DE10224309B4 - Verfahren zur Optimierung der Fahrstrategie für ein Kraftfahrzeug - Google Patents

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Abstract

Verfahren zur Optimierung der Fahrstrategie für ein Kraftfahrzeug, wobei die Beladungsmenge Vist des Kraftfahrzeugs ermittelt wird und anhand der ermittelten Beladungsmenge die Schaltpunkte des Getriebes der Beladung angepasst werden dadurch gekennzeichnet, dass für den Fall, dass die Beladungsmenge Vist einen Grenzwert Vmax überschreitet, die Überbeladung des Fahrzeugs angezeigt wird und eine Zwangsschaltung nach Neutral erfolgt, wobei ein Freigabesignal für Schaltungen sowie ein Deaktivieren der Anzeige der Überbeladung dann erfolgt, wenn die Beladung reduziert wird.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Optimierung der Fahrstrategie für ein Kraftfahrzeug, insbesondere für eine Arbeitsmaschine gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
  • Im Fahrzeugbereich, insbesondere im Arbeitsmaschinenbereich ergeben sich oft Situationen, bei denen es zu kritischen Zuständen kommen kann, wenn die Zuladung über ein tolerierbares Maß hinausgeht. Dies kann beispielsweise bei Radladern, Baggerladern, Telehandlern, Gabelstaplern, Lastkraftwagen etc. der Fall sein und resultiert in einer Überbelastungen von Komponenten des Fahrzeugs sowie in Gefahren für Fahrer und Transportgüter.
  • Aus WO 02/055909 A1 ist ein Verfahren zum Auswerten von Signalen bekannt, welche die aktuelle Fahrsituation des Kraftfahrzeugs, insbesondere die Fahrbahnsteigung charakterisieren. Anhand derer werden fahrsituationscharakterisierende Stellsignale für die Auswahl eines Schaltkennfeldes erzeugt. Abhängig von den Stellsignalen wird eine Umschaltung auf ein entsprechendes Schaltkennfeld bewirkt. Die Getriebegänge werden dann anhand des gewählten Schaltkennfeldes automatisch geschaltet. Dabei werden Fahrbahnsteigung und Fahrzeugbeladung durch voneinander unabhängige Stellsignale charakterisiert.
  • DE 695 05 282 T2 betrifft Steuerverfahren und -systeme zur Ermittlung des Fahrzeuggesamtgewichtes (GCW) und Fahrzeugsteuerungen, wie Antiblockierbremssysteme und Getriebesteuerungen, die das aktuelle GCW als Steuerparameter verwenden. Ein akzeptierbares Heraufschalten ist ein Heraufschalten in einen Zielgang, wobei bei den bestehenden Fahrzeugbetriebsbedingungen das maximal verfügbare Motordrehmoment zumindest eine vorbestimmte minimale Fahrzeugbeschleunigung hervorruft. Das aktuelle GCW kann auch für elektronische Bremssysteme, intelligente Fahrzeug/Straßensysteme, Flottenmanagementsysteme usw. verwendet werden. So wird eine Bestimmung des GCW unter Verwendung der vorhandenen Informationen in einem AMT-System, vorzugsweise in einem AMT-System mit einem elektronisch gesteuerten Motor ermöglicht, ohne dass zusätzliche Sensoren oder zusätzliche elektronische oder mechanische Hardware erforderlich sind.
  • DE 198 22 859 A1 zeigt ein Verfahren zum Abbremsen eines Fahrzeugs mit wenigstens einer Betriebsbremse, einer Retarderbremse und einer Motorbremse und ist dadurch gekennzeichnet, daß man bei Betätigung eines Bremsbetätigungselements durch den Fahrer des Fahrzeugs wenigstens eine einen Bremsvorgang beeinflussende dynamische Fahrzeuggröße erfasst und abhängig von dieser und von dem Verzögerungswunsch des Fahrers mittels einer Steuereinrichtung die Motorbremse und/oder die Retarderbremse und/oder die Betriebsbremse zur Erzielung einer maximalen, blockierfreien Verzögerung in allen Betriebs- und Beladungszuständen des Fahrzeugs aufeinander abgestimmt ansteuert.
  • Aus WO 00/11439 ist ein Verfahren zur Ermittlung der Masse eines Fahrzeugs mit mindestens zwei zeitlich versetzte Messungen (6, 8) innerhalb eines Messzeitraums bekannt, durch die jeweils mindestens eine Zugkraft-Größe (2) und mindestens eine Bewegungs-Größe (4) des Fahrzeugs ermittelt wird, wobei eine der beiden Messungen (8) während einer zugkraftfreien und die andere der beiden Messungen (6) während einer Zugkraft-Phase erfolgt. Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, dass die beiden Messungen jeweils einen Datenerfassungszeitraum (6, 8) umfassen, deren Dauer größer als eine Mindestdauer ist, dass die Zugkraft-Größe dem zeitlichen Integral der Zugkraft und die Bewegungs-Größe der Geschwindigkeitsänderung des Fahrzeugs entspricht.
  • DE 199 33 312 A1 offenbart ein Verfahren zur Steuerung eines Getriebes in einem Kraftfahrzeug. Die Erfindung schlägt vor, während des Gangwechselvorgangs den zeitlichen Verlauf der wirklichen Getriebeeingangsdrehzahl bzw. der Motordrehzahl und der aufgrund des Übersetzungsverhältnisses des ausgewählten Gangs berechneten Getriebeeingangsdrehzahl miteinander zu vergleichen und die zu erwartende Drehzahl bei Synchronisation beider Drehzahlen vorauszuberechnen. Falls die vorausberechnete Motordrehzahl nicht in dem zulässigen Motordrehzahlbereich liegt, beispielsweise aufgrund der Verringerung der Fahrzeuggeschwindigkeit während einer Bergauffahrt, wird automatisch ein anderer, zu einer in dem zulässigen Motordrehzahlbereich liegenden Drehzahl führender Gang ausgewählt.
  • Weiter ist aus DE 38 31 449 A1 ein Verfahren bekannt, bei welchem ein elektronisches Betriebssteuerungssystem neben anderen Parametern eine Fahrzeugmasse berechnet, auf Basis der berechneten Parameter die Topographie des befahrenen Geländes erkennt und darauf aufbauend unter Berücksichtigung von Fahranforderungen Befehle, beispielsweise für das Einlegen eines bestimmten Ganges des Getriebes, angepasst werden.
  • DE 199 63 402 A1 beschreibt ein Verfahren zur Ermittlung einer Fahrzeugmasse, wobei diese für verschiedene Fahrzeugfunktionen verwendet werden kann. Exemplarisch wird die Auslegung der Getriebesteuerung aufgeführt, wobei bei hoher Beladung früher zurückgeschaltet wird.
  • Eine Steuervorrichtung zur Anpassung der Schaltpunkte unter Berücksichtigung verschiedener Einflussgrößen, beispielsweise des Fahrzeuggewichts unter Beachtung der Zuladung, ist aus DE 28 52 195 C2 weiter bekannt.
  • DE 198 39 542 A1 offenbart eine Beladungsanzeige für Fahrzeuge und Anhänger, wobei die Überladungsanzeige mit einer Wegfahrsperre gekoppelt werden kann.
  • Aus DE 40 00 073 A1 ist eine Überlastanzeige für Kraftfahrzeuge bekannt, wobei eine Achsbelastung über eine Messskala oder mittels einer elektronischen Anzeigevorrichtung abgelesen werden kann. Bei Überschreiten einer zulässigen Höchstlastmarke werden eine Kontrolllampe und/oder eine Signalhupe automatisch betätigt.
  • DE 196 48 055 A1 zeigt eine Antriebsstrangsteuerung für ein Kraftfahrzeug. Dabei wird durch die Antriebsstrangsteuerung die als vom Fahrer gewünschtes Radmoment oder Getriebeausgangsmoment interpretierte Stellung des Fahrpedals zum Berechnen von Sollwerten für das von dem Antriebsstrang abzugebende Drehmoment verwendet. Sie enthält eine Auswahl- und Steuerschaltung, in der das gewünschte Radmoment zusammen mit weiteren Betriebsparametern des Kraftfahrzeugs in einem Fuzzy-System ausgewertet wird. Sie gibt ein Ausgangssignal ab, durch welches das von den Rädern auf die Fahrbahn abzugebende Raddrehmoment festgelegt wird. Es wird eine Strategie für die Motorsteuerung, die Motorleistungsstelleinheit und die Getriebesteuerung zentrat derart festgelegt, dass der Ausstoß von Schadstoffen (Kohlenwasserstoffe, Stickoxide usw.), insbesondere im Stadtgebiet, minimiert wird.
  • Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Optimierung der Fahrstrategie für ein Kraftfahrzeug, insbesondere für eine Arbeitsmaschine anzugeben, welches eine Überbelastung der Fahrzeugkomponenten aufgrund einer erhöhten Zuladung vermeidet und eine optimalen Schaltablauf gewährleistet.
  • Zudem soll mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens die Sicherheit für den Fahrer erhöht werden.
  • Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Weitere Varianten und Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens gehen aus den Unteransprüchen hervor.
  • Demnach wird vorgeschlagen, die Beladungsmenge des Fahrzeugs zu ermitteln und anhand des Beladezustandes der Lade- und Arbeitsfläche, der Arbeitsgeräte oder auch eines Dachträgers des Fahrzeugs die Fahrstrategie derart zu optimieren, dass die Schaltpunkte des Getriebes der Beladungsmenge angepasst werden.
  • Hierdurch kann eine verbrauchs- und damit schadstoffausstoßoptimierte Gangstufe eines automatischen oder automatisierten Getriebes durch die ECU (Electronic Control Unit) vorgewählt oder eingelegt, wie auch ein maximal zulässiger Gang vorgegeben werden, der mit einer maximal zu erreichenden Geschwindigkeit des Fahrzeugs korrespondiert.
  • Zudem ist im Rahmen einer besonders vorteilhaften Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens vorgesehen, bei einer Zuladung über der zulässigen Beladungsgrenze diesen Zustand anzuzeigen und optional ein Anfahren zu unterbinden.
  • Des Weiteren wird, um die Sicherheit zu erhöhen, im Schubbetrieb, beispielsweise bei einer Bergabfahrt optional eine geeignete Bremsstufe einer verschleißfreien Bremse aktiviert und/oder aktiv in die Bremsanlage eingegriffen.
  • Die Erfindung wird im Folgenden anhand der beigefügten Figur, die ein Ablaufdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens darstellt, näher erläutert.
  • Gemäß der Erfindung wird zunächst der Beladezustand des Fahrzeugs bzw. der Arbeitsmaschine ermittelt. Hierbei kann es sich z. B. um die Beladung der Mulde eines Lkws oder eines Dumpers oder um die Beladung der Schaufel eines Rad- oder Baggerladers handeln. Dies erfolgt vorzugsweise mittels geeigneter Sensoren, welche die aufgrund der Gravitation wirkenden Kraft der Ladung in analoge oder quasianaloge elektrische Signale umwandeln, welche der Zuladung proportional sind oder deren Größe eine Funktion der Zuladung ist.
  • Als Sensoren können gemäß der Erfindung Piezoelemente, Lichtschranken, Dehnungsmessstreifen sowie weitere geeignete Einrichtungen eingesetzt werden.
  • Anschließend erfolgt die Übertragung der von den Sensoren generierten Signale mittels Kabel oder Telemetrie auf ein elektronisches Steuergerät, beispielsweise auf den Fahrzeugmanagementrechner, wo die Signale verarbeitet werden.
  • Erfindungsgemäß werden die Signale derart verarbeitet, dass daraus die Zuladung berechnet werden kann, wobei in der Elektronik relevante Parameter wie z. B. die Dichte der Zuladung, die von der Art der Zuladung abhängt, frei speicherbar sind. Eine Möglichkeit, das Gewicht oder das Volumen der Ladung zu bestimmen, besteht darin, anhand der Formel V = F/(ρ × g), mit V = Volumen der Beladungsmasse, F = Kraft, ρ Dichte (spezifische Masse) der Beladungsmasse und g = Gravitationsbeschleunigung, das Volumen Vist der Beladungs masse zu bestimmen, wobei sich das Gewicht aus der Multiplikation des Volumens mit der Dichte ergibt.
  • Die folgenden Ausführungen beziehen sich auf das Volumen der Beladungsmasse; eine Betrachtung anhand des Gewichtes ist aber analog durchführbar.
  • Der errechnete Wert des Volumens Vist der Beladungsmasse wird mit einem parametrisierbaren Wert Vmax verglichen, wobei Vmax der für dieses Fahrzeug in dieser Arbeitssituation und optional für die Art der Beladungsmasse ein spezieller Grenzwert ist, der die zulässige Beladungsgrenze anzeigt.
  • Wenn Vist kleiner als der Grenzwert Vmax ist, dann wird der Einzelwert Vist in einem elektronischen Steuergerät (ECU, Electronic Control Unit) gespeichert und dazu verwendet, die Schaltpunkte des Getriebes im Getriebesteuergerät (TCU, Transmission Control Unit) anzupassen. Dadurch wird die Kupplung geschont, was sich positiv auf die Lebensdauer auswirkt.
  • Wenn durch das Getriebesteuergerät ein Schubbetrieb erkannt wird, dann kann optional eine geeignete Bremsstufe einer vorhandenen verschleißfreien Bremse, beispielsweise eines Retarders aktiviert werden. Zudem ist in einer derartigen Situation ein Eingriff in die Bremsanlage möglich, was zu einer Erhöhung der Sicherheit für den Fahrer führt.
  • Der Einzelwert für den Beladezustand Vist kann mittels Telemetrie an eine Leitstelle übertragen werden, wo er weiter ausgewertet werden kann. So ist es z. B. möglich, in einem zentralen Rechner für jedes einzelne Fahrzeug durch Bildung der Summe dieser Beladungsvolumina die Transportleistung zu ermitteln, was insbesondere für die automatische Abrechnung der Arbeitsleistung bei Mietfahrzeugen von Relevanz sein kann.
  • Wenn Vist größer ist, als der Grenzwert Vmax, dann wird der Einzelwert Vist in einem elektronischen Steuergerät (ECU) gespeichert und folgende Schritte werden durchgeführt:
    Mittels einer optischen und/oder akustischen Anzeige wird signalisiert, dass die Zuladung des Fahrzeugs über der zulässigen Beladungsgrenze liegt. Vorteilhafterweise kann zu diesem Zweck eine Warnlampe und/oder eine entsprechende Anzeige im Fahrzeugdisplay verwendet werden.
  • Des weiteren ist erfindungsgemäß vorgesehen, das beladungsproportionale Signal oder ein Signal, welches eine Überbeladung anzeigt über das Fahrzeugmanagement-Steuergerät an die Getriebesteuerung weiterzuleiten, welche aus Sicherheitsgründen eine Zwangsschaltung nach NEUTRAL ausführt. Das Freigabesignal für Schaltungen sowie das Deaktivieren der Warnanzeige erfolgt erst dann, wenn die Beladung reduziert wird (z. B. wenn ein Teil der Ladung abgekippt wurde) und eine erneute Messung einen Wert für Vist ergibt, der kleiner ist, als der Grenzwert Vmax.
  • Nach dem Vergleich des Wertes Vist mit dem Grenzwert Vmax wird erfindungsgemäß für den Fall, dass Vist unterhalb des Grenzwertes liegt der Messvorgang – vorzugsweise durch eine Abschaltung des Messkanals – deaktiviert, wobei ein Freigabesignal über das Fahrzeugmanagement-Steuergerät an die Getriebesteuerung geleitet wird, so dass eine Fortsetzung des Betriebs ermöglicht wird. Dies ist erforderlich, um, unerwünschte, unnötige Schaltungen nach NEUTRAL zu vermeiden, wenn bei der Fahrt, bedingt durch einen möglicherweise unebenen Fahruntergrund, Kraftstöße und Bewegungsbeschleunigungen eine Zuladung simulieren, die über dem Grenzwert Vmax liegt.
  • Die Eingabe der parametrisierbaren Werte für die maximale Zuladung Vmax und die Dichte ρ kann mittels Telemetrie über eine Leitstelle oder direkt über ein Steuergerät, z. B. das Fahrzeugmanagement-Steuergerät erfolgen. Alternativ oder zusätzlich dazu kann die Eingabe mittels einer im Fahrzeug vorgesehenen Tastatur oder über Spracheingabe erfolgen.
  • Die Fahrstrategie kann im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens derart optimiert werden, dass Schadstoffemissionen (z. B. Stickoxide (Nox), Kohlenwasserstoffe (HC)) bei einer gleichzeitigen Reduzierung des Treibstoffverbrauchs verringert werden. Dies wird durch auf die Zuladung abgestimmte Schaltpunkte erreicht, wobei Lastwechsel gedämpft werden und Betriebszustände mit quantitativ oder qualitativ unerwünschten Begleiterscheinungen vermieden werden.
  • Eine besonders vorteilhafte Variante der Erfindung sieht vor, über einen Zugangscode, wie beispielsweise ein Passwort oder eine PIN und/oder einen personenbezogenen Identifikationsschlüssel eine Speicherung der fahrerbezogenen Arbeitsleistung in einem Leitrechner oder einem Fahrzeugrechner durchzuführen. Zudem kann es dem Fahrer ermöglicht werden, nach erfolgter Identifikation die parametrisierbaren Werte zu modifizieren oder einzugeben.
  • Die benötigte Auswerte-Elektronik kann als selbstständige Einheit ausgebildet sein oder in ein anderes Steuergerät, beispielsweise in das Getriebesteuergerät oder in einen zentralen Fahrzeugrechner integriert sein.

Claims (10)

  1. Verfahren zur Optimierung der Fahrstrategie für ein Kraftfahrzeug, wobei die Beladungsmenge Vist des Kraftfahrzeugs ermittelt wird und anhand der ermittelten Beladungsmenge die Schaltpunkte des Getriebes der Beladung angepasst werden dadurch gekennzeichnet, dass für den Fall, dass die Beladungsmenge Vist einen Grenzwert Vmax überschreitet, die Überbeladung des Fahrzeugs angezeigt wird und eine Zwangsschaltung nach Neutral erfolgt, wobei ein Freigabesignal für Schaltungen sowie ein Deaktivieren der Anzeige der Überbeladung dann erfolgt, wenn die Beladung reduziert wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Überbeladung mittels einer optischen und/oder akustischen Anzeige angezeigt wird, wobei eine Warnlampe und/oder eine entsprechende Anzeigen im Fahrzeugdisplay verwendbar sind.
  3. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Ermittlung der Beladungsmenge Vist des Kraftfahrzeugs Sensoren eingesetzt werden, welche die aufgrund der Gravitation wirkenden Kraft der Beladung in analoge oder quasianaloge elektrische Signale umwandeln, welche der Zuladung proportional sind oder deren Größe eine Funktion der Zuladung ist, wobei die von den Sensoren generierten Signale an ein elektronisches Steuergerät übertragen werden, in dem das Volumen oder die Masse der Beladung ermittelt wird und mit einem ladungsspezifischen, parametrisierbaren Beladungsgrenzwert Vmax verglichen wird.
  4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass als Sensoren Piezoelemente und/oder Lichtschranken und/oder Dehnungsmessstreifen und/oder weitere geeignete Einrichtungen eingesetzt werden.
  5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Volumen oder die Masse der Beladung mittels ladungsspezifischer, parametrisierbarer Werte ermittelt wird.
  6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass zur Ermittlung der Beladung die Dichte der Beladungsmasse verwendet wird.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Eingabe der parametrisierbaren Werte mittels Telemetrie über eine Leitstelle oder direkt über ein Steuergerät erfolgt.
  8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Eingabe der parametrisierbaren Werte über eine Tastatur oder über Spracheingabe erfolgt.
  9. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass nach der Ermittlung der Beladungsmenge für den Fall, dass die Beladungsmenge Vist unterhalb eines Grenzwertes Vmax liegt, keine weitere Messung oder Ermittlung durchgeführt wird, um zu vermeiden, dass bedingt durch einen unebenen Fahruntergrund, Kraftstöße und Bewegungsbeschleunigungen eine Zuladung simuliert wird, die größer als der Grenzwert Vmax ist.
  10. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mittels eines Zugangscodes und/oder eines personenbezogenen Identifikationsschlüssels eine Speicherung der fahrerbezogenen Arbeitsleistung in einem Leitrechner oder einem Fahrzeugrechner durchgeführt wird.
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