-
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regeneration eines Partikelfilters eines Kraftfahrzeugs sowie eine Recheneinheit und ein Computerprogramm zu dessen Durchführung und ein Kraftfahrzeug.
-
Hintergrund der Erfindung
-
In vielen Regionen weltweit wurden bereits Grenzwerte für die Partikelemission von Fahrzeugen mit Benzin- und Dieselmotoren erlassen. Die zugrundeliegenden Betriebsbedingen wurden sukzessive von eng definierten Bedingungen am Prüfstand auf weitaus umfassendere Tests auf der Straße (Real Driving Emissions, RDE) erweitert. Diese beinhalten insbesondere auch Kaltstarts sowie dynamische Zustände mit hoher Last.
-
Um die Grenzwerte einzuhalten, werden Partikelfilter verwendet, deren primäre Aufgabe es ist, die Abgase möglichst vollständig von festen Partikeln zu befreien. Für die Filtrationswirkung sind mehrere physikalische Mechanismen relevant, wie z.B. die Sedimentation. Die aus dem Abgas gefilterten Partikel werden im Partikelfilter abgeschieden bzw. von diesem aufgenommen, so dass die sogenannte Beladung des Partikelfilters mit zunehmender Betriebsdauer steigt, bis dieser vollständig oder fast vollständig beladen ist, was zu einem Nachlassen der Filterwirkung führt. Die abgeschiedenen Partikel werden auch als Ruß bezeichnet. Um ein Verstopfen des Partikelfilters zu verhindern, kann der Ruß verbrannt werden, dieser Vorgang wird durch ein Steuergerät ausgelöst, etwa indem der Verbrennungsvorgang im Motor so gesteuert wird, dass eine hohe Abgastemperatur erreicht wird. Das Verbrennen von Ruß im Partikelfilter wird als Regeneration bezeichnet.
-
Offenbarung der Erfindung
-
Erfindungsgemäß werden ein Verfahren zur Regeneration eines Partikelfilters eines Kraftfahrzeugs sowie eine Recheneinheit und ein Computerprogramm zu dessen Durchführung und ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche vorgeschlagen. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der nachfolgenden Beschreibung.
-
Die Erfindung bedient sich der Maßnahme, beim Abfahren einer Route bzw. Fahrtstrecke eine Reihe von Partikelfilterregenerationssimulationen durchzuführen und auf Grundlage der Simulationsergebnisse wenigstens einen Startzeitpunkt für eine tatsächliche Regeneration für ein zukünftiges Abfahren der Route zu bestimmen. Entsprechend der Erfindung werden für eine Route zunächst Bewertungen für mögliche Startpunkte einer Regeneration mittels Regenerationssimulationen, die auf während der Fahrt erfassten Betriebsdaten basieren, bestimmt und bei einem erneuten Durchfahren der Route wird der Startpunkt einer tatsächlichen Regeneration basierend auf den Bewertungen bestimmt. Dadurch wird ermöglicht, basierend auf tatsächlichen Betriebsdaten einen möglichst günstigen oder optimalen Startpunkt für die Regeneration zu wählen und ungünstige Startpunkte zu vermeiden.
-
Das Verfahren zur Regeneration eines Partikelfilters eines Kraftfahrzeugs, der Partikel aus dem Abgas eines Verbrennungsmotors des Kraftfahrzeugs filtert und aufnimmt, wobei das Kraftfahrzeug ein System zur Routenerkennung aufweist, umfasst ein Bestimmen einer Route, auf der das Kraftfahrzeug fährt. Der Verbrennungsmotor kann insbesondere ein Dieselmotor oder ein Benzinmotor sein. Die Route wird mittels des Systems zur Routenerkennung bestimmt, das auch ein Erkennen, das die Route erneut befahren wird ermöglicht (anhand entsprechend gespeicherter Routendaten). Weiter umfasst das Verfahren Erhalten von Betriebsdaten des Kraftfahrzeugs während der Route. Dies kann von geeigneten bzw. mittels geeigneter (Betriebsdaten-)Sensoren erfolgen.
-
Weiter wird für wenigstens einen angenommenen Simulations-Startpunkt innerhalb der Route wenigstens eine Regenerationssimulation durchgeführt, wobei in jeder Regenerationssimulation der Verlauf einer Regeneration, die an dem Simulations-Startpunkt mit einer angenommenen Simulations-Anfangsbeladung des Partikelfilters beginnt, während der Route basierend auf den erhaltenen Betriebsdaten simuliert wird. Wenigstens eine Startpunkt-Bewertung wird basierend auf der zugehörigen wenigstens einen Regenerationssimulation bestimmt. Während dieses Durchfahrens oder basierend auf diesem Durchfahren werden also die Startpunkt-Bewertungen bestimmt, und zwar so, dass anhand der Startpunkt-Bewertung erkannt werden kann, ob eine Regeneration, die an dem entsprechenden Startpunkt beginnen würde, günstig ist, z.B. mit wenig zusätzlichem Energieaufwand verbunden ist oder eine vorgegebene Zielmasse an Partikeln (vorgegebene Endbeladung) erreicht.
-
Wenn erkannt wird, dass das Kraftfahrzeug erneut auf der Route fährt, wird vorzugsweise eine Regeneration beginnend an einem Startpunkt innerhalb der Route in Abhängigkeit von der wenigstens einen Startpunkt-Bewertung veranlasst. Es kann also anhand der Startpunkt-Bewertungen ein günstiger Startpunkt für eine Regeneration bestimmt werden. Auch kann dabei der Beginn einer Regeneration unterbunden werden, wenn lediglich ungünstige Startpunkte zur Verfügung stehen, z.B. gegen Ende der Route.
-
Die Routenerkennung kann mittels Positionsdaten erfolgen, die mittels entsprechender Sensoren erfasst werden. Insbesondere können Positionsdaten eines globalen Positionierungssystems verwendet werden, z.B. GPS (Global Positioning System), GLONASS (auf Deutsch etwa ‚Globales Satellitennavigationssystem‘), Galileo bzw. GNSS, und ähnliche Dienste. Beispielsweise können Positionen in ein Raster geeigneter Maschenweite, um Fahrwege zu unterscheiden, eingeteilt werden und die Fahrzeugposition anhand der Positionsdaten in dieses Raster eingeordnet werden, so dass sich die Route anhand der Abfolge durchfahrener Rasterpunkte erkennen lässt. In diesem Fall umfasst das System zur Routenerkennung also einen Sensor zur Positions-bestimmung (z.B. einen GPS-Sensor) und ein zugehöriges Auswertemodul, das beispielsweise als Computerprogramm in einer Recheneinheit (etwa einem Steuergerät des Kraftfahrzeugs) implementiert ist. Selbstverständlich sind auch andere Routenerkennungsverfahren möglich, z.B. solche, die Kamera- bzw. Videoaufnahmen der Umgebung des Kraftfahrzeugs oder Lidar-Aufnahmen auswerten. Allgemeiner formuliert erfolgt das Bestimmen und Erkennen einer Route durch eine Recheneinheit anhand von Sensordaten, die die Recheneinheit empfängt.
-
Das System zur Routenerkennung bzw. Routenerkennungssystem speichert die Daten, z.B. Positionsdaten oder Rasterdaten im vorherigen Beispiel, die eine Route charakterisieren. Wird die Route erneut befahren, kann dies durch das Routenerkennungssystem erkannt werden, indem die aktuell vom Routenerkennungssystem bestimmten Daten mit den gespeicherten Daten verglichen werden.
-
Die Begriffe ‚Startpunkt‘ bzw. ‚Simulations-Startpunkt‘ beziehen sich auf einen Streckenpunkt auf der Routenstrecke der Route. Entsprechende Streckenpunkte können durch das Routenerkennungssystem erkannt werden. ‚Simulations-Startpunkt‘ bezeichnet nicht den Zeitpunkt, an dem eine Simulation durchgeführt wird, sondern den Streckenpunkt auf der Route, der innerhalb der Regenerationssimulation als Punkt angenommen wird, von dem aus der Verlauf der Regeneration simuliert wird. ‚Startpunkt‘ einer Regeneration bezeichnet den Streckenpunkt, an dem eine tatsächliche Regeneration begonnen wird.
-
Der Begriff ‚angenommen‘ bezieht sich darauf, das die entsprechenden Werte (Simulations-Startpunkt, Simulations-Anfangsbeladung) im Rahmen der jeweiligen Regenerationssimulation angenommene Werte (basierend auf denen der Verlauf der Regeneration simuliert wird) darstellen. Dies sind also hypothetische Werte, entsprechend könnte statt ‚angenommen‘ auch der Begriff ‚hypothetisch‘ verwendet werden.
-
Die Beladung des Partikelfilters stellt die vom Partikelfilter aufgenommene Partikelmasse bzw. Rußmasse dar und kann entsprechend als Masse mit der Einheit kg angegeben werden. Ebenso ist es möglich, die Beladung als Beladung relativ zu einer Maximalbeladung des Partikelfilters (d.h. einer Rußmasse, die der Partikelfilter maximal aufnehmen kann) anzugeben, also in Prozent der Maximalbeladung auszudrücken.
-
Die tatsächliche Beladung kann durch verschiedene Verfahren ermittelt werden. Beispielsweise kann die Beladung durch Aufsummieren bzw. Integrieren der angenommenen Rußemissionen des Motors und/oder durch Erfassen des Differenzdrucks über den Partikelfilter bestimmt werden, wobei, da der Differenzdruck in Abhängigkeit von Motordrehzahl, Lastzustand und Beladung variiert, ein Kennfeld verwendet werden kann. Diese Auswertung kann durch ein Steuergerät des Kraftfahrzeugs erfolgen, das auch das entsprechende Kennfeld speichern kann.
-
Vorzugsweise wird der wenigstens eine Simulations-Startpunkt bestimmt, so dass das Kraftfahrzeug am jeweiligen Simulations-Startpunkt in Bewegung ist und/oder, wenn mehrere Simulations-Startpunkte bestimmt werden, zwischen zwei aufeinander folgenden Simulations-Startpunkten ein vorbestimmter Mindestabstand liegt.
-
Bevorzugt umfassen die Betriebsdaten eine Fahrzeuggeschwindigkeit und/oder eine Abgastemperatur und/oder eine Motordrehzahl und/oder einen Lastzustand. Mittels dieser Betriebsdaten lässt sich in vorteilhafter Weise eine Regenerationsrate, die in die Regenerationssimulation eingeht, bestimmen.
-
Bevorzugt liegt für jede Regenerationssimulation die zugehörige Simulations-Anfangsbeladung im Bereich von 75 % bis 100 %, weiter bevorzugt im Bereich von 95 % bis 100 %, am meisten bevorzugt bei 100 %, einer Maximalbeladung des Partikelfilters; wobei weiter bevorzugt für einen Simulations-Startpunkt mehrere Regenerationssimulationen mit verschiedenen Simulations-Anfangsbeladungen durchgeführt werden. Im Prinzip ist es möglich, für einen einzelnen Simulations-Startpunkt mehrere Simulationen der Regeneration durchzuführen, wobei jeweils von verschiedenen Anfangs-Partikelmengen ausgegangen wird, bzw., anders formuliert, mehrere Simulationen der Regeneration können denselben Simulation-Startpunkt aufweisen. Auf diese Weise können Startpunkte für die Regeneration gefunden werden, die im Hinblick auf die Startpunkt-Bewertungen besonders günstig sind, und es können Regenerationen darauf basierend vorgezogen werden, d.h. bevor die Partikelmenge im Filter die MaximalBeladung erreicht, durchgeführt werden.
-
Vorzugsweise umfassen die Simulations-Bewertungen eines oder mehreres von einer Simulations-Endbeladung des Partikelfilters, einer Regenerationsdauer, einer für die Regeneration zusätzlich benötigten Energie, einer NOx-Entstehung während der Regeneration, einer Ölverdünnung während der Regeneration, der Simulations-Anfangsbeladung, und einem aus wenigstens einer dieser Größen abgeleiteten Günstigkeitsmaß. Anhand dieser Größen ist es möglich, zu erkennen, wie günstig oder ungünstig eine Regeneration ist, die am entsprechenden Simulations-Startpunkt beginnen würde. Ein Günstigkeitsmaß, z.B. auf einer Werteskala von 0 (ungünstig) bis 1 (günstig), gibt die Günstigkeit der Regeneration als einfachen Wert an, der einfach verwendbar ist und insbesondere auch die Integration des erfindungsgemäßen Verfahrens in bestehende Regenerationsverfahren bzw. -systeme ermöglicht.
-
Das Verfahren umfasst bevorzugt ein Bestimmen von Vorgabe-Startpunkten basierend auf und/oder ausgewählt aus dem wenigstens einem Simulations-Startpunkt, wobei das Bestimmen auf Grundlage der Startpunkt-Bewertungen erfolgt; wobei beim Veranlassen der Regeneration der Startpunkt aus den Vorgabe-Startpunkten ausgewählt wird; und wobei weiter bevorzugt Startpunkt-Bewertungen für die Vorgabe-Startpunkte bestimmt werden und der Startpunkt der Regeneration basierend auf diesen Startpunkt-Bewertungen bestimmt wird. Das Bestimmen von Vorgabe-Startpunkten erfolgt, bevor erkannt wird, dass die Route erneut befahren wird, d.h. nachdem die Regenerationssimulationen durchgeführt wurden und daraus die Startpunkt-Bewertungen bestimmt wurden. Indem Vorgabe-Startpunkte bestimmt werden, kann bei erneutem Befahren der Route die Auswahl von Startpunkten für eine Regeneration auf die Vorgabe-Startpunkte beschränkt werden, was zu einer Vereinfachung gegenüber der Berücksichtigung aller Simulations-Startpunkte führen kann. Zweckmäßigerweise werden die Vorgabe-Startpunkte so bestimmt, dass sie günstigen Startpunkten für eine Regeneration entsprechen, beispielsweise ein hohes Günstigkeitsmaß aufweisen.
-
Bevorzugt werden Simulation-Startpunkte, deren Startpunkt-Bewertungen eine vorbestimmte Bedingung nicht erfüllen, verworfen. Besonders ungünstige Startpunkte für eine Regeneration können so ausgeschlossen werden. Beispielsweis können Startpunkt-Bewertungen und damit entsprechende Startpunkte verworfen werden, die eine vorbestimmte Endbeladung nicht unterschreiten, etwa weil die Regeneration vor Routenende nicht abgeschlossen wird.
-
Bevorzugt wird die wenigstens eine Regenerationssimulation während der Fahrt von einer im Kraftfahrzeug umfassten Recheneinheit oder einer entfernten Recheneinheit durchgeführt; wobei die Betriebsdaten aktuell erfasste Betriebsdaten sind. Auf eine mit entsprechendem Speichplatzbedarf verbundene Zwischenspeicherung der Betriebsdaten kann so verzichtet werden. Alternativ oder zusätzlich könnte die wenigstens eine Regenerationssimulation auch nach Abschluss der Route durchgeführt werden, wobei die erfassten Betriebsdaten zwischengespeichert werden. Dies ermöglicht insbesondere eine genauere und damit zeitaufwändigere Simulation.
-
Vorzugsweise umfasst das Verfahren ein Speichern der Simulations-Startpunkte und der zugehörigen wenigstens einen Startpunkt-Bewertung; und/oder gegebenenfalls ein Speichern der Vorgabe-Startpunkte und gegebenenfalls der zugehörigen Startpunkt-Bewertung. Ebenso werden bei einem erstmaligen Durchfahren der Route Routendaten, die die Route charakterisieren gespeichert; wobei weiter bevorzugt anhand der gespeicherten Routendaten erkannt wird, ob die Route erneut durchfahren wird. Durch das Speichern wird das spätere Verwenden der entsprechenden Daten im weitern Verlauf des Verfahrens ermöglicht.
-
Eine erfindungsgemäße Recheneinheit, z.B. ein Steuergerät eines Kraftfahrzeugs, ist, insbesondere programmtechnisch, dazu eingerichtet, ein erfindungsgemäßes Verfahren durchzuführen.
-
Ein erfindungsgemäßes Kraftfahrzeug mit einem Partikelfilter, der Partikel aus dem Abgas eines Verbrennungsmotors des Kraftfahrzeugs filtert, umfasst eine erfindungsgemäße Recheneinheit, die dazu eingerichtet ist, Routenerkennungsdaten und Betriebsdaten zu empfangen, wenigstens einen Routenerkennungs-Sensor, der dazu eingerichtet ist, die Routenerkennungsdaten, die das Bestimmen einer Route ermöglichen, zu erfassen und an die Recheneinheit zu senden, und wenigstens einen Betriebsdaten-Sensor, der dazu eingerichtet ist, die Betriebsdaten zu erfassen und an die Recheneinheit zu senden.
-
Auch die Implementierung eines erfindungsgemäßen Verfahrens in Form eines Computerprogramms oder Computerprogrammprodukts mit Programmcode zur Durchführung aller Verfahrensschritte ist vorteilhaft, da dies besonders geringe Kosten verursacht, insbesondere wenn ein ausführendes Steuergerät noch für weitere Aufgaben genutzt wird und daher ohnehin vorhanden ist. Geeignete Datenträger zur Bereitstellung des Computerprogramms sind insbesondere magnetische, optische und elektrische Speicher, wie z.B. Festplatten, Flash-Speicher, EEPROMs, DVDs u.a.m. Auch ein Download eines Programms über Computernetze (Internet, Intranet usw.) ist möglich.
-
Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der beiliegenden Zeichnung.
-
Die Erfindung ist anhand von Ausführungsbeispielen in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben.
-
Figurenliste
-
- 1 zeigt schematisch Elemente, insbesondere in einem Kraftfahrzeug umfasste Elemente, durch die ein erfindungsgemäßes Verfahren gemäß einer bevorzugten Ausführungsform implementiert werden kann;
- 2 zeigt ein Ablaufdiagramm gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung;
- 3 zeigt in Diagramm einen Verlauf der Fahrzeuggeschwindigkeit während einer Route und zugehörige Verläufe der Beladung des Partikelfilters während simulierter Regenerationen mit verschiedenen Simulations-Startpunkten; und 4 zeigt beispielhaft einen Iterationsschritt einer Regenerationssimulation.
-
Ausführungsform(en) der Erfindung
-
1 zeigt schematisch Elemente, insbesondere in einem Kraftfahrzeug 2 umfasste Elemente, durch die ein erfindungsgemäßes Verfahren gemäß einer bevorzugten Ausführungsform implementiert werden kann. Bei dem Kraftfahrzeug kann es sich insbesondere um ein Landfahrzeug, z.B. ein Automobil, einen Lastkraftwagen oder einen Autobus, handeln. Das Kraftfahrzeug 2 umfasst einen Verbrennungsmotor 4, dessen Abgase 6 durch einen Partikelfilter 8, der beispielsweise in einer nicht weiter dargestellten Auspuffanlage eingeschlossen ist, geleitet werden und an die Umgebung abgegeben werden. Im Kraftfahrzeug 2 ein Steuergerät 10 vorgesehen, das den Motor 4 steuert und insbesondere auch eine Regeneration des Partikelfilters 8 veranlassen kann.
-
Weiterhin sind ein Routenerkennungs-Sensor 12, der dazu eingerichtet ist, Routenerkennungsdaten zu erfassen, etwa ein GPS-Sensor, und ein Betriebsdaten-Sensor 14, der dazu eingerichtet ist, die Betriebsdaten des Kraftfahrzeugs zu erfassen, etwa ein Temperatursensor, der eine Abgastemperatur misst, dargestellt. Die von den Sensoren 12, 14 sind eingerichtet, erfasste bzw. gemessene Daten an das Steuergerät zu übermitteln.
-
Das Steuergerät 10 kann eingerichtet sein (z.B. indem es ein entsprechendes Computerprogramm ausführt), ein erfindungsgemäßes Verfahren durchzuführen, d.h. insbesondere basierend auf den Routenerkennungsdaten eine Route, auf der das Kraftfahrzeug fährt, zu erkennen und/oder für Simulations-Startpunkt in der Route Regenerationssimulationen basierend auf den erfassten Betriebsdaten durchzuführen und/oder, bei Wiedererkennen der Route, eine Regeneration zu veranlassen. Für weitere Einzelheiten zum Verfahren wird auf die Beschreibung der 2 verwiesen.
-
Ebenso ist möglich, dass Schritte des Verfahrens alternativ bzw. teilweise nicht vom Steuergerät 10 sondern von einer entfernten Recheneinheit 16 (etwa einem Server) durchgeführt werden, die beispielsweise mit dem Kraftfahrzeug 2 bzw. mit dem Steuergerät 10 über eine Mobilfunkverbindung zum Datenaustausch verbunden ist. In diesem Fall können insbesondere Regenerationssimulationen durch die entfernte Recheneinheit 16 durchgeführt werden. Die dazu nötigen Daten, d.h. insbesondere die Betriebsdaten, können von dem Steuergerät 10 zum Server 16 übertragen werden (die Betriebsdaten werden also von der entfernten Recheneinheit erhalten). Die Ergebnisse der Simulationen können dann von der entfernten Recheneinheit zum Steuergerät übertragen werden und von diesem gespeichert werden. Im Prinzip ist auch denkbar, die Ergebnisse durch die entfernte Recheneinheit zu speichern, dann sollten auch Routendaten durch die entfernte Recheneinheit gespeichert werden.
-
2 zeigt ein Ablaufdiagramm gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung. Das Verfahren beginnt nach Fahrtantritt, d.h. nach Routenbeginn, in Schritt 100 mit dem Bestimmen einer Route. Dazu wird ein Routenerkennungssystem des Kraftfahrzeugs verwendet. Der Begriff ‚Route‘ soll eine Fahrstrecke bzw. Routenstrecke bezeichnen, die anhand ihrer Geometrie bestimmt ist. Beim erstmaligen Durchfahren einer Route werden entsprechende Routendaten, die die Route charakterisieren, durch das Routenerkennungssystem gespeichert, so dass diese wiedererkannt werden kann.
-
In Schritt 110 wird geprüft, ob die Route bekannt ist. Dabei wird zunächst geprüft, ob die Routenstrecke der Route bekannt ist. Wenn die Routenstrecke noch nicht bekannt ist, kann mit dem mit Schritt 120 beginnenden Zweig des Ablaufdiagramms fortgefahren werden, in dessen Verlauf mittels Regenerationssimulationen Startpunkt-Bewertungen bestimmt werden. Bevorzugt wird bei bekannter Routenstrecke zusätzlich geprüft, ob die Route bereits vorbestimmte Anzahl mal durchfahren wurde, und mit Schritt 120 erst dann fortgefahren, wenn die vorbestimmte Anzahl erreicht ist. Die vorbestimmte Anzahl N kann gleich Null sein (N = 0), so dass beim ersten Durchfahren der Route die Startpunkt-Bewertungen bestimmt werden. Alternativ kann die vorbestimmte Anzahl größer Null sein (N > 0), etwa eine Zahl im Bereich von 1 bis 10, so dass die Startpunkt-Bewertungen erst beim (N + 1)-ten Durchfahren der Route bestimmt werden. Die letztere Vorgehensweise (N > 0) führt dazu, dass Startpunkt-Bewertungen nur für Route bestimmt werden, von denen ausgegangen werden kann, dass sie regelmäßig durchfahren werden. Ist die vorbestimmte Anzahl noch nicht erreicht, wird ein entsprechender (routenspezifischer) Zähler erhöht und zu Schritt 100 zurückgesprungen (Pfeil 115), also gewartet bis bei einer neuen Fahrt die Route wiedererkannt wird. Diese Schleife wird so lange durchlaufen, bis der Zähler gleich der vorbestimmten Anzahl ist, woraufhin dann mit Schritt 120 fortgefahren wird. Zusätzlich kann auch vorgesehen sein, mit Schritt 120 fortzufahren, wenn zwar Startpunkt-Bewertungen für die Route bekannt sind, diese aber erneut bestimmt werden sollen.
-
Wenn die Route erneut erkannt wird, d.h. wenn die Routenstrecke bekannt ist und Startpunkt-Bewertungen bestimmt wurden, wird mit dem mit Schritt 180 beginnenden Zweig des Ablaufdiagramms fortgefahren, in dessen Verlauf die Startpunkt-Bewertungen verwendet werden, um eine tatsächlich Regeneration an einem günstigen Startpunkt innerhalb der Route zu beginnen.
-
In Schritt 120 erfolgt ein Erhalten von Betriebsdaten des Kraftfahrzeugs während der Route, d.h. während der Fahrt des Kraftfahrzeugs auf der Route. Es werden dabei Betriebsdaten erhalten, basierend auf denen sich eine Aussage über die Regeneration des Partikelfilters machen lässt. Dies können beispielsweise eine Abgastemperatur und/oder eine Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs sein, die von entsprechenden Sensoren oder Beobachtern (Modellen) erfasst werden. Die Betriebsdaten werden während der Fahrt auf der Route fortlaufend, etwa entsprechend einem (Erfassungs-)Zeitraster erfasst. Erfolgt eine zeitdiskrete Regenerationssimulation auf einem (Simulations-)Zeitraster, wie beispielsweise in 4 gezeigt, entsprechen diese Zeitraster vorzugsweise einander.
-
In Schritt 130 wird ein Simulations-Startpunkt innerhalb der Route angenommen bzw. ausgewählt und für diesen Simulations-Startpunkt wenigstens eine Regenerationssimulation durchgeführt, wobei in jeder Regenerationssimulation basierend auf den erhaltenen Betriebsdaten simuliert wird, wie sich die Beladung bzw. Rußmasse im Partikelfilter entwickeln würde, wenn zum angenommenen (d.h. hypothetischen) Simulations-Startpunkt eine Regeneration ausgehend von einer angenommenen (hypothetischen) Simulations-Anfangsbeladung des Partikelfilters verlaufen würde, d.h. wie sich die Beladung des Partikelfilters bei einer Regeneration und bei den gegebenen Betriebsdaten entwickeln würde, wenn sie zum Simulations-Startpunkt gestartet würde. Werden mehrere Regenerationssimulationen für den gleichen Simulations-Startpunkt durchgeführt, so können sich diese in der angenommenen Simulations-Anfangsbeladung unterscheiden. Die Regenerationssimulationen können während der Fahrt auf der Route durchgeführt werden, so dass eine Speicherung der erhaltenen Betriebsdaten entfallen kann. Alternativ oder zusätzlich können die erhaltenen Betriebsdaten auch gespeichert werden und die Regenerationssimulationen können zu einem späteren Zeitpunkt erfolgen.
-
In Schritt 140 wird basierend auf der wenigstens einen Regenerationssimulation wenigstens eine Startpunkt-Bewertung für den Simulations-Startpunkt bestimmt. Die Startpunkt-Bewertung kann jeweils aus Ergebnissen der Regenerationssimulation bestimmt werden oder solche Ergebnisse umfassen, etwa einer simulierten Endbeladung (Simulations-Endbeladung) des Partikelfilters, einer in der Simulation gefundenen Beladungs-Abbaurate, einem zusätzlichen Energieverbrauch für die Regeneration, oder ähnlichem. Die Startpunkt-Bewertung charakterisiert, wie günstig oder ungünstig eine Regeneration, die auf der Route an dem jeweiligen angenommenen Simulations-Startpunkt mit der angenommenen Simulations-Anfangsbeladung beginnt, ist. Die Startpunkt-Bewertung kann auch ein einzelner Wert sein, z.B. ein Günstigkeitsmaß, das die Günstigkeit einer am Simulations-Startpunkt mit er angenommenen Simulations-Anfangsbeladung beginnenden Regeneration anzeigt, etwa auf einer Werteskala von 0 (ungünstig) bis 1 (günstig).
-
In Schritt 150 wird geprüft, ob für weitere Simulations-Startpunkte wenigstens eine Regenerationssimulation durchgeführt werden soll (und insbesondere bzw. implizit, ob die Route noch nicht zu Ende ist). Wenn dies der Fall ist wird Schritt 130 (Durchführen wenigstens einer Regenerationssimulation) für einen weiteren angenommenen Simulations-Startpunkt durchgeführt und es wird ebenso im Schritt 140 wenigstens eine Startpunkt-Bewertung für den weiteren Simulations-Startpunkt bestimmt. Weitere Simulations-Startpunkte befinden sich vorzugsweise in einem Mindestabstand zu dem jeweiligen vorherigen Simulations-Startpunkt, wobei weiter bevorzugt zusätzlich die Bedingung erfüllt sein sollte, dass sich das Kraftfahrzeug am Simulations-Startpunkt bewegt, also nicht stillsteht.
-
Sind keine weiteren Simulations-Startpunkte vorgesehen (und/oder ist das Ende der Route erreicht), kann im bevorzugten Schritt 160 basierend auf Simulations-Startpunkten und den zugehörigen Startpunkt-Bewertungen wenigstens ein Vorgabe-Startpunkt bestimmt werden, der zu einer möglichst günstigen Regeneration führt. Insbesondere können in diesem Schritt auch Simulations-Startpunkte als Vorgabe-Startpunkte ausgeschlossen werden, die bestimmte Bedingungen nicht erfüllen, z.B. wenn die zugehörige Regenerationssimulation zeigt, dass während der Route eine vorgegebene Endbeladung nicht erreicht werden kann (etwa, weil der Simulations-Startpunkt zu kurz vor Routenende liegt), oder wenn ein entsprechendes Günstigkeitsmaß unter einem bestimmten Grenzwert liegt. Zu den Vorgabe-Startpunkten kann optional auch jeweils eine zugehörige Startpunkt-Bewertung bestimmt werden, etwa kann die Startpunkt-Bewertung eines entsprechenden oder gleichen Simulations-Startpunkts übernommen werden. Werden keine zu den Vorgabe-Startpunkten gehörigen Startpunkt-Bewertungen bestimmt, können alle Vorgabe-Startpunkte als gleich günstig angesehen werden. Dies kann z.B. der Fall sein, wenn bei einer Fahrt in einem Abschnitt mit konstant hoher Geschwindigkeit, etwa auf einer Autobahn, gefahren wird, so dass alle Startpunkte innerhalb dieses Abschnitts für eine Regeneration günstig sind.
-
In Schritt 170 werden die Simulations-Startpunkten und/oder, falls Schritt 160 durchgeführt wurde, die Vorgabe-Startpunkte gespeichert. Die zugehörigen Startpunkt-Bewertungen werden, falls vorhanden, jeweils ebenfalls gespeichert. Zusätzlich kann gespeichert werden wieviel Ruß während der Fahrt über die Route im Filter aufgenommen wird. Es werden also zu Beginn der Route und zu Ende (und optional an weiteren Streckenpunkten) der Route die jeweilig tatsächliche Beladung des Partikelfilters erfasst (etwa mittels Sensoren, die den Differenzdruck über den Filter messen, unter Verwendung eines entsprechenden Kennfelds). Diese erfassten Beladungen und/oder eine Differenz zwischen der Beladung am Ende der Route und der Beladung am Anfang der Route werden dann gespeichert. Als Speicher kann ein in einer Recheneinheit (Steuergerät) des Kraftfahrzeugs umfasster Speicher verwendet werden und/oder auch ein in einer entfernten Recheneinheit vorgesehener Speicher, der beispielsweise mit dem Kraftfahrzeug über eine Mobilfunkverbindung verbunden ist.
-
Wenn die Route erneut befahren wird, d.h. wenn im obigen Schritt 110 die Route erkannt wurde und wenn für diese Simulations-Startpunkte und/oder Vorgabe-Startpunkte und jeweils zugehörige Startpunkt-Bewertungen bestimmt und gespeichert wurden, wird mit Schritt 180 fortgefahren.
-
In Schritt 180 wird geprüft, ob während der Route eine Regenerations-Beladung des Partikelfilters erreicht wird, die eine Regeneration nötig macht oder zumindest relativ bald nötig macht. Die Regenerations-Beladung kann insbesondere gleich der Maximalbeladung des Partikelfilters sein oder in deren Nähe liegen, z.B. gleich 90 % der Maximalbeladung oder gleich 95 % der Maximalbeladung sein. Indem nicht bis zur Maximalbeladung abgewertet wird, kann vermieden werden, dass bei ‚Überladung‘ eine Regeneration zu einem ungünstigen Zeitpunkt, etwa bei einer Stadtfahrt veranlasst werden muss, was mit hohem Energieverbrauch verbunden ist. Eine Regeneration kann dann schon früher erfolgen, wenn sich etwa bei einer Überlandfahrt auf einer bekannten Route ein günstiger Startpunkt für eine Regeneration ergibt. Ob ein solcher vorhanden ist kann wiederum anhand der mittels der Simulation gewonnenen Startpunkt-Bewertungen entschieden werden.
-
Das Prüfen, ob die Regenerations-Beladung erreicht wird, kann zu Beginn der Route erfolgen, wenn bei einer vorherigen Fahrt auf der Route Beladungsdaten erfasst wurden, die anzeigen, um wieviel sich die Beladung des Partikelfilters während der Fahrt über die Route ändert. Alternativ oder zusätzlich kann diese Prüfung fortlaufend während der Fahrt über die Route anhand einer fortlaufend erfassten Beladung des Partikelfilters erfolgen.
-
Wenn die Regenerations-Beladung während der Route nicht erreicht wird (Schritt 190), wird keine Regeneration veranlasst.
-
Wenn andererseits die Regenerations-Beladung während der Route erreicht wird, wird in Schritt 200 in Abhängigkeit von den gespeicherten Startpunkt-Bewertungen für die Simulations-Startpunkte und/oder die Vorgabe-Startpunkte ein geeigneter Startpunkt auf der Routenstrecke bestimmt. Hierbei kann berücksichtigt werden, dass die Regenerations-Beladung nicht notwendigerweise der Maximalbeladung entspricht, dass also der Regenerationsbeginn etwas verzögert werden kann, um die Regeneration zu einem günstigeren Startpunkt zu beginnen. Umgekehrt kann die Regeneration etwas vorgezogen werden, wenn die Regenerations-Beladung erst in einem Streckenabschnitt gegen Ende der Route erreicht wird, in dem keine oder nur noch ungünstige Simulations-Startpunkte und/oder die Vorgabe-Startpunkte liegen.
-
Nach Bestimmung des Startpunkts für die Regeneration wird in Schritt 210 die Regeneration beginnend diesem Startpunkt veranlasst.
-
3 zeigt Diagramme, die einen Verlauf 32 der Fahrzeuggeschwindigkeit V während einer Route und zugehörige Verläufe 341, 342, 343, 34L der Beladung B des Partikelfilters während simulierter Regenerationen mit verschiedenen Simulations-Startpunkten darstellen. Der Geschwindigkeitsverlauf bzw. der Beladungsverlauf ist jeweils gegen die Zeit t aufgetragen.
-
Im oberen Diagramm ist der Verlauf 32 der Fahrzeuggeschwindigkeit V während der Route dargestellt. Die Route erstreckt sich dabei über einen Zeitraum von t = 0 bis t = TR. Die Route umfasst sowohl Abschnitte, während derer sich das Kraftfahrzeug mit variierender Geschwindigkeit bewegt, als auch Abschnitte, während derer das Kraftfahrzeug still steht.
-
Im unteren Diagramm ist für mehrere Regenerationssimulationen jeweils der Verlauf 341, 342, 343, 34L der simulierten Beladung des Partikelfilters aufgetragen. Die Beladung B ist dabei relativ zu einer Maximalbeladung, die B = 100 % entspricht, ausgedrückt. Die Regenerationssimulationen beginnen an Startpunkten S1, S2, S3, SL, wobei hier wie auch bei den zugehörigen Beladungsverläufen nur einige stellvertretend mit Bezugszeichen versehen sind. Eine Regeneration wird beginnend mit jedem der Simulations-Startpunkte S1, S2, S3, SL und jeweils ausgehend von einer Simulations-Anfangsbeladung von 100 % simuliert, wobei erhaltene Betriebsdaten (insbesondere die Fahrzeuggeschwindigkeit und/oder Abgastemperatur) in der Simulation verwendet werden. Die (zeitlichen) Verläufe der sich in der Simulation jeweils ergebenen Beladung 341, 342, 343, 34L sind in dem Diagramm dargestellt. In der 3 wird für jeden Simulations-Startpunkt beispielhaft von einer Simulations-Anfangsbeladung von 100 % ausgegangen, ebenso könnte hier für jeden Simulations-Startpunkt unabhängig voneinander von einer anderen Simulations-Anfangsbeladung ausgegangen werden, etwa im Bereich von 75 % bis 100 % der Maximalbeladung. Zusätzlich können für einen Simulations-Startpunkt mehrere Regenerationssimulationen durchgeführt werden, ausgehend von verschiedenen Simulations-Anfangsbeladungen.
-
Die Regenerationssimulationen werden jeweils dann beendet, wenn auch eine tatsächlich durchgeführte Regeneration beendet würde (z.B. von einem Steuergerät, das die Regeneration veranlasst). Dies ist hier beispielsweise der Fall, wenn die Beladung B etwa 40 % beträgt (d.h. eine Zielbeladung bzw. vorgegebene Endbeladung erreicht ist). Ein vollständiges Abbrennen von Ruß kann unerwünscht sein, da mit zunehmender Beladung typischerweise auch die Filterwirkung zunimmt.
-
Im unteren Diagramm ist erkennbar, dass beginnend mit dem Simulations-Startpunkt SL das Ende der Regeneration während der Route nicht mehr erreicht wird, dass also in diesem Beispiel eine Beladung von etwa 40 % nicht erreicht wird, sondern die Beladung am Routenende über 40 % liegt. Vorzugsweise wird eine tatsächliche Regeneration mit dem Startpunkt SL oder einem späteren Startpunkt unterbunden. So wird ineffektives Aufheizen bis zum Auslösen des Rußabbrennens vermieden.
-
4 zeigt beispielhaft einen Iterationsschritt einer Regenerationssimulation. Die Regenerationssimulation erfolgt auf einem Zeitraster, entsprechend dem Index i, zur Vereinfachung werden die Indizes selbst als Zeitpunkte bezeichnet (d.h. ‚Zeitpunkt i‘ soll derjenige Zeitpunkt sein, der dem Index i entspricht). Es wird der Verlauf der Rußmasse im Partikelfilter bzw. der Beladung B(i) des Partikelfilters simuliert. In einem anfänglichen nicht dargestellten Schritt wird die anfängliche Beladung, z.B. B(0), gleich der Simulations-Anfangsbeladung gesetzt.
-
Davon ausgehend wird dann die in 4 dargestellte Iteration von i nach i+1 durchgeführt, wobei die simulierte Beladung B(i+1) zum Zeitpunkt i+1 aus der Beladung B(i), einer Abgastemperatur T(i) und einer Fahrzeuggeschwindigkeit V(i) zum Zeitpunkt i bestimmt wird. Dabei wird aus diesen Größen eine Änderung ΔB(i) der Beladung bestimmt und von der Beladung B(i) zum Zeitpunkt i subtrahiert, um die Beladung B(i+1) zu erhalten, B(i+1) = B(i) - ΔB(i). Die Änderung ΔB(i) der Beladung gibt den Massenabbau der Beladung je Iterationsschritt wieder, kann also als Massenabbau je Zeit gemessen in g/s angesehen werden. Die Iteration wird solange durchgeführt, bis eine Abbruchbedingung erreicht wird, insbesondere bis eine Ziel-Beladung erreicht wird oder das Routenende erreicht wird.
-
Für die Beladung B(i), die Abgastemperatur T(i) und die Fahrzeuggeschwindigkeit V(i) werden Kennlinien 40B, 40T und 40 V berücksichtigt, die angeben, wie stark ein jeweiliger Wert den Abbau von Ruß im Filter beeinflusst. Die Änderung ΔB(i) der Beladung bzw. der Massenabbau kann als Produkt der Werte bestimmt werden, die unter Berücksichtigung der Kennlinien aus der Beladung, der Abgastemperatur und der Fahrzeuggeschwindigkeit erhalten werden. Die Beladungs-Kennlinie 40B könnte beispielsweise eine Abhängigkeit des Rußabbaus von der Beladung wiedergeben (etwa, dass der Abbau langsamer verläuft, wenn die Beladung gering ist). Die Abgastemperatur-Kennlinie 40T und die Geschwindigkeits-Kennlinie 40V können ähnliche Abhängigkeiten wiedergeben, beispielsweise, dass unter einer bestimmten Abgastemperatur kein Ruß abgebrannt wird. Selbstverständlich können außer der Beladung, der Abgastemperatur und der Fahrzeuggeschwindigkeit auch andere oder zusätzliche Betriebsdaten in der Simulation verwendet werden.
