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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verbessern einer Rundenzeit eines Kraftfahrzeugs, sowie ein Kraftfahrzeug mit einem solchen Verfahren.
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Straßenrennfahrzeuge werden gerne auf einer Rundstrecke eingesetzt und sollen dort an ihre Leistungsgrenzen gebracht werden beziehungsweise möglichst gute Rundenzeiten (Rundstreckenperformance) erzielen. Die Leistungsabfrage ist bei einem solchen Rennbetrieb regelmäßig höher als im Einsatz abseits der Rundstrecke. Eine andere Anwendung sind Rennfahrzeuge, welche auf Straßenfahrzeugen basieren und hierbei aufgrund der Kosten möglichst Standardbauteile bis hinzu in einer nahezu unveränderten Konfiguration verwendet werden sollen.
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Es gibt eine aktivierbare Rennstreckenfunktion, mit welcher die Rundstreckenperformance von einem voll-elektrischen und elektrifizierten Kraftfahrzeug durch eine angepasste Betriebsstrategie verbessert werden soll. Im Fokus stehen dabei das sogenannte Derating des elektrischen Antriebssystems, also eine Leistungsreduktion durch thermische Effekte oder Dauerbelastungseinschränkungen in den Komponenten. Es soll zwar zum einen die Rundstreckenperformance optimiert werden und auch ein dauerhaft leistungsfähiges Verhalten des Fahrzeugs über die gesamte Rundstrecke bewirkt werden. Die aktivierbare Rennstreckenfunktion ist nicht nur vor einer schnellen Runde aktiv, sondern auch während der eigentlichen Runde.
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Die Anforderungen an die Dimensionierung von Komponenten eines solchen Kraftfahrzeugs für den Rundstreckenbetrieb liegen deutlich über den Anforderungen aus dem kundennahen Betrieb eines elektrifizierten Kraftfahrzeugs. Bei der Auslegung auf eine optimale Rundstreckenperformance führt dies dazu, dass die Komponenten im Vergleich zum Straßenbetrieb des Kraftfahrzeugs deutlich überdimensioniert werden müssten. Weil hierbei nicht nur technische Zielkonflikte (wie beispielsweise eine Erhöhung von Verbrauch, Gewicht und weiteres), sondern auch finanzielle Zielkonflikte auftreten, muss ein Kompromiss zwischen Alltagstauglichkeit und Rundstreckenperformance gefunden werden. Dies führt dazu, dass die Komponenten des elektrischen Systems sowie deren Kühlung im Rundstreckenbetrieb an ihrer Leistungsgrenze betrieben werden. Eine Auswirkung dessen ist, dass die zur Verfügung stehende, elektrische Leistung beschränkt werden muss. Die Beschränkung (Derating) ist abhängig von der Leistung, die über einen gewissen Zeitraum abgerufen wurde. Beispiel Rundstrecke: Bei Volllastbeschleunigung auf einer langen Start-Ziel-Geraden kann dies dazu führen, dass die Leistung nach einer gewissen Zeit (beispielsweise nach 10 Sekunden) deutlich beschränkt werden muss, um die Komponenten zu schützen.
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Standard-Verhalten der Leistungsbeschränkung des elektrischen Systems ist es (beispielsweise wenn die volle Leistung länger als 10 Sekunden abgerufen wird und/oder eine Temperaturschwelle überschritten wird), dass eine Beschränkung auf eine deutlich geringere Leistung erfolgt, bis eine Erholung beziehungsweise Abkühlung eingetreten ist und die volle Leistung erneut freigegeben werden kann. Im kundennahen Betrieb, in dem die volle Leistung in der Regel nur für relativ kurze Phasen abgerufen wird, sind damit keine signifikanten Einschränkungen der Performance zu erwarten. Im deutlich dynamischeren Rundstreckenbetrieb hingegen kommt es teilweise schnell zu Einschränkungen. Dies hat die Auswirkung, dass zunächst keine weitere Beschleunigung stattfinden kann, bis sich das System wieder erholt hat. In der Konsequenz führt dies zu einer verringerten Performance auf der Rundstrecke.
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Während professionelle Rennfahrer die maximale Leistungsgrenze unter Berücksichtigung eines Deratings kennen und geübt sind im Umgang mit einem solchen voll-elektrischen und elektrifizierten Kraftfahrzeug, ist der Durchschnittsnutzer ungeübt. Aufgrund von wenig Übung im Betrieb nah an den Leistungsgrenzen wird Leistungspotential zum Teil nicht voll ausgenutzt. Es ist wünschenswert, dem ungeübten Durchschnittsnutzer dennoch eine gute Rundenzeit zu ermöglichen, ohne die Komponenten des Kraftfahrzeugs zu überlasten beziehungsweise den Durchschnittsnutzer vor wahrnehmbaren Effekten eines Derating zu schützen.
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Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, die aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile zumindest teilweise zu überwinden. Die erfindungsgemäßen Merkmale ergeben sich aus den unabhängigen Ansprüchen, zu denen vorteilhafte Ausgestaltungen in den abhängigen Ansprüchen aufgezeigt werden. Die Merkmale der Ansprüche können in jeglicher technisch sinnvollen Art und Weise kombiniert werden, wobei hierzu auch die Erläuterungen aus der nachfolgenden Beschreibung sowie Merkmale aus den Figuren hinzugezogen werden können, welche ergänzende Ausgestaltungen der Erfindung umfassen.
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verbessern einer Rundenzeit eines Kraftfahrzeugs, aufweisend die folgenden Schritte mittels einer Steuervorrichtung in der genannten Reihenfolge:
- a. Bereitstellen einer maximalen Leistungsgrenze für eine aktuelle Leistungsabfrage zum Vortrieb des Kraftfahrzeugs;
- b. Erfassen und Vergleichen der aktuellen Leistungsabfrage mit der bereitgestellten maximalen Leistungsgrenze;
- c. wenn die aktuelle Leistungsabfrage kleiner als die bereitgestellte maximale Leistungsgrenze ist, Speichern des Differenzbetrags zwischen der abgefragten Leistungsabgabe und der bereitgestellten maximalen Leistungsgrenze;
- d. Bilden eines Leistungsreservoirs mittels Aufintegrieren der gespeicherten Differenzbeträge; und
- e. infolge einer Freigabe, Anheben der maximalen Leistungsgrenze entsprechend dem gebildeten Leistungsreservoir.
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In der vorhergehenden und nachfolgenden Beschreibung verwendete Ordinalzahlen dienen, sofern nicht explizit auf das Gegenteilige hingewiesen wird, lediglich der eindeutigen Unterscheidbarkeit und geben keine Reihenfolge oder Rangfolge der bezeichneten Komponenten wieder. Eine Ordinalzahl größer eins bedingt nicht, dass zwangsläufig eine weitere derartige Komponente vorhanden sein muss.
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Grundlage der vorliegenden Erfindung ist, dass eine aktivierbare Rennstreckenfunktion aktiv ist, welche mittels einer maximalen Leistungsgrenze (von einer Steuervorrichtung) festgelegt ist. Es sei darauf hingewiesen, dass diese maximale Leistungsgrenze nicht zwangsläufig ein fester Wert ist, sondern bevorzugt abhängig von den Umständen ist. Weiterhin sei darauf hingewiesen, dass die Rennstreckenfunktion nicht zwangsläufig allein auf einer Rennstrecke aktivierbar sein muss. Vielmehr ist beispielsweise diese aktivierbare Rennstreckenfunktion im Straßenverkehr, beispielsweise für die Verwendung auf einer Autobahn, nutzbar und gegebenenfalls für einen Nutzer als Sportmodus bezeichnet und als Einstellung für das Kraftfahrzeug anwählbar.
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Beispielsweise ist eine Außentemperatur oder Asphalt-Temperatur niedrig und damit eine gute (passive) Kühlung einer Traktionsbatterie möglich, sodass ohne (oder mit geringen) Derating-Effekten eine höhere Leistung abrufbar ist, als wenn die Außentemperatur höher ist. In einem Schritt c1. wird, wenn die aktuelle Leistungsabfrage größer als die bereitgestellte maximale Leistungsgrenze ist, (mittels der Steuervorrichtung) die abgefragte Leistungsabgabe auf die bereitgestellte maximale Leistungsgrenze beschränkt. In einem Schritt c2. hingegen wird, wenn die aktuelle Leistungsabfrage kleiner als die bereitgestellte maximale Leistungsgrenze ist, (mittels der Steuervorrichtung) der verbleibende Differenzbetrag zwischen der abgefragten Leistungsabgabe und der bereitgestellten maximalen Leistungsgrenze gespeichert. Hierzu folgt unten eine detailliertere Ausführung.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform werden die Komponenten (vor allem des elektrischen Systems) stärker belastet als dies einer Lebensdauer zuträglich ist, weil diese teilweise ein höheres Leistungspotential haben, welches aber nur unter bestimmten Voraussetzungen genutzt werden kann. Dies ist beispielsweise eine geringe Starttemperatur und/oder eine begrenzte Nutzungsdauer über den Lebenszyklus. Für die Aktivierung von der Rennstreckenfunktion soll es eine dezidierte Aktivierungsmöglichkeit geben. Dadurch können dem Fahrer die Randbedingungen und Einschränkungen beziehungsweise Nachteile bewusst gemacht werden (zum Beispiel eine gewisse Vorbereitungszeit, eine kurze Nutzungszeit und/oder eingeschränkte Anzahl von Aktivierungsmöglichkeiten über den Lebenszyklus). Bei dieser Ausführungsform ist es erst dadurch möglich, die höheren Leistungspotentiale der Komponenten zu nutzen.
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Das Verfahren wird beispielsweise auf einer Steuervorrichtung ausgeführt, wobei die Steuervorrichtung beispielsweise ein zentraler Rechner in einem Bus-System eines Kraftfahrzeugs ist oder ein Netzwerk von einzelnen Einheiten, welche zum Ausführen des Verfahrens kommunizierend und kooperierend miteinander verbunden sind. Beispielsweise umfasst eine Traktionsbatterie für eine elektrische Antriebsmaschine zumindest eine eigene Steuereinheit, mittels welcher die Spannungsabnahme und der Ladezustand überwacht und geregelt werden. Beispielsweise umfasst eine elektrische Antriebsmaschine zumindest eine eigene Steuereinheit, mittels welcher das Drehmoment, die Drehzahl und die Temperatur überwacht und geregelt werden.
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Die Steuervorrichtung ist Bestandteil eines Antriebsstrangs oder mit diesem rein kommunizierend verbunden. Die Steuervorrichtung ist selbst ein oder umfasst von einem Computer beziehungsweise Cloud-System. Die Begriffe Cloud-System oder Computer werden hier gleichbedeutend zu den aus dem Stand der Technik bekannten Einrichtungen verwendet. Ein Computer umfasst demnach einen oder mehrere Allzweck-Prozessoren (CPU) oder Mikroprozessoren, RISC Prozessoren, GPU und/oder DSP. Der Computer weist beispielsweise zusätzliche Elemente wie Speicherschnittstellen der Kommunikationsschnittstellen auf. Wahlweise oder zusätzlich bezeichnen die Begriffe solch eine Einrichtung, welche in der Lage ist, ein bereitgestelltes oder eingebundenes Programm, bevorzugt mit standardisierter Programmiersprache (beispielsweise C++, JavaScript oder Python) auszuführen und/oder Datenspeichergeräte und/oder andere Geräte wie Eingangsschnittstellen und Ausgangsschnittstellen zu steuern und/oder darauf zuzugreifen. Der Begriff Computer bezeichnet auch eine Vielzahl von Prozessoren oder eine Vielzahl von (Unter-) Computern, welche miteinander verbunden und/oder verbunden und/oder anderweitig kommunizierend verbunden sind und möglicherweise eine oder mehrere andere Ressourcen, wie zum Beispiel einen Speicher, gemeinsam nutzen. Ein (Daten-) Speicher ist beispielsweise eine Festplatte (HDD) oder ein (nichtflüchtiger) Festkörperspeicher, beispielsweise ein ROM-Speicher oder Flash-Speicher [Flash-EEPROM]. Der Speicher umfasst oftmals eine Mehrzahl einzelner physischer Einheiten oder ist auf eine Vielzahl von separaten Geräten verteilt, sodass ein Zugriff darauf über Datenkommunikation, beispielsweise Package-Data-Service, stattfindet. Letzteres ist eine dezentrale Lösung, wobei Speicher und Prozessoren einer Vielzahl separater Rechner anstelle eines (einzigen) zentralen Servers oder ergänzend zu einem zentralen Server genutzt werden.
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In Schritt a. des Verfahrens (zum Verbessern einer Rundenzeit eines Kraftfahrzeugs) wird mittels der Steuervorrichtung eine maximale Leistungsgrenze für eine aktuelle Leistungsabfrage zum Vortrieb des Kraftfahrzeugs bereitgestellt. Dabei ist die maximale Leistungsgrenze eine Leistungsgrenze unterhalb der theoretisch möglichen Peak-Leistung eines Antriebsstrangs. Die Peak-Leistung eines Antriebsstrangs ist nur für eine geringe Nutzungsdauer beispielsweise kleiner gleich 2 s [zwei Sekunden] abrufbar und stellt damit keine dauerhaft nutzbare Leistungsabgabe für ein Kraftfahrzeug zur Verbesserung der Rundenzeit (beispielsweise auf einer Geraden) dar. Daher wird eben diese maximale Leistungsgrenze für eine Leistungsabgabe für das Kraftfahrzeug festgelegt. Beispielsweise wird die maximale Leistungsgrenze derart festgelegt, dass ein Abminderungsfaktor kleiner eins (beispielsweise 0,85 [fünfundachtzig Prozent]) mit der Peak-Leistung multipliziert wird und damit die (verfügbare) Leistungsabgabe in dem ersten Schritt a. beschränkt. Es sei darauf hingewiesen, dass dieser Faktor von mehreren Randbedingungen abhängt, beispielsweise der Außentemperatur, der Temperatur von Komponenten des Antriebsstrangs, der aktuell verfügbaren Kühlleistung und/oder der gewählten Rennstrecke. Die maximale Leistungsgrenze ist dabei so gewählt, dass eine Leistungsabgabe ermöglicht ist, ohne unter Derating-Effekten leiden zu müssen. Beispielsweise ist die maximale Leistungsgrenze zu Beginn eines Rundenabschnitts, welcher eine lange Gerade umfasst, erhöht, weil es für eine lange Gerade von Vorteil ist mit maximaler Geschwindigkeit zu fahren. Würde jedoch die maximale Leistungsgrenze weiterhin auf diesem hohen Niveau gehalten, ist das Derating des Antriebsstrangs eventuell zu groß und würde zu einer Verschlechterung der Rundenzeit führen. Andererseits ist ein Derating in einem langsameren Streckenabschnitt unschädlich für die Rundenzeit und dort kann eine Erholungsphase geplant werden. Eine maximale Leistungsgrenze lässt sich also vor einer (erwarteten) Langsamfahrt anheben, obwohl bei Fortsetzung einer entsprechenden Leistungsabgabe ein Derating auftreten würde.
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Daher wird in einer Ausführungsform (rein optional) eine zweite maximale Leistungsgrenze vorgeschlagen. Die zweite maximale Leistungsgrenze wird derart in Schritt a. ermittelt, dass diese im Vergleich zu der ersten maximalen Leistungsgrenze vermindert ist. Beispielsweise ist von dem Verfahren ein Rundenabschnitt mit einer langen Geraden hinterlegt mit einem anschließenden Rundenabschnitt mit einer Mehrzahl von Schikanen. So ist die erste maximale Leistungsgrenze diejenige Leistungsgrenze, welche von dem Verfahren für den geraden Rundenabschnitt bereitgestellt wird, wobei die zweite maximale Leistungsgrenze in dem Rundenabschnitt (erwartungsgemäß) ohne maximale Geschwindigkeit (bevorzugt ohne Leistungsabfrage oder sogar mit Rekuperationsanteilen), um ein Derating zu vermindern oder zu verhindern beziehungsweise eine ausreichend lange Erholungsphase zu garantieren, bereitgestellt wird. Zusätzlich ist die erste maximale Leistungsgrenze auch nicht für eine verbesserte Rundenzeit in dem kurvigen Rundenabschnitt benötigt, sodass die zweite maximale Leistungsgrenze für den Antriebsstrang ausreicht. Es sei darauf hingewiesen, dass die maximalen Leistungsgrenzen bevorzugt eine Funktion der Rennstrecke sind, also abhängig von dem Rundstreckenabschnitt, an welchem sich das Kraftfahrzeug gerade befindet.
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In Schritt b. wird mittels der Steuervorrichtung die aktuelle Leistungsabfrage mit der in Schritt a. bereitgestellten maximalen Leistungsgrenze verglichen. Die Steuervorrichtung erfasst in einer Ausführungsform eine Winkelstellung und/oder Winkeländerungsgeschwindigkeit eines Gaspedals des Kraftfahrzeugs und errechnet daraus eine aktuelle Leistungsabfrage. In einer Ausführungsform ist zu der bereitgestellten maximalen Leistungsgrenze ein entsprechender Wert oder eine entsprechende Funktion für ein Maximum basierend auf einer Leistungsspannung, einer Rotordrehzahl beziehungsweise eines Rotor-Drehmoments hinterlegt.
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Wenn in Schritt b. erfasst worden ist, dass die aktuelle Leistungsabfrage größer als die bereitgestellte maximale Leistungsgrenze ist, wird in Schritt c1. (als eine Alternative von Schritt c.) die abgefragte Leistungsabgabe mittels der Steuervorrichtung auf die bereitgestellte maximale Leistungsgrenze beschränkt. Beispielsweise gibt der Fahrer eine Leistungsabfrage an, welche zwar aktuell zu einer höheren Geschwindigkeit beziehungsweise schnelleren Beschleunigung führt, aber infolge des Deratings eine über die Rundstrecke verschlechterte Rundenzeit zur Folge hat. Daher wird in Schritt c1. mittels der Steuervorrichtung die aktuelle Leistungsabfrage derart beschränkt, dass die Leistungsabfrage nicht größer ist als die maximale Leistungsgrenze.
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Wenn im Gegenteil in Schritt b. erfasst worden ist, dass die aktuelle Leistungsabfrage kleiner als die in Schritt a. bereitgestellte maximale Leistungsgrenze ist, wird in Schritt c2. (als eine Alternative von Schritt c.) mittels der Steuervorrichtung der Differenzbetrag zwischen der abgefragten Leistungsabgabe und der maximalen Leistungsgrenze gespeichert. Beispielsweise ist der Fahrer des Kraftfahrzeugs aufgrund seines fahrerischen Vermögens und/oder aufgrund von äußeren Bedingungen (vorausfahrendes Fahrzeug) abhängig nicht in der Lage, die maximale Leistungsgrenze mit dem Kraftfahrzeug in einem Rundenabschnitt abzufragen. Der Differenzbetrag ist also das verbleibende Leistungspotential.
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In Schritt d. des Verfahrens wird die Mehrzahl der gespeicherten Differenzbeträge aufintegriert, sodass ein Leistungsreservoir gebildet wird. In einer vorteilhaften Ausführungsform werden die gespeicherten Differenzbeträge über die Zeit aufintegriert, also eine Differenzfläche über die Zeit gebildet. Das Leistungsreservoir wird mittels der Steuervorrichtung gebildet. Es sei darauf hingewiesen, dass es sich bei dem Leistungsreservoir nicht um einen zusätzlichen Energiespeicher (beispielsweise eine weitere Traktionsbatterie oder deren Aufladung) handelt, sondern lediglich um ein Abspeichern des nicht benötigten aber gemäß der maximalen Leistungsgrenze nach Schritt a. in dem betrachteten (zurückliegenden) Zeitabschnitt abrufbaren Leistungspotentials.
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In Schritt e. wird das Leistungsreservoir freigegeben und eine maximale Leistungsgrenze infolge einer Freigabe angehoben. Somit ist eine zusätzliche Beschleunigung und/oder höhere Geschwindigkeit mittels des Leistungsreservoirs ermöglicht.
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Dabei erfolgt die Freigabe des Leistungsreservoirs in einer Ausführungsform auf dem Rundenabschnitt auf dem die aktuelle Leistungsabfrage größer ist als eine maximale Leistungsgrenze, beispielsweise einer (zweiten) maximalen Leistungsgrenze, welche niedriger ist als eine (erste) maximale Leistungsgrenze. Alternativ wird auch eine oberste (erste) maximale Leistungsgrenze überschreitbar, wenn das Leistungsreservoir freigegeben ist. Dabei ist das Anheben der Leistungsgrenze auf Basis des Leistungsreservoirs bevorzugt weiterhin von dem daraus folgenden Derating des Antriebsstrangs und der physikalischen maximalen Peak-Leistung des Antriebsstrangs begrenzt. Das Leistungsreservoir wird also über einen längeren Zeitabschnitt mit einer geringeren Leistungshöhe oder umgekehrt über einen kürzeren Zeitabschnitt mit einer größeren Leistungshöhe bereitgestellt, als es bei dem Aufintegrieren in Schritt d. vorlag. Zudem ist bevorzugt dies lediglich die Grenze der maximal bereitstellbaren Leistung auf eine (größere) aktuelle Leistungsabfrage hin. Es werden in einer bevorzugten Ausführungsform bei einem Unterschreiten der mit dem Leistungsreservoir erhöhten maximalen Leistungsgrenze (also einer geringeren aktuellen Leistungsabfrage) wiederrum die vorgenannten Schritte ausgeführt. In Schritt a. ist dann bei dem Bereitstellen der maximalen Leistungsgrenze das vorliegende (und freigegebene) Leistungsreservoir berücksichtigt.
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In einer Ausführungsform wird in Schritt e. das Leistungsreservoir immer freigegeben. Bevorzugt ist dem ein Schritt vorgeschaltet, wie nachfolgend beschrieben.
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Es wird weiterhin in einer vorteilhaften Ausführungsform des Verfahrens vorgeschlagen, dass in Schritt c. der Differenzbetrag gespeichert wird, einzig wenn von der aktuellen Leistungsabfrage eine untere Leistungsgrenze überschritten ist.
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Wenn die aktuelle Leistungsabfrage in einem Schritt c2. (als eine Alternative von Schritt c.) oberhalb einer (vorbestimmten) unteren Leistungsgrenze liegt, wird in Schritt c2. der Differenzbetrag mittels der Steuervorrichtung gespeichert. Dabei erfolgt die Speicherung des Differenzbetrags einzig, wenn die aktuelle Leistungsabfrage über der unteren Leistungsgrenze liegt. Wenn die aktuelle Leistungsabfrage unterhalb der unteren Leistungsgrenze liegt, treten keine (zumindest für die Rundenzeit relevanten) Derating-Effekte auf. Es wird also nur eine solche Differenz zu der aktuellen maximalen Leistungsgrenze berücksichtigt, welche im Bereich eines Deratings liegt. Beispielsweise entspricht die untere Leistungsgrenze der maximalen Leistungsgrenze im Straßenbetrieb (Straßenbetriebsgrenze), bevorzugt liegt die untere Leistungsgrenze oberhalb dieser Straßenbetriebsgrenze. Im ersten Fall ist über die angestrebte Lebensdauer kein Derating zu erwarten. Im zweiten Fall ist zumindest über eine Runde oder ein Rennen auf der aktuellen Rennstrecke kein Derating zu erwarten. Die Bestimmung, ob ein Derating zu erwarten ist oder nicht, wird bevorzugt mittels der (aktivierbaren) Rennstreckenfunktion ermittelt.
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Diese untere Leistungsgrenze wird mittels der Steuervorrichtung in Schritt a. bereitgestellt. In Schritt b. wird die aktuelle Leistungsabfrage mit dieser unteren Leistungsgrenze verglichen. In einer Ausführungsform wird erst ab Erreichen beziehungsweise Überschreiten der unteren Leistungsgrenze in Schritt c. der Differenzbetrag zu der jeweiligen maximalen Leistungsgrenze gebildet.
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Es sei darauf hingewiesen, dass auch die untere Leistungsgrenze nicht zwangsläufig eine Konstante ist. Bevorzugt ist die untere Leistungsgrenze eine Funktion wie oben im Zusammenhang mit der maximalen Leistungsgrenze erläutert, wobei hier die Vorgabe ist, dass (zumindest auf einen vorbestimmten Zeitabschnitt) kein Derating auftritt.
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Es wird weiterhin in einer vorteilhaften Ausführungsform des Verfahrens vorgeschlagen, dass in Schritt c. der Differenzbetrag gebildet wird zu minimal einer unteren Leistungsgrenze.
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Hier ist vorgeschlagen, dass der Differenzbetrag bei Unterschreiten der unteren Leistungsgrenze zwischen der unteren Leistungsgrenze und der maximalen Leistungsgrenze gebildet wird. Der Differenzbetrag ist also kleiner als die Differenz zwischen der tatsächlichen aktuellen Leistungsabfrage und der maximalen Leistungsgrenze.
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In Bezug auf die Definitionen und Verwendung (in den Schritten des hier beschriebenen Verfahrens) der unteren Leistungsgrenze wird auf die vorhergehende Beschreibung verwiesen.
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Es wird weiterhin in einer vorteilhaften Ausführungsform des Verfahrens vorgeschlagen, dass die Freigabe erfolgt:
- - mittels einer Eingabe eines Nutzers;
- - mittels der Steuervorrichtung auf Basis eines Streckenprofils einer aktuell befahrenen Rennstrecke;
- - mittels der Steuervorrichtung in einem von der Steuervorrichtung wiedererkannten Rundenabschnitt; und/oder
- - nach Abschluss einer oder einer Mehrzahl zusammenhängend gefahrener Runden auf einer Rennstrecke, mittels der Steuervorrichtung während einer oder einer Mehrzahl von zusammenhängend gefahrenen Runden auf derselben Rennstrecke.
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Die Freigabe zum Auslösen von Schritt e. erfolgt in einer Ausführungsform mittels einer Eingabe eines Nutzers, bevorzugt des Fahrers des Kraftfahrzeugs. Dabei stellt die Eingabe eine externe Bestätigung dar, sodass bewusst mittels des Nutzers beispielsweise des Fahrers oder Beifahrers des Kraftfahrzeugs das Leistungsreservoir freigegeben wird.
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In dieser Ausführungsform betätigt der Fahrer des Kraftfahrzeugs einen Knopf oder Hebel am Lenkrad, um das Leistungsreservoir freizugeben und eine zusätzliche Beschleunigung und/oder höhere Geschwindigkeit zu erreichen. In einer bevorzugten Ausführungsform wird von dem Fahrer zur Freigabe eine Über-Winkelstellung des Gaspedals angelegt, welche beispielsweise einen spürbaren erhöhten Widerstand aufweist zu dem (normalen) Winkelbereich des Gaspedals. Bevorzugt wird in Schritt e. des Verfahrens ein haptisches, optisches und/oder akustisches Signal an den Nutzer ausgegeben, sodass erkennbar ist, dass das Leistungsreservoir freigegeben ist.
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In einer alternativen Ausführungsform erfolgt die Freigabe des Leistungsreservoirs mittels der Steuervorrichtung. Dabei ist auf der Steuervorrichtung ein Streckenprofil der aktuellen Rennstrecke abgespeichert, sodass in Schritt e. und einer beispielsweise zu niedrigen Geschwindigkeit auf einem Rundenabschnitt auf Basis des Rundenabschnitts mittels der Steuervorrichtung das Leistungsreservoir beziehungsweise ein Teil des Leistungsreservoirs freigegeben wird. Beispielsweise basiert das abgespeicherte Streckenprofil auf einer Computer-Simulation einer optimalen Rundenzeit auf der Rennstrecke oder auf einer von einem professionellen Rennfahrer gefahrene Runde auf der Rennstrecke und/oder eine Kombination aus beidem. In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Freigabe des Leistungsreservoirs in jeder Fahrsituation von dem Fahrer des Kraftfahrzeugs widerrufbar, beispielsweise indem dieser die Winkelstellung des Gaspedals reduziert (in Richtung Ruhestellung) oder das Bremspedal betätigt. In einer bevorzugten Ausführungsform wird von der Steuervorrichtung selbst die Freigabe widerrufen, wenn beispielsweise ein Assistenz-System zur Stabilisierung des Fahrzustands verwendet wird beispielsweise eine Fahrdynamikregelung (ESC; engl.: Electronic Stability Control).
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In einer alternativ oder zusätzlichen Ausführungsform wird in Schritt e. das Leistungsreservoir mittels der Steuervorrichtung freigegeben, wenn von dieser ein Rundenabschnitt wiedererkannt wird. Wird von der Steuervorrichtung eine aktuelle Leistungsabfrage von dem Nutzer des Kraftfahrzeugs erkannt, welche unterhalb der ersten maximalen Leistungsgrenze ist, beispielsweise beim Verlassen einer Kurve in eine lange Gerade und/oder einer bestimmten Kurve, wird mittels der Steuervorrichtung das Leistungsreservoir für diesen (wiedererkannten) Rundenabschnitt freigegeben. Dabei erkennt die Steuervorrichtung die Rundenabschnitte bevorzugt mittels eines Positionsbestimmungssystems (beispielsweise satellitengestützt, wie GPS oder Galileo) und/oder des abgespeicherten Streckenprofils.
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In einer alternativen Ausführungsform wird nach Abschluss einer oder einer Mehrzahl zusammenhängend gefahrener Runden (Rundensatz) auf einer Rennstrecke, mittels der Steuervorrichtung während einer Runde oder eines Rundensatzes auf derselben Rennstrecke das Leistungsreservoir freigegeben. Zusammenhängend gefahrene Runden sind in dieser Ausführungsform eine Mehrzahl von Runden, welche ohne Unterbrechung (beispielsweise für einen Pitstop) absolviert wurden. Die erste Runde oder der erste Rundensatz ist beispielsweise ein Einfahren (Erwärmen oder Üben) oder ein Qualifying. Alternativ oder zusätzlich ist eine Unterbrechung eine Reduktion der Geschwindigkeit, welche in einer regulären Runde nicht erfolgt und automatisiert von der Steuervorrichtung erkannt wird. Bevorzugt wird ein Pitstop als ein solcher erkannt und nicht als Unterbrechung mittels der Steuervorrichtung registriert, sodass ein Rundensatz trotz zumindest eines Pitstops erkannt wird. In einer zweiten Runde beziehungsweise in einem zweiten Rundensatz ist dann die Rennstrecke sowie das Fahrverhalten des Fahrers der Steuervorrichtung bekannt, sodass zu entsprechend sinnvollen Zeitpunkten automatisiert das Leistungsreservoir für Schritt e. freigegeben wird.
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In einer bevorzugten Ausführungsform werden zusammenhängend gefahrene Runden, neben einer direkt anschließenden Runde, auch von Jahr zu Jahr (bei wiederkehrenden Rennveranstaltungen) gespeichert.
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Es sei darauf hingewiesen, dass das Leistungsreservoir während eines Rennens mehrmals auf einer Runde und/oder in einer Mehrzahl von Runden aufintegriert wird und daher auch mehrmals freigebbar ist.
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Es wird weiterhin in einer vorteilhaften Ausführungsform des Verfahrens vorgeschlagen, dass die maximale Leistungsgrenze derart bestimmt ist, dass ein Derating der abrufbaren elektrischen Leistung eines Traktionssystems zum Bereitstellen der elektrischen Leistung zum Vortrieb des Kraftfahrzeugs reduziert oder unterbunden ist,
wobei bevorzugt die maximale Leistungsgrenze derart hoch angesetzt ist, dass eine angestrebte Lebensdauer infolge einer Leistungsabgabe zumindest in Höhe der maximalen Leistungsgrenze vermindert wird.
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Das Traktionssystem umfasst unter anderem zumindest eine Traktionsbatterie, zumindest einen Wechselrichter und/oder zumindest eine Antriebsmaschine, sowie eine Infrastruktur an elektrischen (Leistungs-) Leitern. Die zumindest eine Traktionsbatterie ist zum Bereitstellen von elektrischer Leistung, welche meist in Form von einer Gleichspannung bereitgestellt wird, welche mittels des (in diesem Fall zumindest einen) Wechselrichters in eine geeignete Wechselspannung gewandelt wird, für die zumindest eine Antriebsmaschine zum Vortrieb des Kraftfahrzeugs eingerichtet. Es sei darauf hingewiesen, dass im Folgenden von dem Traktionssystem gesprochen wird, aber jede Eigenschaft und/oder Maßnahme bevorzugt jeweils eine einzige Komponente des Traktionssystems betrifft, beispielsweise ausschließlich die Traktionsbatterie oder ausschließlich einen oder mehrere Antriebsmaschinen. Eine hohe Leistungsabfrage über einen langen (abhängig von der Höhe der Leistungsabfrage) Zeitraum, führt zu einem Derating, also einer verminderten Leistungsabgabe des Traktionssystems. Diese infolge eines Deratings verminderte Leistungsabgabe ist physikalisch begründet, aber meist mittels einer Software des Traktionssystems oder der Steuervorrichtung zum Schutz des Traktionssystems gemindert. Dieser Effekt hat kurzfristige Auswirkungen auf das Fahrverhalten des Kraftfahrzeugs, nämlich vor allem eine verminderte Beschleunigung beziehungsweise eine verminderte Höchstgeschwindigkeit. Neben diesem Aspekt ist die Lebensdauer des Traktionssystems (und derzeit vor allem der Traktionsbatterie) von der Art (also Höhe und Dauer) der Leistungsabgabe (und Leistungsaufnahme beim Laden beziehungsweise Rekuperieren) abhängig. Auch hierzu ist oftmals ein (software-basierter) Schutz in dem Traktionssystem und/oder in der Steuervorrichtung implementiert.
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In einer Ausführungsform ist die (erste) maximale Leistungsgrenze beispielsweise in dem Verfahren derart gewählt, dass eine maximale Leistungsabfrage auf einer langen Geraden mit maximaler Geschwindigkeit abrufbar ist, wobei bevorzugt diese (erste) maximale Leistungsgrenze nicht für eine gesamte Runde von dem Verfahren bereitgestellt wird, sondern nur für einen (ersten) Zeitabschnitt. Die erste maximale Leistungsgrenze ist beispielsweise ein konstanter Wert, dem eine vorbestimmte maximale Dauer (erster Zeitabschnitt) zugeordnet ist.
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In einer Ausführungsform geht die (erste) maximale Leistungsgrenze nicht plötzlich (stufenartig) in eine niedrigere maximale Leistungsgrenze (beispielsweise die untere Leistungsgrenze) über, sondern es schließt sich eine zweite maximale Leistungsgrenze an, welche aber nicht konstant ist, sondern (über eine vorbestimmte Dauer, also den zweiten Zeitabschnitt) abnehmend ausgeführt ist. Damit ist der Derating-Effekt weniger abrupt und bei einigen Rennstreckenverläufen für den Fahrer kaum oder nicht spürbar beziehungsweise nicht relevant, weil eine aktuelle Leistungsabfrage an dieser maximalen Leistungsgrenze entlang oder unterhalb dieser maximalen Leistungsgrenze bleibt.
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Beide Leistungsgrenzen sind derart eingerichtet, dass ein Derating des Traktionssystems für die Rundenzeiten nicht relevant ist, für den Fahrer nicht spürbar ist, reduziert ist oder unterbunden ist. Es sei aber nochmals darauf hingewiesen, dass unter Umständen eine Lebensdauer des Traktionssystems bei der Festlegung der maximalen Leistungsgrenze nicht berücksichtigt ist.
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In einer bevorzugten Ausführungsform der aktivierbaren Rennstreckenfunktion ist (auf Zustimmung des Nutzers hin) eine Verkürzung der Lebensdauer des Traktionssystems in Kauf genommen und eine maximale Leistungsgrenze entsprechend höher festgelegt als in einem Straßenbetriebsmodus. In einer bevorzugten Ausführungsform sind alle maximalen Leistungsgrenzen derart hoch angesetzt, dass eine angestrebte Lebensdauer infolge der Leistungsabgabe zumindest in Höhe der maximalen Leistungsgrenzen vermindert wird. Die untere Leistungsgrenze ist im Verfahren derart gewählt, dass unterhalb der unteren Leistungsgrenze kein oder ein nur sehr geringes Derating des Traktionssystems auftritt, bevorzugt keine Verminderung der Lebensdauer auftritt. Als Folge des Überschreitens der entsprechenden Straßenbetriebsgrenze (beispielsweise der unteren Leistungsgrenze) während des Verfahrens, ist eine Verminderung der Lebensdauer des Traktionssystems die Folge. Daher ist bevorzugt vor Schritt a. des Verfahrens beziehungsweise vor Aktivierung der Rennstreckenfunktion eine dezidierte Zustimmung des Nutzers des Kraftfahrzeugs erforderlich, ehe das Verfahren mittels der Steuervorrichtung in dem Kraftfahrzeug ausführbar ist.
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Es wird weiterhin in einer vorteilhaften Ausführungsform des Verfahrens vorgeschlagen, dass die maximale Leistungsgrenze von der Steuervorrichtung nach einer aktuellen Temperatur des Traktionssystems des Kraftfahrzeugs bestimmt wird, wobei bevorzugt die Temperatur des Traktionssystems mittels eines Streckenprofils der aktuell befahrenen Rennstrecke mittels Vorkonditionieren eingestellt wird.
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Die maximale Leistungsgrenze ist derart in dem Verfahren gewählt, dass in Schritt a. mittels eines Faktors die Peak-Leistung vermindert wird, wobei der Faktor von Randbedingungen abhängig veränderbar ist. Hier ist nun vorgeschlagen, dass die aktuelle Temperatur des Traktionssystems (beziehungsweise zumindest einer seiner Komponenten) des Kraftfahrzeugs als Randbedingung genommen ist. Bei einer überhöhten Temperatur des Traktionssystems ist der Faktor für die maximale Leistungsgrenze kleiner, als bei einer nominellen Temperatur des Traktionssystems, weil das Derating des Traktionssystems bei überhöhter Temperatur erhöht ist. Aber auch bei einer unterkühlten Temperatur des Traktionssystems ist der Faktor für die maximale Leistungsgrenze kleiner, als bei einer nominellen Temperatur des Traktionssystems, weil auch hier das Derating des Traktionssystems erhöht ist. In einer Ausführungsform umfasst das Traktionssystems einen Temperatursensor, welcher mittels der Steuervorrichtung zur Temperaturerfassung eingerichtet ist.
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In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Traktionssystem (beziehungsweise zumindest eine seiner Komponenten), beispielsweise mittels eines Kühlsystems, temperierbar. Ein solches Kühlsystem ist zum Vorkonditionieren der Temperatur des Traktionssystems eingerichtet. Bei einer Ausführungsform (und einem entsprechenden Betriebszustand) ist ein Erwärmen des Traktionssystems erwünscht. Dazu ist eine Kühlung (mittels eines Kühlsystems) für die betreffende Leistungskomponente gestoppt und/oder eine künstliche Leistungsabfrage zum Erwärmen der Leistungskomponente angelegt.
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Bei dieser Ausführungsform ist, bevorzugt mittels der Steuervorrichtung, die Temperatur des Traktionssystems (beziehungsweise einer seiner Komponenten) derart vorkonditionierbar, dass die Temperatur für das abgespeicherte Streckenprofil der Rennstrecke einstellbar ist, beispielsweise reduzierbar ist. Mittels einer vordefinierten Vorkonditionierung des Traktionssystems, ist eine Annäherung der maximalen Leistungsgrenzen an die Peak-Leistung des Antriebsstrangs erzielbar. Damit wird eine Temperatur-Vorspannung erzielt, sodass die vorliegende Bauteiltemperatur des Traktionssystems (unter gleicher Leistungsabfrage) geringer ist als eine konventionelle Bauteiltemperatur des Traktionssystems ohne Vorkonditionierung. Daraus folgt eine höhere Leistungsabgabe des Traktionssystems, sodass die höhere Leistungsabgabe über eine längere Nutzungsdauer an den Antriebsstrang abgebbar ist. Die jeweilige Leistungsgrenze bemisst sich an dieser Kondition des Traktionssystems.
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Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Kraftfahrzeug vorgeschlagen, aufweisend einen Antriebsstrang und zumindest ein Vortriebsrad, wobei der Antriebsstrang für den Vortrieb des Kraftfahrzeugs mit dem zumindest einen Vortriebsrad drehmomentübertragend verbunden ist,
wobei der Antriebsstrang eine Steuervorrichtung umfasst, mittels welcher ein Verfahren nach einer Ausführungsform gemäß der obigen Beschreibung ausführbar ist.
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Das hier vorgeschlagene Kraftfahrzeug ist beispielsweise eines mit Straßenzulassung, welches (beispielsweise sporadisch) auf einer Rundstrecke ausgefahren wird. Alternativ ist das Kraftfahrzeug ein Rennfahrzeug, welches möglichst viele oder ausschließlich Komponenten für Kraftfahrzeuge mit Straßenzulassung (und daher größeren Stückzahlen), bevorzugt für Kraftfahrzeuge aus der Großserienfertigung, umfasst. In einem Fall ist dieses Verfahren zum Verbessern einer Rundenzeit eines Kraftfahrzeugs explizit von einem Nutzer freizuschalten, wobei bevorzugt dieses Verfahren Standort-basiert selbsttätig freigeschaltet wird. Alternativ ist dies ein Standardmodus.
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Das Kraftfahrzeug umfasst einen elektrischen oder elektrifizierten Antriebsstrang, wobei dieser beispielsweise konventionell ausgeführt ist oder zumindest alternativ zu dem hiesigen Vorschlag konventionell betreibbar ist. Mittels des zumindest einen Vortriebsrads (beispielsweise zwei Räder einer gemeinsamen Radachse, bevorzugt von zwei Radachsen, beispielsweise als Allrad) ist das Kraftfahrzeug bewegbar. Die Steuervorrichtung ist beispielsweise eine Komponente eines Bus-Systems oder das Bus-System. Gemäß einer Ausführungsform ist die Steuervorrichtung dezentral organisiert oder mit dezentralen Steuereinheiten kommunizierend verbunden. In einer Ausführungsform ist die Steuervorrichtung selbst eine oder ein Teil von einer zentralen Steuereinheit, wobei bevorzugt einzig der zumindest eine notwendige Sensor (beispielsweise Temperatursensor) dezentral bei der betreffenden Leistungskomponente angeordnet ist. Die dezentrale oder zentrale Steuereinheit, welche die Steuervorrichtung umfasst oder von dieser gebildet ist, ist beispielsweise ein sogenannter Bordcomputer des Kraftfahrzeugs.
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Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Computerprogramm umfassend einen Computerprogrammcode vorgeschlagen, wobei der Computerprogrammcode, auf zumindest einem Computer derart ausführbar ist, dass der zumindest eine Computer dazu veranlasst ist, das Verfahren nach einer Ausführungsform gemäß der obigen Beschreibung auszuführen, wobei zumindest einer der Computer:
- - in einem Kraftfahrzeug, bevorzugt als Bordcomputer oder eine Komponente eines Bordcomputers, integriert ist; und/oder
- - zur Kommunikation mit einem Bordcomputer eines Kraftfahrzeugs eingerichtet ist.
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Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Computerprogrammprodukt vorgeschlagen, auf welchem der Computerprogrammcode abgespeichert ist, wobei der Computerprogrammcode, auf zumindest einem Computer derart ausführbar ist, dass der zumindest eine Computer dazu veranlasst ist, das Verfahren nach einer Ausführungsform gemäß der obigen Beschreibung auszuführen,
wobei zumindest einer der Computer:
- - in einem Kraftfahrzeug, bevorzugt als Bordcomputer oder eine Komponente eines Bordcomputers, integriert ist; und/oder
- - zur Kommunikation mit einem Bordcomputer eines Kraftfahrzeugs eingerichtet ist.
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Es sei darauf hingewiesen, dass in einer Ausführungsform das Verfahren mittels eines Algorithmus basierend auf dem sogenannten DeepLearning oder Machine-Learning veränderlich ist. Ein solcher Machine-Learning-Algorithmus oder DeepLearning-Algorithmus ist bereits beispielsweise aus den Bereichen Spracherkennung beziehungsweise Sprachverarbeitung und Gesichtserkennung bekannt, welche sich dadurch kennzeichnen, dass sie auf von Menschen nicht ausreichend beherrschbaren Datenmengen und/oder auf nur unzureichend oder gar nicht bekannten Regeln basieren. Vergleichbar mit einem Finite-Elemente-Algorithmus ist ein solcher Algorithmus im kleinsten trivial, doch aufgrund der Komplexität (in diesem Fall vor allem die Menge an Einflussfaktoren auf einen sicheren Betrieb an der Leistungsgrenze) sind die Aufgaben für einen Menschen unlösbar oder nur unter einem unvertretbaren Zeitaufwand lösbar. Bekannte Algorithmen beziehungsweise anwendbare Programmbibliotheken sind beispielsweise TensorFlow®, Keras und Microsoft® Cognitive Toolkit. Beispielsweise erlernt das Verfahren, wie sich der Nutzer eines Kraftfahrzeugs auf einer Rundstrecke verhält und ist so in der Lage mehr, andere und/oder längere Erholungsphasen einzuplanen. Das Lernen ist dabei allein zwischen einem Starten des Verfahrens und seinem Beenden aktiv, über eine Lebensdauer des Antriebsstrangs aktiv oder sogar darüber hinaus Teil eines übergreifenden Wissens, welches beispielsweise bei einem Fahrzeugentwickler proprietär oder allgemein zugänglich hinterlegt wird.
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Die oben beschriebene Erfindung wird nachfolgend vor dem betreffenden technischen Hintergrund unter Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen, welche bevorzugte Ausgestaltungen zeigen, detailliert erläutert. Die Erfindung wird durch die rein schematischen Zeichnungen in keiner Weise beschränkt, wobei anzumerken ist, dass die Zeichnungen nicht maßhaltig sind und zur Definition von Größenverhältnissen nicht geeignet sind. Es wird dargestellt in
- 1: ein Leistungs-Zeit-Diagramm eines Verfahrens zum Verbessern einer Rundenzeit eines Kraftfahrzeugs;
- 2: ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Verbessern einer Rundenzeit eines Kraftfahrzeugs; und
- 3: ein Kraftfahrzeug mit einem Antriebsstrang in einer schematischen Draufsicht.
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In 1 ist ein Leistungs-Zeit-Diagramm eines Verfahrens zum Verbessern einer Rundenzeit eines Kraftfahrzeugs 1 dargestellt. Auf der Abszisse ist die Zeit 15 aufgetragen. Auf der Ordinate ist die Leistungsabgabe 7 eines Antriebsstrangs 12 (wie beispielsweise in 3 gezeigt) aufgetragen. Die darstellungsgemäß untere horizontale gestrichelte Linie ist eine (hier rein optional konstante) untere Leistungsgrenze 10 aufgetragen. Beispielsweise tritt unterhalb der unteren Leistungsgrenze 10 kein Derating auf.
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Die darstellungsgemäß nächst höhere horizontale gestrichelte Linie ist die (rein optional konstante) erste maximale Leistungsgrenze 3. Die erste maximale Leistungsgrenze 3 ist derart festgelegt, dass eine entsprechende Leistungsabgabe 7 über einen korrespondierenden ersten Zeitabschnitt 16 zumindest innerhalb dieses ersten Zeitabschnitts 16 nicht zu einem Derating führt, also keine (spürbare) Leistungsminderung auftritt. Die erste maximale Leistungsgrenze 3 ist nicht über den ersten Zeitabschnitt 16 hinaus abrufbar.
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Weiterhin ist hier (rein optional) eine zweite maximale Leistungsgrenze 4 aufgetragen, wobei diese sich geneigt von der ersten maximalen Leistungsgrenze 3 hin zu der unteren Leistungsgrenze 10 über einen vorbestimmten zweiten Zeitabschnitt 17 erstreckt. Damit wird ein Derating verhindert aber auch zu einer Leistungsgrenze für den Nutzer, welche einem Derating entspricht. Der Vorteil dieser zweiten maximalen Leistungsgrenze 4 ist, dass späteres Derating vermieden wird und bei geeigneter Ausführung der Rennstreckenfunktion für den Nutzer von keinem oder (im Vergleich zu einem Derating) geringerem Nachteil ist.
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Die darstellungsgemäß oberste horizontale gestrichelte Linie, stellt die Peak-Leistung 18 des Antriebsstrangs 12 dar, welche hier ebenfalls vereinfacht als konstant dargestellt ist. Die Peak-Leistung 18 ist die maximale Leistungsabgabe 7 des Antriebsstrangs 12, wobei diese nur für eine sehr geringe Nutzungsdauer beispielsweise kleiner 2 s [zwei Sekunden] von dem Traktionssystem 11 aufbringbar ist.
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Die anderen Leistungsgrenzen 3,4,10 sind von der Peak-Leistung 18 mittels Abminderungsfaktoren abgeleitet. Die Abminderungsfaktoren sind derart definiert, dass diese kleiner eins sind. Es sei darauf hingewiesen, dass in einer bevorzugten Ausführungsform zumindest einer der Abminderungsfaktoren variabel ist, beispielsweise sind je nach Streckenprofil und/oder Rundenabschnitt einer Rennstrecke die Abminderungsfaktoren unterschiedlich.
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Die erste Ansteigende von Null bis zu der ersten maximalen Leistungsgrenze 3 ist beispielsweise eine physikalische Grenze des Antriebsstrangs 12 (Beschleunigungsgrenze 5), sodass hier keine (zumindest keine relevante) Leistungsminderung vorliegt. Alternativ ist auch hier eine Minderung zum Vermeiden eines Deratings angelegt.
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Die Beschleunigungsgrenze 5, die erste maximale Leistungsgrenze 3, die zweite maximale Leistungsgrenze 4 und die untere Leistungsgrenze 10 ergeben über ihre jeweiligen Zeitabschnitte 16,17 eine maximale Umhüllende 19 für eine aktuelle Leistungsabfrage 6. Diese ist beispielsweise gemäß einer aktivierbaren Rennstreckenfunktion für den jeweiligen Rundenabschnitt optimal.
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Darstellungsgemäß unterhalb der maximalen Umhüllenden 19 liegt eine aktuelle Leistungsabfrage 6 (mit einer strichpunktierten Linie aufgetragen) an. Dabei stellt die aktuelle Leistungsabfrage 6 die tatsächlich vom Nutzer des Kraftfahrzeugs 1 abgefragte Leistungsabgabe 7 dar, also beispielsweise wie stark das Gaspedal des Kraftfahrzeugs 1 betätigt ist. Es ergibt sich eine Differenzfläche (schraffiert) zwischen der Kurve der aktuellen Leistungsabfrage 6 und der maximalen Umhüllenden 19, wobei die Differenzfläche den zeitlich aufintegrierten Differenzbeträgen 8 für jeden (Mess-) Zeitpunkt entspricht. Hier ist also Potential (zunächst) ungenutzt geblieben.
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In dieser Ausführungsform ist der jeweilige Differenzbetrag 8 erst mit Erreichen der unteren Leistungsgrenze 10 durch die maximale Umhüllende 19 (beziehungsweise der Beschleunigungsgrenze 5) gebildet und nur zwischen dem jeweiligen Minimalwert aus der Gruppe mit der jeweiligen aktuellen Leistungsabfrage 6 und der unteren Leistungsgrenze 10. Dadurch ergibt sich die untere horizontale Kante der Differenzfläche ausgehend von der Beschleunigungsgrenze 5 bis die abgefragte Leistung die untere Leistungsgrenze 10 erreicht. Die Differenzfläche ergibt das Leistungsreservoir 9, welches nun bei einer nachfolgenden (aktuellen) Leistungsabfrage 6 nutzbar ist, indem zumindest eine der maximalen Leistungsgrenzen 3,4 um zumindest einen Teil des Leistungsreservoirs 9 erweitert wird, beispielsweise indem der erste Zeitabschnitt 16 und/oder der zweite Zeitabschnitt 17 verlängert wird, beziehungsweise der erste Zeitabschnitt 16 auf Kosten des zweiten Zeitabschnitts 17 verlängert wird. wodurch sich eine größere Fläche unter der daraus folgenden maximalen Umhüllenden 19 ergibt. Natürlich kann auch hier wieder die aktuelle Leistungsabfrage 6 hinter den Möglichkeiten zurückbleiben und wieder ein neues Leistungsreservoir 9 entstehen beziehungsweise das Leistungsreservoir 9 ergänzt werden.
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In 2 ist ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Verbessern einer Rundenzeit eines Kraftfahrzeugs 1 dargestellt, welches für jeweils einen Mess-Zeitpunkt beziehungsweise Regelungszeitpunkt durchgeführt und während des Betriebs des Verfahrens zu jedem neuen Zeitpunkt wiederholt wird.
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In Schritt a. des Verfahrens wird mittels einer Steuervorrichtung 2 eine maximale Leistungsgrenze 3,4,5 für eine aktuelle Leistungsabfrage 6 zum Vortrieb des Kraftfahrzeugs 1 bereitgestellt. Dabei ist die maximale Leistungsgrenze 3,4,5 eine Leistungsgrenze unterhalb der theoretisch möglichen Peak-Leistung 18 eines Antriebsstrangs 12 (vergleiche 1).
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In Schritt b. wird mittels der Steuervorrichtung 2 die aktuelle Leistungsabfrage 6 mit der bereitgestellten maximalen Leistungsgrenze 3,4,5 erfasst und verglichen. Die Steuervorrichtung 2 erfasst in einer Ausführungsform eine Gaspedalstellung des Kraftfahrzeugs 1 und vergleicht diese aktuelle Leistungsabfrage 6 mit der maximalen Leistungsgrenze 3,4,5.
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Wenn in Schritt b. erfasst worden ist, dass die aktuelle Leistungsabfrage 6 größer als die bereitgestellte maximale Leistungsgrenze 3,4,5 ist, wird in Schritt c1. (als eine Alternative von Schritt c.) die abgefragte Leistungsabgabe 7 mittels der Steuervorrichtung 2 auf die bereitgestellte maximale Leistungsgrenze 3,4,5 beschränkt.
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Wenn im Gegenteil in Schritt b. erfasst worden ist, dass die aktuelle Leistungsabfrage 6 kleiner als die in Schritt a. bereitgestellte maximale Leistungsgrenze 3,4,5 ist, wird in Schritt c2. (als eine Alternative von Schritt c.) mittels der Steuervorrichtung 2 der Differenzbetrag 8 zwischen der abgefragten Leistungsabgabe 7 und der maximalen Leistungsgrenze 3,4,5 gespeichert.
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In Schritt d. wird die Mehrzahl der gespeicherten Differenzbeträge 8 aufintegriert, sodass ein Leistungsreservoir 9 gebildet wird. Das Leistungsreservoir 9 wird bevorzugt mittels der Steuervorrichtung 2 gebildet. Es sei darauf hingewiesen, dass dieses Leistungsreservoir 9 mit jedem Differenzbetrag 8 aufgefüllt und mit jeder Entnahme in Schritt e. verringert wird. Dies ist also ebenso ein dauerhaft in dem Regelungskreislauf ausgeführter Schritt, wobei aufgrund der Parallelität der Abläufe zugleich ein Auffüllen (aus Schritt c2.) und eine Entnahme (in Schritt e.) stattfinden kann.
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In Schritt e. wird das Leistungsreservoir 9 freigegeben und eine maximale Leistungsgrenze 4 infolge einer Freigabe angehoben. Somit ist eine zusätzliche Beschleunigung und/oder höhere Geschwindigkeit mittels des Leistungsreservoirs 9 ermöglicht.
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In 3 ist ein Kraftfahrzeug 1 mit einem Antriebsstrang 12 in einer schematischen Draufsicht gezeigt. Der Antriebsstrang 12 weist eine erste Antriebsmaschine 20, beispielsweise eine elektrische Antriebsmaschine 20 als Heckantrieb, und rein optional eine zweite Antriebsmaschine 21, beispielsweise eine elektrische Antriebsmaschine 21 als Frontantrieb auf, wobei die jeweilige Antriebsmaschine 20,21 mit jeweils einem linken Vortriebsrad 13 und einem rechten Vortriebsrad 14 einer jeweils gemeinsamen Radachse drehmomentübertragend verbunden ist. Beispielsweise ist somit der Antriebsstrang 12 des Kraftfahrzeugs 1 im Allradantrieb oder einzig mittels Heckantrieb oder Frontantrieb betreibbar. Weiterhin umfasst der Antriebsstrang 12 eine Steuervorrichtung 2, mittels welcher das zuvor beschriebene Verfahren (vergleiche 2) ausführbar ist. Für die Spannungsversorgung der (elektrischen) Antriebsmaschinen 20,21 ist eine Traktionsbatterie 22 (als Teil eines Traktionssystems 11) vorgesehen, welche beispielsweise im Boden des Kraftfahrzeugs 1 angeordnet ist. Die Antriebsmaschinen 20,21 und die Traktionsbatterie 22 weisen jeweils einen (bevorzugt integrierten) Temperatursensor 23 auf, mittels welchem im Betrieb des Kraftfahrzeugs 1 die jeweilige Bauteiltemperatur ermittelbar und an die Steuervorrichtung 2 übermittelbar ist. Weiterhin sind die Antriebsmaschinen 20,21 und die Traktionsbatterie 22 von einem Kühlsystem 24 kühlbar beziehungsweise vorkonditionierbar, wobei die Kühlleistung von der Steuervorrichtung 2 geregelt oder lediglich beeinflusst wird.
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Mit dem hier vorgeschlagenen Verfahren ist ein ausnutzbares Leistungspotential eines Antriebsstrangs mit Serienkomponenten auch für einen ungeübten Fahrer auf einer Rennstrecke erheblich steigerbar.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Kraftfahrzeug
- 2
- Steuervorrichtung
- 3
- erste maximale Leistungsgrenze
- 4
- zweite maximale Leistungsgrenze
- 5
- Beschleunigungsgrenze
- 6
- aktuelle Leistungsabfrage
- 7
- Leistungsabgabe
- 8
- Differenzbetrag
- 9
- Leistungsreservoir
- 10
- untere Leistungsgrenze
- 11
- Traktionssystem
- 12
- Antriebsstrang
- 13
- linkes Vortriebsrad
- 14
- rechtes Vortriebsrad
- 15
- Zeitachse
- 16
- erster Zeitabschnitt
- 17
- zweiter Zeitabschnitt
- 18
- Peak-Leistung
- 19
- maximale Umhüllende
- 20
- erste Antriebsmaschine
- 21
- zweite Antriebsmaschine
- 22
- Traktionsbatterie
- 23
- Temperatursensor
- 24
- Kühlsystem
