h] kann aus dem Fahrzeuggeschwindigkeitssensor des Brennstoffzellenfahrzeugs 1 erfasst werden. Der Prozess von Schritt S42 ist ein Beispiel eines vom Informationserfassungsglied auszuführenden Prozesses.
Als nächstes berechnet die ECU 3 die Zugmasse f anhand der Zugbetriebszustandsinformationen unter Bezugnahme auf ein Kennfeld (Schritt S43). 10 ist eine Ansicht zur Darstellung eines Beispiels von mehreren Kennfeldern, die Drehmomente des Motors 50, Fahrzeuggeschwindigkeiten und Zugmassen f für jeweilige Straßenneigungswinkel θ1, θ2, θ3, ... definieren. Die Kennfelder werden in einem Speicher der ECU 3 hinterlegt. Der Speicherbaustein der ECU 3 ist ein Beispiel für den Speicher. Die Neigungswinkel θ1, θ2, θ3, ... umfassen Neigungswinkel von Steigungsgradienten und Neigungswinkel von Gefällegradienten. Der im Kennfeld von 10 dargestellte Neigungswinkel θ1 ist ein Neigungswinkel eines Steigungsgradienten.
Jedes Kennfeld zeigt Drehmoment-Isoplethen T1 bis T3. Von den Drehmoment-Isoplethen T1 bis T3 zeigt die Drehmoment-Isoplethe T1 ein größtes Drehmoment und die Drehmoment-Isoplethe T3 ein kleinstes Drehmoment an. Die Neigungswinkel umfassen Neigungswinkel von Steigungsgradienten und Neigungswinkel von Gefällegradienten. In einem Kennfeld, das einen Neigungswinkel eines Steigungsgradienten zeigt, ist eine Zugmasse f mit einem höheren Wert definiert, wenn sich das Drehmoment des Motors 50 erhöht, wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit abnimmt und wenn sich der Neigungswinkel des Steigungsgradienten vermindert. Die Gründe sind folgende: Mit steigender Zugmasse f erhöht sich das zum Ziehen des angehängten Fahrzeugs 100 notwendige Drehmoment des Motors 50. Mit steigender Zugmasse f verringert sich die Fahrzeuggeschwindigkeit. Unter gleichen Bedingungen des Drehmoments des Motors 50 und der Fahrzeuggeschwindigkeit erhöht sich die Zugmasse f mit abnehmendem Neigungswinkel des Steigungsgradienten. Gleichermaßen ist in einem Kennfeld, das einen Neigungswinkel eines leichten Gefällegradienten zeigt, eine Zugmasse f mit einem höheren Wert definiert, wenn sich das Drehmoment des Motors 50 erhöht, wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit abnimmt und wenn sich der Neigungswinkel des Gefällegradienten vermindert. Der Fall des Neigungswinkels des leichten Gefällegradienten ist ähnlich gelagert wie der Fall des Neigungswinkels des Steigungsgradienten, da die Schwerkraftwirkung einen geringen Einfluss auf die Beschleunigung hat und der Rollwiderstand hoch ist. In einem Kennfeld, das einen Neigungswinkel eines steilen Gefällegradienten zeigt, ist eine Zugmasse f mit einem höheren Wert definiert, wenn das Drehmoment des Motors 50 abnimmt, wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit steigt und wenn sich der Neigungswinkel des Gefällegradienten vermindert. Das hat folgenden Grund. In diesem Fall erhöht sich die Beschleunigung infolge der Schwerkrafteinwirkung und der Rollwiderstand nimmt ab. Das angehängte Fahrzeug 100 kann somit auch dann gezogen werden, wenn das Drehmoment des Motors 50 gering ist. Durch Berechnung der Zugmasse f unter Zuhilfenahme der oben beschriebenen Kennfelder kann der Verarbeitungsaufwand der ECU 3 reduziert werden.
Modifiziertes Beispiel des Prozesses zur Berechnung der Zugmasse f
Die Zugmasse f kann mit Hilfe des arithmetischen Ausdrucks (1) berechnet werden. $f = {(T \times Gr \div D - Ra) / (g (μ + sin θ) + a)} - F$
Der arithmetische Ausdruck (1) ist im Speicher der ECU 3 gespeichert. Das Symbol „θ“ [rad] stellt einen Neigungswinkel einer Straße dar, die vom Brennstoffzellenfahrzeug 1 aktuell befahren wird. Wie oben beschrieben, kann der Straßenneigungswinkel aus einem Neigungswinkelsensor des Brennstoffzellenfahrzeugs 1 erfasst werden. Das Symbol „T“ [N·m] stellt ein Drehmoment des Motors 50 dar, wenn das Brennstoffzellenfahrzeug 1 im Zugbetriebszustand die Straße mit dem oben beschriebenen Neigungswinkel entlangfährt. Das Symbol „Gr“ [-] stellt ein Übersetzungsverhältnis des Getriebes 52 dar, wenn das Brennstoffzellenfahrzeug 1 im Zugbetriebszustand die Straße mit dem oben beschriebenen Neigungswinkel entlangfährt. Wenn das Übersetzungsverhältnis des Getriebes 52 feststehend ist, wird das Übersetzungsverhältnis als Konstantwert im Speicher der ECU 3 hinterlegt. Wenn es sich bei dem Getriebe 52 um ein mehrstufiges Getriebe mit mehreren schaltbaren Übersetzungsverhältnissen handelt, wird das Übersetzungsverhältnis mit Hilfe eines Sensors oder dergleichen erfasst. Das Symbol „D“ [m] stellt einen Außendurchmesser des jeweiligen Rades 55 dar, der im Speicher der ECU 3 als Kennwert des Brennstoffzellenfahrzeugs 1 hinterlegt wird. Das Symbol „Ra“ [N] stellt einen Luftwiderstand des Brennstoffzellenfahrzeugs 1 dar, wenn das Brennstoffzellenfahrzeug 1 im Zugbetriebszustand die Straße mit dem oben beschriebenen Neigungswinkel entlangfährt. Der Luftwiderstand erhöht sich mit zunehmender Fahrzeuggeschwindigkeit exponentiell. Der Speicher der ECU 3 speichert ein Kennfeld, das eine Beziehung zwischen dem Luftwiderstand und der Fahrzeuggeschwindigkeit definiert. Der Luftwiderstand kann ausgehend von einer aktuellen Fahrzeuggeschwindigkeit unter Hinzuziehung des Kennfeldes berechnet werden.
Das Symbol „g“ [m/s²] stellt eine Gravitationsbeschleunigung dar, die im Speicher der ECU 3 hinterlegt ist. Das Symbol „µ“ [-] stellt einen Rollwiderstandskoeffizienten dar, der im Speicher der ECU 3 als Kennwert des Brennstoffzellenfahrzeugs 1 hinterlegt ist. Das Symbol „a“ [m/s²] stellt eine Beschleunigung des Brennstoffzellenfahrzeugs 1 dar, wenn das Brennstoffzellenfahrzeug 1 im Zugbetriebszustand die Straße mit dem oben beschriebenen Neigungswinkel entlangfährt. Die Beschleunigung kann mit Hilfe eines am Brennstoffzellenfahrzeug 1 montierten Beschleunigungssensors erfasst werden. Das Symbol „F“ [kg] stellt eine Masse des Brennstoffzellenfahrzeugs 1 dar, die im Speicher der ECU 3 als Kennwert des Brennstoffzellenfahrzeugs 1 hinterlegt wird. Mit Hilfe des arithmetischen Ausdrucks kann die Zugmasse f genau berechnet werden.
Sonstiges
Die Bilder D1 bis D7 werden mit der als Benachrichtigungselement verwendeten Instrumententafelanzeige 9 angezeigt, aber die Erfindung ist nicht auf diesen Fall beschränkt. Zum Beispiel kann ein Alarm ausgegeben werden, indem eines der Bilder D1 bis D7 mit dem als Benachrichtigungselement verwendeten Navigationsdisplay 61 angezeigt wird. Zudem kann der im Fahrgastraum vorgesehene Lautsprecher oder ein im Navigationsgerät 60 vorgesehener Lautsprecher als Benachrichtigungselement verwendet werden, und der Alarm kann die in einem der Bilder D1 bis D7 enthaltene Meldung per Stimmausgabe über den Lautsprecher ausgeben. Der Alarm kann nur per Bildanzeige oder nur per Sprachausgabe gegeben werden. Zudem kann der Alarm ausgegeben werden, indem die Instrumententafelanzeige 9 oder dergleichen veranlasst wird, ein(e) vorherbestimmte(s) Symbol, Form oder Marke anzuzeigen. Des Weiteren kann eine im Fahrgastraum vorgesehene Leuchtvorrichtung wie eine Leuchtdiode (LED) als Benachrichtigungselement verwendet werden, und der Alarm kann ausgegeben werden, indem die Leuchtvorrichtung eingeschaltet wird oder ein Leuchtmuster der Leuchtvorrichtung zum Beispiel auf ein Blinken der Leuchtvorrichtung umgeschaltet wird. Darüber hinaus kann der Alarm mit einem Piepton über den Lautsprecher ausgegeben werden. Zur nachdrücklichen Ausgabe der Alarmierung kann das auf der Instrumententafelanzeige 9 oder dergleichen angezeigte Symbol vergrößert oder blinkend dargestellt werden, der Piepton auf lauter gestellt werden, die Art des Piepens verändert werden oder das Leuchtmuster der LED geändert werden.
Wie in den Schritten S1 und S2 wird die Zugmasse f berechnet und anhand der Größenordnung der Zugmasse f eine Bestimmung ausgeführt, ob das Brennstoffzellenfahrzeug 1 ein angehängtes Fahrzeug zieht. Die vorliegende Erfindung ist nicht auf diesen Fall beschränkt. Wenn zum Beispiel am Brennstoffzellenfahrzeug 1 eine Kamera angebaut ist, um ein Bild von einem Bereich hinter dem Brennstoffzellenfahrzeug 1 aufzunehmen, kann über einen Bilderkennungsprozess an dem von der Kamera aufgenommenen Bild eine Bestimmung durchgeführt werden, ob das Brennstoffzellenfahrzeug 1 ein angehängtes Fahrzeug zieht. Zudem kann an der Kupplung 2a in einem Teilabschnitt rund um den Kugelkopf 2b ein Sensor vorgesehen sein, um eine Verbindung von Kugelkopf 2b und Kugelpfanne 108 zu erfassen, und über den Sensor kann eine Bestimmung durchgeführt werden, ob das Brennstoffzellenfahrzeug 1 ein angehängtes Fahrzeug zieht. Abgesehen von der Bestimmung, ob das Brennstoffzellenfahrzeug 1 ein angehängtes Fahrzeug zieht, ist in jedem Fall die Zugmasse f zu bestimmen.
Die Schwellenwerte α, α1, β und β1 sind Festwerte, jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht auf diesen Fall beschränkt. Beispielsweise kann sich mit zunehmender Zugmasse f mindestens einer der Schwellenwerte β und β 1 verringern. Der Grund dafür ist folgender. Mit steigender Zugmasse f kann aufgrund einer Erhöhung der Leistung der FC 4 die Temperatur steigen, auch wenn der Steigungsgradient gering ist. Das kann die Leistung der FC 4 begrenzen. Mindestens einer der Schwellenwerte α, α1, β und β1 kann sich mit abnehmender Außentemperatur erhöhen. Das hat folgenden Grund. Wenn sich die Außentemperatur verringert, fördert dies die Wärmeabstrahlung des Radiators 43 für das Kühlmittel zur Verhinderung einer Temperaturerhöhung der FC 4. Das reduziert die Möglichkeit einer Begrenzung der Leistung der FC 4.
Die ECU 3 kann beispielsweise das Navigationsdisplay 61 dazu veranlassen, eines Streckenpunkts, an dem der Steigungsgradient gleich oder größer als der Schwellenwert α oder α1 ist, durch Blinken stärker hervorzuheben. Damit kann der Fahrer das Durchfahren dieses Punktes einfach vermeiden.
Die ECU 3 kann die Instrumententafelanzeige 9 oder dergleichen zum Anzeigen der berechneten Zugmasse f veranlassen.
Beim Brennstoffzellenfahrzeug 1 handelt es sich um ein Personenfahrzeug, das ein großes Personenfahrzeug, ein mittleres Personenfahrzeug oder ein kleines Personenfahrzeug sein kann. Ein davon abweichendes Brennstoffzellenfahrzeug, das kein Personenfahrzeug ist, kann unter der Voraussetzung eingesetzt werden, dass das Brennstoffzellenfahrzeug keinen Sensor oder dergleichen aufweist, der für eine direkte Erfassung der Zugmasse ausgelegt ist.
Obwohl die Ausführungsform der vorliegenden Erfindung oben im Detail beschrieben ist, ist die vorliegende Erfindung nicht auf die spezielle Ausführungsform beschränkt, sondern es können innerhalb des Umfangs der in den Ansprüchen beschriebenen vorliegenden Erfindung verschiedene Abwandlungen und Änderungen vorgenommen werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2017007442 [0002]
JP 2017007442 A [0002]

Claims

Steuerungsvorrichtung (3) für ein Brennstoffzellenfahrzeug (1), das eine Brennstoffzelle (4) als elektrische Energiequelle und einen Elektromotor (50) als Antriebsquelle aufweist, wobei die Steuerungsvorrichtung (3) umfasst: einen Leistungsbegrenzer, der dazu ausgelegt ist, die Leistung der Brennstoffzelle (4) zu begrenzen, wenn ein mit einer Temperatur der Brennstoffzelle (4) korrelierter Temperaturkorrelationswert anzeigt, dass die Temperatur gleich oder größer als ein Temperaturschwellenwert ist; eine Berechnungseinheit, die dazu ausgelegt ist, eine Masse eines angehängten Fahrzeugs (100), das vom Brennstoffzellenfahrzeug (1) gezogen wird, zu berechnen; ein Gradientenerfassungsglied, das dazu ausgelegt ist, Steigungsgradienten an entsprechenden Punkten auf einer geplanten Fahrtroute des Brennstoffzellenfahrzeugs (1) zu erfassen; einen Prädiktor, der dazu ausgelegt ist, anhand der Masse des angehängten Fahrzeugs (100) und der Steigungsgradienten vorherzusagen, ob der Leistungsbegrenzer die Leistung der Brennstoffzelle begrenzt, wenn das Brennstoffzellenfahrzeug (1) auf der geplanten Fahrtroute in einem Zugbetriebszustand fährt, in dem das Brennstoffzellenfahrzeug (1) beim Fahren ein angehängtes Fahrzeug (100) zieht; und ein Steuergerät, das so ausgelegt ist, dass, wenn der Prädiktor vorhersagt, dass die Leistung der Brennstoffzelle (4) begrenzt wird, das Steuergerät über ein am Brennstoffzellenfahrzeug (1) montiertes Benachrichtigungselement (9) einen Alarm ausgibt, dass ein Absinken der Fahrzeuggeschwindigkeit des Brennstoffzellenfahrzeugs (1) zu erwarten ist, wenn das Brennstoffzellenfahrzeug (1) im Zugbetriebszustand die geplante Fahrtroute fährt.
Steuerungsvorrichtung (3) nach Anspruch 1, wobei der Prädiktor dazu ausgelegt ist, vorherzusagen, dass die Leistung der Brennstoffzelle (4) begrenzt wird, wenn die Masse des angehängten Fahrzeugs (100) gleich oder größer als ein Masseschwellenwert ist und wenn mindestens einer der Steigungsgradienten an den entsprechenden Punkten gleich oder größer als ein Gradientenschwellenwert ist.
Steuerungsvorrichtung (3) nach Anspruch 1 oder 2, die ferner ein Informationserfassungsglied umfasst, das dazu ausgelegt ist, Zugbetriebszustandsinformationen zu erfassen, die einen Neigungswinkel einer Straße, die das Brennstoffzellenfahrzeug (1) im Zugbetriebszustand befährt, und ein Drehmoment des Motors (50), wenn das Brennstoffzellenfahrzeug (1) im Zugbetriebszustand die Straße mit dem Neigungswinkel befährt, umfassen, wobei die Berechnungseinheit dazu ausgelegt ist, die Masse des angehängten Fahrzeugs (100) anhand der Zugbetriebszustandsinformationen zu berechnen.
Steuerungsvorrichtung (3) nach Anspruch 3, wobei die Zugbetriebszustandsinformationen eine Fahrzeuggeschwindigkeit des Brennstoffzellenfahrzeugs (1), wenn das Brennstoffzellenfahrzeug (1) im Zugbetriebszustand die Straße mit dem Neigungswinkel befährt, umfassen.
Steuerungsvorrichtung (3) nach Anspruch 4, die ferner einen Speicher umfasst, der ein Kennfeld speichert, das eine Beziehung zwischen dem Drehmoment, dem Neigungswinkel, der Fahrzeuggeschwindigkeit und der Masse des angehängten Fahrzeugs (100) definiert, wobei die Berechnungseinheit dazu ausgelegt ist, die Masse des angehängten Fahrzeugs (100) unter Bezugnahme auf das Kennfeld zu berechnen.
Steuerungsvorrichtung (3) nach Anspruch 3, wobei die Zugbetriebszustandsinformationen eine Masse des Brennstoffzellenfahrzeugs (1) und einen Luftwiderstand des Brennstoffzellenfahrzeugs (1), eine Beschleunigung des Brennstoffzellenfahrzeugs (1) und ein Übersetzungsverhältnis eines Getriebes des Brennstoffzellenfahrzeugs (1), wenn das Brennstoffzellenfahrzeug (1) im Zugbetriebszustand die Straße mit dem Neigungswinkel befährt, umfassen.
Steuerungsvorrichtung (3) nach Anspruch 6, die ferner einen Speicher umfasst, der einen arithmetische Ausdruck speichert, der eine Beziehung zwischen dem Drehmoment, dem Neigungswinkel, der Masse, dem Luftwiderstand, der Beschleunigung und dem Getriebeübersetzungsverhältnis des Brennstoffzellenfahrzeugs (1) und der Masse des angehängten Fahrzeugs (100) definiert, wobei die Berechnungseinheit dazu ausgelegt ist, die Masse des angehängten Fahrzeugs (100) anhand des arithmetischen Ausdrucks zu berechnen.
Steuerungsvorrichtung (3) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei das Steuergerät dazu ausgelegt ist, über das Benachrichtigungselement (9) einen Alarm auszugeben, der eine Aufforderung bereitstellt, das Fahren auf der geplanten Fahrtroute zu vermeiden.
Steuerungsvorrichtung (3) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei das Steuergerät dazu ausgelegt ist, über das Benachrichtigungselement (9) einen nachdrücklichen Alarm auszugeben, wenn sich die Masse des angehängten Fahrzeugs (100) erhöht.
Steuerungsvorrichtung (3) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei das Steuergerät dazu ausgelegt ist, über das Benachrichtigungselement (9) einen nachdrücklichen Alarm auszugeben, wenn sich die Steigungsgradienten erhöhen.
Steuerungsvorrichtung (3) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei das Gradientenerfassungsglied dazu ausgelegt ist, die Steigungsgradienten aus einem Navigationsgerät (60), in dem die geplante Fahrtroute eingestellt ist, zu erfassen.
Steuerungsvorrichtung (3) nach Anspruch 11, wobei das Steuergerät so ausgelegt ist, dass, wenn der Prädiktor vorhersagt, dass die Leistung der Brennstoffzelle (4) begrenzt wird, das Steuergerät über das Benachrichtigungselement (9) einen Alarm ausgibt, der eine Aufforderung bereitstellt, die im Navigationsgerät (60) eingestellte geplante Fahrtroute zu ändern.
Steuerungsvorrichtung (3) nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei das Brennstoffzellenfahrzeug (1) ein Personenfahrzeug ist.
Brennstoffzellenfahrzeug, umfassend: eine Brennstoffzelle (4); einen Elektromotor (50); und die Steuerungsvorrichtung (3) nach einem der Ansprüche 1 bis 13.