EP2707581A1 - Verfahren zur optimierung eines leistungsbedarfs eines kraftfahrzeugs - Google Patents

Verfahren zur optimierung eines leistungsbedarfs eines kraftfahrzeugs

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Publication number
EP2707581A1
EP2707581A1 EP11797195.2A EP11797195A EP2707581A1 EP 2707581 A1 EP2707581 A1 EP 2707581A1 EP 11797195 A EP11797195 A EP 11797195A EP 2707581 A1 EP2707581 A1 EP 2707581A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
power requirement
control system
motor vehicle
driving strategy
temperature control
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP11797195.2A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Ottmar Gehring
Felix Kauffmann
Daniel Nullmeier
Jürgen Elser
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mercedes Benz Group AG
Original Assignee
Daimler AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Daimler AG filed Critical Daimler AG
Publication of EP2707581A1 publication Critical patent/EP2707581A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60W—CONJOINT CONTROL OF VEHICLE SUB-UNITS OF DIFFERENT TYPE OR DIFFERENT FUNCTION; CONTROL SYSTEMS SPECIALLY ADAPTED FOR HYBRID VEHICLES; ROAD VEHICLE DRIVE CONTROL SYSTEMS FOR PURPOSES NOT RELATED TO THE CONTROL OF A PARTICULAR SUB-UNIT
    • B60W30/00—Purposes of road vehicle drive control systems not related to the control of a particular sub-unit, e.g. of systems using conjoint control of vehicle sub-units
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01P—COOLING OF MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; COOLING OF INTERNAL-COMBUSTION ENGINES
    • F01P7/00—Controlling of coolant flow
    • F01P7/14—Controlling of coolant flow the coolant being liquid
    • F01P7/16—Controlling of coolant flow the coolant being liquid by thermostatic control
    • F01P7/167—Controlling of coolant flow the coolant being liquid by thermostatic control by adjusting the pre-set temperature according to engine parameters, e.g. engine load, engine speed
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
    • G01C21/00—Navigation; Navigational instruments not provided for in groups G01C1/00 - G01C19/00
    • G01C21/26—Navigation; Navigational instruments not provided for in groups G01C1/00 - G01C19/00 specially adapted for navigation in a road network
    • G01C21/34—Route searching; Route guidance
    • G01C21/3453—Special cost functions, i.e. other than distance or default speed limit of road segments
    • G01C21/3469—Fuel consumption; Energy use; Emission aspects

Definitions

  • the invention relates to a method for optimizing a power requirement of a motor vehicle and to an apparatus for carrying out the method for optimizing the power requirement.
  • Predictive temperature control systems for motor vehicles are known from the prior art, which enable an implementation of a predictive control strategy for the temperature control of a drive unit of the motor vehicle.
  • a future heat input in particular of an internal combustion engine, is calculated in advance with the aid of digital maps and a position determination of the motor vehicle, which can be carried out in particular by means of a GPS positioning (Global Positioning System) To reduce energy and / or fuel consumption of the motor vehicle.
  • GPS positioning Global Positioning System
  • US 2007/0261648 A1 discloses a method for operating a temperature control system in which a future heat input from the expected driving distance of the motor vehicle is estimated.
  • a height profile of the expected route is taken into consideration, so that an additional high heat input resulting from an uphill journey or a low heat input during a downhill journey can be predetermined.
  • the temperature control system can thus be tuned to the height profile.
  • a high temperature can be temporarily accepted if, for example, an extended descent is imminent. Unnecessary control measures to regulate the temperature are thus avoided, so that the energy or fuel consumption is reduced.
  • the invention is based on the object to provide a prior art improved method for optimizing a power requirement of a motor vehicle.
  • the object is achieved by a method for optimizing a
  • Patent claim 1 and by a device for optimizing the power requirement with the characterizing features of claim 5 solved.
  • Temperature control system comprises a cooling circuit of the drive unit, based on at least one line parameter, an expected first power requirement of the drive unit and an expected second power requirement of the cooling circuit is determined. According to the invention, first one is added to the line parameter
  • the driving strategy is adjusted based on the determined first and second power requirements such that a total power requirement of the motor vehicle is minimized.
  • a determination of the first power requirement that is to be expected for a selected driving strategy can be done, in particular, by calculations using different methods or else by estimation as a function of specific parameters.
  • the expected second power requirement of the cooling circuit can in particular by
  • Calculations are determined by various methods or by estimation depending on certain parameters.
  • the method serves to reduce the total power requirement of the motor vehicle. Temperature control system and cruise control system are coupled to each other and can be considered as a unit. In particular, a slightly higher power requirement of the drive unit can be accepted if this is compensated by a correspondingly lower second power requirement of the cooling circuit.
  • the method for optimizing the power requirement allows early and energy-efficient control of the temperature control system of the
  • the temperature control system is in bidirectional communication with the cruise control system of the motor vehicle, so that in such cases, the driving strategy of the motor vehicle can be adjusted.
  • the driving strategy is adapted such that a high heat input, which leads to a high second power requirement of the cooling circuit, is reduced early. This can be done, for example, by means of appropriate control interventions in one
  • the driving strategy is preferably adapted when an expected heat input for the drive unit exceeds a critical value.
  • the method for optimizing a power requirement is equally for
  • Motor vehicles with internal combustion engine, electric motor or hybrid drive suitable and can also be combined with systems for heat recovery, which provide a further heat input into the cooling system.
  • Fig. 1 shows schematically a structure of a device for optimizing a
  • FIG. 1 schematically illustrates a method for optimizing a power requirement of a motor vehicle and a device suitable for carrying out the method.
  • a look-ahead module 1 supplies data by means of which a positioning of the
  • the look-ahead module 1 includes, for example, a receiver for satellite-based location signals, in particular GPS (Global Positioning System) data.
  • GPS Global Positioning System
  • the look-ahead module 1 can additionally a
  • the look-ahead module 1 includes a digital road map that provides three-dimensional map data.
  • Track parameters St which characterize a road section lying in front of the motor vehicle, become from the three-dimensional
  • Map data determined. Height information, route courses and / or speed limits for route sections are stored in the look-ahead module 1, which are evaluated to determine the route parameter St.
  • route parameter St the route parameter St.
  • gradient or curvature data of the roadway and an expected traffic volume on the route can be determined as route parameter St.
  • the route section to be characterized can be predetermined by specifying the start and destination positions.
  • a stretch of a lookahead horizon may be selected via a most probable path calculation.
  • current driving parameters F such as in particular a current position, direction of travel and / or speed of the motor vehicle are evaluated.
  • An operating data module 2 records all currently relevant driving parameters F and
  • Vehicle parameter Fz of the motor vehicle In particular, current ones will be
  • Control actions of the driver e.g., operation of an accelerator pedal
  • engine and transmission data e.g., actual gear of a transmission unit, temperatures of a drive unit and / or a coolant
  • driving data e.g., speed and / or acceleration of the vehicle
  • a driving strategy module 3 of a cruise control system G of the motor vehicle calculates a forward-looking driving strategy for the preceding route section such that a first power requirement of the drive unit is optimized.
  • a consumption-optimal specification for predicted first parameters P1 is determined, which in particular includes the power requirements for a temperature control system T required for implementing the driving strategy
  • Cooling circuit for the drive unit include.
  • a Gangwahi the automated transmission unit and a torque control of the drive unit, which may include in particular a combustion or an electric motor, controlled according to the driving strategy.
  • actuation of one or more endurance brakes (for example retarder) of the motor vehicle are regulated by means of the speed setting parameters GS1 to GSn. Electric motor and retarder act in particular as additional heat sources in the temperature control.
  • the torque control can be carried out in particular within the scope of an automated speed cruise control operation.
  • the cruise control system G comprises actuators 4, 5, 6, 7 for controlling the speed of the motor vehicle.
  • a gear selection module 4 coordinates the gear specification according to the predictive driving strategy determined by the driving strategy module 3 with the transmission unit.
  • the cruise control system G comprises at least one
  • Torque specification module 6 for the electric motor.
  • the method for optimizing the power requirement of the motor vehicle is particularly suitable for a hybrid vehicle, in which the drive unit both an internal combustion engine and a
  • the torque command module 5, 6 controls the entire torque path of the drive unit of the motor vehicle in accordance with the predetermined speed setting parameters GS1 to GSn.
  • Torque command module 7 for controlling retarders (e.g., retarders)
  • the retarder can be designed, for example, as an electrodynamic retarder, in which a deceleration of the motor vehicle is achieved by means of induced eddy currents, or as a hydrodynamic retarder, in which the energy required for deceleration of the motor vehicle is thermally supplied to a brake fluid.
  • Such continuous brakes are used in particular to reduce the risk of overheating of a regular brake unit of the motor vehicle for longer descents. By means of the speed setting parameters GS1 to GSn, the continuous brake becomes
  • Brake be used to supply additional heat a cooling circuit of the motor vehicle.
  • a braking function or continuous braking function can also be provided via the torque command module 6 for the electric motor, in which the electric motor recuperates driving energy in regenerative operation and supplies it to an energy store in the form of electrical energy.
  • the temperature control system T of the motor vehicle has a temperature prediction module 8, which predicts a heat input acting on the motor vehicle on the basis of the predicted first parameters P1.
  • a temperature prediction module 8 which predicts a heat input acting on the motor vehicle on the basis of the predicted first parameters P1.
  • appropriate mathematical or numerical models are used.
  • Result is the predicted temperature course over the Perspective horizon and corresponding predicted second parameters P2, based on which a control strategy for controlling the temperature profile is implemented.
  • An evaluation unit 9 determines the control strategy based on the predicted temperature profiles and the second predicted parameters P2.
  • the control strategy for the control actions of the temperature control system T are determined such that the
  • Temperature control signals TS1 to TSn for controlling the temperature control system T are calculated in advance.
  • the temperature control signals TS1 to TSn regulate the temperature of the drive unit, for example, such that the temperature of a coolant is subcooled before an expected larger heat input, so that taking advantage of a thermal buffer of the drive train aggregates the addition of additional
  • Actuators 10, 11, 12, 13 for controlling the temperature which has a high
  • Actuators 10, 11, 12, 13 are targeted, as a short
  • Adjustment braking can be distinguished from a sustained braking in a downhill.
  • a plurality of actuators 10, 1 1, 12, 13 of the temperature control system is controlled.
  • the temperature control signals TS1 to TSn a plurality of actuators 10, 1 1, 12, 13 of the temperature control system is controlled.
  • Flow rate of a pumping unit 10 of the cooling circuit regulated to implement the predicted temperature profile Flow rate of a pumping unit 10 of the cooling circuit regulated to implement the predicted temperature profile.
  • the delivery rate of the pump unit 10 can be adjusted continuously or in steps.
  • a continuously or in stages adjustable thermostatic valve 1 1 is by means of
  • Temperature control signals TS1 to TSn regulated such that a mixing ratio of cooled coolant from a coolant radiator and uncooled coolant from a small second cooling circuit, which has no coolant radiator, is optimally adapted to regulate the heat input.
  • an actuating unit of an air supply control system 12 is controlled by means of the temperature control signals TS1 to TSn for controlling the temperature.
  • a fan shutter, a fan door or a fan roller to control a cooling air flow can be opened or closed or brought into a suitable intermediate position for cooling the engine temperature.
  • a fan 13 is switched on or off by means of the temperature control signals TS1 to TSn for regulating the heat input.
  • a speed of the fan 13 can be controlled to ensure the optimum cooling of the drive unit.
  • the predicted second determined by the temperature prediction module 8 is the predicted second determined by the temperature prediction module 8
  • Parameter P2 which in particular includes information about the predicted temperature profile, can also be sent back to the driving strategy module 3 of FIG.
  • Speed control G are handed over.
  • the corresponding signal flow thus has a feedback from the temperature control system T to
  • Actuator activity of the temperature control system to T is high or the second
  • the feedback with the driving strategy module 3 thus allows such an adaptation of the driving strategy that a total power requirement consisting of the first
  • Cooling circuit is minimized.
  • the temperature control signals TS1 to TSn which in particular include the power requirements such as speed and torque requests, are passed back to the temperature prediction module 8, so that these quantities can be taken into account for predicting a future temperature profile.
  • an optimization method or a heuristic control strategy can be implemented, which requires an advance calculation of the temperature prediction module 8 in order to determine the temperature setting signals TS1 to TSn.
  • the operating data module 2 provides the vehicle and driving parameters Fz, F to both the driving strategy module 3 of the cruise control system G and the temperature prediction module 8 of the temperature control system T. So can
  • the temperature control system T is connected to the cruise control system G by means of a bidirectional interface, so that data can be exchanged in both directions. This allows in particular the adaptation of the driving strategy to one To high second power requirement of the temperature control system T, so that the
  • a driving strategy corresponding to the route parameter St can thus be selected first.
  • the predictive driving strategy to choose an optimum for an engine operating point, so that the first power requirement is low and low driving energy, but a very strong heat input into the temperature control system T conditionally. If a future high demand for cooling capacity is expected by the temperature prediction module 8 despite a possibly adapted pre-cooling, the corresponding second power requirement of the cooling circuit is reported back to the cruise control system G by the temperature control system T. In particular, such becomes
  • Feedback causes when an expected cooling capacity, which includes, for example, the capacity of the pumping unit 10, reaches a critical value.
  • Driving strategy module 3 determines now under inclusion of the expected second
  • Total power requirement corresponds despite high cooling capacity. Otherwise, however, it is also possible to choose an operating-energy-less favorable operating point with a correspondingly higher first power requirement, in which a corresponding heat input is reduced. Thus, a lower cooling capacity of the cooling circuit is required and the second power requirement is reduced so that the overall energy balance is minimized.

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Abstract

Bei einem Verfahren zur Optimierung eines Leistungsbedarfs eines Kraftfahrzeugs, welches eine Geschwindigkeitsregelanlage (G) für eine Antriebseinheit und eine Temperaturregelanlage (T) für einen Kühlkreislauf der Antriebseinheit umfasst, wird anhand zumindest eines Streckenparameters (St) ein zu erwartender erster Leistungsbedarf der Antriebseinheit und ein zu erwartender zweiter Leistungsbedarf des Kühlkreislaufs ermittelt. Erfindungsgemäß wird zunächst eine zu dem Streckenparameter (St) korrespondierende Fahrstrategie ausgewählt, der zu der Fahrstrategie korrespondierende erste Leistungsbedarf und der zu der Fahrstrategie korrespondierende zweite Leistungsbedarf ermittelt. Daraufhin wird die Fahrstrategie anhand des ermittelten ersten und zweiten Leistungsbedarfs derart angepasst, dass ein Gesamtleistungsbedarf des Kraftfahrzeugs minimiert wird.

Description

Verfahren zur Optimierung eines Leistungsbedarfs eines Kraftfahrzeugs
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Optimierung eines Leistungsbedarfs eines Kraftfahrzeugs sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zur Optimierung des Leistungsbedarfs.
Aus dem Stand der Technik sind prädiktive Temperaturregelanlagen für Kraftfahrzeuge bekannt, die eine Implementierung einer vorausschauenden Regelstrategie für die Temperaturregelung einer Antriebseinheit des Kraftfahrzeugs ermöglichen.
Bei den Verfahren des Standes der Technik wird vorausschauend mit Hilfe von digitalen Karten und einer Positionsbestimmung des Kraftfahrzeugs, welche insbesondere mittels einer GPS-Ortung (Global Positioning System) durchgeführt werden kann, ein zukünftiger Wärmeeintrag insbesondere eines Verbrennungsmotors berechnet und frühzeitig regelnd eingegriffen, um den Energie- und/oder Kraftstoffverbrauch des Kraftfahrzeugs zu senken.
So ist beispielsweise aus der US 2007/0261648 A1 ein Verfahren zum Betrieb einer Temperaturregelanlage bekannt, bei der ein zukünftiger Wärmeeintrag aus der erwarteten Fahrtstrecke des Kraftfahrzeugs abgeschätzt wird. Insbesondere wird ein Höhenprofil der erwarteten Fahrtstrecke in Betracht gezogen, so dass ein bei einer Bergfahrt anfallender zusätzlicher hoher Wärmeeintrag oder ein bei einer Talfahrt geringer Wärmeeintrag vorherbestimmt werden kann. Die Temperaturregelanlage kann somit auf das Höhenprofil abgestimmt werden. Insbesondere kann temporär eine hohe Temperatur akzeptiert werden, wenn beispielsweise eine ausgedehnte Talfahrt bevorsteht. Unnötige Regeleingriffe zur Regulierung der Temperatur sind somit vermieden, so dass der Energie- bzw. Kraftstoffverbrauch reduziert ist. Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein dem Stand der Technik gegenüber verbessertes Verfahren zur Optimierung eines Leistungsbedarfs eines Kraftfahrzeugs anzugeben.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren zur Optimierung eines
Leistungsbedarfs eines Kraftfahrzeugs mit den kennzeichnenden Merkmalen des
Patentanspruchs 1 sowie durch eine Vorrichtung zur Optimierung des Leistungsbedarfs mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 5 gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Bei einem Verfahren zur Optimierung eines Leistungsbedarfs eines Kraftfahrzeugs, welches eine Geschwindigkeitsregelanlage für eine Antriebseinheit und eine
Temperaturregelanlage für einen Kühlkreislauf der Antriebseinheit umfasst, wird anhand zumindest eines Streckenparameters ein zu erwartender erster Leistungsbedarf der Antriebseinheit und ein zu erwartender zweiter Leistungsbedarf des Kühlkreislaufs ermittelt. Erfindungsgemäß wird zunächst eine zu dem Streckenparameter
korrespondierende Fahrstrategie ausgewählt, der zu der Fahrstrategie korrespondierende erste Leistungsbedarf und der zu der Fahrstrategie korrespondierende zweite
Leistungsbedarf ermittelt. Daraufhin wird die Fahrstrategie anhand des ermittelten ersten und zweiten Leistungsbedarfs derart angepasst, dass ein Gesamtleistungsbedarf des Kraftfahrzeugs minimiert wird.
Ein Ermitteln des ersten Leistungsbedarfs, der zu einer ausgewählten Fahrstrategie zu erwarten ist, kann insbesondere durch Berechnungen anhand verschiedener Verfahren geschehen oder auch durch Abschätzung in Abhängigkeit bestimmter Parameter.
Unabhängig von der Art der Ermittlung des ersten Leistungsbedarfs, kann der zu erwartende zweite Leistungsbedarf des Kühlkreislaufes insbesondere auch durch
Berechnungen anhand verschiedener Verfahren oder durch Abschätzung in Abhängigkeit bestimmter Parameter ermittelt werden.
Das Verfahren dient zur Reduzierung des Gesamtleistungsbedarfs des Kraftfahrzeugs. Temperaturregelanlage und Geschwindigkeitsregelanlage sind dazu miteinander gekoppelt und können als Einheit betrachtet werden. So kann insbesondere ein geringfügig höherer Leistungsbedarf der Antriebseinheit akzeptiert werden, wenn dieser von einem entsprechend niedrigeren zweiten Leistungsbedarf des Kühlkreislaufs aufgewogen wird.
Des Weiteren erlaubt das Verfahren zur Optimierung des Leistungsbedarfs eine frühzeitige und energieeffiziente Steuerung der Temperaturegelanlage des
Kraftfahrzeugs. So kann insbesondere erkannt werden, ob erforderliche
Temperaturgrenzen trotz vorausschauenden Eingriffes nicht oder nur mit erheblichem Energieeinsatz eingehalten werden können. Die Temperaturregelanlage steht in bidirektionaler Kommunikation zu der Geschwindigkeitsregelanlage des Kraftfahrzeugs, so dass in solchen Fällen die Fahrstrategie des Kraftfahrzeugs angepasst werden kann. Beispielsweise wird die Fahrstrategie derart angepasst, dass ein hoher Wärmeeintrag, der zu einem hohen zweiten Leistungsbedarf des Kühlkreislaufs führt, frühzeitig reduziert wird. Dies kann beispielsweise mittels entsprechender Regeleingriffe in eine
Getriebeeinheit des Kraftfahrzeugs geschehen.
Bevorzugter Weise wird die Fahrstrategie angepasst, wenn ein erwarteter Wärmeeintrag für die Antriebseinheit einen kritischen Wert übersteigt.
Das Verfahren zur Optimierung eines Leistungsbedarfs ist gleichermaßen für
Kraftfahrzeuge mit Verbrennungsmotor, Elektromotor oder Hybridantrieb geeignet und kann auch mit Systemen zur Wärmerückgewinnung kombiniert werden, die einen weiteren Wärmeeintrag ins Kühlsystem liefern.
Vorteilhafter Weise werden unnötige Stelleingriffe in den Kühlkreislauf vermieden, so dass eine Lebensdauer der entsprechenden Komponenten des Kühlkreislaufs verlängert ist.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand einer Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt:
Fig. 1 schematisch einen Aufbau einer Vorrichtung zur Optimierung eines
Kraftfahrzeugs.
Einander entsprechende Teile sind in der Figur mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
Figur 1 illustriert schematisch ein Verfahren zur Optimierung eines Leistungsbedarfs eines Kraftfahrzeugs und eine zur Durchführung des Verfahrens geeignete Vorrichtung.
Ein Vorausschaumodul 1 liefert Daten, mittels derer eine Positionierung des
Kraftfahrzeuges vorgenommen wird. Das Vorausschaumodul 1 umfasst beispielsweise einen Empfänger für satellitenbasierte Ortungssignale wie insbesondere GPS (Global Positioning System) - Daten. Alternativ dazu kann die gegenwärtige Position des
Kraftfahrzeugs auch mittels klassischer Navigationsfunktionen vorgenommen werden. Des Weiteren kann ein entsprechendes Eingabegerät einer Navigationseinheit
vorgesehen sein, so dass ein Fahrzeugführer die anfängliche Position des Kraftfahrzeugs und/oder eine oder mehrere gewünschte Zielposition bzw. Zielpositionen des
Kraftfahrzeugs vorgeben kann. Das Vorausschaumodul 1 kann zusätzlich eine
Umfeldsensorik, wie insbesondere einen Abstandsradar, aufweisen, welche die
Umgebung des Kraftfahrzeugs erfasst.
Das Vorausschaumodul 1 umfasst eine digitale Straßenkarte, welche dreidimensionale Kartendaten bereitstellt. Streckenparameter St, die einen vor dem Kraftfahrzeug liegenden Streckenabschnitt charakterisieren, werden aus den dreidimensionalen
Kartendaten ermittelt. Im Vorausschaumodul 1 sind Höhenangaben, Streckenverläufe und/oder Geschwindigkeitsbegrenzungen für Streckenabschnitte hinterlegt, welche zur Ermittlung des Streckenparameters St ausgewertet werden. Als Streckenparameter St können insbesondere Steigungs- oder Krümmungsdaten der Fahrbahn sowie ein zu erwartende Verkehraufkommen auf der Strecke ermittelt werden.
Dabei kann der zu charakterisierende Streckenabschnitt durch die Vorgabe von Anfangsund Zielposition fest vorgegeben werden. Alternativ dazu kann über eine Berechnung des wahrscheinlichsten Pfades ein Streckenabschnitt eines Vorausschauhorizonts ausgewählt werden. Dazu werden aktuelle Fahrparameter F, wie insbesondere eine momentane Position, Fahrtrichtung und/oder Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs ausgewertet. Ein Betriebsdatenmodul 2 erfasst alle aktuell relevanten Fahrparameter F und
Fahrzeugparameter Fz des Kraftfahrzeugs. Insbesondere werden gegenwärtige
Steuereingriffe des Fahrzeugführers (z.B. Betätigung eines Fahrpedals), Motor- und Getriebedaten (z.B. aktueller Ist-Gang einer Getriebeeinheit, Temperaturen einer Antriebseinheit und/oder eines Kühlmittels) und Fahrdaten (z.B. Geschwindigkeit und/oder Beschleunigung des Kraftfahrzeugs) als Fahrparameter F bzw.
Fahrzeugparameter Fz erfasst.
Ein Fahrstrategiemodul 3 einer Geschwindigkeitsregelanlage G des Kraftfahrzeugs berechnet für den vorausliegenden Streckenabschnitt derart eine vorausschauende Fahrstrategie, dass ein erster Leistungsbedarf der Antriebseinheit optimiert wird. Anhand der Streckenparameter St wird eine verbrauchsoptimale Vorgabe für prädizierte erste Parameter P1 ermittelt, die insbesondere die zur Implementierung der Fahrstrategie notwendigen Leistungsanforderungen an eine Temperaturregelanlage T eines
Kühlkreislaufs für die Antriebseinheit umfassen.
Mittels entsprechender Geschwindigkeitsstellparameter GS1 bis GSn werden
verschiedene Stelleinheiten 4, 5, 6, 7 des Kraftfahrzeugs zur Implementierung der Fahrstrategie gesteuert. Beispielsweise werden eine Gangwahi der automatisierten Getriebeeinheit und eine Momentensteuerung der Antriebseinheit, die insbesondere einen Verbrennungs- oder einen Elektromotor umfassen kann, gemäß der Fahrstrategie gesteuert. Des Weiteren werden mittels der Geschwindigkeitsstellparameter GS1 bis GSn insbesondere die Betätigung einer oder mehrerer Dauerbremsen (z.B. Retarder) des Kraftfahrzeugs geregelt. Elektromotor und Dauerbremse fungieren insbesondere als zusätzliche Wärmequellen bei der Temperaturregelung. Die Momentensteuerung kann insbesondere im Rahmen eines automatisierten Geschwindigkeits- Tempomatregelbetriebes erfolgen.
Die Geschwindigkeitsregelanlage G umfasst Stelleinheiten 4, 5, 6, 7 zur Regelung der Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs. Ein Gangwahlmodul 4 koordiniert die Gangvorgabe gemäß der von dem Fahrstrategiemodul 3 ermittelten vorausschauenden Fahrstrategie mit der Getriebeeinheit. Insbesondere wird eine Betriebsfunktion der automatisierten Schaltgetriebeeinheit oder des Automatikgetriebes des Kraftfahrzeugs mittels der Geschwindigkeitsstellparameter GS1 bis GSn zur Implementierung der
verbrauchsoptimierten Fahrstrategie geregelt. Ferner umfasst die Geschwindigkeitsregelanlage G zumindest ein
Momentenvorgabemodul 5 für den Verbrennungsmotor oder ein
Momentenvorgabemodul 6 für den Elektromotor. Das Verfahren zur Optimierung des Leistungsbedarfs des Kraftfahrzeugs ist insbesondere für ein Hybridfahrzeug geeignet, bei dem die Antriebseinheit sowohl einen Verbrennungsmotor als auch einen
Elektromotor aufweist. Entsprechend steuert das Momentenvorgabemodul 5, 6 den gesamten Momentpfad der Antriebseinheit des Kraftfahrzeugs gemäß den vorgegebenen Geschwindigkeitsstellparametern GS1 bis GSn.
Insbesondere zur Optimierung des Energie- bzw. Kraftstoffverbrauchs eines
Nutzfahrzeugs wie beispielsweise eines Lastkraftwagens ist ein
Momentenvorgabemodul 7 zur Steuerung von Dauerbremsen (z.B. Retarder)
vorgesehen. Die Dauerbremse kann beispielsweise als elektrodynamischer Retarder, bei dem eine Verzögerung des Kraftfahrzeugs mittels induzierter Wirbelströme erreicht wird oder als hydrodynamischer Retarder, bei dem die zur Verzögerung des Kraftfahrzeugs notwendige Energie thermisch einer Bremsflüssigkeit zugeführt wird, ausgebildet sein. Solche Dauerbremsen dienen insbesondere zur Reduzierung einer Überhitzungsgefahr einer regulären Bremseinheit des Kraftfahrzeugs bei längeren Talfahrten. Mittels der Geschwindigkeitsstellparameter GS1 bis GSn wird die Dauerbremse zur
energieeffizienten Nutzung des Kraftfahrzeugs gesteuert. Insbesondere kann die
Dauerbremse auch dazu verwendet werden, zusätzliche Wärme einem Kühlkreislauf des Kraftfahrzeugs zuzuführen.
Insbesondere kann über das Momentenvorgabemodul 6 für den Elektromotor auch eine Bremsfunktion bzw. Dauerbremsfunktion bereitgestellt werden, bei der der Elektromotor im generatorischen Betrieb Fahrenergie rekuperiert und in Form von elektrischer Energie einem Energiespeicher zuführt.
Die Temperaturregelanlage T des Kraftfahrzeugs weist ein Temperatur- Vorhersagemodul 8, welches anhand der prädizierten ersten Parameter P1 einen auf das Kraftfahrzeug einwirkenden Wärmeeintrag vorausberechnet, auf. Dazu kommen entsprechende mathematische oder numerische Modelle zum Einsatz. Insbesondere wird der Wärmeeintrag vom Verbrennungsmotor, vom Elektromotor, der Dauerbremse oder von weiteren Komponenten des Kraftfahrzeugs, welche an dem Kühlkreislauf
angeschlossenen sind, ermittelt. Anhand des vorausliegenden Streckenabschnitts und der dazugehörigen Streckenparameter werden künftige Talfahrten insbesondere als Wärmesenken identifiziert. Ergebnis ist der prädizierte Temperaturverlauf über den Vorausschauhorizont und entsprechende prädizierte zweite Parameter P2, anhand derer eine Regelstrategie zur Steuerung des Temperaturverlaufs implementiert wird.
Eine Auswerteeinheit 9 ermittelt die Regelstrategie basierend auf den prädizierten Temperaturverläufen und den zweiten prädizierten Parametern P2. Die Regelstrategie für die Stelleingriffe der Temperaturregelanlage T werden derart ermittelt, dass die
Kühlfunktion mit einem möglichst geringen zusätzlichen zweiten Energie- bzw.
Kraftstoffverbrauch und einer Stellgliedaktivität auskommt. Zugehörige
Temperaturstellsignale TS1 bis TSn zur Steuerung der Temperaturregelanlage T werden vorausberechnet. Die Temperaturstellsignale TS1 bis TSn regeln die Temperatur der Antriebseinheit beispielsweise derart, dass vor einem erwarteten größeren Wärmeeintrag die Temperatur eines Kühlmittels unterkühlt wird, so dass unter Ausnutzung eines thermischen Puffers der Triebstrangaggregate die Zuschaltung von zusätzlichen
Stelleinheiten 10, 11 , 12, 13 zur Steuerung der Temperatur, welche einen hohen
Leistungsbedarf aufweisen können, vermieden ist. Des Weiteren können die
Stelleinheiten 10, 11 , 12, 13 gezielter angesteuert werden, da eine kurze
Anpassungsbremsung von einer Dauerbremsung in einem Gefälle unterschieden werden kann.
Mittels der Temperaturstellsignale TS1 bis TSn wird eine Mehrzahl von Stelleinheiten 10, 1 1 , 12, 13 der Temperaturregelanlage gesteuert. So wird beispielsweise die
Förderleistung einer Pumpeinheit 10 des Kühlkreislaufs geregelt, um den prädizierten Temperaturverlauf zu implementieren. Dabei kann die Förderleistung der Pumpeinheit 10 stufenlos oder in Stufen verstellbar sein.
Ein stufenlos oder in Stufen verstellbares Thermostatventil 1 1 wird mittels der
Temperaturstellsignale TS1 bis TSn derart geregelt, dass ein Mischverhältnis von gekühltem Kühlmittel aus einem Kühlmittelkühler und ungekühltem Kühlmittel aus einem kleinen zweiten Kühlkreislauf, welcher keinen Kühlmittelkühler aufweist, zur Regulierung des Wärmeeintrags optimal angepasst wird.
Des Weiteren werden mittels der Temperaturstellsignale TS1 bis TSn zur Regelung der Temperatur eine Stelleinheit einer Luftzufuhrregelanlage 12 gesteuert. So kann beispielsweise eine Lüfterjalousie, eine Lüfterklappe bzw. ein Lüfterrolle zur Regelung eines Kühlluftstroms geöffnet bzw. geschlossen werden oder in eine zur Kühlung der Motortemperatur geeignete Zwischenstellung gebracht werden. Ein Lüfter 13 wird mittels der Temperaturstellsignale TS1 bis TSn zur Regulierung des Wärmeeintrags ein- bzw. abgeschaltet. Gegebenenfalls kann auch eine Drehzahl des Lüfters 13 geregelt werden, um die optimale Kühlung der Antriebseinheit sicherzustellen.
Die von dem Temperatur-Vorhersagemodul 8 ermittelten prädizierten zweiten
Parameter P2, die insbesondere Informationen über den prädizierten Temperaturverlauf beinhalten, können auch zurück an das Fahrstrategiemodul 3 der
Geschwindigkeitsregelanlage G übergeben werden. Der entsprechende Signalfluss weist somit eine Rückkopplung von der Temperaturregelanlage T zur
Geschwindigkeitsregelanlage G auf. So wird ein Eingriff in die Fahrstrategie zur
Entlastung der Temperaturregelanlage T und deren Stelleinheiten 10, 1 1 , 12, 13 ermöglicht. Insbesondere kann die Fahrstrategie angepasst werden, wenn die
Stellgliedaktivität der Temperaturregelanlage zu T hoch ist oder der zweite
Leistungsbedarf des Kühlkreislaufs einen vorgebbaren Grenzwert überschreitet. Die Rückkopplung mit dem Fahrstrategiemodul 3 erlaubt somit eine derartige Anpassung der Fahrstrategie, dass ein Gesamtleistungsbedarf bestehend aus dem ersten
Leistungsbedarf der Antriebseinheit und aus dem zweiten Leistungsbedarf des
Kühlkreislaufs minimiert wird.
Entsprechend ist auch der Signalfluss zwischen Auswerteeinheit 9 und Temperatur- Vorhersagemodul 8 rückgekoppelt. Die Temperaturstellsignale TS1 bis TSn, die insbesondere die Leistungsanforderungen wie Drehzahl- und Drehmomentanforderungen beinhalten, werden an das Temperatur-Vorhersagemodul 8 zurück übergeben, so dass diese Größen zur Vorhersage eines künftigen Temperaturverlaufs berücksichtigt werden können. So kann ein Optimierungsverfahren oder eine heuristische Regelstrategie umgesetzt werden, die zur Ermittlung der Temperaturstellsignale TS1 bis TSn eine Vorausrechnung des Temperatur-Vorhersagemoduls 8 benötigt.
Das Betriebsdatenmodul 2 stellt die Fahrzeug- und Fahrparameter Fz, F sowohl dem Fahrstrategiemodul 3 der Geschwindigkeitsregelanlage G als auch dem Temperatur- Vorhersagemodul 8 der Temperaturregelanlage T zur Verfügung. So können
insbesondere Fahreingriffe des Fahrzeugführers in die pädizierte Fahrstrategie und/oder in den prädizierten Temperaturverlauf inkorporiert werden.
Die Temperaturregelanlage T ist mit der Geschwindigkeitsregelanlage G mittels einer bidirektionalen Schnittstelle verbunden, so dass Daten in beide Richtungen ausgetauscht werden können. Dies ermöglicht insbesondere die Anpassung der Fahrstrategie auf einen zu hohen zweiten Leistungsbedarf der Temperaturegelanlage T, so dass der
Gesamtleistungsbedarf des Kraftfahrzeugs minimiert wird.
Zur Optimierung des Leistungsbedarfs des Kraftfahrzeugs kann somit zunächst eine zu dem Streckenparameter St korrespondierende Fahrstrategie ausgewählt werden.
Insbesondere könnte bei einer vorausliegenden starken Fahrbahnsteigung die
vorausschauende Fahrstrategie ein Optimum für einen Motorbetriebspunkt wählen, so dass der erste Leistungsbedarf gering und antriebsenergetisch günstig ist, aber einen sehr starken Wärmeeintrag in die Temperaturegelanlage T bedingt. Wird nun von dem Temperatur-Vorhersagemodul 8 ein zukünftiger hoher Bedarf an Kühlleistung trotz einer gegebenenfalls angepassten Vorkühlung erwartet, so wird der dazu korrespondierende zweite Leistungsbedarf des Kühlkreislaufs von der Temperaturregelanlage T an die Geschwindigkeitsregelanlage G zurückgemeldet. Insbesondere wird eine solche
Rückmeldung veranlasst, wenn eine erwartete Kühlleistung, die beispielsweise die Förderleistung der Pumpeinheit 10 umfasst, einen kritischen Wert erreicht. Das
Fahrstrategiemodul 3 bestimmt nun unter Einberechnung des erwarteten zweiten
Leistungsbedarfs des Kühlkreislaufs einen neuen gesamtenergetisch günstigen
Arbeitspunkt für die Antriebseinheit des Kraftfahrzeugs. Hierbei kann entweder wieder der gleiche Arbeitspunkt bestimmt werden, falls dieser schon dem Optimum des
Gesamtleistungsbedarfs trotz hoher Kühlleistung entspricht. Andernfalls kann aber auch ein antriebsenergetisch ungünstigerer Arbeitspunkt mit einem entsprechend höherem ersten Leistungsbedarf gewählt werden, bei dem ein korrespondierender Wärmeeintrag verringert ist. Damit wird eine geringere Kühlleistung des Kühlkreislaufs erforderlich und der zweite Leistungsbedarf wird derart reduziert, dass die Gesamtenergiebilanz minimiert wird.
Bezugszeichenliste
1 Vorausschaumodul
2 Betriebsdatenmodul
3 Fahrstrategiemodul
4 Gangwahlmodul
5 Momentenvorgabemodul für einen Verbrennungsmotor
6 Momentenvorgabemodul für einen Elektromotor
7 Momentenvorgabemodul für eine Dauerbremse
8 Temperatur-Vorhersagemodul
9 Auswerteeinheit
10 Pumpeinheit
1 1 Thermostatventil
12 Luftzufuhrregelanlage
13 Lüfter
F Fahrparameter
Fz Fahrzeugparameter
G Geschwindigkeitsregelanlage
GS1 bis GSn Geschwindigkeitsstellparameter
P1 erster Parameter
P2 zweiter Parameter
St Streckenparameter
T Temperaturregelanlage
TS1 bis TSn Temperaturstellsignale

Claims

Patentansprüche
Verfahren zur Optimierung eines Leistungsbedarfs eines Kraftfahrzeugs, welches eine Geschwindigkeitsregelanlage (G) für eine Antriebseinheit und eine
Temperaturregelanlage (T) für einen Kühlkreislauf der Antriebseinheit umfasst, wobei anhand zumindest eines Streckenparameters (St) ein zu erwartender erster Leistungsbedarf der Antriebseinheit und ein zu erwartender zweiter Leistungsbedarf des Kühlkreislaufs optimiert wird,
dadurch gekennzeichnet, dass
eine zu dem Streckenparameter (St) korrespondierende Fahrstrategie ausgewählt wird, der zu der Fahrstrategie korrespondierende erste Leistungsbedarf ermittelt wird und der zu der Fahrstrategie korrespondierende zweite Leistungsbedarf ermittelt wird, woraufhin die Fahrstrategie anhand des ermittelten ersten und zweiten Leistungsbedarfs derart angepasst wird, dass ein Gesamtleistungsbedarf des Kraftfahrzeugs minimiert wird.
Verfahren nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet, dass
der zumindest eine Streckenparameter (St) aus Kartendaten einer digitalen
Straßenkarte ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2
dadurch gekennzeichnet, dass
die Temperaturregelanlage (T) mittels Temperaturstellsignalen (TS1 , TSn) einen Stelleingriff zumindest einer Pumpeinheit (10), eines Thermostatventils (11 ), einer Luftzufuhrregelanlage (12) und/oder eines Lüfters (13) steuert.
4. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Geschwindigkeitsregelanlage (G) mittels Geschwindigkeitsstellsignalen (GS1 ,
GSn) einen Stelleingriff zumindest eines Gangwahlmoduls (4), eines omentenvorgabemoduls für einen Verbrennungsmotor (5), eines
Momentenvorgabemoduls für einen Elektromotor (6) und/oder eines
Momentenvorgabemoduls für eine Dauerbremse (7) steuert.
5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorherigen
Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
eine Geschwindigkeitsregelanlage (G) mit einer Temperaturregelanlage (T) des Kraftfahrzeugs mittels einer bidirektionalen Schnittstelle verbunden ist.
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