EP3137356A2 - System zur beurteilung und/oder optimierung des betriebsverhaltens eines fahrzeugs - Google Patents

System zur beurteilung und/oder optimierung des betriebsverhaltens eines fahrzeugs

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EP3137356A2
EP3137356A2 EP15723165.5A EP15723165A EP3137356A2 EP 3137356 A2 EP3137356 A2 EP 3137356A2 EP 15723165 A EP15723165 A EP 15723165A EP 3137356 A2 EP3137356 A2 EP 3137356A2
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EP
European Patent Office
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vehicle
operating state
data set
parameter
fuel processing
Prior art date
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Pending
Application number
EP15723165.5A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Helmut List
Peter Schoeggl
Guenter Karl Fraidl
Thomas TREBITSCH
Erik Bogner
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AVL List GmbH
Original Assignee
AVL List GmbH
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Filing date
Publication date
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    • Y02T90/40—Application of hydrogen technology to transportation, e.g. using fuel cells

Definitions

  • the invention relates to a system for assessing and / or optimizing the operating behavior of a vehicle, which has at least one device for fuel processing, in particular an internal combustion engine and / or a fuel cell.
  • DE 10 2005 034 247 A1 discloses a method for monitoring an exhaust gas limit of an internal combustion engine by means of an engine control, wherein the engine control has at least one exhaust gas sensor and an error signal is emitted when the exhaust gas limit value is exceeded, wherein the predicted for the current driving condition emissions using a Engine models are determined and compared with the signal of the exhaust gas sensor or a derived comparison value for the emission.
  • DE 10 2007 053 406 B3 discloses a method for carrying out at least part of an adaptation and a diagnosis in the case of emission-relevant control devices of a vehicle with the steps: determining whether the vehicle has reached a predetermined driving state; Perform a diagnosis on at least one of the emissi Onsrelevanten control devices, if it is determined that the vehicle has reached the predetermined driving state, the diagnosis determines and optimizes at least one parameter of an operating point of at least one emission-relevant control device, if it deviates from a desired range or setpoint; and performing at least one adaptation section of the adaptation in at least one emission-relevant control device, wherein in the adaptation at least one parameter of a plurality of operating points of the emission-relevant control device is determined and optimized if it deviates from a desired range or setpoint.
  • An object of the invention is to provide a device with which data the energy efficiency and / or the emission behavior of a vehicle with a device for fuel processing can be improved.
  • the system according to the invention can record emissions of a device for fuel processing over a predetermined period of time.
  • the development of the emissions over the predetermined period of time is assigned to the respectively present vehicle operating state, wherein the course of the emission can be determined within a vehicle operating state or between different vehicle operating states.
  • a large amount of information can be obtained which is important for the operating behavior of a vehicle, in particular the environmental compatibility of the vehicle, the energy consumption of the vehicle and also the energy efficiency of the vehicle.
  • a characteristic value can be determined which reflects a favorable configuration or a less favorable configuration of the control of the vehicle or of the components of the vehicle.
  • This characteristic value can be used to at least assess the operating behavior of the vehicle and to additionally or alternatively also carry out an optimization of the same.
  • the invention is based on the recognition that in the information about the course of the emissions of a device for fuel processing or a vehicle a lot of information about the operation of the vehicle is included. Every act of a driver or a driver assistance system and every operation of aggregates for the propulsion of the vehicle or ancillary components is reflected in the emissions of the vehicle. By evaluating these emissions, a holistic assessment and / or optimization of the operating behavior of the vehicle can take place. By means of the invention, it is possible to draw attention in detail to causes for the emission and / or the energy efficiency or poor emission values and a low energy efficiency of a vehicle.
  • the system according to the invention can be used in a real vehicle or on a test stand.
  • a device for fuel processing in the context of the invention is a device which converts energy present in the fuel into mechanical work or electrical energy.
  • a vehicle in the sense of the invention is a mobile means of transport serving the transport of goods or persons. This is preferably a land vehicle, a watercraft or an aircraft, in particular a car or truck.
  • a plurality in the sense of the invention means at least two.
  • a sensor according to the invention is a sensor. This is a technical component that can quantify certain physical or chemical properties and / or the physical condition of its environment qualitatively or as a measured quantity. In particular, these quantities are detected by means of physical or chemical effects and converted into a further processed electrical signal.
  • a vehicle operating state within the meaning of the invention characterizes the operation of a vehicle at a time. In particular, a vehicle operating state is an overall operating state of the vehicle, which characterizes the driving state as well as the operating state of the units and ancillaries of the vehicle used for propulsion.
  • Operating behavior in the sense of the invention is a sequence of operating states.
  • An operating state within the meaning of the invention is any possibility of operating a device.
  • an internal combustion engine operating state preferably means both an operation of the internal combustion engine in a stationary state, ie for example the operation in idle or the operation in the vehicle with constant speed and constant load, as well as an operation in a dynamic or transient state, ie, for example, an acceleration of internal combustion engine.
  • An operating state is preferably both a snapshot of a constellation of parameters and alternatively a time profile of parameters, eg the accelerator pedal position, or this is alternatively also by an initial and end point of parameters, eg by speed values with a predetermined opening degree of the throttle , Are defined.
  • Energy efficiency within the meaning of the invention is a measure of the energy required to achieve a defined benefit.
  • an efficiency is at least a component of energy efficiency.
  • An emission behavior within the meaning of the invention is a course of the emissions over a predefined period of time or a profile of the emissions over a predetermined distance, time and distance being coupled in particular via a speed profile.
  • a driving state in the sense of the invention characterizes the dynamics of a vehicle. Examples of driving conditions are preferably starting, acceleration, tip-in, tip-out, deceleration, gear change, constant speed glide, idle, engine start, engine stop. A driving condition can also be subdivided finer in under-driving conditions. In extreme cases, each combination of parameter values is assigned an underrun condition. In a driving state, these are preferably stationary and transient or unsteady states of the driving operation, which designate the transition from a first stationary driving state to a second stationary driving state.
  • the plurality of first sensors of the system according to the invention are set up to measure a parameter which characterizes at least one driving state of the vehicle and at least one further parameter which characterizes at least one characteristic selected from the following group: An operating state of at least one ancillary unit, in particular an air conditioning system, an alternator or a fan, an operating state of at least one device for exhaust aftertreatment, in particular a particle filter or catalyst, an ambient temperature, a position of the vehicle and an operating state of the device for fuel processing.
  • An operating state of at least one ancillary unit in particular an air conditioning system, an alternator or a fan
  • an operating state of at least one device for exhaust aftertreatment in particular a particle filter or catalyst
  • an ambient temperature a position of the vehicle and an operating state of the device for fuel processing.
  • the emission behavior of the vehicle also depends on the operating states of these devices. Also for an assessment of the emission behavior is a recognition of the operating conditions of the other devices present in the vehicle of importance.
  • the regeneration of a particulate filter at a point in time at which the apparatus for fuel processing would run with ideal efficiency does not make sense energetically.
  • regeneration at a different point in time can be energetically meaningful, for example, if increased performance of the fuel processing device for regeneration of a particle filter results in the fuel processing device being operated with optimal efficiency.
  • the evaluation device of the system according to the invention is further configured to determine the energy consumed by the vehicle on the basis of the second data set and the energy provided by the device for fuel processing for driving the vehicle, in particular special work on the basis of the first data set, in particular an operating state of the apparatus for fuel processing, to determine, and to calculate a ratio of the energy provided to the energy consumed.
  • the system according to the invention offers the possibility of calculating, based on the emission of the vehicle, the energy consumed by the vehicle to reach certain vehicle states. With this information, the energy efficiency or the efficiency of vehicle operation can be determined with simple means.
  • the control device of the system is set up to take so many measurements that the first data record has a plurality of different vehicle operating states.
  • the invention is particularly well suited for analyzing the operating behavior of the vehicle over a relatively long period during which there are several vehicle operating states, in particular driving states. In this way, the influence which the vehicle operating conditions have on each other can be analyzed.
  • the vehicle has at least one electric machine for generating propulsion of the vehicle, wherein the plurality of first sensors is further configured, at least one parameter which characterizes the charge state of a charge storage and / or at least one parameter , which characterizes an operating state of the electric machine, and wherein the evaluation unit is further configured to determine the at least one characteristic value for the assessment and / or optimization of the operating behavior of the vehicle on the basis of these measured values.
  • the system according to the invention is particularly suitable for assessing and / or optimizing the operating behavior of a hybrid vehicle or of an electric vehicle with range extender and / or fuel cell.
  • the invention can be used to analyze the overall energy efficiency of the complex systems comprising the apparatus for fuel processing, the electric machine and the charge storage.
  • plug-in in an emissions balance sheet and / or in the energy efficiency balance sheet.
  • the at least one second sensor which is in particular part of an exhaust gas analysis device, arranged in the exhaust system, in particular at the end of the exhaust system.
  • the second sensor for determining the emission of the device for fuel processing may already be arranged in the device itself.
  • the second sensor is arranged at the end of the exhaust system.
  • the method according to the invention can be carried out on the real vehicle, as well as on a test bench, in which an internal combustion engine can realize the operating states required for the registration of the method according to the invention by way of simulation.
  • at least one desired value for the at least one parameter of the second group of parameters is determined on the basis of a vehicle model, in particular of a model for the apparatus for fuel processing, which determines a target energy efficiency and / or a desired emission behavior for the at least one vehicle operating state, and compared with the first data set.
  • the operating behavior of the vehicle can be assessed against absolute criteria and / or be optimized. Ideally, an iterative approach can be avoided, but at least the number of iteration loops can be reduced.
  • the method according to the invention can also be carried out solely on the basis of the values calculated by the model. That is, in this case, the judgment and / or optimization takes place by simulation.
  • several of the first and second data records acquired in steps S 1 and S2 are taken into account for determining the at least one characteristic value.
  • the first group of parameters which characterizes a driving state of the vehicle, includes at least one further parameter which characterizes at least one property selected from the following group: An operating state of at least one ancillary unit, in particular an air conditioning unit or a Fan, an operating state of at least one device for exhaust aftertreatment, in particular a particulate filter, an ambient temperature, a road gradient, a position of the vehicle and an operating state of the device for fuel processing.
  • An operating state of at least one ancillary unit in particular an air conditioning unit or a Fan
  • an operating state of at least one device for exhaust aftertreatment in particular a particulate filter
  • an ambient temperature in particular a road gradient
  • a position of the vehicle includes at least one operating state of the device for fuel processing.
  • this has the following steps: determining the energy consumed by the vehicle on the basis of the second data set; Determining the energy, in particular work, provided by the device for fuel processing for driving the vehicle on the basis of the first data set, in particular the operating state of the device for fuel processing, wherein the determination of the characteristic value for the assessment and / or optimization of the operating behavior of the vehicle at least the sub-step of calculating a ratio of the energy provided to the energy consumed.
  • the efficiency of the vehicle or the device for fuel processing can be calculated.
  • the measured values of the second data record are integrated over the time duration of the respective driving state. For example, the total emissions during a driving state can be calculated via the integration or summation.
  • the measured values of a plurality of second data sets for an identical type of driving state are combined to determine the at least one characteristic value.
  • this has the further working step of correcting an assignment of the measured values of the second data set to the at least one predefined driving state by a signal propagation time, the exhaust gas analysis time and / or by an exhaust gas running time.
  • the exhaust gas analysis time and exhaust gas flow time from the generation of the emission to the second sensor can lead to a considerable shift between the vehicle operating states, in particular driving conditions, and the emissions. Shifting the time of emission by the current exhaust gas flow time is therefore important for determining the cause of the emissions.
  • the exhaust gas flow time can theoretically be determined by the air displaced by a device for fuel processing and the diameter of the exhaust system.
  • the exhaust gas transit time can be determined in real terms by adding an additive to the exhaust gas or via a periodically occurring exhaust gas component.
  • the vehicle has at least one electric machine for the propulsion of the vehicle and a charge accumulator, the first data record of the further measured values of at least one parameter, which characterizes the charge state of a charge accumulator, and measured values of a parameter which indicate an operating state of the charge accumulator electro- and characterized in that the at least one characteristic value for assessing and / or optimizing the operating behavior of the vehicle is furthermore determined on the basis of these measured values.
  • FIG. 1 shows, partially schematically, a first embodiment of the system according to the invention when used in a vehicle with an internal combustion engine;
  • FIG. 2 shows, partly schematically, a second embodiment of the system according to the invention when used in a vehicle with a parallel hybrid drive
  • FIG. 3 shows, partially schematically, a third embodiment of the system according to the invention when used in a vehicle with a combined hybrid drive
  • FIG. 4 shows, partially in part, a block diagram of a method according to the invention
  • FIG. 5 shows a partial schematic diagram of the nitrogen oxide emission of an internal combustion engine as a function of time
  • FIG. 6 shows, in part, a schematic diagram corrected by a signal propagation time and / or exhaust gas running time on the basis of FIG. 5;
  • FIG. 7 shows a partial schematic diagram of the carbon dioxide emission as a function of driving conditions for different vehicle types.
  • Figures 8 to 19 relate to further aspects of the invention.
  • Figure 1 shows a first embodiment of the system according to the invention in a vehicle 1 with internal combustion engine 2.
  • vehicle 1 energy which in shape a fuel is carried in a fuel reservoir 13, converted by an internal combustion engine 2 into mechanical work and transmitted via a gear 14 and a differential 16 to wheels 15 of the vehicle 1.
  • a part of the mechanical work of the internal combustion engine 2 is discharged to an accessory 8 directly or by means of a conversion step as electrical energy by a generator.
  • accessory 8 are, for example, an air conditioner, a fan, but also servomotors, for example for the windows, ie any aggregates that consume energy that is not used to generate the propulsion of the vehicle 1.
  • Exhaust gases or emissions are discharged through an exhaust gas aftertreatment device 9, for example a catalytic converter or a particle filter, through the exhaust system 18 into the environment.
  • the values of the emissions are tested in a standardized driving cycle for checking the legal standards. This takes a total of 1,180 seconds (just under 20 minutes). It consists of a 780-second city cycle (urban conditions) and a 400-second overland cycle (extra-urban conditions). The ambient temperature during the measurement is 20 ° C to 30 ° C. Cold start conditions, acceleration and deceleration are recorded and interpolated accordingly.
  • the evaluation of the emission based on the standardized driving cycle is particularly problematic because it represents an average profile in order to be able to compare different vehicles with each other. Often, these driving cycles do not match the customer's usage profile, especially when there is a lot of short-haul and city traffic at a customer's site. Also, the consumption and the emission at speeds of 120 km / h are not measured and are not included in the average calculation. Another disadvantage of evaluating emissions during a driving cycle is that the search for causes of increased emissions is aimed solely at optimizing the overall cycle. Evaluations of emissions at individual driving conditions, sequences of driving conditions or operating conditions of the vehicle does not take place.
  • the reference value for CO 2 emissions at the time of registration is determined solely by the weight of a vehicle.
  • the system according to the invention preferably aims to determine emissions of the vehicle 1 and from these conclusions to the emission behavior of the vehicle 1 in different driving conditions and / or energy efficiency, ie the energy required to achieve the operation of the vehicle 1 is to pull.
  • the system preferably has an exhaust gas analysis device 12, which is arranged at one point of the path of the exhaust system 18 of the vehicle 1 and analyzes emissions of the internal combustion engine 2.
  • this exhaust gas analysis device 12 has at least one second sensor 4, which can identify at least one component of the emissions.
  • the system according to the invention preferably has a plurality of first sensors 3a, 3b, 3c, 3d, 3e, 3f, which serve to characterize a vehicle operating state of the vehicle 1.
  • the vehicle state preferably contains at least information about a driving state of the vehicle 1.
  • Driving conditions of the vehicle 1 are here, for example, idle, off-take, acceleration, tip-in, tip-out, slowing down, gear changes, sliding at constant speed, start engine, shut down engine, etc.
  • the plurality of first sensors 3a, 3b, 3c, 3d, 3e, 3f preferably further provide at least one further piece of information, e.g. about the operating state of at least one auxiliary unit 8, for example, the air conditioner whose instantaneous power decrease is preferably determined by means of a current measuring sensor 3d.
  • Other possible accessories 8 are e.g. a fan, servomotors for steering or power windows, electric heaters, means for treating a fuel, etc.
  • the system additionally or alternatively further sensors 3a, 3b, 3c, 3d, 3e, 3f, which monitor the operating state of other devices of the vehicle 1, control information, or the energy flow in the vehicle 1.
  • a flow sensor 3 a preferably measures how much fuel is supplied from the fuel reservoir 13 to the internal combustion engine 2 as a function of time.
  • Another sensor 3c preferably measures the power which is provided by the internal combustion engine 2 or the work which has been performed by the latter.
  • Another sensor 3b preferably measures the settings of the internal combustion engine 2, for example, the set valve lift or the ignition timing.
  • a further sensor 3e preferably determines a state of the device for exhaust aftertreatment 9.
  • Further sensors may be provided, for example to determine the transmission state of the transmission 14, for example the engaged gear or the slip of the wheels 15 or the power distribution in the differential to determine rential 16.
  • at least one further sensor 3f monitors the power or energy flow into or out of a charge storage 11.
  • the system preferably also has a control device 5, which is preferably set up to control and monitor the measurement with the plurality of first sensors 3a, 3b, 3c, 3d, 3e, 3f, 3g and the at least one second sensor 4 ,
  • the control device 5 is preferably set up to repeat measurements with the plurality of first sensors and the at least one second sensor for a predetermined period of time and to compare a data record of the measurement with the plurality of first sensors with predefined parameter ranges which describe at least one predefined driving state
  • the system preferably also has an association device 6, which is set up to associate measured values of a second data set with measured values of the at least one second sensor 4 with the at least one driving state.
  • the system preferably has an evaluation device 7, which is set up to determine at least one characteristic value for the assessment and / or optimization of the operating behavior of the vehicle 1 on the basis of the at least one driving state of the second data set, wherein the characteristic value is preferably suitable, an energy efficiency and / or characterizing an emission behavior of the vehicle 1, in particular of the internal combustion engine 2.
  • the control device 5, the allocation device 6 and / or the evaluation device 7 are preferably designed as electronic devices.
  • the devices can preferably also be designed as modules of a single device, for example an electronic unit 19, or particularly preferably also as pure software modules of a control unit of the vehicle 1.
  • the individual first sensors 3a, 3b, 3c, 3d, 3e, 3f, 3g and the second sensor 4 are for signal transmission to the control device 5, the allocation device 6 and / or the evaluation device 7 or the electronic unit 19 connected.
  • This connection can be realized both wired and wireless, with recourse preferably being made to existing on-board networks of the vehicle 1.
  • the system, in particular the electronic unit 19, preferably has a memory, so that the control device 5 preferably acquires measured values of the plurality of first sensors 3a, 3b, 3c, 3d, 3e, 3f, 3g and / or the at least one sensor 4 over a relatively long period of time and save.
  • the characteristic value determined by the evaluation unit 7 can be determined on the basis of the stored measured values over many vehicle states or over a longer period of time.
  • the device for exhaust aftertreatment 9 is in particular a particulate filter or a catalyst, but also any other device for exhaust aftertreatment 9 can be used here.
  • Other sensors include a thermometer for determining the ambient temperature or MEMS (micro-electro-mechanical systems), which can determine a road gradient or different acceleration values at different locations in the vehicle 1.
  • MEMS micro-electro-mechanical systems
  • the system according to the invention is preferably used in a vehicle 1, in particular in a passenger car or a truck. In principle, however, the system according to the invention is not limited to road vehicles, but can also be used accordingly in aircraft or watercraft.
  • FIG. 2 shows the use of the system according to the invention in a vehicle 1 with parallel hybrid drive.
  • the vehicle 1 differs from the vehicle 1 of FIG. 1 essentially in that in addition to or as an alternative to the mechanical work of an internal combustion engine 2, the mechanical work of an electric machine 10 can be fed into the transmission 14 which outputs the electrical energy required for this purpose a charge storage 11 refers.
  • the device 10 is not an electric machine, but a rotary piston machine which can process compressed air or generate compressed air, and the memory 1 1 is a compressed air reservoir.
  • the system according to the invention differs from the vehicle 1 with a conventional drive from FIG. 1, in particular in that additional sensors are present which fulfill the function of the charging system. memory 1 1 and / or the electric machine 10 and monitor the energy flow between these two devices and the transmission 14.
  • parameter values are preferably determined with the plurality of first sensors 3a, 3b, 3c, 3d, 3e or the further sensors 3f and 3g, which characterize, in particular, the charge state of the charge store 1 1 and the operating state of the electric machine 10.
  • the characteristic value for the assessment and / or optimization of the operating behavior of the vehicle 1 can then be determined, in which case the operating strategy of the electric machine 10 and of the charge accumulator 11 is also taken into account.
  • FIG. 3 shows, by way of example, the use of the system according to the invention in a vehicle 1 with combined hybrid drive.
  • the vehicle 1 can be operated solely with the electric motor 10, with the internal combustion engine 2 in this case serving exclusively to generate electrical energy via a generator 17.
  • the internal combustion engine 2 can be designed as a so-called range extender.
  • the auxiliary units 8 can in this case be supplied solely by electrical energy from the charge storage 1 1.
  • the system according to the invention preferably has additional sensors 3f which can check the energy flow between the generator 17, the electric machine 10 and the charge accumulator 11.
  • FIGS. 2 and 3 show that the system according to the invention is suitable not only for assessing and / or optimizing the operating behavior of a vehicle 1 with an internal combustion engine 2, but also for other vehicle types which implement alternative drive concepts. Also, the use of the system according to the invention in vehicles is possible, which as a device for fuel processing no internal combustion engine 2, but for example, a fuel cell, and in which the electrical energy generated by this and / or the waste heat to drive the vehicle 1 and / or for reforming any fuel to a gas mixture suitable for operation of the fuel cell.
  • FIG. 4 shows a block diagram of the method according to the invention. The steps of the advantageous embodiments are shown here by blocks with broken borders.
  • a first data set with measured values of a first group of parameters is detected, which are suitable for characterizing the vehicle state of the vehicle 1.
  • these parameters are measured with the first sensors 3a, 3b, 3c, 3d, 3e, 3f, 3g.
  • the vehicle state preferably consists of a parameter which characterizes a driving state of the vehicle 1 and at least one further parameter which characterizes one of the following properties: an operating state of at least one auxiliary unit 8, an operating state of at least one exhaust gas after-treatment device 9, an ambient temperature, a road gradient, a position of the vehicle 1, and a running state of the fuel processing apparatus 2.
  • a second data set with measured values of at least one parameter of a second group of parameters, which are suitable for characterizing the emission of the vehicle 1, is preferably determined.
  • gas components of the exhaust gas of a combustion engine 2 are preferably analyzed with suitable sensors 4, in particular the constituents carbon monoxide, hydrocarbons and nitrogen oxides, particulate matter, particle number, non-methanol hydrocarbons and / or particulate mass of the particulate matter are determined.
  • a further step 103 the two aforementioned steps are repeated for a predetermined period of time.
  • This predetermined period of time can be defined by the fact that several vehicle states, in particular several driving states, existed during the detection period. However, the predetermined period of time can also be selected so short that only a single vehicle state, in particular a single driving state, is considered. Furthermore, it is conceivable that the predetermined period of time relates to a particular section of the route, eg a motorway journey, or even an entire route or journey.
  • the vehicle state is identified on the basis of the measured values which are suitable for characterizing a vehicle state by comparing the measured values of the parameters which are suitable for characterizing the vehicle state with predefined parameter regions or by including the vehicle states a function in which the measured values are received as variables.
  • the measured values of the emission are preferably assigned to that vehicle state which was present at the time of the measurements by the exhaust gas analysis devices.
  • a signal transit time or a calculation time of the system according to the invention is preferably taken into account for the assignment.
  • the exhaust gas flow time from the formation in the internal combustion engine 2 to the measurement by a sensor 4, in particular with the exhaust gas analysis device 12, is considered for the assignment.
  • the energy which consumes the vehicle 1 is additionally determined on the basis of the measured values of the parameters which characterize the emission of the vehicle.
  • the determination of the consumed energy is preferably based on the amount of carbon dioxide present in the exhaust gas and optionally of the carbon monoxide in relation to the carbon dioxide introduced into the internal combustion engine 2 by the ambient air, optionally carbon monoxide.
  • the energy provided for the drive, in particular the mechanical work, of the internal combustion engine is preferably determined in a further operating step 107.
  • the measured values of the first data set are also evaluated, in particular measured values of sensors 3a, 3b, 3c, 3d, 3e, 3f, 3g, which indicate the operating state of internal combustion engine 2.
  • the ratio of provided energy to consumed energy can be calculated.
  • This ratio is a measure of efficiency, with which the vehicle 1 is driven. Furthermore, this ratio can indicate the overall efficiency of the vehicle 1, if the operation of all ancillary units 8 under specification of boundary conditions, for example, the temperature to be kept in the vehicle is included.
  • the characteristic value is preferably further determined by the method according to the invention on the basis of the state of charge of the electric machine 10 and / or the charge accumulator 11.
  • at least one parameter which characterizes a driving state of the vehicle 1 and / or a parameter which characterizes the charge state of the charge store 1 1 is evaluated.
  • a parameter which characterizes an operating state of the electric machine is preferably included in the characteristic value. Based on these parameters, which describe the electric drive of the vehicle 1, it can be determined how well the electric machine 10 is used to avoid emissions or to increase the energy efficiency of the vehicle 1.
  • FIG. 5 shows a diagram that results when the work steps S1 101, S2 102, S3 103 and S4 104 of the method according to the invention are carried out during a period in which a number of different vehicle states, in particular driving conditions, have been passed through by a vehicle 1.
  • the amount of nitrogen oxides is determined as the relevant emission of the vehicle. In this form, however, the diagram is not meaningful. As can be seen from the diagram, an emission peak of nitrogen oxides is produced during idling. In fact, in the diagram, neither the exhaust-gas running time from formation to the achievement of the exhaust after-treatment device 9 was taken into account, nor was considered a possible signal delay or calculation period in the subsequent evaluation in an electronic unit 19.
  • FIG. 6 shows the correspondingly corrected diagram with the correct assignment, as can be carried out with a further working step 108 of the method according to the invention.
  • an additive can be added to the combustion of the engine, which can also be detected in the device for exhaust aftertreatment 9, so that the Abgaslaufzeit can be measured.
  • the total amount of gas flowing through the engine may be calculated, and based on the dimensions of the exhaust system 18, the duration traveled by the gas to the exhaust gas analyzer 12 may be calculated.
  • Figure 7 shows in the right part of the C0 2 emission in mass per distance covered for different driving conditions, with four different types of vehicles are plotted.
  • the representation in the right part of the diagram therefore corresponds to the assignment of the second data set to the predefined driving states made in step S5 105.
  • an overall evaluation 109 has been determined from the individual values for the respective driving states.
  • This overall evaluation is preferably a characteristic value for the assessment and / or optimization of the operating behavior of the vehicle 1.
  • a weighting vector is used for this purpose.
  • a weighting vector is a vector by which the instantaneous emission values can be weighted.
  • the weighting vector is, for example, (1, 2, 1, 0, 9, 1)
  • the value is increased by 20% and the third value is reduced by 10%. This allows the measurement to be simple Be adapted to the requirements of a conditional operating condition or a specific target size for optimization.
  • the combination according to the invention with a weighting vector can also be effected by an addition, in which case certain correction values are added or subtracted from the measured values before the calculation of the emission characteristic value then takes place.
  • more than one weighting vector can be used.
  • a part of the parameters can be linked to a first weighting vector by multiplication, while a second group of parameters is additively linked to a second weighting vector.
  • the characteristic value is determined on the basis of a multiplicity of measured values for individual operating states, wherein in particular a geometric or arithmetic averaging is undertaken.
  • the focus extends from the presentation of purely technical target values such as performance and fuel consumption to the fulfillment of a positive subjective customer experience - the "experience car” goes far beyond the behavior of the powertrain, taking the vehicle's characteristics and values such as styling, ergonomics, usability, infotainment and assistance systems, safety, ride comfort, agility, and drivability in a holistic context and overall vehicle behavior, making real-world driving a key driver in the development of new vehicle systems: not just Real World Emission and Consumption, but also the positive driving experience of the customer becomes the decisive target variable, but not only subjective evaluation criteria are subject to rapid fluctuations, new trends, individual demands and new technologies result in a significant unpredictability of a highly dynamic market [1] e An answer to this situation can only be an extremely rapid response to product configuration and development.
  • C02 legislation is certainly the most important technology driver.
  • the future C02 and / or consumption fleet limits converge on a constantly reducing level worldwide.
  • this requires complex drive systems with highly flexible components, but on the other hand also requires a more individualized adaptation to a wide range of boundary conditions and results in a multidimensional diversification of the drive systems (different energy sources, different degrees of electrification, variant variety, etc.).
  • this method of using categorizable driving segments can not only be used to assess driveability and noise comfort under real conditions, but also for emissions, efficiency, and also for lateral dynamic variables up to the assessment of driver assistance systems [3] become.
  • the setpoint specification could be made in the same way as the "efficiency" evaluation criterion, but in view of the upcoming RDE legislation, it makes more sense to carry out the assessment in accordance with the RDE regulations anchored in the legislation in future.
  • ⁇ Driveability Here the setpoint specification is based on Objective subjective driving feeling and the specification of a desired vehicle characteristic according to the system developed in the AVL-DRIVE [2] For the objectification of the subjective driving sensation the human feeling must be correlated in many cases over neural networks with physically measurable quantities.
  • NVH Similar to the drivability, the setpoint specification is made here based on the objective subjective sound sensation and specification of the desired sound characteristic (e.g., AVL-VOICE [4]).
  • the mapping of the relevant individual events at the XiL, engine and / or powertrain test bench makes sense.
  • the reproducible work permits efficient development in the individual driving element, not just an isolated optimization of a single size is done, but the trade-off's (typically emission / efficiency / driveability / noise) can be optimized.
  • the effects on the overall system can be directly assessed by means of a simultaneously running complete vehicle model.
  • the comparison with a "real driving maneuver library" (benchmark data) allows a detailed objective classification in the competitive environment.This immediate status assessment enables a rapid and accurate response and thus a higher agility in the development process.
  • the driving element analysis on the basis of an intelligent event finder allows both an efficient calibration capability and an unerring, virtual identification of optimally suitable drive architectures. This also allows the creation of a refined development map, in which the relevant development tasks (both technical and subjective) are marked.
  • Trajectory segmentation initially started at the vehicle module level with powertrain longitudinal dynamics (drivability optimization) optimized and broken down to the level of individual powertrain modules (e.g., engine, transmission, etc.).
  • powertrain longitudinal dynamics driving optimization
  • individual powertrain modules e.g., engine, transmission, etc.
  • a comprehensive acoustic and comfort rating on the other hand, already requires segmentation at the vehicle level. It is also necessary to act on the vehicle level for the development of lateral dynamics-relevant functions (such as suspension tuning through to vehicle dynamics regulations [5]).
  • ADAS Advanced Driver Assistance Systems
  • the test is carried out on the powertrain test stand with or without a vehicle, on the chassis dynamometer and on the road in the subframe or vehicle prototype. Since the test conditions (driver, distance, load, wind, altitude, climate, etc.) as well as the parameters of the rest of the vehicle (driving resistance, body, axles, suspension, steering, etc. - variant simulation) can be varied comparatively quickly on the powertrain test stand, it is itself With the availability of the entire hardware, including the vehicle, it is often advantageous to carry out both the development and the validation of complex systems (for example of a completely new hybrid system) on the drive train test bench. The division of work content into the most suitable development environment is becoming increasingly important, especially in the area of validation.
  • Consistency of simulation models simulation models created in early development phases can also be reused in downstream development phases and environments. These simulation models complement (as virtual components) the hardware development environments (ie, test benches) to a mixed virtual-real development environment that can be used to represent interactions at the overall vehicle level. ⁇ Consistent comparability of virtual and real experiments through consistent data management and seamless consistency of models and methods. On the one hand, results generated by simulation must be consistent with the corresponding real experiments and, on the other hand, in the course of the development process also allow a further development of the simulation models on the basis of test results. The possibility of this constant, consistent alignment between virtual, real and combined virtual-real world is the prerequisite for an agile, modern development process.
  • this development platform forms the basis for a consistent, model-based development process and expands conventional tool chains into an integrated and consistent network: "From a sequential tool chain to tool network.”
  • virtual and real components of the drive can be used at any time
  • the development of the development process can be integrated into the overall vehicle level and the appropriate development environments can be configured, making this tool network a toolkit for the most agile development process possible.
  • the networking of development tools also requires a networked evaluation platform in which the development result can be permanently evaluated not only at the component and system level, but also at the overall vehicle level.
  • a drivability assessment with AVL-DRIVE has been a first approach towards an overarching evaluation platform for many years.
  • the structure of this evaluation platform allows a thorough driveability evaluation with all relevant evaluation criteria Tools - from office simulation to the road test of the real vehicle - perform.
  • AVL DRIVE-V 4.0 is extending this evaluation platform in the next expansion stages
  • ADAS Advanced Driver Assistance Systems
  • Connected Powertrain in the "Connected Vehicle” group will allow Advanced Driver Assistance Systems (ADAS), automated driving and the Connected Powertrain in the "Connected Vehicle” group to be developed in a virtual environment in the future, thus providing comprehensive frontloading Effective implementation of the approach [2].
  • ADAS Advanced Driver Assistance Systems
  • the road, infrastructure, traffic objects and the corresponding environmental sensors such as radar, lidar, ultrasound, 2D and 3D camera on the powertrain test rig as residual vehicle and environment must also be simulated here.
  • GPS signals can be emulated and sent anywhere in the world.
  • the illustrated structure reproduces functional safety, correct functions and performance in terms of emission, fuel consumption, driving performance, safety and comfort behavior in various driving maneuvers and traffic scenarios in the overall network, as well as subjective driver perception rate.
  • the increasing complexity of the development tasks and the need to handle comprehensive tool networks instead of tool chains in the future make it increasingly difficult for the development engineer to use all these tools optimally and to correctly evaluate the feedback and results of virtual and real tests to incorporate further development. It will therefore be necessary to make the tools themselves even more "intelligent" into “smart cyber-physical systems”.

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Abstract

System zur Beurteilung und/oder Optimierung des Betriebsverhaltens eines Fahrzeugs, welches wenigstens eine Vorrichtung zur Brennstoffverarbeitung, insbesondere eine Brennkraftmaschine und/oder eine Brennstoffzelle, aufweist, wobei das System aufweist: eine Mehrzahl erster Sensoren, eingerichtet zum Messen von Parametern, welche geeignet sind, einen Fahrzeugbetriebszustand des Fahrzeugs zu charakterisieren; wenigstens einen zweiten Sensor eingerichtet zum Messen wenigstens eines Parameters, welcher geeignet ist, eine Emission der Vorrichtung zur Brennstoffverarbeitung zu charakterisieren; eine Steuereinrichtung, eingerichtet zum wiederholten Messen über eine vorgegebene Zeitdauer und zum Bestimmen eines Fahrzeugbetriebszustands auf der Grundlage eines ersten Datensatzes mit Messwerten der Mehrzahl erster Sensoren und von vordefinierten Parameterbereichen, welche wenigstens einen vordefinierten Fahrzeugbetriebszustand beschreiben; eine Zuordnungseinrichtung, eingerichtet zum Zuordnen eines zweiten Datensatzes mit Messwerten des wenigstens einen zweiten Sensors zu dem wenigstens einen vordefinierten Fahrzeugbetriebszustand; und eine Auswerteeinrichtung, eingerichtet zum Ermitteln wenigstens eines Kennwerts zur Beurteilung und/oder Optimierung des Betriebsverhaltens des Fahrzeugs auf der Grundlage des wenigstens einen Fahrzeugbetriebszustands und des zweiten Datensatzes, wobei der Kennwert geeignet ist, eine Energieeffizienz des Fahrzeugs und/oder ein Emissionsverhalten der Vorrichtung zur Brennstoffverarbeitung zu charakterisieren.

Description

System zur Beurteilung und/oder Optimierung
des Betriebsverhaltens eines Fahrzeugs
Beschreibung Die Erfindung betrifft ein System zur Beurteilung und/oder Optimierung des Betriebsverhaltens eines Fahrzeugs, welches wenigstens eine Vorrichtung zur Brennstoffverarbeitung, insbesondere eine Brennkraftmaschine und/oder eine Brennstoffzelle aufweist.
Die Energieeffizienz von Fahrzeugen gewinnt immer mehr an Bedeutung, sowohl als Kaufargument für den Verbraucher vor dem Hintergrund steigender Energiekosten als auch für den Gesetzgeber, insbesondere vor dem Hintergrund der Reduzierung der Umweltbelastung durch Fahrzeuge im Rahmen von Klimaschutzzielen.
Die DE 10 2005 034 247 A1 offenbart ein Verfahren zur Überwachung eines Abgas- grenzwertes eines Verbrennungsmotors mittels einer Motorsteuerung, wobei die Motorsteuerung mindestens einen Abgassensor aufweist und ein Fehlersignal bei Überschreitung des Abgasgrenzwertes abgegeben wird, wobei die für den gegenwärtigen Fahrzustand vorhergesagten Emissionen mit Hilfe eines Motormodells ermittelt werden und mit dem Signal des Abgassensors oder einem daraus hergeleiteten Vergleichswert für die Emission verglichen werden.
Die DE 10 2007 053 406 B3 offenbart ein Verfahren zur Durchführung zumindest eines Teils einer Adaption und einer Diagnose bei emissionsrelevanten Steuereinrichtungen eines Fahrzeuges mit den Schritten: Bestimmen, ob das Fahrzeug einen vorgegeben Fahrtzustand erreicht hat; Durchführen einer Diagnose bei wenigstens einer der emissi- onsrelevanten Steuereinrichtungen, wenn festgestellt wird, dass das Fahrzeug den vorgegebenen Fahrzustand erreicht hat, wobei die Diagnose wenigstens einen Parameter eines Betriebspunktes wenigstens einer emissionsrelevanten Steuereinrichtung bestimmt und optimiert, wenn dieser von einem Sollbereich oder Sollwert abweicht; und Durchführen wenigstens eines Adaptionsabschnittes der Adaption bei wenigstens einer emissionsrelevanten Steuereinrichtung, wobei in der Adaption wenigstens ein Parameter mehrerer Betriebspunkte der emissionsrelevanten Steuereinrichtung bestimmt und optimiert wird, wenn dieser von einem Sollbereich oder Sollwert abweicht. Eine Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung bereitzustellen, mit welcher Daten die Energieeffizienz und/oder das Emissionsverhalten eines Fahrzeugs mit einer Vorrichtung zur Brennstoffverarbeitung verbessert werden kann.
Zur Lösung der Aufgabe wird ein System nach Anspruch 1 , sowie ein Verfahren nach Anspruch 8 vorgeschlagen. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung werden in den Unteransprüchen beansprucht.
Durch das erfindungsgemäße System können Emissionen einer Vorrichtung zur Brennstoffverarbeitung über eine vorgegebene Zeitdauer aufgezeichnet werden. Die Entwick- lung der Emissionen über die vorgegebene Zeitdauer wird dem jeweils vorliegenden Fahrzeugbetriebszustand zugeordnet, wobei der Verlauf der Emission innerhalb eines Fahrzeugbetriebszustandes oder zwischen verschiedenen Fahrzeugbetriebszuständen ermittelt werden kann. Aus dem Verlauf der Emissionen kann eine Vielzahl von Informationen gewonnen werden, welche für das Betriebsverhalten eines Fahrzeugs wichtig sind, insbesondere die Umweltverträglichkeit des Fahrzeugs, der Energieverbrauch des Fahrzeugs und auch die Energieeffizienz des Fahrzeugs. Anhand dieser Informationen kann ein Kennwert ermittelt werden, welcher eine günstige Konfiguration oder eine weniger günstige Konfiguration der Steuerung des Fahrzeugs oder der Komponenten des Fahrzeugs widerspiegelt. Dieser Kennwert kann dazu benutzt werden, das Betriebsver- halten des Fahrzeugs wenigstens zu beurteilen und zusätzlich oder alternativ auch eine Optimierung desselbigen vorzunehmen. Die Erfindung beruht dabei auf der Erkenntnis, dass in der Information über den Verlauf der Emissionen einer Vorrichtung zur Brennstoffverarbeitung bzw. eines Fahrzeugs eine Vielzahl an Informationen über den Betrieb des Fahrzeugs enthalten ist. Jede Handlung eines Fahrers oder auch eines Fahrerassistenzsystems und jeder Betrieb von Aggrega- ten für den Vortrieb des Fahrzeugs oder auch Nebenaggregaten findet ihren Niederschlag in den Emissionen des Fahrzeugs. Durch eine Auswertung dieser Emissionen kann eine ganzheitliche Beurteilung und/oder Optimierung des Betriebsverhaltens des Fahrzeugs erfolgen. Mittels der Erfindung kann detailliert auf Ursachen für die Emission und/oder die Energieeffizienz bzw. schlechte Emissionswerte und eine geringe Energieeffizienz eines Fahrzeugs geschlossen werden.
Das erfindungsgemäße System kann in einem realen Fahrzeug oder auf einem Prüf- stand zum Einsatz kommen.
Eine Vorrichtung zur Brennstoffverarbeitung im Sinne der Erfindung ist eine Vorrichtung, welche im Brennstoff vorhandene Energie in mechanische Arbeit oder elektrische Energie umwandelt.
Ein Fahrzeug im Sinne der Erfindung ist ein mobiles Verkehrsmittel, das dem Transport von Gütern oder Personen dient. Hierbei handelt es sich vorzugsweise um ein Landfahrzeug, ein Wasserfahrzeug oder ein Luftfahrzeug, insbesondere einen PKW oder LKW. Eine Mehrzahl im Sinne der Erfindung bedeutet wenigstens Zwei.
Ein Sensor im Sinne der Erfindung ist ein Messgrößenaufnehmer. Es handelt sich hierbei um ein technisches Bauteil, das bestimmte physikalische oder chemische Eigenschaften und/oder die stoffliche Beschaffenheit seiner Umgebung qualitativ oder als Messgröße quantitativ erfassen kann. Insbesondere werden diese Größen mittels physikalischer oder chemischer Effekte erfasst und in ein weiterverarbeitetes elektrisches Signal umgeformt. Ein Fahrzeugsbetriebszustand im Sinne der Erfindung charakterisiert den Betrieb eines Fahrzeugs zu einem Zeitpunkt. Insbesondere ist ein Fahrzeugbetriebszustand ein Ge- samtbetriebszustand des Fahrzeugs, welcher den Fahrzustand sowie den Betriebszustand der für den Vortrieb benutzten Aggregate und Nebenaggregate des Fahrzeugs charakterisiert.
Ein Betriebsverhalten im Sinne der Erfindung ist eine Abfolge von Betriebszuständen.
Ein Betriebszustand im Sinne der Erfindung ist jede Betriebsmöglichkeit einer Vorrich- tung. Im Beispiel einer Brennkraftmaschine bedeutet Betriebszustand vorzugsweise sowohl ein Betrieb der Brennkraftmaschine in einem stationären Zustand, d.h. z.B. der Betrieb im Leerlauf oder der Betrieb im Fahrzeug mit konstanter Geschwindigkeit und konstanter Last, als auch ein Betrieb in einem dynamischen bzw. transienten Zustand, d.h. z.B. eine Beschleunigung der Brennkraftmaschine. Ein Betriebszustand ist dabei vor- zugsweise sowohl eine Momentaufnahme einer Konstellation von Parametern wie auch alternativ ein zeitlicher Verlauf von Parametern, z.B. der Fahrpedalstellung, oder dieser ist alternativ auch durch einen Anfangs- und Endpunkt von Parametern, z.B. durch Geschwindigkeitswerte mit einem vorbestimmten Öffnungsgrad der Drosselklappe, definiert. Eine Energieeffizienz im Sinne der Erfindung ist ein Maß für den Energieaufwand zur Erreichung eines festgelegten Nutzens. Ein Vorgang ist insbesondere effizient, wenn ein bestimmter Nutzen mit minimalem Energieaufwand erreicht wird. Vorzugsweise ist ein Wirkungsgrad wenigstens ein Bestandteil der Energieeffizienz. Ein Emissionsverhalten im Sinne der Erfindung ist ein Verlauf der Emissionen über eine vorgegebene Zeitdauer bzw. ein Verlauf der Emissionen über eine vorgegebene Strecke, wobei Zeit und Strecke insbesondere über einen Geschwindigkeitsverlauf gekoppelt sind. Ein Fahrzustand im Sinne der Erfindung charakterisiert die Dynamik eines Fahrzeugs. Beispiele für Fahrzustände sind vorzugsweise Anlassen bzw. Startvorgang, Beschleunigung, Tip-in, Tip-out, Verlangsamung, Gangwechsel, Gleiten bei konstanter Geschwindigkeit, Leerlauf, Motorstart, Motorstop. Ein Fahrzustand kann auch feiner in Unterfahrzustände untergliedert werden. Im Extremfall wird jeder Kombination von Parameterwerten ein Unterfahrzustand zugeordnet. Bei einem Fahrzustand handelt es sich dabei vorzugsweise um stationäre und transiente bzw. instationäre Zustände des Fahrbetriebs, welche den Übergang von einem ersten stationären Fahrzustand in einen zweiten stationären Fahrzustand bezeichnen.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung sind die Mehrzahl erster Sensoren des erfindungsgemäßen Systems eingerichtet, um einen Parameter, welcher wenigstens einen Fahrzu- stand des Fahrzeugs charakterisiert, und wenigstens einen weiteren Parameter, welcher wenigstens eine Eigenschaft, ausgewählt aus der folgenden Gruppe, charakterisiert, zu messen: Einen Betriebszustand wenigstens eines Nebenaggregats, insbesondere einer Klimaanlage, einer Lichtmaschine oder eines Ventilators, einen Betriebszustand wenigstens einer Vorrichtung zur Abgasnachbehandlung, insbesondere eines Partikelfilters o- der Katalysators, einer Umgebungstemperatur, einer Position des Fahrzeugs und einen Betriebszustand der Vorrichtung zur Brennstoffverarbeitung.
Wird ein Fahrzeug nicht nur mit der Vorrichtung zur Brennstoffverarbeitung, sondern mit weiteren Vorrichtungen, welche Energie verbrauchen, betrieben, so hängt das Emissi- onsverhalten des Fahrzeugs auch von den Betriebszuständen dieser Vorrichtungen ab. Auch für eine Beurteilung des Emissionsverhaltens ist eine Erkenntnis der Betriebszu- stände der weiteren im Fahrzeug vorhandenen Vorrichtungen von Bedeutung. So ist die Regeneration eines Partikelfilters zu einem Zeitpunkt, bei welchem die Vorrichtung zur Brennstoffverarbeitung mit idealem Wirkungsgrad laufen würde, energetisch nicht sinn- voll. Eine Regeneration zu einem anderen Zeitpunkt kann hingegen energetisch sinnvoll sein, z.B. wenn eine erhöhte Leistung der Vorrichtung der Brennstoffverarbeitung zur Regeneration eines Partikelfilters dazu führt, dass die Vorrichtung zur Brennstoffverarbeitung mit optimalem Wirkungsgrad betrieben wird. In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist die Auswerteeinrichtung des erfindungsgemäßen Systems des Weiteren eingerichtet, die von dem Fahrzeug verbrauchte Energie auf der Grundlage des zweiten Datensatzes zu ermitteln und die von der Vorrichtung zur Brennstoffverarbeitung für den Antrieb des Fahrzeugs bereitgestellte Energie, insbe- sondere Arbeit auf der Grundlage des ersten Datensatzes, insbesondere eines Betriebszustandes der Vorrichtung zur Brennstoffverarbeitung, zu ermitteln, und ein Verhältnis der bereitgestellten Energie zur verbrauchten Energie zu berechnen. Besonders vorteilhaft bietet das erfindungsgemäße System die Möglichkeit, anhand der Emission des Fahrzeugs die von dem Fahrzeug zum Erreichen bestimmter Fahrzeugzustände verbrauchte Energie zu berechnen. Mit dieser Information lässt sich mit einfachen Mitteln die Energieeffizienz bzw. der Wirkungsgrad des Fahrzeugbetriebs ermitteln. In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist die Steuereinrichtung des Systems eingerichtet, so viele Messungen vorzunehmen, dass der erste Datensatz mehrere verschiedene Fahrzeugbetriebszustände aufweist.
Besonders gut eignet sich die Erfindung dazu, das Betriebsverhalten des Fahrzeugs über einen längeren Zeitraum zu analysieren, während welchem mehrere Fahrzeugbetriebszustände, insbesondere Fahrzustände vorliegen. Auf diese Weise kann der Ein- fluss, welchen die Fahrzeugbetriebszustände aufeinander haben, analysiert werden.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Systems weist das Fahrzeug wenigs- tens eine Elektromaschine zum Erzeugen von Vortrieb des Fahrzeugs auf, wobei die Mehrzahl der ersten Sensoren des Weiteren eingerichtet ist, wenigstens einen Parameter, welcher den Ladezustand eines Ladungsspeichers charakterisiert und/oder wenigstens einen Parameter, welcher einen Betriebszustand der Elektromaschine charakterisiert, zu messen, und wobei die Auswerteeinheit des Weiteren eingerichtet ist, den we- nigstens einen Kennwert zur Beurteilung und/oder Optimierung des Betriebsverhaltens des Fahrzeugs des Weiteren auf der Grundlage dieser Messwerte zu ermitteln.
Das erfindungsgemäße System eignet sich besonders gut zur Beurteilung und/oder Optimierung des Betriebsverhaltens eines Hybridfahrzeugs oder auch eines Elektrofahr- zeugs mit Range Extender und/oder Brennstoffzelle. In diesem Fall kann mit der Erfindung die Gesamtenergieeffizienz der komplexen Systeme aus Vorrichtung zur Brennstoffverarbeitung, Elektromaschine und Ladungsspeicher analysiert werden. Vorzugsweise kann hierbei auch die Möglichkeit der Aufladung des Ladungsspeichers durch eine externe Energiequelle (Plug-in) in eine Emissionsbilanz und/oder in die Energieeffizienzbilanz miteinbezogen werden. Des Weiteren ist es vorzugsweise möglich, anhand der Berechnungen zur Energieeffizienz eine Optimierung hinsichtlich der Energiekosten vorzunehmen.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist der wenigstens eine zweite Sensor, welcher insbesondere Bestandteil einer Abgasanalyseeinrichtung ist, in der Abgasanlage, insbesondere am Ende der Abgasanlage, angeordnet. Prinzipiell kann der zweite Sensor zur Bestimmung der Emission der Vorrichtung zur Brennstoffverarbeitung schon in der Vorrichtung selbst angeordnet sein. Vorzugsweise, auch um mögliche Einflüsse von Vorrichtungen zur Abgasnachbehandlung zu berücksichtigen, ist der zweite Sensor jedoch am Ende der Abgasanlage angeordnet. Die vorstehend beschriebenen Aspekte der Erfindung und die dazugehörigen zur Weiterbildung des erfindungsgemäßen Systems offenbarten Merkmale gelten auch für die nachstehend beschriebenen Aspekte der Erfindung und der dazugehörigen Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens entsprechend und umgekehrt. Das erfindungsgemäße Verfahren kann am realen Fahrzeug ausgeführt werden, sowie an einem Prüfstand, bei dem eine Brennkraftmaschine die für die Anmeldung des erfindungsgemäßen Verfahrens erforderlichen Betriebszustände im Wege der Simulation verwirklichen kann. In einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird zum Ermitteln eines Kennwertes wenigstens ein Sollwert für den wenigstens einen Parameter der zweiten Gruppe von Parametern auf der Grundlage eines Fahrzeugmodells, insbesondere eines Modells für die Vorrichtung zur Brennstoffverarbeitung, ermittelt, welcher einer Soll-Energieeffizienz und/oder einem Soll-Emissionsverhalten für den wenigstens einen Fahrzeugbetriebszustand entspricht, und mit dem ersten Datensatz verglichen.
Mit dem Erstellen eines Modells und der Berechnung optimaler theoretischer Werte kann das Betriebsverhaltens des Fahrzeugs gegenüber absoluten Kriterien beurteilt und/oder optimiert werden. Eine iterative Vorgehensweise kann hierdurch idealerweise vermieden werden, zumindest kann jedoch die Anzahl an Iterationsschleifen verringert werden.
Liegt ein vollständiges und verifiziertes Gesamtmodell für eine Vorrichtung zur Brenn- Stoffverarbeitung und/oder ein Fahrzeug vor, so kann das erfindungsgemäße Verfahren selbstverständlich auch allein auf der Basis der durch das Modell errechneten Werte ausgeführt werden. D.h., in diesem Fall findet die Beurteilung und/oder Optimierung durch eine Simulation statt. In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung werden für das Ermitteln des wenigstens einen Kennwertes mehrere der in den Arbeitsschritten S 1 und S2 erfassten ersten und zweiten Datensätze berücksichtigt.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens schließt die erste Gruppe von Parametern, welche einen Fahrzustand des Fahrzeugs charakterisiert, wenigstens einen weiteren Parameter ein, welcher wenigstens eine Eigenschaft ausgewählt aus der folgenden Gruppe charakterisiert: Ein Betriebszustand wenigstens eines Nebenaggregates, insbesondere einer Klimaanlage oder eines Ventilators, ein Betriebszustand wenigstens einer Vorrichtung zur Abgasnachbehandlung, ins- besondere eines Partikelfilters, eine Umgebungstemperatur, ein Fahrbahngefälle, eine Position des Fahrzeugs und ein Betriebszustand der Vorrichtung zur Brennstoffverarbeitung.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens weist dieses folgende Arbeitsschritte auf: Ermitteln der von dem Fahrzeug verbrauchten Energie auf der Grundlage des zweiten Datensatzes; Ermitteln der von der Vorrichtung zur Brennstoffverarbeitung für den Antrieb des Fahrzeugs bereitgestellten Energie, insbesondere Arbeit, auf der Grundlage des ersten Datensatzes, insbesondere des Betriebszustandes der Vorrichtung zur Brennstoffverarbeitung, wobei das Ermitteln des Kenn- wertes zur Beurteilung und/oder Optimierung des Betriebsverhaltens des Fahrzeugs wenigstens den Unterschritt der Berechnung eines Verhältnisses von der bereitgestellten Energie zur verbrauchten Energie aufweist. Hierdurch kann der Wirkungsgrad des Fahrzeugs bzw. der Vorrichtung zur Brennstoffverarbeitung berechnet werden. ln einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die Messwerte des zweiten Datensatzes über die Zeitdauer des jeweiligen Fahrzustandes integriert. Über die Integration bzw. Summation lässt sich beispielsweise die Gesamtemission während einem Fahrzustand berechnen.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die Messwerte mehrerer zweiter Datensätze für eine gleiche Art von Fahrtzustand zur Ermittlung des wenigstens einen Kennwertes zusammengefasst.
Auf diese Weise kann ein globaler Kennwert für eine Art von Fahrtzustand bestimmt werden.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens weist dieses den weiteren Arbeitsschritt des Korrigierens einer Zuordnung der Messwerte des zweiten Datensatzes zu dem wenigstens einen vordefinierten Fahrtzustand um eine Signallaufzeit, die Abgasanalysezeit und/oder um eine Abgaslaufzeit auf.
Insbesondere die Abgasanalysezeit und Abgaslaufzeit von der Entstehung der Emission bis zu dem zweiten Sensor kann zu einer erheblichen Verschiebung zwischen den Fahr- zeugbetriebszuständen, insbesondere Fahrzuständen, und den Emissionen führen. Ein Verschieben des Zeitpunktes der Emission um die momentane Abgaslaufzeit ist daher für eine Ursachenbestimmung der Emissionen wichtig. Die Abgaslaufzeit kann theoretisch über die von einer Vorrichtung zur Brennstoffverarbeitung verdrängte Luft und den Durchmesser der Abgasanlage bestimmt werden. Alternativ kann die Abgaslaufzeit real durch Beimischen eines Additivs zum Abgas oder über eine periodisch auftretende Abgaskomponente bestimmt werden.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens weist das Fahrzeug wenigstens eine Elektromaschine für den Vortrieb des Fahrzeugs und einen Ladungsspeicher auf, wobei der erste Datensatz des weiteren Messwerte wenigstens eines Parameters, weicher den Ladungszustand eines Ladungsspeichers charakterisiert und Messwerte eines Parameters, welcher einen Betriebszustand der Elektroma- - l o sch ine charakterisiert, aufweist und wobei der wenigstens eine Kennwert zur Beurteilung und/oder Optimierung des Betriebsverhaltens des Fahrzeugs des Weiteren auf der Grundlage dieser Messwerte ermittelt wird. Beispielhafte Ausführungsformen des Verfahrens und/oder der Vorrichtung sowie weitere Vorteile ergeben sich aus den nachfolgenden Beschreibungen in Zusammenhang mit den Figuren, welche im Einzelnen darstellen:
Figur 1 zeigt teilweise schematisch eine erste Ausführungsform des erfindungsgemäßen Systems beim Einsatz in einem Fahrzeug mit einer Verbrennungskraftmaschine;
Figur 2 zeigt teilweise schematisch eine zweite Ausführungsform des erfindungsgemäßen Systems beim Einsatz in einem Fahrzeug mit einem parallelen Hybridantrieb; Figur 3 zeigt teilweise schematisch eine dritte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Systems beim Einsatz in einem Fahrzeug mit einem kombinierten Hybridantrieb;
Figur 4 zeigt teilweise schematisch ein Blockdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens;
Figur 5 zeigt teilweise schematisch ein Diagramm der Stickstoffoxidemission einer Verbrennungskraftmaschine in Abhängigkeit von der Zeit;
Figur 6 zeigt teilweise schematisch ein um eine Signallaufzeit und/oder Abgaslaufzeit korrigiertes Diagramm auf der Grundlage der Figur 5;
Figur 7 zeigt teilweise schematisch ein Diagramm der Kohlenstoffdioxidemission in Abhängigkeit von Fahrzuständen für verschiedene Fahrzeugtypen. Figuren 8 bis 19 beziehen sich auf weitere Aspekte der Erfindung.
Figur 1 zeigt eine erste Ausführungsform des erfindungsgemäßen Systems in einem Fahrzeug 1 mit Brennkraftmaschine 2. Bei dem Fahrzeug 1 wird Energie, welche in Form eines Brennstoffs in einem Brennstoffreservoir 13 mitgeführt wird, mittels einer Brennkraftmaschine 2 in mechanische Arbeit umgewandelt und über ein Getriebe 14 und ein Differential 16 auf Räder 15 des Fahrzeugs 1 übertragen. Ein Teil der mechanischen Arbeit der Brennkraftmaschine 2 wird an ein Nebenaggregat 8 direkt oder mittels eines Umwandlungsschritts als elektrische Energie durch einen Generator abgeführt. Nebenaggregate sind hierbei z.B. eine Klimaanlage, ein Ventilator, aber auch Servomotoren, z.B. für die Fensterheber, d.h. jegliche Aggregate, welche Energie verbrauchen, die nicht zur Erzeugung des Vortriebs des Fahrzeugs 1 verwendet wird. Abgase bzw. Emissionen werden über eine Vorrichtung zur Abgasnachbehandlung 9, z.B. einen Katalysator oder einen Partikelfilter, durch die Abgasanlage 18 in die Umwelt abführt.
Um dem Verbraucher eine Orientierung in Bezug auf die Energieeffizienz zu geben, ist seit 1 . Dezember 2011 die Verordnung zur C02-Kennzeichnung für Personenkraftfahrzeuge in der BRD in Kraft. Seitdem ist ein ausgestelltes oder zum Kauf oder zum Lea- sing angebotenes Fahrzeug mit dem zugehörigen C02-Label am Fahrzeug zu versehen, das dessen Energieeffizienzklasse kennzeichnet. Bei Fahrzeugen erfolgt die Größeneinteilung über das Fahrzeuggewicht. Dabei besteht ein unmittelbarer Zusammenhang zwischen der Energieeffizienz eines Fahrzeugs und den Emissionen des Fahrzeugs. Auch die Emissionen an sich unterliegen immer strengeren gesetzlichen Regelungen. In der Europäischen Gemeinschaft traten die ersten einheitlichen Emissionsvorschriften 1970 in Kraft. Begrenzt wurden damals ausschließlich die Emissionen von Kohlenmono- xid und Kohlenwasserstoffen. 1977 wurden die Stickstoffoxide als zusätzlich begrenzende Abgasinhaltsstoffe eingeführt. Grenzwerte für Partikel (Ruß) aus Dieselmotoren wur- den 1988 eingeführt. Für Lastkraftwagen und Busse wurden 1988 Grenzwerte für Abgas- inhaltsstoffe erstmals europaweit festgelegt. Für Motorräder und Mopeds gibt es seit 1997 europaweit festgelegte Abgasgrenzwerte.
Die Abgasvorschriften wurden seit dem stufenweise verschärft. Diese Verschärfung be- trifft die Höhe der Emissionswerte und deren dauerhafte Einhaltung.
Die Werte der Emissionen werden für das Überprüfen auf die gesetzlichen Normen in einem genormten Fahrzyklus getestet. Dieser dauert insgesamt 1.180 Sekunden (knapp 20 Minuten). Er besteht aus einem 780 Sekunden dauernden City-Zyklus (städtische Bedingungen) und einem 400 Sekunden dauernden Überland-Zyklus (außerstädtische Bedingungen). Die Umgebungstemperatur beträgt während der Messung 20°C bis 30°C. Kaltstartbedingungen, Beschleunigung und Verzögerung werden erfasst und entspre- chend interpoliert.
Die Bewertung der Emission anhand des genormten Fahrzyklus ist insbesondere problematisch, da dieser ein Durchschnittsprofil darstellt, um verschiedene Fahrzeuge untereinander vergleichen zu können. Oftmals stimmen diese Fahrzyklen nicht mit dem Nut- zungsprofil des Kunden überein, insbesondere dann, wenn viel Kurzstrecken- und Stadtverkehr bei einem Kunden auftritt. Auch der Verbrauch und die Emission bei Geschwindigkeiten von 120 km/h werden nicht gemessen und fließen nicht in die Durchschnittsberechnung ein. Ein weiterer Nachteil der Bewertung der Emission während eines Fahrzyklus besteht darin, dass die Suche nach Ursachen für erhöhte Emissionen allein auf eine Optimierung des Gesamtzyklus zielt. Bewertungen von Emissionen bei einzelnen Fahrzuständen, Abfolgen von Fahrzuständen oder auch Betriebszuständen des Fahrzeugs findet nicht statt.
Um Fahrzeuge in Energieeffizienzklassen einzuordnen, wird der Referenzwert für den C02-Ausstoß zum Anmeldezeitpunt ausschließlich über das Gewicht eines Fahrzeuges bestimmt. Eine Aussage darüber, inwieweit die in ein Fahrzeug zur Fortbewegung gesteckte Energie effizient ausgenutzt wird, und welchen Beitrag die Vorrichtungen zur Brennstoffverarbeitung, insbesondere eine Brennkraftmaschine und/oder eine Brennstoffzelle, oder andere Einflussfaktoren auf die Energieeffizienz leisten, kann aus der Einteilung in eine Energieeffizienzklasse dagegen nicht gewonnen werden.
Das erfindungsgemäße System hat vor diesem Hintergrund vorzugsweise zum Ziel, Emissionen des Fahrzeugs 1 zu bestimmen und aus diesen Rückschlüsse auf das Emissionsverhalten des Fahrzeugs 1 in verschiedenen Fahrzuständen und/oder auf die Energieeffizienz, d.h. den Energieaufwand, welcher zur Erreichung des Betriebs des Fahrzeugs 1 notwendig ist, zu ziehen. Hierfür weist das System vorzugsweise eine Abgasanalyseeinrichtung 12 auf, welche an einer Stelle des Wegs der Abgasanlage 18 des Fahrzeugs 1 angeordnet ist und Emissionen der Verbrennungskraftmaschine 2 analysiert. Vorzugsweise weist diese Abgasanalyseeinrichtung 12 wenigstens einen zweiten Sensor 4 auf, welcher zumindest einen Be- standteil der Emissionen identifizieren kann. Weiterhin weist das erfindungsgemäße System vorzugsweise eine Mehrzahl erster Sensoren 3a, 3b, 3c, 3d, 3e, 3f auf, welche dazu dienen, einen Fahrzeugbetriebszustand des Fahrzeugs 1 zu charakterisieren. Der Fahrzeugzustand enthält vorzugsweise wenigstens eine Information über einen Fahrzustand des Fahrzeugs 1 . Fahrzustände des Fahrzeugs 1 sind hierbei z.B. Leerlauf, Losfahren, Beschleunigung, Tip-in, Tip-out, Verlangsamung, Gangwechsel, Gleiten bei konstanter Geschwindigkeit, Motor starten, Motor abschalten, etc.
Zusätzlich zum Fahrzustand stellt die Mehrzahl an ersten Sensoren 3a, 3b, 3c, 3d, 3e, 3f, vorzugsweise des Weiteren wenigstens eine weitere Information zur Verfügung, z.B. über den Betriebszustand wenigstens eines Nebenaggregats 8, beispielsweise der Klimaanlage, deren momentane Leistungsabnahme vorzugsweise mittels eines Strommesssensors 3d ermittelt wird. Weitere mögliche Nebenaggregate 8 sind z.B. ein Ventilator, Servomotoren für die Lenkung oder auch Fensterheber, elektrische Heizungen, Mittel zur Aufbereitung eines Brennstoffs, etc.
Vorzugsweise weist das System zusätzlich oder alternativ weitere Sensoren 3a, 3b, 3c, 3d, 3e, 3f auf, welche den Betriebszustand anderer Vorrichtungen des Fahrzeugs 1 , Steuerinformationen, oder auch den Energiefluss im Fahrzeug 1 überwachen. So misst vorzugsweise ein Durchflusssensor 3a, wie viel Brennstoff von dem Brennstoffreservoir 13 in Abhängigkeit von der Zeit an die Brennkraftmaschine 2 bereitgestellt wird. Ein weiterer Sensor 3c misst vorzugsweise die Leistung, welche von der Brennkraftmaschine 2 erbracht wird bzw. die Arbeit, welche von dieser verrichtet wurde. Ein weiterer Sensor 3b misst vorzugsweise die Einstellungen der Brennkraftmaschine 2, z.B. den eingestellten Ventilhub oder den Zündzeitpunkt. Ein weiterer Sensor 3e bestimmt vorzugsweise einen Zustand der Vorrichtung zur Abgasnachbehandlung 9. Weitere Sensoren können vorgesehen sein, um beispielsweise den Getriebezustand des Getriebes 14, z.B. den eingelegten Gang oder auch den Schlupf der Räder 15 oder die Leistungsverteilung im Diffe- rential 16 zu bestimmen. Vorzugsweise überwacht wenigstens ein weiterer Sensor 3f den Leistungs- oder den Energiefluss in oder aus einem Ladungsspeicher 11.
Das System weist vorzugsweise des Weiteren eine Steuereinrichtung 5 auf, welche vor- zugsweise eingerichtet ist, die Messung mit der Mehrzahl erster Sensoren 3a, 3b, 3c, 3d, 3e, 3f, 3g und dem wenigstens einen zweiten Sensor 4 zu steuern und zu überwachen. Die Steuereinrichtung 5 ist vorzugsweise eingerichtet, um Messungen mit der Mehrzahl erster Sensoren und dem wenigstens einen zweiten Sensor für eine vorgegebene Zeitdauer zu wiederholen und um einen Datensatz der Messung mit der Mehrzahl erster Sensoren mit vordefinierten Parameterbereichen, welche wenigstens einen vordefinierten Fahrzustand beschreiben, zu vergleichen. Das System weist vorzugsweise des Weiteren eine Zuordnungseinrichtung 6 auf, welche eingerichtet ist, Messwerte eines zweiten Datensatzes mit Messwerten des wenigstens einen zweiten Sensors 4 zu dem wenigstens einen Fahrzustand zuzuordnen. Schließlich weist das System vorzugsweise eine Auswerteeinrichtung 7 auf, welche eingerichtet ist, wenigstens einen Kennwert zur Beurteilung und/oder Optimierung des Betriebsverhaltens des Fahrzeugs 1 auf der Grundlage des wenigstens einen Fahrzustands des zweiten Datensatzes zu ermitteln, wobei der Kennwert vorzugsweise geeignet ist, eine Energieeffizienz und/oder ein Emissionsverhalten des Fahrzeugs 1 , insbesondere der Brennkraftmaschine 2 zu charakteri- sieren.
Die Steuereinrichtung 5, die Zuordnungseinrichtung 6 und/oder die Auswerteeinrichtung 7 sind vorzugsweise als elektronische Vorrichtungen ausgeführt. Die Einrichtungen können aber vorzugsweise auch als Module einer einzigen Einrichtung, beispielsweise einer Elektronikeinheit 19, oder besonders bevorzugt auch als reine Softwaremodule einer Steuereinheit des Fahrzeugs 1 ausgebildet sein.
Wie in Figur 1 dargestellt sind die einzelnen ersten Sensoren 3a, 3b, 3c, 3d, 3e, 3f, 3g und der zweite Sensor 4 zur Signalübertragung mit der Steuereinrichtung 5, der Zuord- nungseinrichtung 6 und/oder der Auswerteeinrichtung 7 bzw. der Elektronikeinheit 19 verbunden. Diese Verbindung kann sowohl kabelgebunden als auch kabellos verwirklicht sein, wobei vorzugsweise auf bestehende Bordnetzwerke des Fahrzeugs 1 zurückgegriffen wird. Vorzugsweise weist das System, insbesondere die Elektronikeinheit 19 einen Speicher auf, so dass die Steuereinrichtung 5 vorzugsweise Messwerte der Mehrzahl erster Sensoren 3a, 3b, 3c, 3d, 3e, 3f, 3g und/oder des wenigstens einen Sensors 4 über einen längeren Zeitraum erfassen und speichern kann. Der von der Auswerteeinheit 7 ermittelte Kennwert kann auf der Grundlage der abgespeicherten Messwerte über viele Fahrzeugzustände bzw. über einen längeren Zeitraum ermittelt werden. Bei der Vorrichtung zur Abgasnachbehandlung 9 handelt es sich insbesondere um einen Partikelfilter oder einen Katalysator, aber auch jede andere Vorrichtung zur Abgasnachbehandlung 9 kann hierbei zum Einsatz kommen. Weitere Sensoren sind z.B. ein Thermometer zur Bestimmung der Umgebungstemperatur oder auch MEMS (Micro-electro-mechanical-systems), welche ein Fahrbahngefälle oder auch verschiedene Beschleunigungswerte an unterschiedlichen Stellen im Fahrzeug 1 bestimmen können. Das erfindungsgemäße System kommt vorzugsweise in einem Fahrzeug 1 , insbesondere in einem Personenkraftfahrzeug oder einem Lastkraftfahrzeug zur Anwendung. Grundsätzlich ist das erfindungsgemäße System aber nicht auf Straßenfahrzeuge beschränkt, sondern kann auch in Luftfahrzeugen oder Wasserfahrzeugen entsprechend zum Einsatz kommen.
Figur 2 zeigt den Einsatz des erfindungsgemäßen Systems in einem Fahrzeug 1 mit parallelem Hybridantrieb. Das Fahrzeug 1 unterscheidet sich von dem Fahrzeug 1 der Figur 1 im Wesentlichen dadurch, dass in das Getriebe 14 zusätzlich oder alternativ zu der mechanischen Arbeit einer Brennkraftmaschine 2 die mechanische Arbeit einer Elektro- maschine 10 eingespeist werden kann, welche die hierfür benötigte elektrische Energie aus einem Ladungsspeicher 11 bezieht. Grundsätzlich ist es auch möglich, dass die Vorrichtung 10 keine Elektromaschine, sondern eine Drehkolbenmaschine ist, welche Pressluft verarbeiten oder Pressluft erzeugen kann, und der Speicher 1 1 ein Druckluftreservoir ist.
Das erfindungsgemäße System unterscheidet sich beim Einsatz in dem Hybridfahrzeug 1 der Figur 2 von dem Fahrzeug 1 mit konventionellem Antrieb aus Figur 1 insbesondere dadurch, dass zusätzliche Sensoren vorhanden sind, welche die Funktion des Ladungs- speichers 1 1 und/oder der Elektromaschine 10 und den Energiefluss zwischen diesen beiden Vorrichtungen und dem Getriebe 14 überwachen. Dabei werden vorzugsweise mit der Mehrzahl erster Sensoren 3a, 3b, 3c, 3d, 3e bzw. den weiteren Sensoren 3f und 3g Parameterwerte ermittelt, welche insbesondere den Ladezustand des Ladungsspei- chers 1 1 und den Betriebszustand der Elektromaschine 10 charakterisieren. Anhand dieser Parameterwerte kann dann der Kennwert zur Beurteilung und/oder Optimierung des Betriebsverhaltens des Fahrzeugs 1 ermittelt werden, wobei hierbei vorzugsweise auch die Betriebsstrategie der Elektromaschine 10 und des Ladungsspeichers 11 berücksichtigt wird.
In Figur 3 wird beispielhaft der Einsatz des erfindungsgemäßen Systems bei einem Fahrzeug 1 mit kombiniertem Hybridantrieb dargestellt. Im Unterschied zu einem Parallelhybrid kann bei dem Fahrzeug der Figur 3 das Fahrzeug 1 allein mit dem Elektromotor 10 betrieben werden, wobei die Verbrennungskraftmaschine 2 in diesem Fall ausschließ- lieh dazu dient, über einen Generator 17 elektrische Energie zu erzeugen. Vorzugsweise kann die Verbrennungskraftmaschine 2 dabei als sogenannter Range Extender ausgebildet sein. Die Nebenaggregate 8 können hierbei allein durch elektrische Energie aus dem Ladungsspeicher 1 1 versorgt werden. Im Unterschied zu den Figuren 1 und 2 weist das erfindungsgemäße System hierbei vorzugsweise zusätzliche Sensoren 3f auf, wel- che den Energiefluss zwischen dem Generator 17, der Elektromaschine 10 und dem Ladungsspeicher 1 1 prüfen können.
Die Ausführungsbeispiele der Figuren 2 und 3 zeigen, dass das erfindungsgemäße System nicht nur zur Beurteilung und/oder Optimierung des Betriebsverhaltens eines Fahr- zeugs 1 mit einer Verbrennungskraftmaschine 2 geeignet ist, sondern auch für andere Fahrzeugtypen, welche alternative Antriebskonzepte umsetzen. Auch ist der Einsatz des erfindungsgemäßen Systems bei Fahrzeugen möglich, welche als Vorrichtung zur Brennstoffverarbeitung keine Verbrennungskraftmaschine 2, sondern beispielsweise eine Brennstoffzelle aufweisen, und bei welcher die von dieser erzeugte elektrische Ener- gie und/oder die Abwärme zum Antrieb des Fahrzeugs 1 und/oder zur Reformierung eines beliebigen Brennstoffs zu einer Gasmischung, die für den Betrieb der Brennstoffzelle geeignet ist, zum Einsatz kommen. Figur 4 zeigt ein Blockdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens. Die Arbeitsschritte der vorteilhaften Ausgestaltungen sind hierbei durch Blöcke mit unterbrochenen Umrandungen dargestellt. In einem Arbeitsschritt 101 des Verfahrens 100 wird ein erster Datensatz mit Messwerten einer ersten Gruppe von Parametern erfasst, welche geeignet sind, den Fahrzeugzustand des Fahrzeuges 1 zu charakterisieren. Vorzugsweise werden diese Parameter mit den ersten Sensoren 3a, 3b, 3c, 3d, 3e, 3f, 3g gemessen. Vorzugsweise setzt sich der Fahrzeugzustand dabei aus einem Parameter zusammen, welcher einen Fahrzustand des Fahrzeugs 1 charakterisiert und wenigstens einem weiteren Parameter, welcher eine der folgenden Eigenschaften charakterisiert: Ein Betriebszustand wenigstens eines Nebenaggregates 8, ein Betriebszustand wenigstens einer Vorrichtung zur Abgasnachbehandlung 9, eine Umgebungstemperatur, ein Fahrbahngefälle, eine Position des Fahrzeugs 1 und ein Betriebsstand der Vorrichtung zur Brenn Stoffverarbeitung 2.
In einem weiteren Arbeitsschritt 102 wird vorzugsweise ein zweiter Datensatz mit Messwerten wenigstens eines Parameters einer zweiten Gruppe von Parametern, welche geeignet sind, die Emission des Fahrzeugs 1 zu charakterisieren, ermittelt. Hierbei werden mit geeigneten Sensoren 4 vorzugsweise Gasbestandteile des Abgases einer Verbren- nungskraftmaschine 2 analysiert, insbesondere werden die Bestandteile Kohlenstoffmo- noxid, Kohlenwasserstoffe und Stickoxide, Feinstaub, Partikelzahl, Nicht-Methanol- Kohlenwasserstoffe und/oder Partikelmasse des Feinstaubs bestimmt.
In einem weiteren Arbeitsschritt 103 werden die beiden vorgenannten Arbeitsschritte für eine vorgegebene Zeitdauer wiederholt. Diese vorgegebene Zeitdauer kann dadurch definiert sein, dass mehrere Fahrzeugzustände, insbesondere mehrere Fahrzustände, während des Erfassungszeitraums vorlagen. Die vorgegebene Zeitdauer kann aber auch so kurz gewählt werden, dass nur ein einziger Fahrzeugzustand, insbesondere ein einziger Fahrzustand, betrachtet wird. Weiterhin ist denkbar, dass die vorgegebene Zeitdauer einen bestimmten Streckenabschnitt, z.B. eine Autobahnfahrt, oder auch eine ganze Strecke oder Reise betrifft. ln einem weiteren Arbeitsschritt 104 wird anhand der Messwerte, welche geeignet sind, einen Fahrzeugzustand zu charakterisieren, der Fahrzeugzustand identifiziert, indem die Messwerte der Parameter, welche geeignet sind, den Fahrzeugzustand zu charakterisieren, mit vordefinierten Parameterbereichen verglichen werden oder indem die Fahrzeug- zustände mit einer Funktion bestimmt werden, in welcher die Messwerte als Variablen eingehen.
In einem weiteren Arbeitsschritt 105 werden die Messwerte der Emission vorzugsweise demjenigen Fahrzeugzustand zugeordnet, welcher zum Zeitpunkt der Messungen durch die Abgasanalyseeinrichtungen vorlag. Bevorzugt wird jedoch eine Signallaufzeit bzw. eine Berechnungszeit des erfindungsgemäßen Systems für die Zuordnung berücksichtigt. Weiter bevorzugt wird die Abgaslaufzeit von der Entstehung in der Verbrennungskraftmaschine 2 bis zur Messung durch einen Sensor 4, insbesondere mit der Abgasanalyseeinrichtung 12, für die Zuordnung berücksichtigt.
Vorzugsweise wird in einem Arbeitsschritt 106 zusätzlich auf der Grundlage der Messwerte der Parameter, welche die Emission des Fahrzeugs charakterisieren, die Energie bestimmt, welche das Fahrzeug 1 verbraucht. Die Bestimmung der verbrauchten Energie beruht dabei vorzugsweise auf der Menge des im Abgas vorhandenen Kohlenstoffdioxids und gegebenenfalls des Kohlenstoffmo- noxids im Verhältnis zu der durch die Umgebungsluft in die Verbrennungskraftmaschine 2 eingebrachten Kohlendioxids, gegebenenfalls Kohlenmonoxids. Weiterhin wird vorzugsweise in einem weiteren Arbeitsschritt 107 die für den Antrieb bereitgestellte Energie, insbesondere die mechanische Arbeit, der Brennkraftmaschine bestimmt. Hierfür werden ebenfalls die Messwerte des ersten Datensatzes ausgewertet, insbesondere Messwerte von Sensoren 3a, 3b, 3c, 3d, 3e, 3f, 3g, welche auf den Betriebszustand der Brennkraftmaschine 2 schließen lassen. Anhand der Werte für die ver- brauchte Energie und der bereitgestellten Energie kann in dem Arbeitsschritt 109 des ermittelten wenigstens einen Brennwertes zur Beurteilung und/oder Optimierung des Betriebsverhaltens des Fahrzeugs das Verhältnis von bereitgestellter Energie zur verbrauchten Energie berechnet werden. Dieses Verhältnis ist ein Maß für die Effizienz, mit welcher das Fahrzeug 1 angetrieben wird. Weiterhin kann dieses Verhältnis die Gesamteffizienz des Fahrzeugs 1 angeben, wenn der Betrieb von allen Nebenaggregaten 8 unter Vorgabe von Randbedingungen, z.B. der Temperatur, welche im Fahrzeug gehalten werden soll, einbezogen wird.
Verschiedene Betriebsstrategien können unter Berechnung der Energieeffizienz getestet werden. Ziel ist es dabei, die in Bezug auf die Energieeffizienz optimalen Betriebsstrategien zu ermitteln. Weist das Fahrzeug 1 zusätzlich eine Elektromaschine 10 auf, wird der Kennwert durch das erfindungsgemäße Verfahren vorzugsweise des Weiteren auf der Grundlage des Ladungszustandes der Elektromaschine 10 und/oder das Ladungsspeichers 1 1 ermittelt. Hierbei wird wenigstens ein Parameter, welcher einen Fahrzustand des Fahrzeugs 1 charakterisiert und/oder ein Parameter, welcher den Ladestand des Ladungsspeichers 1 1 charakterisiert, ausgewertet. Ferner geht in den Kennwert vorzugsweise ein Parameter ein, welcher einen Betriebszustand der Elektromaschine charakterisiert. Anhand dieser Parameter, welche den elektrischen Antrieb des Fahrzeugs 1 beschreiben, kann ermittelt werden, wie gut die Elektromaschine 10 zur Vermeidung von Emissionen oder zur Erhöhung der Energieeffizienz des Fahrzeugs 1 eingesetzt wird. Eine wichtige Rolle spielt dabei, wie die Energieflüsse in dem Fahrzeug 1 verlaufen. So sollte z.B. der Ladungsspeicher 11 zu keinem Zeitpunkt während einer Fahrt vollständig aufgeladen sein, um gegebenenfalls Energie, welche durch Rekuperation erzeugt wird, Zwischenspeichern zu können. Figur 5 stellt ein Diagramm dar, welches sich ergibt, wenn die Arbeitsschritte S1 101 , S2 102, S3 103 und S4 104 des erfindungsgemäßen Verfahrens während eines Zeitraumes ausgeführt werden, in der mehrere verschiedene Fahrzeugzustände, insbesondere Fahrzustände, von einem Fahrzeug 1 durchlaufen wurden. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel wird die Menge an Stickstoffoxiden als relevante Emission des Fahrzeugs bestimmt. In dieser Form ist das Diagramm jedoch nicht aussagekräftig. Wie aus dem Diagramm nämlich hervorgeht, entsteht beim Leerlauf eine Emissionsspitze von Stickoxiden. Bei dem Diagramm wurde nämlich weder die Abgaslaufzeit von der Entstehung bis zum Erreichen der Vorrichtung zur Abgasnachbehandlung 9 berücksichtigt, noch wurde eine eventuelle Signallaufzeit bzw. Berechnungsdauer bei der anschließenden Auswertung in einer Elektronikeinheit 19 berücksichtigt.
Figur 6 zeigt das entsprechend korrigierte Diagramm mit der korrekten Zuordnung, wie diese mit einem weiteren Arbeitsschritt 108 des erfindungsgemäßen Verfahrens ausgeführt werden kann. Um die Abgaslaufzeit von der Entstehung bis zur Vorrichtung zur Abgasnachbehandlung 9 bzw. bis zu dem entsprechenden zweiten Sensor 4 zu ermitteln, kann in die Verbrennung des Motors ein Additiv zugefügt werden, welches ebenfalls in der Vorrichtung zur Abgasnachbehandlung 9 festgestellt werden kann, so dass die Ab- gaslaufzeit gemessen werden kann. Alternativ oder zusätzlich hierzu kann die gesamte Menge an Gas, die durch den Motor fließt, berechnet werden, und anhand der Abmessungen der Abgasanlage 18 die Dauer berechnet werden, die von dem Gas bis zu der Abgasanalyseeinrichtung 12 zurückgelegt wird. Figur 7 zeigt im rechten Teil die C02-Emission in Masse pro zurückgelegte Strecke für verschiedene Fahrtzustände, wobei vier verschiedene Fahrzeugtypen aufgetragen sind. Die Darstellung in dem rechten Teil des Diagramms entspricht daher der in dem Schritt S5 105 vorgenommenen Zuordnung des zweiten Datensatzes zu den vordefinierten Fahrzuständen. Auf der rechten Seite des Diagramms ist aus den einzelnen Werten für die jeweiligen Fahrzustände eine Gesamtbewertung ermittelt worden 109. Diese Gesamtbewertung ist vorzugsweise ein Kennwert zur Beurteilung und/oder Optimierung des Betriebsverhaltens des Fahrzeugs 1 . Vorzugsweise wird hierfür ein Gewichtungsvektor verwendet. Ein Gewichtungsvektor ist ein Vektor, durch den die momentanen Emissionswerte gewichtet werden können.
Hat man beispielsweise die Emissionsparameter A, B, C, D und einen Gewichtungsvektor (1 ; 1 ; 1 ; 1 ) werden die Werte unverändert der weiteren Berechnungen zugeführt.
Ist der Gewichtungsvektor aber beispielsweise (1 ,2; 1 ; 0, 9; 1 ), so wird der Wert um 20 % erhöht und der dritte Wert um 10 % vermindert. Dadurch kann die Messung auf einfache Weise an die Erfordernisse eines bedingten Betriebszustands oder einer bestimmten Zielgröße für eine Optimierung angepasst werden.
Die erfindungsgemäße Verknüpfung mit einem Gewichtungsvektor kann aber auch durch eine Addition erfolgen, in diesem Fall werden zu den gemessenen Werten bestimmte Korrekturwerte addiert oder subtrahiert, bevor dann die Berechnung des Emissionskennwertes stattfindet.
Erfindungsgemäß können mehr als ein Gewichtungsvektor verwendet werden. Insbe- sondere kann ein Teil der Parameter mit einem ersten Gewichtungsvektor durch Multiplikation verknüpft sein, während eine zweite Gruppe von Parametern mit einem zweiten Gewichtungsvektor additiv verknüpft ist.
Weiter vorzugsweise wird der Kennwert auf der Grundlage einer Vielzahl von Messwerten für einzelne Betriebszustände ermittelt, wobei insbesondere eine geometrische oder arithmetische Mittelung vorgenommen wird.
Weitere Aspekte der Erfindung sind in den folgenden Ausführungsbeispielen beschrieben, welche sich insbesondere auf die Figuren 8 bis 19 beziehen. Verschärfte gesetzliche Anforderungen (z. B.: C02, WLTP, RDE) und gesteigerte Kundenbedürfnisse („positives Fahrerlebnis") sowie die Einbeziehung aller relevanten Umgebungsinformationen („Connected Powertrain") resultieren in drastisch erhöhter Komplexität und zunehmender Variantenvielfalt zukünftiger Antriebssysteme. Dabei werden die Entwicklungsherausforderungen noch durch verkürzte Modellwechselzyklen und die zusätzliche verstärkte Einbeziehung des realen Kundenfahrbetriebs („Real Word Driving) verschärft.
Eine effiziente Entwicklung unter erweiterten„Real Word" Randbedingungen, wie z. B. die Ausdehnung der bisherigen synthetischen Testzyklen auf den Realbetrieb mit zufäll i- gen Fahrzyklen, erfordert einerseits die Objektivierung subjektiver Größen (z. B.: Fahrerlebnis) aber auch eine reproduzierbare Bestimmung komplexer, von Stochastik beein- flusster Kennwerte (z. B. Real Drive Emissionen). Dafür werden zufällige Fahrverläufe in kleine, reproduzier- und bewertbare Fahrelemente zerlegt und die relevanten Trade-Off Beziehungen (z. B. Fahrbarkeit, Geräuschempfinden, Effizienz, Emission) im Einzelele- ment optimiert. Ein intelligenter„Eventfinder" erlaubt es dabei, sich gezielt auf diejenigen Fahrelemente zu konzentrieren, die einen wesentlichen Einfluss auf das Gesamtergebnis haben. Zusätzlich bildet eine daraus generierte„Real Drive Manöver-Bibliothek" in Verbindung mit einem übergreifenden Gesamtfahrzeugmodelleine entscheidende Grundlage dafür, einzelne Entwicklungsaufgaben in die jeweils bestgeeignetste Entwicklungs- Umgebungen und damit verstärkt in die virtuelle Welt zu verlagern.
Eine Verkürzung des übergeordneten Gesamtfahrzeug-Entwicklungsprozesses erfordert jedoch nicht nur verstärktes Frontloading bei der Entwicklung der einzelnen Teilsysteme, sondern auch ein verstärktes übergreifendes Arbeiten in gemischt virtuell-realen Ent- Wicklungsumgebungen. Der Schritt vom digitalen Mockup (DMU) zum funktionalen Mockup (FMU) und die konsistente Bewertung aus der Gesamtfahrzeugsicht tragen wesentlich dazu bei, die Komplexität zukünftiger Antriebe innerhalb kurzer Entwicklungszeiten überhaupt beherrschbar zu machen. Mit der integrierten offenen Entwicklungsplatt- form IOPD und der erweiterten Bewertungsplattform AVL-DRIVE V4.0 hat hier AVL wesentliche Werkzeug- und Methodikbausteine geschaffen.
1. Herausforderungen für die Antriebsentwicklung
Die wesentlichsten Impulse für die Weiterentwicklung von PKW-Antriebssystemen werden mittel- und längerfristig sowohl von der Gesetzgebung als auch vom Endkunden kommen. Die signifikante Reduktion der C02-Flottenemission mit drohenden Strafzahlungen, verschärften Testprozeduren (WLTP) und die zusätzliche Limitierung der Schadstoffemissionen im realen Kundenfahrbetrieb (Real Driving Emission) stellen signifikante Verschärfungen gesetzlicher Randbedingungen dar und verursachen wesentliche Mehraufwände bei der Fahrzeugentwicklung. Auf der Kundenseite gewinnt einerseits das Thema„Total Cost of Ownership" an Bedeutung, andererseits werden rein subjektive Kriterien wie gesellschaftliche Trends, soziale Akzeptanz, etc. aber insbesondere das„positive Fahrerlebnis" verstärkt zu den entscheidenden Kaufargumenten. Somit erweitert sich der Fokus von der Darstellung rein technischer Zielwerte wie Leistung und Kraftstoffverbrauch um die Erfüllung eines positiven subjektiven Kundenerlebnis - das„Erlebnis Auto" geht da- bei weit über das Verhalten des Antriebsstrangs hinaus. Die Kunden nehmen dabei die Eigenschaften und Werte des Fahrzeuges, wie Styling, Ergonomie, Bedienbarkeit, Info- tainment und Assistenzsysteme, Sicherheitsgefühl, Fahrkomfort, Agilität, und Fahrbarkeit im ganzheitlichen Kontext und als Gesamtfahrzeugverhalten wahr. Damit gewinnt der reale Fahrbetrieb für die Entwicklung neuer Fahrzeugsysteme entscheidend an Bedeutung: nicht nur Real World Emission und Verbrauch, sondern auch das positive Fahrerlebnis des Kunden wird zur entscheidenden Zielgröße. Allerdings unterliegen nicht nur subjektive Bewertungskriterien raschen Schwankungen. Neue Trends, individuelle Ansprüche und neue Technologien ergeben eine signifikante Unvorherseh- barkeit eines hochdynamischen Marktes [1]. Die Antwort auf diese Situation kann nur eine extrem rasche Reaktionsfähigkeit bei der Produktkonfiguration und -entwicklung sein. Die im IT Bereich bereits heute üblichen kurzen Modellzyklen in der Zeitskala von Monaten nehmen über das Infotainment und die Assistenzsysteme verstärkten Einfluss auf die Automobilentwicklung. Damit müssen wir uns auch im automobilen Bereich auf wesentlich verkürzte Modelwechselzyklen und / oder upgrade-bare Lösungen einstellen sowie agilere Entwicklungsmethoden einführen. Ein sinnvoller technischer Lösungsansatz liegt hier sicherlich in erweiterten Baukastensystemen, die mittels Software in stark diversifizierte Lösungen ermöglichen. Agile, adaptive und testbasierte Methoden der modelbasierten Entwicklung werden hierbei unterstützen.
Hinsichtlich der rein technischen Aspekte stellt sicherlich die C02 Gesetzgebung den wesentlichsten Technologietreiber dar. Die zukünftigen C02- bzw. Verbrauchs- Flottengrenzwerte konvergieren weltweit auf einem sich ständig reduzierendem Niveau. Dies erfordert einerseits komplexe Antriebssysteme mit hochflexiblen Komponenten, bedingt aber andererseits auch eine verstärkt individualisierte Anpassung an unterschiedlichste Randbedingungen und resultiert in einer vieldimensionalen Diversifizierung der Antriebssysteme (verschiedene Energieträger, unterschiedlicher Elektrifizierungs- grad, Variantenvielfalt, etc.).
Zukünftig erlaubt zudem die Vernetzung des Antriebsstranges mit der gesamten relevanten Fahrzeugumgebung („Connected Powertrain") eine optimale Anpassung der Betriebsstrategien an die realen Verkehrssituationen und Umweltbedingungen. Die Fülle der Informationen von Fahrzeug-Infotainment, Assistenzsystemen bis zur C2X- Kommunikation erlaubt es, viele Szenarien schon vorab zu berechnen und so den Optimierungs-Horizont massiv zu erweitern. Damit können die vielfältigen Freiheitsgrade zukünftiger Antriebssysteme in wesentlich höherem Ausmaß zur Reduzierung des Energieverbrauches genutzt werden. Dies bedingt jedoch hochkomplexe Betriebsstrategien mit extrem gesteigerten Entwicklungs-, Kalibrier- und vor allem Validierungsaufwand.
Neben der sicheren Beherrschung dieser zunehmenden Komplexität der Antriebssysteme ergibt sich ein weiterer, ganz maßgeblicher Einfluss auf die Entwicklungsmethodik durch die zukünftige RDE-Gesetzgebung. Diese ist charakterisiert durch die Erweiterung des synthetischen Testzyklus um den zufälligen Realbetrieb mit einer unüberschaubaren Vielzahl unterschiedlicher Fahrzustände und Randbedingungen.
Aus Kundensicht umfasst jedoch Real World Driving wesentlich mehr als nur RDE: • Positives Fahrerlebnis - Driveability / Komfort / Agilität / Bedienbarkeit
• Absolute funktionale Sicherheit
• Höchste Effizienz bzw. minimaler Verbrauch
• Vertrauen in Fahrerassistenzsysteme
· Hohe Zuverlässigkeit / Dauerhaltbarkeit
2. Fahrelementorientierter Ansatz im Entwicklungsprozess
Der Übergang von der exakten Reproduzierbarkeit der Tests mit klar definierten Zyklen und festgelegten Bewertungsgrößen auf Beurteilungen von realen Fahrten mit statistischer Zufälligkeit sowie der Berücksichtigung des subjektiv empfundenen Fahrerlebnisses stellt einen wesentlichen Umbruch dar und erfordert sowohl neue Entwicklungsansätze als auch neue Entwicklungsumgebungen. Wesentliche Grunderfordernisse sind dabei:
• Die Objektivierung subjektiver Größen (z. B.: Fahrerlebnis): Hinsichtlich der Objektivierung des subjektiv empfundenen Geräusches und der Fahrbarkeit hat AVL jahrzehntelange Praxiserfahrungen gesammelt und entsprechende Entwicklungswerkzeuge geschaffen - so ist z. B. AVL-DRIVE [2] auf dem besten Wege, ein breit ak- zeptierten Werkzeug für Fahrbarkeitsbewertung zu werden.
• Zuverlässig reproduzierbare Bestimmung komplexer, von Zufälligkeiten beeinflusster Kennwerte (z. B. Real Drive Emission): Ein sehr praktikabler Ansatz ist es, solche komplexe Fahrverläufe in reproduzierbare und bewertbare Segmente - die Fahrele- mente - zu zerlegen, diese zu kategorisieren und den Einfluss auf den integralen
Kennwert statistisch zu berücksichtigen. Dies kann in Analogie zur Diskretisierung anderer Aufgabenstellungen wie z. B. der Betriebsfestigkeitsanalyse oder Prozesssimulation gesehen werden. Die Größe dieser Elemente wird dabei durch Forderung nach reproduzierbarer Bewertbarkeit bestimmt. Hier wird das subjektive Empfinden des Menschen zur Führungsgröße auch für andere Bewertungsparameter wie Verbrauch, Emissionen, etc. Den wirklich entscheidenden Schritt stellt aber die Fähigkeit dar, aus der Vielzahl der Einzelelemente diejenigen zu identifizieren, die eine signifikante Relevanz für das Gesamtergebnis haben. Eine solche Methode wird bei AVL seit Jahren im Bereich der Fahrbarkeitsentwicklung erfolgreich eingesetzt (AVL-DRIVE). Dabei wird ein willkürlicher Real World Fahrverlauf in definierte Einzelelemente zerlegt, diese dann rund 100 einzelnen Kategorien zugeordnet, entsprechend rund 400 spezifischen Beurteilungskriterien getrennt evaluiert und statistisch bewertet.
Mit vergleichbar geringen Anpassungen kann diese Methode der Nutzung kategorisier- barer Fahrsegmente nicht nur zur Bewertung der Fahrbarkeit und des Geräuschkomforts unter realen Bedingungen, sondern auch der Emissionen, der Effizienz und im Weiteren auch für querdynamische Größen bis hin zur Beurteilung von Fahrerassistenzsystemen [3] angewandt werden.
Betrachtet man die Ergebnisse von Real-World Messungen, so wird ersichtlich dass es zwar einzelne Fahrelemente gibt, die nur hinsichtlich einer Optimierungsgröße relevant für die Gesamtbewertung sind. Im Regelfall sind jedoch für Emission, Effizienz, Fahrbar- keit und Geräuschkomfort die gleichen Fahrelemente maßgeblich. Durch diese gegenseitigen Abhängigkeiten müssen hier die Zielkonflikte innerhalb des einzelnen Fahrelements gelöst werden.
Mittels eines intelligenten„Eventfinders" können dabei„Bottlenecks" zuverlässig identifi- ziert werden. Die Identifikation dieser„Events" - also von ergebnisrelevanten Fahrelementen - erfordert die On-Line Vorgabe entsprechender Sollwerte für diese Fahrelemente und den Vergleich mit den jeweils gemessenen Istwerten. Dabei werden die Sollwerte für die einzelnen Bewertungsgrößen auf unterschiedliche Weise generiert: · Effizienz: Die On-Iine Sollwertberechnung erfolgt in einem mit der Fahrzeugmessung synchronisierten Gesamtfahrzeugmodell basierend auf der gemessenen Fahrzeug-Längsdynamik und unter Berücksichtigung der aktuellen Topographie sowie sonstigen Fahrwiderständen. Das Fahrzeugmodell beinhaltet nicht nur die gesamte Hardwarekonfiguration, sondern auch die entsprechenden Betriebsstrategien. Dabei ist natürlich eine Bilanzierung über alle Energieflüsse und Energiespeicher erforderlich. · Emissionen: Grundsätzlich könnte die Sollwertvorgabe analog zur Bewertungsgröße„Effizienz" erfolgen. Im Hinblick auf die kommende RDE Gesetzgebung ist es jedoch sinnvoller, die Bewertung entsprechend den künftig in der Gesetzgebung verankerten RDE Vorschriften durchzuführen. · Fahrbarkeit: Hier erfolgt die Sollwertvorgabe auf Basis von objektiviertem subjektiven Fahrempfinden und der Vorgabe einer gewünschten Fahrzeugcharakteristik entsprechend der im AVL-DRIVE [2] entwickelten Systematik. Für die Objektivierung des subjektiven Fahrempfindens muss dabei das menschliche Empfinden vielfach über neuronale Netzwerke mit physikalisch messbaren Größen korreliert werden.
• NVH: Ähnlich wie bei der Fahrbarkeit wird hier die Sollwertvorgabe auf Basis des objektivierten subjektiven Geräuschempfindens und Vorgabe der gewünschten Soundcharakteristik (z.B. AVL-VOICE [4]) durchgeführt.
Für die Bewertung des Entwicklungsstandes eines Fahrzeugs ist jedoch nicht nur der Vergleich mit üblicherweise in der Konzeptphase einer Gesamtentwicklung generierten idealen Werten und Verläufen von Interesse, sondern auch die Positionierung in einem spezifischen Benchmark-Streuband. Dies ist insbesondere für Fahrzeuganalysen von Bedeutung, bei denen die für eine Sollwertberechnung erforderlichen Basisdaten nicht vollständig vorliegen. Um eine ausreichende statistische Relevanz aktueller Benchmark Daten sicherzustellen (Real Drive Manöver-Bibliothek), führt AVL z.B. allein im Jahr 2014 rund 150 Benchmark Untersuchungen der jeweils aktuellsten Fahrzeuge durch. Die eigentliche Optimierung erfolgt durch Übertragung der ergebnisrelevanten Einzelereignisse in die jeweils bestgeeignetste Entwicklungsumgebung. Für Einzelereignisse, die primär nur eine Bewertungsgröße betreffen, erfolgt die Optimierung vielfach direkt im Fahrzeug in unmittelbarer Interaktion mit der automatisierten On-Line Bewertung (z.B. Kompensation bestimmter Fahrbarkeitsfehler).
Für diejenigen Einzelereignisse, in denen ausgeprägte Trade-Off Beziehungen zwischen den unterschiedlichen Bewertungsgrößen (z.B. Effizienz, Emissionen, Fahrbarkeit, etc.) bestehen, ist das Abbilden der relevanten Einzelereignisse am XiL-, Motor- und / oder Antriebsstrang-Prüfstand sinnvoll. Hier erlaubt das reproduzierbare Arbeiten eine effiziente Entwicklung im einzelnen Fahrelement, wobei nicht nur eine isolierte Optimierung einer Einzelgröße erfolgt, sondern die Trade-Off's (typischerweise Emission / Effizienz / Fahrbarkeit / Geräusch) optimiert werden. Durch ein simultan laufendes Gesamtfahrzeugmodell können zudem auch die Auswirkungen auf das Gesamtsystem unmittelbar beurteilt werden. Darüber hinaus erlaubt der Abgleich mit einer„Real Driving Manöver- Bibliothek" (Benchmark Daten) eine detaillierte objektive Einordnung im Konkurrenzumfeld. Diese unmittelbare Statusbewertbarkeit ermöglicht ein rasches und treffsicheres Reagieren und damit eine höhere Agilität im Entwicklungsprozess.
Die Fahrelement-Betrachtung auf Basis eines intelligenten Eventfinders erlaubt sowohl eine effiziente Kalibrierfähigkeit als auch eine treffsichere, virtuelle Identifikation von optimal passenden Antriebsarchitekturen. Dies ermöglicht auch die Erstellung einer verfei- nerten Entwicklungslandkarte, in der die relevanten Entwicklungsaufgaben (sowohl für technische als auch subjektive Größen) markiert werden.
Die Verfügbarkeit einer umfassenden Manöverdatenbank mit einer entsprechenden Statistik über ergebnisrelevante Einzelereignisse, sowie eine segmentierte Betrachtung re- levanter Fahrverläufe, ist somit nicht nur im Kalibrierprozess, sondern auch in der frühen Konzeptphase einer Antriebsstrangentwicklung für eine treffsichere Adressierung wichtiger ergebnisrelevanter Aufgabenstellungen unumgänglich.
3. Simultane Beherrschung der Entwicklungsvorgänge auf mehreren Entwicklungs- ebenen
Neben einer Segmentierung komplexer Fahrverläufe in kleine bewertbare Einzelelemente (vertikale Segmentierung) ist auch eine Kategorisierung der Systemintegration des Gesamtfahrzeugs in verschiedene System- und Komponentenebenen (horizontale Kate- gorisierung) eine bewährte Grundlage für effiziente Entwicklungsprozesse.
Durch die Vernetzung des fahrzeuginternen Daten- und Regelungsnetzwerkes mit der Umgebung („Connected Powertrain") ergibt sich eine zusätzliche übergeordnete Systemebene, den„Traffic Level".
Die Segmentierung von Fahrverläufen begann ursprünglich auf Fahrzeugmodul-Ebene mit der Optimierung des Längsdynamikverhaltens des Antriebsstrangs (Fahrbarkeitsop- timierung) und wurde auf die Ebene der einzelnen Antriebsstrang-Module (z.B. Motor, Getriebe, etc.) heruntergebrochen.
Eine umfassende Akustik- und Komfortbewertung hingegen erfordert bereits die Segmentierung auf Fahrzeugebene. Auch für die Entwicklung der querdynamikrelevanten Funktionen (wie z.B. Fahrwerksabstimmung bis hin zu Fahrdynamikregelungen [5]) ist es erforderlich, auf Fahrzeugebene zu agieren.
Für die objektivierte Bewertung von Fahrerassistenzsystemen (ADAS - Advanced Driver Assistance Systems) ist die Vernetzung mit der gesamten relevanten Umweltinformation und damit die Einbeziehung der höchsten Systemebene („Traffic-Level") notwendig.
Auch für die meisten Optimierungen auf Fahrzeug- oder Traffic-Level gelten grundsätzlich ähnliche Anforderungen hinsichtlich der Segmentierung komplexer Fahrverläufe und der Objektivierung subjektiver Größen. Die schon für die Bewertung der Antriebsstrang- Längsdynamik eingesetzten Werkzeuge können dabei auch für die Optimierung querdynamischer Funktionen verwendet werden [2]. Da sich jedoch die Segmentierung der Fahrverläufe für längs- und querdynamische Aspekte unterscheiden und (mit Ausnahme der Fahrdynamikregelung) kaum Trade-Off Beziehungen bestehen, erscheint derzeit noch eine getrennte Bearbeitung von längs- und querdynamischer Aufgaben in Hinsicht auf eine beherrschbare Entwicklungskomplexität als zielführend. Im Rennsport hingegen werden bereits heute längs- und querdynamische Problemstellungen übergreifend optimiert. Obwohl auf Fahrzeugmodul-Ebene die wesentlichen Teilsysteme (z.B. Antriebsstrang, Karosserie & Fahrwerk, Elektrik & Elektronik) entlang eigener Prozesse entwickelt werden, ist der Gesamtfahrzeug-Entwicklungsprozess die dominierende Führungsgröße für alle anderen Systementwicklungen. Die Gesamtfahrzeugentwicklung synchronisiert so- mit alle einzelnen Entwicklungsaufgaben und steuert auch den Aufbau von Software-und Hardwareintegrationsstufen (Konzept- und Prototypenfahrzeuge) mit vorher festgelegten Funktionen. Erschwerend ist dabei allerdings die Tatsache, dass im Allgemeinen die Entwicklungsabläufe der einzelnen Teilsysteme in unterschiedlichen Zeitschienen laufen. Damit erfordern die gemeinsamen Synchronisationspunkte im Gesamtfahrzeug- Entwicklungsprozess (Integrationsstufen 1 bis X) nicht nur Arbeiten auf rein virtueller oder rein realer Basis, sondern verstärkt auch in gemischt virtuell-realen Entwicklungsumgebungen. Ein Schlüssel zur Beherrschung der Komplexität heutiger und zukünftiger Antriebskonzepte ist die frühe funktionale Integration der Teilsysteme in einem Gesamtsystem, das zur Gänze, teilweise oder auch nur virtuell verfügbar sein kann. Der heute gut etablierte, rein reale Integrationsstufenprozess (mit echter Hard- und Software) wird im Sinne des Frontloading zukünftig auch auf frühere Entwicklungsphasen in rein virtuellen und kom- biniert virtuell-realen Entwicklungsumgebungen erweitert.
Damit können Entwicklungen auf Modul- oder Komponentenebene auch dann im Gesamtfahrzeugkontext analysiert und entwickelt werden, wenn noch keine Gesamtfahrzeugprototypen verfügbar sind. Komplexe Zusammenhänge können damit schon frühzei- tig in rein virtuellen oder kombinierten virtuell/realen Entwicklungsumgebungen bewertet und beherrscht werden und bringen damit den Übergang vom digitalen Mockup (DMU) zum funktionalen Mockup (FMU).
Obwohl die finale Absicherung der Funktionen auch weiterhin im Fahrzeug erfolgt, wird auch hier ein verstärktes Frontloading eingesetzt. Mit den neuen Möglichkeiten eines kombiniert virtuell-realen Entwicklungsprozesses kann die stark steigende Zahl von Teilaufgaben in der Entwicklung nicht nur effizient gehandhabt werden, sondern bereits in früheren Entwicklungsphasen gestartet werden. Nur dadurch wird in Zukunft die Komplexität der Antriebsentwicklung überhaupt beherrschbar sein.
Dabei ist während des gesamten Entwicklungsablaufes eine Bewertung aus der Sicht des Gesamtfahrzeugs unter relevanten Einsatzbedingungen (Fahrer + Straße + Umwelt) erforderlich. Dafür werden virtuelles und reales Experiment über ein parallel laufendes Gesamtfahrzeugmodell gekoppelt.
Sowohl die funktionale Entwicklung, als auch erste Validierungen des Verbrennungsmo- tors laufen auf stationären und dynamischen Motorprüfständen. Die Entwicklung der Motorsteuerung und der entsprechenden Softwarefunktionalitäten inkl. Diagnosefunktionen ist sinnvollerweise auf XiL Prüfstände ausgelagert. Das parallel laufende virtuelle Gesamtfahrzeugmodell (Restfahrzeug) mit Fahrwiderständen, Aufbau, Achsen, Federung, Lenkung, Bremsanalage erlaubt eine kontinuierliche Beurteilung der Zielerreichung hin- sichtlich Fahrzeug-Verbrauch, -Emission, und Dynamik.
Insbesondere für die Abstimmung, Kalibrierung und Validierung von Hybridfunktionen stellt die Anordnung Verbrennungsmotor-, Getriebe- und Elektromotor-Hardware am An- triebsstrangprüfstand eine höchst effiziente Entwicklungsumgebung dar. Alle Entwick- lungsaufgaben hingegen, für die nicht die gesamte Antriebsstrang-Hardware erforderlich ist (z. B. Entwicklung / Kalibrierung von Diagnosefunktionen), werden parallel in einer XiL Umgebung abgearbeitet.
Je nach Aufgabenstellung und verfügbarer Fahrzeug-Hardware erfolgt die Erprobung am Antriebsstrangprüfstand mit oder ohne Fahrzeug, auf dem Rollenprüfstand sowie auf der Straße im Aggregateträger bzw. im Fahrzeugprototyp. Da am Antriebsstrangprüfstand die Versuchsbedingungen (Fahrer, Strecke, Beladung, Wind, Höhe, Klima etc.) sowie auch die Parameter des Restfahrzeuges (Fahrwiderstände, Aufbau, Achsen, Federung, Lenkung etc. - Variantensimulation) vergleichsweise rasch variiert werden können, ist es selbst bei Verfügbarkeit der gesamten Hardware inkl. Fahrzeug vielfach vorteilhaft, sowohl die Entwicklung als auch die Validierung komplexer Systeme (z. B. eines völlig neuen Hybridsystems) verstärkt auf dem Antriebsstrangprüfstand durchzuführen. Die Aufteilung von Arbeitsinhalten auf die jeweils bestgeeignete Entwicklungsumgebung gewinnt insbesondere im Bereich der Validierung entscheidend an Bedeutung. Die Kombination von drastisch steigender Systemkomplexität und verkürzten Entwicklungszeiten erfordert nicht nur bei der funktionalen Entwicklung, sondern insbesondere auch bei der funktionalen Validierung ein verstärktes Frontloading. Die Validierung im Gesamtsystem erfolgt dabei nicht mehr ausschließlich hardwarebasiert sondern in unterschiedlichsten Kombinationen von realen und virtuellen Komponenten in einer gemischt virtuell-realen Entwicklungsumgebungen (z. B.„virtuelle Landstraße am Prüfstand - virtuelle Strecke - virtueller Fahrer).
Für komplexe Systeme ist eine effiziente und umfassende Validierung der funktionalen Sicherheit entscheidend. Basis für die Validierung stellt dabei ein präzise generiertes Kollektiv relevanter Testsequenzen dar, das mittels einer detaillierten Systemanalyse, Bewertung und Klassifizierung möglicher Betriebs- und Missbrauchsszenarien sowie umfassender FMEA's (Failure Mode and Effects Analysis) erstellt werden muss. Durch ein hohes Maß an Systematisierung und Automatisierung können damit potentiell kritische Betriebszustände in wesentlich kürzerer Zeit als im herkömmlichen Straßenversuch abgeprüft werden. Die Vorab-Selektion dieser potentiell kritischen Zustände bedingt natürlich das Risiko, dass das Versuchsprogramm lediglich Antworten auf explizit gestellte Fragestellungen liefert, andere Risikopunkte jedoch nicht adressiert werden. Durch zusätzliche, aus der Manöverdatenbank generierte Validierungssequenzen wird dieses Risiko in Zukunft verkleinert.
4. Vom DMU (Digital Mock Up) zum FMU (Functional Mock Up) oder von der„Tool- Chain" für den klassischen Entwicklungs-vorgang zum„Tool-Network" für einen integralen, mehrschichtigen Entwicklungsprozess Im realen Entwicklungsablauf erfordert die Parallelität von virtuellen, numerischen Bauteilmodellen und tatsächlich verfügbaren Hardware-Baustufen bereits heute und verstärkt in der Zukunft vielfach ein„Springen" zwischen virtuellem und„realem" Experiment, wobei heute vielfach das„reale" Experiment schon Simulationen beinhaltet Für ein agiles Entwickeln müssen Simulation und Hardware nahtlos ineinander greifen und miteinander austauschbar sein. In vielen Fällen ist die dafür erforderliche Durchgängigkeit der Entwicklungswerkzeuge noch nicht gegeben. Die integrierte, offene Entwicklungsplattform AVL-IODP (Integrated Open Development Platform) bildet diese Durchgängig- keit der gesamten Entwicklungsumgebungen konsequent ab.
Wesentliche Aspekte der konsequenten Anwendung einer integrierten, durchgängigen Entwicklungsplattform, die zudem für unterschiedlichste Werkzeuge offen ist, sind: · Durchgängige Prozesse und Methoden erlauben ein„Front Loading" von Entwicklungsaufgaben, die bisher z.B. weitgehend im Straßenversuch durchgeführt wurden, in zeitlich frühere Entwicklungsphasen auf dem Motor- oder Antriebsstrang- prüfstand - im Extremfall auch in einer rein virtuellen Simulationsumgebung (Office Simulation). So kann z.B. die Vorkalibrierung eines Motors in einer kombi- niert real-virtuellen Entwicklungsumgebung mit einer vergleichbaren Ergebnisqualität wesentlich rascher als im reinen Straßenversuch durchgeführt werden.
• Durchgängigkeit der Simulationsmodelle: Simulationsmodelle, die in frühen Entwicklungsphasen erstellt wurden, können auch in nachgelagerten Entwicklungs- phasen und -Umgebungen wiederverwenden werden. Diese Simulationsmodelle ergänzen (als virtuelle Bauteile) die Hardware-Entwicklungsumgebungen (d.h. Prüfstände) zu einer gemischt virtuell-realen Entwicklungsumgebung, mit der Wechselwirkungen auf Gesamtfahrzeugebene dargestellt werden können. · Durchgängige Vergleichbarkeit von virtuellen und realen Versuchen mittels konsistentem Datenmanagement und nahtloser Durchgängigkeit der Modelle und Methoden. Ergebnisse, die mittels Simulation generiert werden, müssen einerseits konsistent zu den entsprechenden realen Versuchen sein und andererseits im Zuge des Entwicklungsprozesses auch eine Weiterentwicklung der Simulati- onsmodelle auf Basis von Versuchsergebnissen erlauben. Die Möglichkeit dieses ständigen, konsistenten Abgleichs zwischen virtueller, realer und kombiniert virtuell-realer Welt ist die Voraussetzung für einen agilen, modernen Entwicklungspro- zess. • Durchgängige Parametrierung von Modellen und Versuchen: Vor allem bei der Steuergerät-Kalibrierung müssen eine Vielzahl von Eingangsparameter wie z.B. Umgebungsbedingungen, Fahrmanöver, Kalibrierdatensätze, etc. verwaltet werden. Um hier später die Ergebnisse zwischen virtuellem und realem Versuch ver- gleichen zu können, müssen auch die Eingangsdatensätze vergleichbar und konsistent im Prozess verfügbar sein.
• Durchgängige Einbettung in bestehende Prozessumgebungen: Natürlich ist es notwendig, laufend neue bzw. verbesserte Entwicklungswerkzeuge in bestehende Prozesse und Prozessumgebungen integrieren zu können. Deshalb muss eine solche Entwicklungsplattform offen sein im Sinne einerseits der Integration virtueller, realer und sowie kombiniert virtuell-realer Werkzeuge und anderseits des Datenmanagements. Bevorzugt wird ein„bottom up approach" angestrebt, der es erlaubt, auch bestehende Werkzeuge und Tools zu integrieren. Dadurch kann auf bestehendem Know-How und gut etablierten Werkzeugen aufgebaut werden.
Damit wird diese Entwicklungsplattform IODP zur Basis für einen durchgängigen, modelbasierten Entwicklungsprozess und erweitert herkömmliche Werkzeugketten zu einem integrierten und konsistenten Netzwerk:„Von einer sequentiellen Tool-Chain zum Tool- Network". In dieser Plattform können virtuelle und reale Komponenten des Antriebes zu jedem Zeitpunkt des Entwicklungsprozesses auf Gesamtfahrzeugebene integriert werden und jeweils passende Entwicklungsumgebungen konfiguriert werden. Dieses Toolnetzwerk stellt somit auch einen Werkzeug-Baukasten für einen möglichst agilen Entwicklungsprozess dar.
Konsequenterweise erfordert das Vernetzen der Entwicklungswerkzeuge auch eine vernetzte Bewertungsplattform, in der das Entwicklungsergebnis permanent nicht nur auf Komponenten- und Systemebene, sondern auch auf Gesamtfahrzeugebene bewertet werden kann.
Einen ersten Ansatz in Richtung einer übergreifenden Bewertungsplattform stellt schon seit Jahren die Fahrbarkeitsbewertung mit AVL-DRIVE dar. Die Struktur dieser Bewertungsplattform erlaubt es, eine durchgängige Fahrbarkeitsbewertung mit allen relevanten Werkzeugen - von der Office-Simulation bis hin zum Straßentest des realen Fahrzeugs - durchzuführen. AVL DRIVE-V 4.0 erweitert diese Bewertungsplattform in den nächsten Ausbaustufen um
Emissionsbewertung entsprechend den Vorgaben der RDE Gesetzgebung Effizienzbewertung mit On-Line Berechnung des idealen Sollwertes inkl. Posi tionierung im Benchmark-Umfeld
Bewertung des subjektiven Geräuschempfindens Damit ist eine durchgängige Bewertung der wesentlichsten Beurteilungsgrößen von der Simulation über Motor-, Antriebsstrang- und Rollenprüfstand bis hin zum Straßenversuch möglich.
5. Ausblick
Die konsequente Weiterführung dieser modelbasierten Entwicklungsmethoden mit Fahrelement basierter Bewertung erlaubt es zukünftig auch Advanced Driver Assistance Systeme (ADAS), automatisiertes Fahren sowie den „Connected Powertrain" im „Connected Vehicle"-Verbund bereits in einer virtuellen Umgebung gezielt zu entwickeln und damit einen umfassenden Frontloading-Ansatz effizient umzusetzen [2]. In Erweiterung zum Prüfstands- und Simulationsaufbau müssen hier zusätzlich Straße, Infrastruktur, Verkehrsobjekte und die entsprechenden Umgebungssensoren wie Radar, Lidar, Ultraschall, 2D- und 3D-Kamera auf dem Antriebstrangprüfstand als Restfahrzeug und Umgebung simuliert werden. Damit die kartenbasierten Funktionen wie zum Beispiel für das vorausschauende Energiemanagement auf Basis des Navigationssystems (z. B. e- Horizon) in der Prüfstandszelle funktioniert, können dazu die GPS Signale auf beliebigen Positionen der Erde emuliert und gesendet werden.
Mit dem dargestellten Aufbau lassen sich schließlich die funktionale Sicherheit, die kor- rekten Funktionen sowie die Performance im Hinblick auf Emissions-, Verbrauchs-, Fahr- leistungs-, Sicherheits- und Komfortverhalten in verschiedenen Fahrmanövern und Verkehrsszenarien im Gesamtverbund sowie auch das subjektive Fahrerempfinden reproduzierbar bewerten. Durch die steigende Komplexität der Entwicklungsaufgaben und die Notwendigkeit, in Zukunft umfassende Werkzeugnetzwerke anstelle von Werkzeug ketten handzuhaben, wird es für den Entwicklungsingenieur immer schwieriger, alle diese Werkzeuge optimal einzusetzen und die Rückmeldungen bzw. Ergebnisse von virtuellen und realen Tests richtig zu bewerten und in die weitere Entwicklung einfließen zu lassen. Es wird daher notwendig sein, auch die Werkzeuge selbst noch „intelligenter" zu „Smart Cyber- Physical-Systems" zu machen. Solche„intelligenten" Werkzeuge werden den Ingenieur noch besser bei seiner Arbeit unterstützen. Diese Tools werden die physikalischen Pro- zesse des Prüflings, sowie die Zusammenhänge der Entwicklungsaufgabe kennen und dadurch die Messdaten verstehen; von der automatischen Daten-Plausibilisierung bis hin zur effizienten Analyse und intelligenten Interpretation großer Datenmengen. Trotzdem erfordern diese zunehmend komplexen Aufgaben in übergreifenden Entwicklungsumgebungen auch eine generische Arbeitsweise des Entwicklers - den„vernetzten Entwick- lungsingenieur" - der sich unter anderem auch schnell zwischen verschiedenen Systemebenen bewegen kann.
Literatur:
[1] List, H. O.:„Künftige Antriebssysteme im rasch veränderlichen globalen Umfeld";
30. Internationales Wiener Motorensymposium, 7.-8. Mai 2009
[2] List, H.; Schoeggl, P.: "Objective Evaluation of Vehicle Driveability", SAE Technical Paper 980204, 1998, doi:10.4271/980204
[3] Fischer, R; Küpper, K.; Schöggl, P.:„Antriebsoptimierung durch Fahrzeug Vernetzung"; 35. Internationales Wiener Motorensymposium, 8.-9. Mai 2014
[4] Biermayer, W.; Thomann, S.; Brandl, F.: "A Software Tool for Noise Quality and Brand Sound Development", SAE 01 NVC-138, Traverse City, 30 April - 3 May 2001
[5] Schrauf, M.; Schöggl, P.:„Objektivierung der Driveability von Automatisiertem / Autonomem Fahren", AVL Motor und Umwelt Tagung 2013, 5.-6.9. 2013, Graz
[6] Hirose,T.; Sugiura,T.; Weck, T:; Pfister, F.: "How To Achieve Real-Life Test Cov- erage Of Advanced 4-Wheel-Drive Hybrid Applications", CTI Berlin, 2013 Bezugszeichenliste
Fahrzeug
Vorrichtung zur Brennstoffverarbeitung
Erster Sensor
Zweiter Sensor 4
Steuereinrichtung 5
Zuordnungseinrichtung 6
Auswerteeinrichtung 7
Nebenaggregat 8
Vorrichtung zur Abgasnachbehandlung 9
Elektromaschine 10
Ladungsspeicher 1 1
Abgasanalyseeinrichtung 12
Brennstoffreservoir 13
Getriebe 14
Räder 15
Differential 16
Generator 17
Abgasanlage 18
Elektronikeinheit 19

Claims

Ansprüche
System zur Beurteilung und/oder Optimierung des Betriebsverhaltens eines Fahrzeugs (1 ), welches wenigstens eine Vorrichtung zur Brennstoffverarbeitung (2), insbesondere eine Brennkraftmaschine und/oder eine Brennstoffzellensystem, aufweist, wobei das System aufweist:
eine Mehrzahl erster Sensoren (3a, 3b, 3c, 3d, 3e, 3f, 3g), eingerichtet zum Messen von Parametern, welche geeignet sind, einen Fahrzeugbetriebszustand des Fahrzeugs (1 ) zu charakterisieren;
wenigstens einen zweiten Sensor (4) eingerichtet zum Messen wenigstens eines Parameters, welcher geeignet ist, eine Emission der Vorrichtung zur Brennstoffverarbeitung (2) zu charakterisieren;
eine Steuereinrichtung (5), eingerichtet zum wiederholten Messen über eine vorgegebene Zeitdauer und zum Bestimmen eines Fahrzeugbetriebszustands auf der Grundlage eines ersten Datensatzes mit Messwerten der Mehrzahl erster Sensoren (3a, 3b, 3c, 3d, 3e, 3f, 3g) und von vordefinierten Parameterbereichen, welche wenigstens einen vordefinierten Fahrzeugbetriebszustand beschreiben; eine Zuordnungseinrichtung (6), eingerichtet zum Zuordnen eines zweiten Datensatzes mit Messwerten des wenigstens einen zweiten Sensors zu dem wenigstens einen vordefinierten Fahrzeugbetriebszustand; und
eine Auswerteeinrichtung (7), eingerichtet zum Ermitteln wenigstens eines Kennwerts zur Beurteilung und/oder Optimierung des Betriebsverhaltens des Fahrzeugs (1 ) auf der Grundlage des wenigstens einen Fahrzeugbetriebszustands und des zweiten Datensatzes, wobei der Kennwert geeignet ist, eine Energieeffizienz des Fahrzeugs (1 ) und/oder ein Emissionsverhalten der Vorrichtung zur Brennstoffverarbeitung (2) zu charakterisieren.
System gemäß Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Mehrzahl erster Sensoren (3a, 3b, 3c, 3d, 3e, 3f, 3g) eingerichtet ist, einen Parameter, welcher wenigstens einen Fahrzustand des Fahrzeugs (1 ) charakterisiert, und wenigstens einen weiteren Parameter, welcher wenigstens eine Eigenschaft, ausgewählt aus der folgenden Gruppe charakterisiert, zu messen: einen Betriebszustand wenigstens eines Nebenaggregats (8), insbesondere einer Klimaanlage oder eines Ventilators, einen Betriebszustand wenigstens einer Vorrichtung zur Abgasnachbehandlung (9), insbesondere eines Partikelfilters, eine Umgebungstemperatur, ein Fahrbahngefälle, eine Position des Fahrzeugs, und einen Betriebszustand der Vorrichtung zur Brennstoffverarbeitung (2).
System gemäß einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinrichtung (7) des Weiteren eingerichtet ist, die von dem Fahrzeug (1 ) verbrauchte Energie auf der Grundlage des zweiten Datensatzes zu ermitteln, die von der Vorrichtung zur Brennstoffverarbeitung (2) für den Betrieb, insbesondere Antrieb, des Fahrzeugs (1 ) bereitgestellten Energie, insbesondere Arbeit, auf der Grundlage des ersten Datensatzes, insbesondere eines Betriebszustands der Vorrichtung zur Brennstoffverarbeitung (2), zu ermitteln und ein Verhältnis von der bereitgestellten Energie zu der verbrauchten Energie zu berechnen.
System gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (5) eingerichtet ist, so viele Messungen vorzunehmen, dass der erste Datensatz mehrere verschiedene Fahrzeugbetriebszustände, insbesondere Fahrzustände, aufweist.
System gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Fahrzeug (2) wenigstens eine Elektromaschine (10) zum Erzeugen von Vortrieb des Fahrzeugs (1 ) und einen Ladungsspeicher 1 1 aufweist, dass die Mehrzahl erster Sensoren (3a, 3b, 3c, 3d, 3e, 3f, 3g) des Weiteren eingerichtet ist, wenigstens einen Parameter, weicher den Ladezustand des Ladungsspeichers (1 1 ) charakterisiert, und/oder wenigstens einen Parameter, welcher einen Betriebszustand der Elektromaschine (10) charakterisiert, zu messen und dass die Auswerteeinheit (7) des Weiteren eingerichtet ist, den wenigstens einen Kennwert zur Beurteilung und/oder Optimierung des Betriebsverhaltens des Fahrzeugs (1 ) des Weiteren auf der Grundlage dieser Messwerte zu ermitteln. System gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine zweite Sensor (4), welcher insbesondere Bestandteil einer Abgasanalyseeinrichtung (12) ist, in der Abgasanlage (18), insbesondere am Ende der Abgasanlage (18), angeordnet ist.
Fahrzeug (1 ) mit einem System gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6.
Verfahren (100) zur Beurteilung und/oder Optimierung des Betriebsverhaltens eines Fahrzeugs (1 ), welches wenigstens eine Vorrichtung zur Brennstoffverarbeitung (2), insbesondere eine Brennkraftmaschine und/oder eine Brennstoffzelle, aufweist, wobei das Verfahren (100) die folgenden Arbeitsschritte aufweist:
51 ) Erfassen (101 ) eines ersten Datensatzes mit Messwerten einer ersten Gruppe von Parametern, welche geeignet sind, wenigstens einen Fahr- zeugbetriebszustand des Fahrzeugs (1 ) zu charakterisieren;
52) Erfassen (102) eines zweiten Datensatzes mit Messwerten wenigstens eines Parameters einer zweiten Gruppe von Parametern, welche geeignet sind, die Emission der Vorrichtung zur Brennstoffverarbeitung (2) zu charakterisieren;
53) Wiederholen (103) der Arbeitsschritte S1 (101 ) und S2 (102) für eine vorgegebene Zeitdauer;
54) Vergleichen (104) der Messwerte des ersten Datensatzes mit vordefinierten Parameterbereichen, welche dem wenigstens einen Fahrzeugbetriebs- zustand entsprechen, für die erste Gruppe von Parametern;
55) Zuordnen (105) der Messwerte des zweiten Datensatzes zu dem wenigstens einen Fahrzeugbetriebszustand; und
56) Ermitteln (109) wenigstens eines Kennwerts zur Beurteilung und/oder Optimierung des Betriebsverhaltens des Fahrzeugs (1 ) auf der Grundlage des wenigstens einen Fahrzeugbetriebszustands und des zweiten Datensatzes, wobei der Kennwert geeignet ist, eine Energieeffizienz des Fahrzeugs (1 )und/oder ein Emissionsverhalten der Vorrichtung zur Brennstoffverarbeitung (2) zu charakterisieren. Verfahren (100) gemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass zum Ermitteln (109) eines Kennwerts wenigstens ein Sollwert für den wenigstens einen Parameter der zweiten Gruppe von Parametern auf der Grundlage eines Fahrzeugmodells, insbesondere eines Modells für die Vorrichtung zur Brennstoffverarbeitung (2), ermittelt wird, welcher einer Soll-Energieeffizienz und/oder einem Soll- Emissionsverhalten für den wenigstens einen Fahrzeugbetriebszustand entspricht, und mit dem ersten Datensatz verglichen wird.
Verfahren (100) gemäß Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass für das Ermitteln (106) des wenigstens eine Kennwerts mehrere der in den Arbeitsschritten S1 (101 ) und S2 (102) erfassten ersten und zweiten Datensätze berücksichtigt werden.
Verfahren (100) gemäß einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Gruppe von Parametern einen Parameter, welcher einen Fahrzustand des Fahrzeugs (1 ) charakterisiert, und wenigstens einen weiteren Parameter, welcher wenigstens eine Eigenschaft, ausgewählt aus der folgenden Gruppe charakterisiert, einschließt:
einen Bethebszustand wenigstens eines Nebenaggregats (8), insbesondere einer Klimaanlage oder eines Ventilators, einen Bethebszustand wenigstens einer Vorrichtung zur Abgasnachbehandlung (9), insbesondere eines Partikelfilters, eine Umgebungstemperatur, ein Fahrbahngefälle, eine Position des Fahrzeugs (1 ) und einen Bethebszustand der Vorrichtung zur Brennstoffverarbeitung (2). 12. Verfahren (100) gemäß einem der Ansprüche 8 bis 11 , dadurch gekennzeichnet, dass es des Weiteren folgende Arbeitsschritte aufweist:
Ermitteln (106) der von dem Fahrzeug (1 ) verbrauchten Energie auf der Grundlage des zweiten Datensatzes;
Ermitteln (107) der von der Vorrichtung zur Brennstoffverarbeitung (2) für den An- trieb des Fahrzeugs (1 ) bereitgestellten Energie, insbesondere Arbeit, auf der
Grundlage des ersten Datensatzes, insbesondere des Betriebszustands der Vorrichtung zur Brennstoffverarbeitung (2), wobei das Ermitteln (109) des Kennwerts zur Beurteilung und/oder Optimierung des Betriebsverhaltens des Fahrzeugs (1 ) wenigstens den Unterschritt der Berechnung eines Verhältnisses von der bereitgestellten Energie zu der verbrauchten Energie aufweist.
Verfahren (100) gemäß einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Arbeitsschritte S1 (101 ) und S2 (102) so oft wiederholt (103) werden, dass der erste Datensatz mehrere verschiedene Fahrzeugbetriebszustände, insbesondere Fahrzustände, aufweist und für die Ermittlung (109) des wenigstens einen Kennwerts die Abfolge der Fahrzeugbetriebszustände berücksichtigt wird.
Verfahren (100) gemäß einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Messwerte des zweiten Datensatzes über die Zeitdauer des jeweiligen Fahrzeugbetriebszustandes, insbesondere des Fahrzeugzustands, integriert werden.
Verfahren (100) gemäß einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Messwerte mehrerer zweiter Datensätze für eine gleiche Art von Fahrzustand zur Ermittlung des wenigstens einen Kennwerts zusammengefasst werden.
Verfahren (100) gemäß einem der Ansprüche 8 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass es des Weiteren folgenden Arbeitsschritt aufweist:
Korrigieren (108) einer Zuordnung der Messwerte des zweiten Datensatzes zu dem wenigstens einen vordefinierten Fahrzustand um eine Signallaufzeit, eine Abgasanalysezeit und/oder um eine Abgaslaufzeit.
17. Verfahren (100) gemäß einem der Ansprüche 8 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass das Fahrzeug (1 ) wenigstens eine Elektromaschine (10) für den Vortrieb des Fahrzeugs (1 ) und einen Ladungsspeicher (1 1 ) aufweist, wobei der erste Daten- satz des weiteren Messwerte wenigstens eines Parameters, welcher den Ladezustand des Ladungsspeichers (1 1 ) charakterisiert und/oder eines Parameters, wel- eher einen Betriebszustand der Elektromaschine (10) charakterisiert, aufweist und wobei der wenigstens eine Kennwert zur Beurteilung und/oder Optimierung des Betriebsverhaltens des Fahrzeugs (1 ) des Weiteren auf der Grundlage dieser Messwerte ermittelt (109) wird.
Verfahren (100) zur Beurteilung und/oder Optimierung des Betriebsverhaltens eines Fahrzeugs (1 ), welches wenigstens eine Vorrichtung zur Brennstoffverarbeitung (2), insbesondere eine Brennkraftmaschine und/oder eine Brennstoffzelle, aufweist, wobei das Verfahren (100) die folgenden Arbeitsschritte aufweist:
S1 ) Durchführen eines Simulation für eine ersten Gruppe von Parametern und/oder für wenigstens einen Parameter einer zweiten Gruppe von Parametern anhand eines Fahrzeugmodells;
51 ) Erfassen (101 ) eines ersten Datensatzes mit Werten der ersten Gruppe von Parametern, welche geeignet sind, wenigstens einen Fahrzeugbe- triebszustand des Fahrzeugs (1 ) zu charakterisieren;
52) Erfassen (102) eines zweiten Datensatzes mit Werten des wenigstens eines Parameters der zweiten Gruppe von Parametern, welche geeignet sind, die Emission der Vorrichtung zur Brennstoffverarbeitung (2) zu charakterisieren;
53) Wiederholen (103) der Arbeitsschritte S1 (101 ) und S2 (102) für eine vorgegebene Zeitdauer;
54) Vergleichen (104) der Werte des ersten Datensatzes mit vordefinierten Parameterbereichen, welche dem wenigstens einen Fahrzeugbetriebszustand entsprechen, für die erste Gruppe von Parametern;
55) Zuordnen (105) der Werte des zweiten Datensatzes zu dem wenigstens einen Fahrzeugbetriebszustand; und
56) Ermitteln (109) wenigstens eines Kennwerts zur Beurteilung und/oder Optimierung des Betriebsverhaltens des Fahrzeugs (1 ) auf der Grundlage des wenigstens einen Fahrzeugbetriebszustands und des zweiten Datensatzes, wobei der Kennwert geeignet ist, eine Energieeffizienz des Fahrzeugs (1 )und/oder ein Emissionsverhalten der Vorrichtung zur Brennstoffverarbeitung (2) zu charakterisieren. Computerprogramm, das Anweisungen umfasst, welche, wenn sie von einem Computer ausgeführt werden, diesen dazu veranlassen, die Schritte eines Verfahrens (100) gemäß einem der Ansprüche 8 bis 18 ausführen. 20. Computer-lesbares Medium, auf welchem ein Computerprogramm gemäß Anspruch 19 gespeichert ist.
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