WO2015166064A1 - System und verfahren zur analyse der energieeffizienz eines kraftfahrzeugs, insbesondere einer vorrichtung des kraftfahrzeugs - Google Patents

System und verfahren zur analyse der energieeffizienz eines kraftfahrzeugs, insbesondere einer vorrichtung des kraftfahrzeugs Download PDF

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WO2015166064A1
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driving
energy
energy efficiency
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Helmut List
Peter Schoeggl
Guenter Karl Fraidl
Thomas TREBITSCH
Erik Bogner
Mario OSWALD
Paul Kapus
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Avl List Gmbh
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Definitions

  • Motor vehicle in particular a device of the motor vehicle
  • the invention relates to a system and a method for assessing and / or optimizing energy efficiency of a motor vehicle.
  • the energy efficiency of motor vehicles is becoming increasingly important, both as a purchase argument for customers in the context of rising energy costs and for the legislator in the context of the compulsion to reduce the environmental impact of vehicles within the framework of climate protection goals.
  • the topic of the total cost of vehicle ownership is also gaining importance.
  • CO 2 legislation is certainly the most important technology driver.
  • the future CO 2 and / or consumption fleet limits converge on a constantly reducing level worldwide.
  • the reference value for CO 2 emissions at the time of registration is determined by the weight of a vehicle.
  • the new European driving cycle at the time of registration lasts 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 detected and interpolated accordingly.
  • the assessment of consumption and emissions based on the standardized driving cycle provides an average profile for comparing different vehicles.
  • the driving cycles are usually only partially in line with the individual user profiles of customers, especially when a lot of short-distance and city traffic occurs at a customer.
  • fuel consumption and emissions are not measured at speeds above 120 km / h and are not included in the average calculation.
  • the search for causes of increased emissions aims to optimize the overall cycle.
  • DE 10 2009 048 615 A1 relates to a method for the electronic configuration of vehicles, wherein
  • a track-dependent driving profile is determined for the vehicle to be configured
  • US 2008/039996 A1 relates to a system for detecting a failure of a steering angle sensor in an electronic power steering apparatus, the system comprising:
  • a steering angle sensor for generating and transmitting a steering angle of the signal by measuring a rotation angle of the steering wheel
  • a motor for generating an assist power for smoothly steering and transmitting a current and a voltage based on the rotation of the motor
  • an electronic control unit for receiving the current and the voltage from the motor, which detects the rotational direction of the motor, the steering angle signal from the
  • Steering angle sensor receives, detects a first rotational direction of the steering wheel and then, if the direction of rotation of the motor does not match the first rotational direction of the steering wheel, determines that the steering angle signal has a fault and starts the operation of a fail-safe logic.
  • US 2007/01 12475 A1 relates to a device for managing the power consumption of a vehicle, having power management logic suitable for providing power applied to the vehicle engine based on information about the surroundings of the vehicle, information about the operating state of the vehicle, calculate one or more control inputs and one or more operating parameters of the vehicle.
  • US 8 571 748 B2 relates to a method for estimating a propulsion related operating parameter of a vehicle for a link, the method comprising:
  • An object of the invention is to provide a system and a method which enable a generally valid analysis of the energy efficiency of a motor vehicle. In particular, the analysis should not or only to a small degree depend on the vehicle weight and the driving cycle. This object is achieved by a system for analyzing an energy efficiency of a motor vehicle according to claim 1 and by a corresponding method according to claim 6.
  • the invention is based in particular on the approach of segmenting complex driving profiles into individual driving elements or driving states or sequences of driving states and determining a characteristic value on the basis of this segmentation.
  • the segmentation makes it possible to determine the influence of the individual driving elements or driving states on the energy efficiency of the vehicle.
  • the characteristic value based on the segmentation is independent of driving cycles and can therefore be described as a generally valid parameter for energy efficiency. From the characteristic values of the energy efficiency for individual driving conditions, an arbitrary driving course can be reproduced and an energy efficiency for any, in particular a stochastic driving course, which corresponds to a real drive (real drive), be reconstructed.
  • the Applicant has found that with such a segmented analysis of the energy efficiency of the vehicle, large improvements in vehicle efficiency can be achieved if optimization is made on the basis of such a characteristic.
  • the invention is further based on the approach, individual devices A of a vehicle, which may be designed as modules, components or components, each attributed its own energy efficiency.
  • This categorization of the energy efficiency of the entire vehicle in the energy efficiency of individual vehicle elements can be used on the one hand to optimize the individual vehicle elements in their operating strategy as a function of the driving dynamics of the vehicle. On the other vehicle elements can be identified with poor energy efficiency and replaced if necessary.
  • the categorization allows the investigation of the influence of different vehicle elements, so different devices of the vehicle on the mutual energy efficiency. This is particularly important in those devices whose energy output E (out) is passed as incoming energy E (in) to another device.
  • Another advantage of the classification is that vehicles can be disassembled in terms of energy efficiency similar to the finite element method in vehicle elements, each of which can be described with a manageable number of parameters. This allows the vehicle in its entirety in relation to the Energy efficiency can be simulated particularly well. This enables a significant reduction in the time required for development, since changes in the design of devices of the vehicle can be examined with regard to the influence on the overall energy efficiency of the vehicle. Due to the possibility of energy efficiency analysis by vehicle simulation, a shift of validation tests from the test bench to fully simulated or partially simulated processes, a so-called front-loading of the development process, can be achieved.
  • the combination of the segmentation with the categorization enables the energy efficiency of a vehicle component to be released not only from the respective vehicle cycle, but also from the respective vehicle in which it is installed.
  • a drive device in the sense of the invention is set up to generate mechanical drive power by means of energy conversion.
  • the term "detecting" in the sense of the invention includes reading in data sets which are generated in particular by simulations, presetting one
  • An operating state of a device according to the invention is characterized by operating parameters. In an internal combustion engine these are typically torque and speed.
  • an operating state can only mean activation or deactivation of a device.
  • at least one operating state can determine the work or power provided by the device.
  • a driving state in the sense of the invention is defined by one or more values of one parameter or constellation or several constellations of values of several parameters, depending on whether the driving state is considered situationally (for example the presence of a cornering) or whether a driving state is first from the time course of parameters results (for example, the presence of a tip-ins).
  • a driving state in the sense of the invention reflects in particular the driving dynamics of the vehicle. Driving conditions are, in particular, gliding at constant speed, acceleration, cornering, parking, straight ahead, idle (roll), tip-in, let-off, cruise, shift, standstill, uphill, down, electric Braking by recuperation, mechanical braking or even a combination of at least two of these driving conditions.
  • the driving dynamics are also determined by the type of drive or by the operating state of vehicle components.
  • a tip-in which is driven by the internal combustion engine
  • a tip-in which is driven by the electric machine
  • a tip-in which is driven by the electric machine
  • a tip-in in which the electric machine as additional Electric boost is used.
  • Individual driving conditions can be refined up to the viewing of individual constellations, so that, for example, tip-ins can also be distinguished as different driving conditions at different speeds or from different output speeds.
  • Driving resistance in the sense of the invention denotes the sum of the resistances which a land vehicle has to overcome with the aid of a driving force in order to drive at a constant or accelerated speed on a horizontal or inclined plane.
  • the driving resistance is composed in particular of the components air resistance, rolling resistance, gradient resistance and / or acceleration resistance.
  • a topography in the sense of the invention is a terrain and indicates, in particular, the inclination of the road, the curve of a road and the altitude above sea level (for example the sea level).
  • a device A of a vehicle according to the invention is a component, in particular an accessory, a component, in particular a power electronics or a drive device, or a system, in particular a steering or a drive train.
  • a driving element according to the invention is preferably a driving condition. Further preferably, for the identification of a driving element, the development of further parameters can be taken into account, which characterize the criteria mentioned above. Here, e.g. It is conceivable that an increase of the first parameter, which characterizes the energy consumption of the vehicle, indicates a particularly relevant driving element for the energy consumption and thus for the energy efficiency.
  • Real-drive within the meaning of the invention means real driving, especially on the road or off-road.
  • RealDrive can also represent the mapping of such a real journey, for example by stochastic methods, on a test bench. Accordingly, real-drive emissions are generated during a (simulated) real journey, a real-drive efficiency is the energy efficiency of the vehicle during a (simulated) real driving operation.
  • the at least one first parameter further characterizes a power consumption of at least one further device B
  • the at least one second parameter further characterizes an operating state of the at least one further device B
  • the processing device is further configured to determine at least one second characteristic which at least characterizes the energy efficiency of the at least one further device B on the basis of the first data record and the second data set as a function of the at least one driving state
  • the processing device is further for combining the at least one first characteristic, which characterizes at least the energy efficiency of the at least one device A, with the at least one second characteristic, which characterizes at least the energy efficiency of the at least one further device B, for each same driving state to a total characteristic value, which is an energy efficiency of the system at least two devices A and B characterized, set up.
  • the overall characteristic value reflects the energy efficiency of, for example, a drive train, a steering or the entire vehicle.
  • individual assessments as shown in the following advantageous embodiment, can also be combined into an overall assessment.
  • the system according to the invention has a fourth device, in particular an interface, configured to detect a desired value for the at least one characteristic value, in particular based on a vehicle model or a reference vehicle, and further comprises a second comparison device, in particular part of a Data processing device configured to match the characteristic value with the desired value and an output device, in particular a display, configured to output a rating based on the calibration.
  • a fourth device in particular an interface
  • a second comparison device in particular part of a Data processing device configured to match the characteristic value with the desired value
  • an output device in particular a display, configured to output a rating based on the calibration.
  • the rating is preferably given in a type of energy efficiency class.
  • the latter furthermore has a memory device which is set up to store a sequence of the driving states and the processing device is furthermore set up to take into account the sequence of driving states when determining the characteristic value.
  • Setpoints or setpoint functions can be carried out according to the invention both by comparison with a reference vehicle and by comparison with a statistically selected result of several comparison vehicles.
  • a statistical evaluation can be carried out in particular on the basis of the regression analysis or else a simple average determination.
  • tolerance ranges can be specified for the setpoints or the setpoint function.
  • only a sequence of at least two singular driving conditions may also have a significant relevance to a criterion (e.g., a tip-in after a long coasting phase for the driveability criterion).
  • values can be determined on the basis of individual driving elements, in particular driving conditions, but also the influence of preceding and / or following driving conditions can be taken into consideration for existing driving conditions to be evaluated.
  • characteristic values can also be determined via acquisition periods which capture a plurality of driving states, wherein the respective parameters used for the analysis can be summed or integrated over these periods.
  • all data sets can be stored here, so that an analysis can be carried out not only in online mode, but also in off-line mode.
  • a sliding evaluation window can be defined with which individual driving elements or driving states can be broken down into smaller units.
  • An event relevant for energy efficiency is preferably determined by the frequency and magnitude of the deviation from the desired value.
  • the processing device is further configured to correct an assignment of the values of the first data set and the second data set to the at least one defined driving state, a signal propagation time and / or a runtime of at least one measuring medium for detecting the respective Record up to a sensor.
  • the inventive method further comprises the following steps: detecting a setpoint value for the at least one characteristic value, in particular based on a vehicle model or a reference vehicle, matching the characteristic value with the desired value and outputting an evaluation of the energy efficiency on the basis of the adjustment ,
  • the at least one first parameter furthermore characterizes a power consumption of at least one further device B
  • the at least one second parameter further characterizes an operating state of the at least one further device B
  • the method further comprises the working steps Determining at least one second characteristic value which at least the energy efficiency of the at least one further device B characterized on the basis of the first data set and the second data set as a function of the at least one driving state, summarizing the at least one first characteristic value, which characterizes at least the energy efficiency of the at least one device A, with the at least one second characteristic value characterized at least the energy efficiency of the at least one further device B, for each same driving state to a total characteristic, which characterizes an energy efficiency of the system of the at least two devices A and B.
  • the energy efficiency of assemblies of individual devices can be characterized by overall characteristics.
  • such an overall characteristic value can indicate the energy efficiency of a drive train, a steering or the entire vehicle.
  • the first data set furthermore characterizes a power consumption of at least one further device B and the second data record further characterizes an operating state of the at least one further device B, wherein the at least one device A provides energy to the at least one device B.
  • the method further comprises the step of cleaning the power consumption of the at least one device A and the power consumption of the at least one device B.
  • Modules and components of a vehicle usually exist as a combination of several devices, each of which has an energy consumption and thus a separate energy efficiency.
  • the respective energy consumption of the individual devices In order to determine individual energy efficiencies of the various devices installed in a module or component of the vehicle, the respective energy consumption of the individual devices must be identified. In devices that provide each other with energy, this can be done by determining the incoming energy E (in) into a powered device B happen, with their energy is subtracted from the power consumption of the providing device A.
  • the device A is the steering system or one of these components or components and an operating state of the steering system from at least the group of following operating states can be present: steering, deflection, constant steering angle, deactivating or activated state of a steering actuator, servo operation , manual operation or even a combination of at least two of the operating states.
  • the device A is the drive device or one of these components or components and there is an operating state of the drive device from at least the group of following operating conditions before: coasting, part load operation, full load operation, disabled, activated, starting operation, idle operation or a combination of at least two of these operating states.
  • the drive device it can be preferably derived from a combination of the driving state in connection with the operating state, which energy the drive device has to provide for reaching the driving state.
  • the at least one second parameter is furthermore suitable for characterizing a topography of the surroundings of the vehicle.
  • the at least one device A is an internal combustion engine or a fuel cell system and the first parameter is at least one emission of the internal combustion engine or of the fuel cell system.
  • the energy consumption of the internal combustion engine or of the fuel cell system, which has a reformer can be determined via an emission measurement, in particular via the CCVEmission.
  • the energy supply and energy outflows of an energy storage device are also taken into account.
  • the steps are carried out until the third record extends over several different driving conditions.
  • the method according to the invention furthermore has the following working step: determination of the sequence of driving states, the sequence of the driving states being taken into account when determining the characteristic value.
  • the values of the first data record and / or of the second data record are integrated over the time duration of the respective vehicle operating state, in particular of the driving state.
  • This complex integration and in particular summation of the values makes it possible to determine a characteristic value over the entire duration of a driving state.
  • the values of a plurality of data sets of driving status types are combined to determine the at least one password. This allows a statistical evaluation of identical driving conditions are made.
  • the method according to the invention furthermore has the following working step: assigning the values of the first data set and the second data record to the at least one predefined driving state, a signal propagation time and / or a runtime at least one measuring medium for detecting the respective data record up to a sensor.
  • the method according to the invention also has the following working step: determining an operating mode of the vehicle on which the evaluation additionally depends and which is selected, in particular, from the following group of operating modes: efficiency-oriented operating mode, driving-performance-oriented operating mode, comfort-oriented operating mode, consumption-oriented Operating mode, low-emission operating mode, drivability-oriented operating mode, NVH comfort-oriented operating mode.
  • emission, drivability and / or NVH comfort can be optimized in an optimization process not only to an absolute maximum of the energy efficiency of the device A, but it can also relative maxima for the energy efficiency are determined, which comply with the other boundary conditions.
  • target conflicts can be solved particularly advantageous in the optimization of a vehicle.
  • the parameters of the data records are recorded in a real drive mode of the vehicle, wherein the vehicle preferably covers a real driving route selected according to stochastic principles, preferably a real vehicle selects an at least partially simulated driving route selected according to stochastic principles even more preferably, an at least partially simulated vehicle travels and most preferably selects an at least partially simulated route selected according to stochastic principles a simulated vehicle travels selected simulated route according to stochastic principles.
  • a real-drive operation of a vehicle according to the invention is an operation of a vehicle according to the aspects of a real everyday journey of a user, for example, to work, for shopping or on vacation.
  • the method according to the invention makes it possible to uncouple the experimental operation of driving cycles, characteristic values being determined as a function of individual driving elements, in particular driving conditions. Based on this knowledge, an arbitrary driving cycle, which is a real-drive operation of a vehicle, can be composed.
  • the method according to the invention can be used both to evaluate a real vehicle and to evaluate a partially simulated or emulated or completely simulated or emulated vehicle.
  • a real vehicle this is subjected to a real operation and the parameters which form the data sets are determined by measurements with sensors.
  • a simulation model is created for the entire vehicle, by means of which parameter values for at least one parameter of a data set are calculated.
  • the tests are carried out in particular on test stands, wherein parameter values for those parameters or data records for which measurements are possible are preferably determined by a measurement.
  • the entire vehicle is simulated and the test operation takes place as a pure simulation without a test bench, wherein parameter values measured for individual components or systems of the vehicle can be included in the simulation.
  • the real vehicle can be operated both on the road or off-road or on a simulated road or simulated terrain on the chassis dynamometer.
  • FIG. 1 is a partial schematic representation of a vehicle with an embodiment of the system according to the invention for the evaluation and / or optimization of energy efficiency of a vehicle;
  • FIG. 2 shows a partially schematic block diagram of an embodiment of the method according to the invention for analyzing an energy efficiency of a vehicle;
  • Figure 3 is a partial schematic diagram of a categorization of the system integration of an entire vehicle according to an embodiment of the system according to the invention and of the method according to the invention for analyzing an energy efficiency of a vehicle;
  • Figure 4 is a partial schematic diagram of a segmentation of a driving profile of an embodiment of the system according to the invention and the invention
  • FIGS 5 to 16 relate to further aspects of the invention.
  • FIG. 1 shows purely by way of example an embodiment of the system according to the invention in a vehicle 2 with a drive device 3.
  • the drive device 3 is in this case in particular a component of the drive train which extends from the drive device 3 via a drive shaft to the transmission 19 and a differential 21 and then further extends over axles to wheels 18b, 18d, at a four-wheeled Wheel drive also to other wheels 18a, 18c.
  • the drive device 3 is preferably an internal combustion engine or an electric machine.
  • the drive device can preferably also have a fuel cell system, in particular with a reformer and a fuel cell, or a generator with which energy from a fuel, in particular diesel, can be converted into electrical energy.
  • the drive device 3 draws the energy from an energy storage device 15, which may be designed in particular as a fuel reservoir or as an electrical energy storage, but also as a compressed air reservoir.
  • an energy storage device 15 which may be designed in particular as a fuel reservoir or as an electrical energy storage, but also as a compressed air reservoir.
  • the stored energy in the energy storage 15 energy is converted by conversion of energy into mechanical driving force.
  • the mechanical work is transmitted via a gear 19 and a differential 21 via drive shafts and the axle to the drive wheels 18b, 18d of the vehicle 2.
  • a portion of the energy stored in the energy storage 15 is dissipated to ancillaries directly or by means of a conversion step by the drive device 3 as mechanical work.
  • Auxiliary units here are in particular an air conditioner, a fan, but also servomotors, for example for the windows or an electromechanical or electro-hydraulic steering actuator 16 or the brake booster, that is, any aggregates that consume energy, but not directly to the generation of the drive of the vehicle. 1 involved.
  • Exhaust gases or emissions which may be incurred during operation of the drive device 3, for example, by the fuel cell system or the internal combustion engine are discharged via a device for exhaust aftertreatment 22, such as a catalyst or a particulate filter, and through the exhaust system 23 into the environment.
  • the vehicle 2 may also have two drive devices 3, in particular an internal combustion engine and an electric machine, in which case two energy stores 15, in particular a fuel reservoir and an electrical energy store are provided.
  • the invention may be used to analyze any other type of multi-dimensional drive system vehicle.
  • the invention may be used in parallel hybrid, hybrid or hybrid hybrid vehicles.
  • the aim of the invention is to determine the total energy consumption of the vehicle, to determine the energy required for the propulsion and any additional functions, and to determine therefrom a generally valid energy efficiency of the vehicle.
  • the system 1 according to the invention intended for this purpose is explained below with reference to FIG. 1 in a real vehicle, wherein the data sets of the various parameters are preferably determined by measurements.
  • a multi-mass oscillator can be used whose parameters are adapted to a specific vehicle or a group of vehicles.
  • the system 1 can be arranged with all components in the vehicle. In experiments on a real vehicle 2 and in partially simulated experiments, the components of the system 1, which are not required for measurement on the vehicle or DUT on a test bench, can also be arranged at a different location, for example in a back-end or a central computer ,
  • the analysis of the energy efficiency of a vehicle 2 is shown in the embodiment shown in FIG. 1 by means of the systems steering and powertrain or by means of the components electromechanical or hydromechanical steering actuator 16 and steering control 17, or drive device 3, energy storage 15 and possibly transmission 19 ,
  • the drive device 3 is an internal combustion engine which has an exhaust aftertreatment 22 and an exhaust system 24.
  • An energy storage 15 is divided here into the electrical energy storage, ie the battery of the vehicle, and the fuel reservoir.
  • the energy which is taken from this energy store is preferably determined with at least one second device, in particular a sensor 4a. Further preferably, at least one emission can be determined with a sensor 4b at an exhaust gas analysis device 23. This is particularly advantageous for the energy consumed by the internal combustion engine 3 representative.
  • the exhaust gas analysis device 23 may be arranged before or after the exhaust aftertreatment.
  • the system 1 further preferably has a second device, which preferably comprises sensors 5a, 5b, 5c, 5d, which can detect an operating state of a device A.
  • a second device which preferably comprises sensors 5a, 5b, 5c, 5d, which can detect an operating state of a device A.
  • such operating conditions may include coasting, part-load operation, full-load operation, deactivation of the internal combustion engine, activation of the internal combustion engine, a starting operation, an idling operation or even a combination of at least two be such operating conditions.
  • the sensors 5a, 5b, 5c and 5d may, for example, the torque, the rotational speed, the throttle position, the accelerator pedal position, the intake manifold vacuum, the coolant temperature, the ignition timing, the injection amount, the ⁇ value, the exhaust gas recirculation rate and / or the exhaust gas temperature as a parameter for Characterization of the operating state.
  • the device A to be analyzed for example, the steering of the vehicle 2, as operating conditions, for example, a steering, a deflection, ie a change in the steering angle and / or the rate of change, a constant steering angle, a deactivation of an electromechanical or hydromechanical drive, a servo operation, be a manual operation or a combination of at least two of these operating states.
  • Second parameters which can be used to detect such an operating state are, in particular, the steering angle ⁇ , a force or a signal which is present between a steering control 17 and a steering actuator, detecting the operation of a steering wheel 20 and / or an energy consumption of the steering actuator 16.
  • this intended function is the generation of a mechanical work, with which a propulsion of the vehicle 2 can be achieved, i. with which the driving resistance and resistances in the drive train can be overcome.
  • such a designated function is to implement a driver's request with respect to the direction of travel of the vehicle 2.
  • a characteristic value can be determined which indicates the individual energy efficiency of the device A, in particular as a function of the respective driving state.
  • the system 1 furthermore has a third device or at least one sensor 6, which makes it possible to determine at least one parameter which is decisive for the driving state of the vehicle 2.
  • the parameter may be at least one of the following group of parameters: engine speed, throttle position or accelerator pedal position, vehicle speed, vehicle longitudinal acceleration,
  • an incremental encoder 6 determines the speed at the drive wheel 18d, which can be closed to the vehicle speed, with which, for example, the driving state sliding at a constant speed, and various acceleration states can be determined.
  • the system 1 further comprises an allocation device 8, which is in particular part of a data processing device, and which determines the determined energy consumption of the Vehicle and the driving resistance of the vehicle the respective driving condition, which was present at the time of measuring the respective parameter values, assign.
  • the driving resistance to be overcome by the vehicle 2 can preferably be deduced from the energy to be applied which the vehicle 2 has to provide in order to provide a specific driving performance predetermined by the driver.
  • a parameter for the energy efficiency of the vehicle This is preferably calculated by a processing device 9, which is also in particular part of a data processing device.
  • the system 1 according to the invention has a further fourth device 10, which can detect a desired value for the at least one characteristic value.
  • this fourth device 10 is an interface with which corresponding desired values can be read in, more preferably, this fourth device 10 is a simulation device for a vehicle model, which generates a desired value for the at least one characteristic value.
  • the system can preferably match the desired value with the characteristic value and then output it on a display 12.
  • a vehicle model in the sense of the invention is a mathematical model of a vehicle. This preferably includes both the hardware configuration and the corresponding operating strategies for the vehicle, as well as its systems and components.
  • the system 1 preferably also has a fifth device 14, which is set up to reproduce the current driving resistance of the vehicle 2.
  • a fifth device 14 is preferably suitable for determining all driving resistance components which act on the vehicle 2, ie the aerodynamic drag, the rolling resistance, the gradient resistance and / or the acceleration resistance.
  • vehicle data which are available, for example, from the manufacturer, such as the vehicle weight and the Cw value are preferably used.
  • Other parameters, which change with the temperature or the mobile state, can by Sensors are determined.
  • the drag coefficient, the end face of the vehicle and the speed are included in the air resistance, the elasticity of the wheel, the tire pressure and the wheel geometry, the road surface condition, which can be determined for example from a database, and the road condition.
  • the vehicle weight and the gradient are included in the gradient resistance, wherein the gradient can be determined for a traveled ⁇ travel distance via a barometric or GPS altimeter.
  • the acceleration resistance depends in particular on the mass and the acceleration of the vehicle 2.
  • All sensors 4a, 4b, 5a, 5b, 5c, 5d, 6 of the system 1 are preferably provided with a data processing device, which in particular a first comparison device 7, an allocation device 8, a processing device 9, a data interface 10, a second comparison device 1 1 and a Output device 12, by means of a data connection, in particular via the data interface 10, connected.
  • the data connections are shown schematically in Fig. 1 with dashed lines.
  • system 1 preferably has a data memory 25 in which a sequence of driving states and associated additional data can be stored.
  • the processing device 9 which in particular has a microprocessor with a main memory and in particular a computer, take into account the sequence of driving conditions when determining the characteristic value and the assignment by a signal transit time or by a transit time when assigning the respective data sets to the driving state of a medium to a sensor.
  • the method according to the invention serves to analyze the energy efficiency of a device A or of a vehicle 2, and in particular a characteristic value and a rating to determine which are universal and not based on a particular driving cycle.
  • the vehicle 2 can be broken down into individual vehicle elements according to a finite element method.
  • the modeling of the overall system vehicle 2 can be achieved with such a splitting of the vehicle 2 in vehicle elements a much more accurate result.
  • the approach on which the invention is based is, on the one hand, a segmentation of complex driving processes into assessable driving elements, which in particular correspond to driving conditions, and on the other hand a categorization of the system integration of the entire vehicle 2 into individual vehicle elements, e.g. Systems, components or components of the vehicle, such as the drive device or the steering system.
  • parameters 101 are recorded which indicate the energy consumed by a device A.
  • a steering system which consists in particular of the components Lenkungsaktuator 16, steering control 17 and steering wheel or steering wheel 20 and other mechanical components such as the steering linkage
  • such energy consumption is characterized in particular by providing that force, which for driving the wheels 18 c, the steer the vehicle 2 and is required to hold these wheels 18a, 18c in position. If the vehicle 2 has no driver assistance systems, this energy must be provided by the driver via the steering wheel 20.
  • vehicles 2 at the time of registration have at least one steering actuator 16, which steering instructions of a driver, which are given via the steering wheel 20, are converted into a change in the steering angle ⁇ .
  • the steering angle ⁇ is in particular the angle between the vehicle central axis and the rolling direction of a wheel 18a, 18c, as shown in Figure 1.
  • the steering actuator 16 is usually an electromechanical or hydromechanical device that converts electrical energy or hydraulic energy into mechanical energy for deflecting the wheels 18a, 18c. This energy is either provided directly by the drive device 3 by means of a hydraulic fluid or is provided by an electrical energy store 15 via an electric line. Further energy that consumes the steering system, for example, the electronics of a steering controller 17th or power electronics for controlling the steering actuator 16.
  • a first parameter that can be determined by a sensor 4a is the electrical energy provided to the steering system.
  • Another parameter which must be consulted in the case of a hydromechanical steering actuator 16 is the energy which the steering actuator 16 branches off from the hydromechanical supply, ie which energy is provided by the drive device 3 in this regard.
  • a drive device 3 in particular an internal combustion engine
  • the energy intake is defined on the one hand by the supplied fuel.
  • that energy is to be considered, which is optionally supplied to the internal combustion engine 3 via ancillaries, in particular electrical ancillaries, for example via an electrically operated compressor or even various pumps.
  • ancillaries in particular electrical ancillaries, for example via an electrically operated compressor or even various pumps.
  • these energy inputs of ancillary components must be taken into account in an energy balance for the internal combustion engine, as far as ancillaries are not operated directly from the internal combustion engine.
  • For a rough energy balance for the internal combustion engine 3 can also be provided to neglect the energy input of the ancillaries, since in the entire system vehicle 2, the energy for operating the ancillaries in a permanent operation is provided exclusively by the internal combustion engine 3.
  • the energy which is provided to the internal combustion engine chemically via the fuel can be determined by a sensor 4a, which records the consumption curve of the internal combustion engine 3.
  • a sensor 4a which records the consumption curve of the internal combustion engine 3.
  • Another possibility is to measure emissions with a gas sensor 4b an exhaust gas analysis device 23, which can also be deduced on the energy consumption of the internal combustion engine.
  • Any power flows of accessories may be approximated by the power consumption of the accessories or sensors determining the mechanical work that the accessories provide in the energy consumption of the internal combustion engine 3.
  • the method according to the invention further determines the operating state of the device A to be analyzed.
  • an operating state is For example, a steering, a deflection, a constant steering angle, a deactivation or activation of a steering actuator 16, a servo operation, a manual operation or even a combination of at least two of these operating states.
  • Two of the parameters by means of which these operating conditions can be detected are preferably the steering angle ⁇ and its change, an energy consumption of components of the steering system, for example the steering actuator 16, a rotation angle of the steering wheel 20 or its change.
  • the device A to be analyzed is an internal combustion engine 3
  • possible operating states are a coasting operation, a part-load operation, a full-load operation, a deactivation or an activation, a starting operation, an idling operation or even a combination of at least two of these operating conditions.
  • Two of the parameters that can be used to detect these operating conditions are engine speed, throttle position, vehicle speed, intake manifold vacuum, coolant temperature, ignition timing, injection quantity, ⁇ value, exhaust gas recirculation rate, and / or exhaust gas temperature ,
  • the driving state of the vehicle is determined based on parameter ranges predefined for one or more driving states 103, 104, 105, wherein a third parameter is detected which is suitable for characterizing a driving state 103 and this parameter with reference parameter ranges for vehicle states 104. From this, the respective measured parameter values can be assigned a driving state 105.
  • Possible driving states are, for example, gliding at constant speed, acceleration, cornering, parking travel, straight-ahead driving, idling (roll) driving, tip-in, let-off , Constantfahrt, switching, overrun, standstill, uphill, down or even a combination of at least two of these driving conditions.
  • the driving states can be detected via the third parameter, for example the speed, which can be determined via a sensor 6, in particular an incremental encoder.
  • Other third parameters are the state of the clutch (open, closed), detecting the engaged gear or a gear change, the position of the accelerator pedal, the topography of the environment, etc.
  • the respective state can be arbitrarily refined, so that parameters up to each individual constellation of parameter values of at least one second or at least one third parameter respectively an operating state or a driving state can be assigned.
  • the energy to be provided is that energy that overcomes the driving resistance and possibly other resistors in the drive train, such.
  • the driving resistance can be determined by various information about the environment and topography as well as measurements. Vehicle-internal resistances can be determined for example via the sensors 5a, 5c, 5d and 6 in the drive train, which are shown in FIG.
  • Another energy to be provided can be provided for charging the car battery or a larger electrical energy storage, such as the accumulators of a hybrid vehicle, depending on the respective operating strategy of the vehicle 2.
  • From the driving condition of the vehicle 2 and the operating state of the device A can in particular all driving resistance components which act on the vehicle 2, ie the air resistance, the rolling resistance, the pitch resistance and / or the acceleration resistance are determined.
  • vehicle data which are available, for example, from the manufacturer, such as the vehicle weight and the C w value are preferably used.
  • Other parameters that change with temperature or driving condition can be determined by sensors and are available as second or third parameters.
  • the drag coefficient, the end face of the vehicle and the speed are included in the air resistance, the elasticity of the wheel, the tire pressure and the wheel geometry, the road surface condition, which can be determined, for example, on a database, and the road condition.
  • the vehicle weight and the gradient are included in the gradient resistance, it being possible to determine the gradient for a traveled ⁇ travel path via a barometric or a GPS altimeter.
  • the acceleration resistance depends in particular on the mass and the acceleration of the vehicle.
  • a characteristic value can be determined 1 1 1 a, which characterizes the energy efficiency of the at least one device A. In the simplest case, this is the ratio of applied energy to energy provided.
  • further devices B can preferably also be analyzed, for which the method according to the invention preferably has a step of determining at least one second characteristic value 1 1 1 b, likewise based on first, second and third parameters, which characterizes at least one energy efficiency of a further device B.
  • the two characteristics of the energy efficiency of the device A and the Energy efficiency of the device B can be summarized further, preferably in a total value.
  • reference values or desired value functions can preferably be preset, with which the determined characteristic value can be adjusted in order to determine a rating of the vehicle, 1 15, from which a rating additionally depends.
  • Examples of operating modes here are an efficiency-oriented operating mode, a driving-performance-oriented operating mode, a comfort-oriented operating mode, a consumption-oriented operating mode, an emission-reduction-oriented operating mode, a drivability-oriented operating mode or an NVH comfort-oriented operating mode.
  • a characteristic value, a first characteristic value and a second characteristic value are determined for the energy efficiency of the respective device and preferably evaluated
  • the individual ratings later in an overall rating can be summarized for the system.
  • overall characteristics and / or overall ratings for systems of the vehicle 2 can be given, which consist of several components or components, such as the powertrain, the steering or even for the entire vehicle.
  • complex, random driving courses can be broken down into small evaluable and reproducible individual elements, both driving elements and vehicle elements, with it being possible to identify the individual elements which are most relevant to the overall result or overall characteristic value.
  • an optimization of all relevant criteria with regard to the individual element can be optimized taking into account relevant dependency relationships between the criteria.
  • the size of a driving element is preferably determined so that on the one hand a reliable reproducible evaluation can be performed, on the other hand given the characteristic of a finite element, so that any complex driving conditions in turn can be composed reproducibly from the individual driving elements.
  • An evaluation of the driving elements can be done in particular by clustering, that is, by classification in predefined driving condition categories as well as by determining the frequency of occurrence of the driving elements.
  • the method 100 may be used in on-line operation with immediate output of the characteristic. This is for example advantageous if the system 1 is completely installed in the vehicle 2 or a test driver wants to retrieve information about the energy efficiency or the vehicle operating behavior during a test drive. However, the method 100 can also be used in off-line operation, where values recorded during a test drive are analyzed. Furthermore, the method 100 can constantly run in the vehicles of vehicle owners and transmit periodically or in real time data for anonymous evaluation to a backend or a central computer. The relationship between a characteristic value and a setpoint value or a setpoint value function is preferably mapped in a mathematical function, so that, if the parameters are entered into the function, the evaluation of the energy efficiency is output as the result of a calculation.
  • a calculation of a rating can be done accordingly, in which case the factors c, further depend on a corresponding setpoint function, which serves as a rating reference.
  • the characteristic value or the evaluation can also be a topography of an environment of the vehicle 2. In this way, for example, be considered whether a vehicle 2 in its operating strategy, the terrain, z. As the lying in front of the vehicle road, taken into account in order to achieve the best possible energy efficiency.
  • a laser or lidar system can be used from the vehicle side, but the topography can also be determined by means of a GPS system and map material available to the vehicle driver or the vehicle 2.
  • FIG. 3 shows a partially schematic diagram of the result of a segmentation according to the invention of real-drive measurements, in which an analysis was carried out for the criterion of energy efficiency on the basis of driven driving elements, in particular driving states.
  • the third parameter for determining the vehicle state is shown in the upper part of the diagram and is the vehicle speed over time, which represents the driving profile of the vehicle 2.
  • identified driving elements are shown, which are applied individually with respect to the energy efficiency of the vehicle 2 with characteristics or for each of which an assessment is made individually.
  • the efficiency of the vehicle is not averaged over the entire driving course from the outset, as is customary in procedures from the prior art.
  • individual driving conditions are identified and these driving conditions of the respective driving resistance of the vehicle and the energy, which in this driving condition consumed is assigned. On the basis of this assignment, a characteristic value is calculated, which represents the energy efficiency of the vehicle in the examined driving condition.
  • a categorization according to the invention is shown by way of example in FIG.
  • the vehicle 2 can be subdivided into modules such as powertrain and body.
  • the individual modules can in turn be divided into components and components.
  • Components of the drive train here are as shown in particular an internal combustion engine (ICE), an electric machine, a transmission and their electrical controls.
  • ICE internal combustion engine
  • a device A can be formed by a module, a component or by a component.
  • the system 1 or a user determines which device A is to be analyzed when determining the at least one characteristic or the evaluation, its energy consumption can be determined.
  • a device A which partially consumes energy and partially dissipates the energy, such as an internal combustion engine or an electric machine or the transmission
  • an energy balance must be established.
  • a drive device 3 of the vehicle 2 such an inserted energy E (in) is defined via the amount of fuel supplied or also via the carbon emission of the internal combustion engine, in the case of an electric machine via the consumption of electrical energy.
  • additional energy supplied via additional electric motors, so-called auxiliary units is added in relation to the inserted energy E (in).
  • the energy E (out) provided by the drive device which is provided for the propulsion and for further ancillary units in the vehicle, can be tapped on the shaft via rotational speed and torque. If only the efficiency of the combustion process itself is to be determined, then it must also be taken into account that the energy which the Internal combustion engine is provided via electric motors via ancillaries, at the end optionally via the detour of the energy storage 15, is diverted again from the energy obtained by the combustion.
  • the actual optimization preferably takes place by transferring the results-relevant individual events into the respectively most suitable development environment.
  • the optimization often takes place directly in the vehicle in direct interaction with an automated on-line evaluation (for example, compensation for certain drivability errors).
  • an automated on-line evaluation for example, compensation for certain drivability errors.
  • the mapping of the relevant individual events into the XiL is preferable.
  • Engine and / or powertrain test bench makes sense.
  • the reproducible work according to the teaching of the invention allows an efficient development in the individual driving element, whereby not only an isolated optimization of a single size takes place, but the conflicting goals of the individual criteria can be optimized.
  • the effects on the overall system "vehicle” can be directly assessed by means of a simultaneously running complete vehicle model.
  • a comparison with a real drive vehicle library preferably allows a detailed classification in the competitive environment. This preferably immediate assessability allows a rapid and accurate response and thus a higher agility in the process.
  • the driving element analysis on the basis of the events allows both an efficient calibration capability and an accurate, virtual identification of optimally adapted drive architectures. This also allows the creation of a refined development map, in which the relevant development tasks (both technical and subjective sizes) are marked.
  • a comprehensive real-drive vehicle database is provided with a corresponding statistics on results relevant individual events, as well as a segmented consideration of relevant driving courses, which can address important results relevant tasks accurately not only in the calibration process, but also in the early concept phase of a powertrain or vehicle development ,
  • Driving conditions which are critical for energy efficiency or for further criteria are preferably mapped on the basis of the physical parameters for this driving state.
  • driving conditions which were determined, for example, in real driving in a real vehicle can be reconstructed on the vehicle roller test bench, on the drive train residue, on the dynamic backlog or in a XiL simulation environment. This makes it possible to examine critical driving conditions in detail at the test stand, for example for the purpose of solving target conflicts between different criteria.
  • the focus extends from the presentation of purely technical targets 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 as a vehicle behavior true.
  • 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 the most diverse boundary conditions and results in a multidimensional diversification of the drive systems (different energy sources, different degree of electrification, variant variety, etc.).
  • this method of using categorizable driving segments can be applied not only to assess drivability and noise comfort under real conditions, but also emissions, efficiency, and also for lateral dynamics, to the evaluation of driver assistance systems [3].
  • NVH Similar to the driveability, the setpoint specification is performed based on the objective subjective sound sensation and specification of the desired sound characteristic (e.g., AVL-VO ICE [4]).
  • 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 that highlights the relevant development tasks (both technical and subjective).
  • the segmentation of driving histories originally started at the vehicle module level with the optimization of the longitudinal dynamics behavior of the powertrain (drivability optimization) and was broken down to the level of the individual powertrain modules (eg 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 essential subsystems eg powertrain, body & chassis, electrics & electronics
  • the total vehicle development thus synchronizes all individual development tasks and also controls the development of software and hardware integration levels (concept and prototype vehicles) with predefined functions.
  • software and hardware integration levels cept and prototype vehicles
  • the common synchronization points in the overall vehicle development process not only require work on a purely virtual or purely real basis, but increasingly also in mixed virtual-real development environments.
  • 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.
  • Consistent processes and methods allow a "front loading" of development tasks that were previously carried out, for example, largely on the road, in earlier development phases on the engine or powertrain test stand - in extreme cases also in a purely virtual simulation environment (Office Simulation).
  • Office Simulation a purely virtual simulation environment
  • the pre-calibration of an engine in a combined real-virtual development environment with a comparable result quality can be carried out much more quickly than in a purely road test.
  • Consistency of the simulation models Situational models created in early development stages can also be reused in downstream development phases and environments. These simulation models complement (as virtual components) the hardware development environments (i.e., test benches) to a mixed virtual-real development environment that can be used to represent interactions at the overall vehicle level.
  • this development platform IODP becomes the basis for a continuous, 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 years.
  • the structure of this Assessment platform makes it possible to carry out an end-to-end driveability evaluation with all relevant tools - from office simulation to the road test of the real vehicle.
  • AVL DRIVE-V 4.0 extends this evaluation platform in the next expansion stages o Emission evaluation in accordance with the requirements of RDE legislation o Efficiency evaluation with on-line calculation of the ideal target value incl.

Abstract

System (1) zur Analyse einer Energieeffizienz eines Kraftfahrzeugs (2), aufweisend: eine erste Einrichtung (4a, 4b), insbesondere ein Sensor, eingerichtet zum Erfassen eines ersten Datensatzes wenigstens eines ersten Parameters, welcher geeignet ist, eine Energie, welche wenigstens eine Vorrichtung A, insbesondere eine Lenkung oder eine Antriebseinrichtung (3), verbraucht, zu charakterisieren; eine zweite Einrichtung (5a, 5b, 5c, 5d), insbesondere ein Sensor, eingerichtet zum Erfassen eines zweiten Datensatzes wenigstens eines zweiten Parameters, welcher geeignet ist, wenigstens einen Betriebszustand der wenigstens einen Vorrichtung A zu charakterisieren; eine dritte Einrichtung (6), eingerichtet zum Erfassen eines dritten Datensatzes wenigstens eines dritten Parameters, welcher geeignet ist, wenigstens einen Fahrzustand des Fahrzeugs (2) zu charakterisieren; eine erste Vergleichseinrichtung (7), insbesondere Teil einer Datenverarbeitungseinrichtung, eingerichtet zum Vergleichen der Werte des zweiten Datensatzes mit vordefinierten Parameterbereichen, welche wenigstens einem Betriebszustand entsprechen, und zum Vergleichen der Werte des dritten Datensatzes mit vordefinierten Parameterbereichen, welche wenigstens einem Fahrzustand entsprechen; eine Zuordnungseinrichtung (8), insbesondere Teil der Datenverarbeitungseinrichtung, eingerichtet zum Zuordnen der Werte des ersten Datensatzes und der Werte des zweiten Datensatzes zu dem jeweils vorliegenden wenigstens einen Fahrzustand; und eine Verarbeitungseinrichtung (9), insbesondere Teil der Datenverarbeitungseinrichtung, eingerichtet zum Ermitteln wenigstens eines ersten Kennwerts, welcher wenigstens die Energieeffizienz der wenigstens einen Vorrichtung A charakterisiert, auf der Grundlage des ersten Datensatzes und des zweiten Datensatzes in Abhängigkeit des wenigstens einen Fahrzustands.

Description

System und Verfahren zur Analyse der Energieeffizienz eines
Kraftfahrzeugs, insbesondere einer Vorrichtung des Kraftfahrzeugs
Beschreibung
Die Erfindung betrifft ein System und ein Verfahren zur Beurteilung und/oder Optimierung einer Energieeffizienz eines Kraftfahrzeugs. Die Energieeffizienz von Kraftfahrzeugen gewinnt immer mehr an Bedeutung, sowohl als Kaufargument für Kunden vor dem Hintergrund steigender Energiekosten als auch für den Gesetzgeber vor dem Hintergrund des Zwangs der Reduzierung der Umweltbelastung durch Fahrzeuge im Rahmen von Klimaschutzzielen. Auf der Kundenseite gewinnt auch das Thema der Gesamtkosten des Fahrzeugeigentums an Bedeutung. Hinsichtlich der rein technischen Aspekte stellt sicherlich die C02- Gesetzgebung den wesentlichsten Technologietreiber dar. Die zukünftigen C02- bzw. Verbrauchsflottengrenzwerte konvergieren weltweit auf einem sich ständig reduzierenden 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 Elektrifizierungsgrad, Variantenvielfalt, etc.). Zukünftig erlaubt zudem die Vernetzung des Antriebsstranges des Fahrzeugs mit der gesamten Fahrzeugumgebung (Engl.: Connected Powertrain) eine optimale Anpassung der Betriebsstrategien an die reale Verkehrssituation und Umweltbedingungen, insbesondere die Topographie. Die Fülle der Informationen von Fahrzeug-Infotainment, Fahrerassistenzsystemen bis zu Fahrzeug-zu-Fahrzeug-Kommunikation (Car2Car) oder Fahrzeug-zu-X-Kommunikation (Car2X) ermöglicht es, viele Szenarien schon vorab zu berechnen und so den Optimierungshorizont massiv zu erweitern. Damit ergibt sich die Möglichkeit, die vielfältigen Freiheitsgrade zukünftiger Antriebssysteme in wesentlich höherem Ausmaß zur Reduzierung des Energieverbrauchs zu nutzen. Dies bedingt jedoch hochkomplexe Betriebsstrategien mit extrem gesteigertem Entwicklungs-, Kalibrier- und vor allem Validierungsaufwand.
Um dem Verbraucher eine Orientierung in Bezug auf die Energieeffizienz zu geben, ist seit 1 . Dezember 201 1 die Verordnung zur C02-Kennzeichnung für Personenkraftfahrzeuge in der Bundesrepublik Deutschland in Kraft. Seitdem ist ein ausgestelltes oder zum Kauf oder zum Leasing 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.
Um Fahrzeuge in Energieeffizienzklassen einzuordnen, wird der Referenzwert für den C02- Ausstoß zum Anmeldezeitpunt über das Gewicht eines Fahrzeuges bestimmt. Eine Aussage darüber, inwieweit die in ein Fahrzeug zur Fortbewegung gesteckte Energie effizient ausgenutzt wird, und welchen Beitrag einzelne Vorrichtungen A des Fahrzeugs wie der Antriebsstrang, die Lenkung, die Antriebseinrichtung oder auch die Nebenaggregate oder andere Einflussfaktoren auf die Energieeffizienz leisten, kann aus der Einteilung in eine Energieeffizienzklasse dagegen nicht gewonnen werden.
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 Kohlenmonoxid und Kohlenwasserstoffen. 1977 wurden die Stickstoffoxide als zusätzlich begrenzende Abgasinhaltsstoffe eingeführt. Grenzwerte für Partikel (Ruß) aus Dieselmotoren wurden 1988 eingeführt. Für Lastkraftwagen und Busse wurden 1988 Grenzwerte für Abgasinhaltsstoffe erstmals europaweit festgelegt. Für Motorräder und Mopeds gibt es seit 1997 europaweit festgelegte Abgasgrenzwerte. Die Abgasvorschriften wurden seit dem stufenweise verschärft. Diese Verschärfung betrifft die Art und Höhe der Emissionswerte und deren dauerhafte Einhaltung. Die Werte für Verbrauch und Emissionen werden für das Überprüfen auf die gesetzlichen Normen in einem ebenfalls genormten Fahrzyklus getestet. Dieser ist seit Jahrzehnten für die Emissionsbestimmung bei der Zulassungsprüfung von Fahrzeugen auf dem Prüfstand die gängige Methode. In einer Laborumgebung werden mit klaren Rahmenbedingungen für Temperatur, Kraftstoff, Testzyklus bzw. Streckenprofil die Motoren und Fahrzeuge hinsichtlich minimaler Abgasemissionen und Kraftstoffverbräuche optimiert. Mit verbesserten Brennverfahren und dem Einsatz geeigneter Abgasnachbehandlung werden alle gesetzlichen Emissionslimits zum Anmeldezeitpunkt unterschritten. Der zum Anmeldezeitpunkt aktuelle neue europäische Fahrzyklus 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 entsprechend interpoliert. Die Bewertung des Verbrauchs und der Emission anhand des genormten Fahrzyklus stellt ein Durchschnittsprofil dar, um verschiedene Fahrzeuge untereinander vergleichen zu können. Die Fahrzyklen stimmen meist nur teilweise mit den individuellen Nutzungsprofilen von Kunden überein, insbesondere dann, wenn viel Kurzstrecken- und Stadtverkehr bei einem Kunden auftritt. Auch werden der Verbrauch und die Emission bei Geschwindigkeiten von über 120 km/h dabei nicht gemessen und fließen nicht in die Durchschnittsberechnung ein. Während eines Fahrzyklus zielt die Suche nach Ursachen für erhöhte Emissionen auf eine Optimierung des Gesamtzyklus.
Die DE 10 2009 048 615 A1 betrifft ein Verfahren zum elektronischen Konfigurieren von Fahrzeugen, wobei
- ein streckenabhängiges Fahrprofil für das zu konfigurierende Fahrzeug bestimmt wird,
- die aufgrund dieses Fahrprofils zu erwartenden Energieflüsse am Fahrzeug simuliert und quantifiziert werden, - einzelne, miteinander kompatibel Funktionsblöcke des Fahrzeugs in Abhängigkeit der im Fahrzeug zu erwartenden Energieflüsse bestimmt werden, wobei die Funktionsblöcke insbesondere energetische Eigenschaften eines im jeweiligen Funktionsblock enthaltenen Bauteils beschreiben,
- die einzelnen Funktionsblöcke zusammengesetzt und eine fahrprofilabhängige Teil- oder Gesamtenergiebilanz erstellt wird,
- einzelne Funktionsblöcke zur Optimierung der fahrprofilabhängigen Teil- oder der Gesamtenergiebilanz und/oder zur Variantenbildung solange ausgetauscht oder ersetzt werden, bis ein für das gewünschte Fahrprofil energieeffizientes Fahrzeug zusammengestellt ist.
Die US 2008/039996 A1 betrifft ein System zum Detektieren eines Ausfalls eines Lenkwinkelsensors in einer elektronischen Leistungslenkvorrichtung, wobei das System aufweist:
- einen Lenkwinkelsensor zum Erzeugen und Übertragen eines Lenkwinkels des Signals, indem ein Drehwinkel des Lenkrads gemessen wird;
- einen Motor zum Erzeugen einer Hilfsleistung für sanftes Lenken und Übertragen eines Stroms und einer Spannung auf der Grundlage der Drehung des Motors; und
- eine elektronische Steuereinheit zum Empfang des Stroms und der Spannung von dem Motor, welche die Rotationsrichtung des Motors erfasst, das Lenkwinkelsignal von dem
Lenkwinkelsensor empfängt, eine erste Drehrichtung des Lenkrads erfasst und dann, wenn die Drehrichtung des Motors nicht mit der ersten Drehrichtung des Lenkrads übereinstimmt, bestimmt, dass das Lenkwinkelsignal einen Fehler aufweist und den Betrieb einer ausfallsicheren Logik startet.
Die US 2007/01 12475 A1 betrifft eine Vorrichtung zum Verwalten des Leistungsverbrauchs eines Fahrzeugs, eine Energieverwaltungslogik aufweisend, welche geeignet ist, um eine für den Fahrzeugmotor aufgebrachte Leistung auf der Grundlage von Informationen über die Umgebung des Fahrzeugs, Informationen über den Betriebszustand des Fahrzeugs, ein oder mehrere Steuereingaben und ein oder mehrere Betriebsparameter des Fahrzeugs zu berechnen. Die US 8 571 748 B2 betrifft ein Verfahren zum Abschätzen eines vortriebsbezogenen Betriebsparameters eines Fahrzeugs für einen Streckenabschnitt, wobei das Verfahren aufweist:
- Abschätzen zumindest eines Betriebsparameters des Fahrzeugs für den Streckenabschnitt auf der Grundlage von Informationen über den Streckenabschnitt;
- Abschätzen der Vortriebs-bezogenen Betriebsparameter für den Streckenabschnitt unter Benutzung des zumindest einen geschätzten Betriebsparameters und zumindest einen fahrzeugspezifischen Parameters, wobei der zumindest eine fahrzeugspezifische Parameter bestimmt wird durch:
- Erfassen von Fahrdaten, um eine Vielzahl von Fahrzeugbetriebsparametern zu bestimmen, während das Fahrzeug in Betrieb ist;
- Benutzen von zumindest zwei der bestimmten Fahrzeugbetriebsparameter in einer vorbestimmten Beziehung, welche den zumindest einen fahrzeugspezifischen Parameter einschließt; und
- Bestimmen des zumindest einen fahrzeugspezifischen Parameters aus den Fahrdaten für die zumindest zwei Fahrzeugbetriebsparameter und der Beziehung,
- Identifizierung von verschiedenen Fahrphasen in den Fahrdaten, welche für die Vielzahl von Fahrzeugbetriebsparametern erfasst wurden, wobei zumindest ein fahrzeugspezifischer Parameter für Fahrzeugphasen bestimmt wird, wobei jeder identifizierte Fahrphase einem Satz von fahrzeugspezifischen Parametern zugeordnet wird, welche aus den jeweiligen Fahrdaten bestimmt werden, wobei die fahrzeugspezifischen Parameter, welche für alle identifizierten Fahrphasen bestimmt wurden, benutzt werden, um den votriebsbezogenen Betriebsparameter zu schätzen. Eine Aufgabe der Erfindung ist es, ein System und ein Verfahren bereit zu stellen, welche eine allgemein gültige Analyse der Energieeffizienz eines Kraftfahrzeugs ermöglichen. Insbesondere soll die Analyse nicht oder nur in geringem Maße von dem Fahrzeuggewicht und dem gefahrenen Fahrzyklus abhängen. Diese Aufgabe wird durch ein System zur Analyse einer Energieeffizienz eines Kraftfahrzeugs nach Anspruch 1 und durch ein entsprechendes Verfahren nach Anspruch 6 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Lehre werden in den Unteransprüchen beansprucht. Die Erfindung beruht insbesondere auf dem Ansatz, eine Segmentierung komplexer Fahrverläufe in einzelne Fahrelemente bzw. Fahrzustände oder Abfolgen von Fahrzuständen vorzunehmen und anhand dieser Segmentierung einen Kennwert zu bestimmen. Durch die Segmentierung ist es möglich, den Einfluss der einzelnen Fahrelemente bzw. Fahrzustände auf die Energieeffizienz des Fahrzeugs zu bestimmen. Der auf der Segmentierung beruhende Kennwert ist unabhängig von Fahrzyklen und kann daher als ein allgemein gültiger Kennwert für die Energieeffizienz bezeichnet werden. Aus den Kennwerten der Energieeffizienz für einzelne Fahrzustände kann ein beliebiger Fahrverlauf reproduziert werden und eine Energieeffizienz für einen beliebigen, insbesondere einen stochastischen Fahrverlauf, welcher einer realen Fahrt (Real-Drive) entspricht, rekonstruiert werden. Die Anmelderin hat festgestellt, dass mit einer solchen segmentierten Analyse der Energieeffizienz des Fahrzeugs große Effizienzverbesserungen bei Fahrzeugen erreicht werden können, wenn eine Optimierung auf der Grundlage eines solchen Kennwertes bzw. solcher Kennwerte vorgenommen wird.
Die Erfindung basiert des Weiteren auf dem Ansatz, einzelnen Vorrichtungen A eines Fahrzeugs, welche als Module, Komponenten oder auch Bauteile ausgebildet sein können, jeweils eine eigene Energieeffizienz zuzuschreiben. Diese Kategorisierung der Energieeffizienz des Gesamtfahrzeugs in die Energieeffizienz einzelner Fahrzeugelement kann zum einen dazu verwendet werden, die einzelnen Fahrzeugelemente in ihrer Betriebsstrategie in Abhängigkeit von der Fahrdynamik des Fahrzeugs zu optimieren. Zum anderen können Fahrzeugelemente mit schlechter Energieeffizienz identifiziert und gegebenenfalls ersetzt werden. Weiterhin ermöglicht die Kategorisierung die Untersuchung des Einflusses verschiedener Fahrzeugelemente, also verschiedener Vorrichtungen des Fahrzeugs auf die gegenseitige Energieeffizienz. Dies ist insbesondere bei solchen Vorrichtungen wichtig, deren Energieausgabe E(out) als eingehende Energie E(in) in eine andere Vorrichtung weitergegeben wird. Ein weiterer Vorteil der Klassifizierung besteht darin, das Fahrzeuge in Bezug auf die Energieeffizienz ähnlich zur Finite-Elemente-Methode in Fahrzeugelemente, die sich jeweils mit einer überschaubaren Anzahl von Parametern beschreiben lassen, zerlegt werden können. Hierdurch kann das Fahrzeug in seiner Gesamtheit in Bezug auf die Energieeffizienz besonders gut simuliert werden. Dies ermöglicht eine erhebliche Reduzierung des zeitlichen Entwicklungsaufwands, da Veränderungen des Designs von Vorrichtungen des Fahrzeugs im Hinblick auf den Einfluss auf die Gesamtenergieeffizienz des Fahrzeuges untersucht werden können. Durch die Möglichkeit der Energieeffizienzanalyse durch Fahrzeugsimulation kann eine Verschiebung von Validierungsversuchen vom Prüfstand zu vollsimulierten oder teilsimulierten Prozessen, ein sogenanntes Front-Loading, des Entwicklungsprozesses, erreicht werden.
Werden genügend Parameter entsprechend berücksichtigt, kann durch die Kombination der Segmentierung mit der Kategorisierung ein Loslösen der Energieeffizienz einer Fahrzeugkomponente nicht nur vom jeweils gefahrenen Fahrzeugzyklus, sondern auch vom jeweiligen Fahrzeug, in welchem diese verbaut ist, erreicht werden.
Durch eine Bestimmung solcher allgemeingültiger Kennwerte können einzelne Fahrzeugkomponenten bzw. Vorrichtungen fahrzeugübergreifend und fahrzyklusübergreifend miteinander verglichen werden. Die Bestimmung des allgemeingültigen Kennwerts kann dabei, zum Beispiel für eine Fahrzeugzulassung, im realen Fahrbetrieb unabhängig von einem bestimmten Fahrzyklus erfolgen. Dies führt zu einer wesentlich besseren Vergleichbarkeit von Fahrzeugen verschiedener Fahrzeugklassen und zu Ergebnissen, die den Verbrauch im realen Straßenverkehr besser abbilden. Des Weiteren wird der beherrschbare Testbereich Prüfstand mit der teilweise stochastischen Komponente Straßenfahrt so erweitert, dass der synthetische Testzyklus um den zufälligen Realbetrieb mit einer unüberschaubaren Vielzahl unterschiedlicher Fahrelemente bzw. Fahrzustände und Randbedingungen ergänzt werden kann.
Verbrauch, Emission und somit die Effizienz können erfindungsgemäß in Bezug auf einzelne Fahrzustände, eine Mehrzahl gleichartiger Fahrzustände und/oder Abfolgen von verschiedenen Fahrzuständen des Fahrzeugs analysiert werden, so dass Einflüsse von Fahrzuständen auf die Energieeffizienz und das Fahrzeugbetriebsverhalten offengelegt werden können.
Eine Antriebseinrichtung im Sinne der Erfindung ist eingerichtet, durch Energieumwandlung mechanische Antriebskraft zu erzeugen. Der Begriff „Erfassen" im Sinne der Erfindung schließt ein Einlesen von Datensätzen, welche insbesondere durch Simulationen erzeugt sind, ein Vorgeben eines
Betriebszustands eines Aggregats des Fahrzeugs und/oder ein Durchführen von Messungen an einem Fahrzeug oder auf einem Prüfstand ein.
Ein Betriebszustand einer Vorrichtung im Sinne der Erfindung wird durch Betriebsparameter charakterisiert. Bei einer Brennkraftmaschine sind dies typischerweise Drehmoment und Drehzahl. Ein Betriebszustand kann aber insbesondere auch nur eine Aktivierung oder eine Deaktivierung einer Vorrichtung bedeuten. Vorzugsweise lässt sich wenigstens aus einem Betriebszustand die durch die Vorrichtung bereitgestellte Arbeit bzw. Leistung oder Energie bestimmen.
Ein Fahrzustand im Sinne der Erfindung ist durch einen Wert oder mehrere Werte eines Parameters oder einer Konstellation oder mehrere Konstellationen von Werten mehrerer Parameter festgelegt, je nachdem, ob der Fahrzustand situativ betrachtet wird (zum Beispiel das Vorliegen einer Kurvenfahrt) oder ob ein Fahrzustand sich erst aus dem zeitlichen Verlauf von Parametern ergibt (zum Beispiel das Vorliegen eines Tip-Ins). Ein Fahrzustand im Sinne der Erfindung gibt insbesondere die Fahrdynamik des Fahrzeugs wider. Fahrzustände sind insbesondere Gleiten bei konstanter Geschwindigkeit, Beschleunigung, Kurvenfahrt, Parkfahrt, Geradeausfahrt, Leerlauf (Roll-Fahrt), Tip-In (plötzliches Gasgeben), Let-Off (plötzliche Gaswegnahme), Konstantfahrt, Schalten, Stillstand, Bergfahrt, Talfahrt, Elektrofahrt, Bremsen durch Rekuperation, mechanisches Bremsen oder auch eine Kombination wenigstens zweier dieser Fahrzustände. Die Fahrdynamik wird bei manchen der Fahrzustände auch durch die Antriebsart oder durch den Betriebszustand von Fahrzeugkomponenten bestimmt. So sind bei einem Vollhybridfahrzeug prinzipiell drei verschiedene Tip-In-Fahrzustände möglich, ein Tip-In, welcher mit der Verbrennungskraftmaschine gefahren wird, ein Tip-In, welcher mit der Elektromaschine gefahren wird und ein Tip-In, bei welchem die Elektromaschine als zusätzlicher Elektro-Boost eingesetzt wird. Einzelne Fahrzustände sind bis hin zum Betrachten einzelner Konstellationen verfeinerbar, so dass zum Beispiel auch Tip-Ins bei verschiedenen Gängen oder von verschiedenen Ausgangsdrehzahlen als unterschiedliche Fahrzustände unterschieden werden können. Ein Fahrwiderstand im Sinne der Erfindung bezeichnet die Summe der Widerstände, die ein Landfahrzeug mit Hilfe einer Antriebskraft überwinden muss, um mit einer konstanten oder beschleunigten Geschwindigkeit auf einer horizontalen oder geneigten Ebene zu fahren. Der Fahrwiderstand setzt sich insbesondere aus den Komponenten Luftwiderstand, Rollwiderstand, Steigungswiderstand und/oder Beschleunigungswiderstand zusammen.
Eine Topographie im Sinne der Erfindung ist ein Gelände und gibt insbesondere die Neigung der Fahrbahn, den Kurvenverlauf einer Straße und die Höhe über Normalnull (z.B. dem Meeresspiegel) an.
Eine Vorrichtung A eines Fahrzeugs im Sinne der Erfindung ist ein Bauteil, insbesondere ein Nebenaggregat, eine Komponente, insbesondere eine Leistungselektronik oder eine Antriebseinrichtung, oder ein System, insbesondere eine Lenkung oder ein Antriebstrang.
Ein Fahrelement im Sinne der Erfindung ist vorzugsweise ein Fahrzustand. Weiterhin vorzugsweise kann für die Identifizierung eines Fahrelements die Entwicklung weiterer Parameter berücksichtigt werden, die die eingangs genannten Kriterien charakterisieren. Hierbei ist z.B. denkbar, dass ein Anstieg des ersten Parameters, welcher den Energieverbrauch des Fahrzeugs charakterisiert, auf ein besonders relevantes Fahrelement für den Energieverbrauch und damit für die Energieeffizienz hinweist.
Real-Drive im Sinne der Erfindung bedeutet realer Fahrbetrieb, insbesondere auf der Straße oder im Gelände. Bei teilsimulierten bzw. vollsimulierten Fahrzeugen kann Real- Drive auch die Abbildung einer solchen realen Fahrt, beispielsweise durch stochastische Methoden, auf einem Prüfstand bedeuten. Entsprechend werden Real-Drive-Emissionen während einer (simulierten) realen Fahrt erzeugt, eine Real-Drive-Effizienz ist die Energieeffizienz des Fahrzeugs während eines (simulierten) realen Fahrbetriebs. In einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Systems charakterisiert der wenigstens eine erste Parameter des Weiteren einen Energieverbrauch wenigstens einer weiteren Vorrichtung B, der wenigstens eine zweite Parameter charakterisiert des Weiteren einen Betriebszustand der wenigstens einen weiteren Vorrichtung B und die Verarbeitungseinrichtung ist des Weiteren eingerichtet, wenigstens einen zweiten Kennwert zu ermitteln, welcher wenigstens die Energieeffizienz der wenigstens einen weiteren Vorrichtung B charakterisiert, auf der Grundlage des ersten Datensatzes und des zweiten Datensatzes in Abhängigkeit des wenigstens einen Fahrzustands und die Verarbeitungseinrichtung ist des Weiteren zum Zusammenfassen des wenigstens einen ersten Kennwerts, welcher wenigstens die Energieeffizienz der wenigstens einen Vorrichtung A charakterisiert, mit dem wenigstens einen zweiten Kennwert, welcher wenigstens die Energieeffizienz der wenigstens einen weiteren Vorrichtung B charakterisiert, für jeweils denselben Fahrzustand zu einem Gesamtkennwert, der eine Energieeffizienz des Systems aus den wenigstens zwei Vorrichtungen A und B charakterisiert, eingerichtet.
Durch das Zusammenfassen von Kennwerten einer Vorrichtung A und einer Vorrichtung B zu einem Gesamtkennwert können auf der Grundlage der Einzelelemente des Fahrzeugs sukzessive übergeordnete Systeme des Fahrzeugs zusammengesetzt werden. Somit kann eine Energieeffizienz von der kleinsten zur größten Einheit des Fahrzeugs zusammengesetzt werden.
In einer weiteren Ausgestaltung gibt der Gesamtkennwert die Energieeffizienz zum Beispiel eines Antriebstrangs, einer Lenkung oder des gesamten Fahrzeugs wider. Alternativ hierzu können auch Einzelbewertungen, wie diese in der folgenden vorteilhaften Ausgestaltung dargestellt werden, zu einer Gesamtbewertung zusammengefasst werden.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung weist das erfindungsgemäße System eine vierte Einrichtung auf, insbesondere eine Schnittstelle, eingerichtet zum Erfassen eines Sollwertes für den wenigstens einen Kennwert, insbesondere auf der Grundlage eines Fahrzeugmodels oder eines Referenzfahrzeugs und weist des Weiteren eine zweite Vergleichseinrichtung auf, insbesondere Teil einer Datenverarbeitungseinrichtung, eingerichtet zum Abgleich des Kennwerts mit dem Sollwert und eine Ausgabeeinrichtung, insbesondere eine Anzeige, eingerichtet zum Ausgeben einer Bewertung auf der Grundlage des Abgleichs. Auf der Grundlage der Bewertung der Energieeffizienz können verschiedene Vorrichtungen der gleichen Art oder auch verschiedene Systeme oder gar Fahrzeuge auf einfache Weise miteinander verglichen werden. Die Bewertung wird dabei vorzugsweise in einer Art von Energieeffizienzklasse angegeben.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Systems weist dieses des Weiteren eine Speichereinrichtung auf, welche eingerichtet ist, eine Abfolge der Fahrzustände zu speichern und die Verarbeitungseinrichtung ist des Weiteren eingerichtet, beim Ermitteln des Kennwertes die Abfolge der Fahrzustände zu berücksichtigen.
Sollwerte bzw. Sollwertfunktionen können erfindungsgemäß sowohl durch einen Vergleich mit einem Referenzfahrzeug als auch durch einen Vergleich mit einem statistisch ausgewählten Ergebnis mehrerer Vergleichsfahrzeuge erfolgen. Eine statistische Auswertung kann hierbei insbesondere auf der Grundlage der Regressionsanalyse oder auch einfacher Mittelwertebestimmung erfolgen. Für eine Bewertung können für die Sollwerte oder die Sollwertfunktion Toleranzbereiche vorgegeben werden. Vorzugsweise kann auch nur eine Abfolge von wenigstens zwei singulären Fahrelementen bzw. Fahrzuständen eine signifikante Relevanz für ein Kriterium haben (z.B. ein Tip-In nach einer langen Schubphase für das Kriterium Fahrbarkeit).
Mit dieser Ausführung des erfindungsgemäßen Systems können nicht nur Werte auf der Grundlage von einzelnen Fahrelementen, insbesondere Fahrzustände, bestimmt werden, sondern es kann auch der Einfluss von vorhergehenden und/oder nachfolgenden Fahrzuständen auf zu bewertende vorliegende Fahrzustände berücksichtigt werden. Zusätzlich können auch Kennwerte über Erfassungszeiträume ermittelt werden, welche mehrere Fahrzustände erfassen, wobei die jeweiligen zur Analyse herangezogenen Parameter über diese Zeiträume summiert oder integriert werden können. Vorzugsweise können hierbei alle Datensätze gespeichert werden, sodass eine Analyse nicht nur im Online-Betrieb, sondern auch im Off-line-Betrieb erfolgen kann. Für die Analyse der gespeicherten Werte kann hierbei ein gleitendes Bewertungsfenster definiert werden, mit dem einzelne Fahrelemente bzw. Fahrzustände in kleinere Einheiten zerlegt werden können. Auch ist eine statistische Bewertung der Sollwertabweichung während einzelner Fahrzustände oder über mehrere Fahrzustände gleicher Art in einer Gesamtbetrachtung möglich. Ein für die Energieeffizienz relevantes Ereignis wird dabei vorzugsweise über die Häufigkeit und Größe der Abweichung vom Sollwert bestimmt. So können sowohl kleinere Abweichungen mit größerer Häufigkeit als auch große Abweichungen mit kleinerer Häufigkeit als relevant eingestuft werden.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Systems ist die Verarbeitungseinrichtung des Weiteren eingerichtet, eine Zuordnung der Werte des ersten Datensatzes und des zweiten Datensatzes zu dem wenigstens einen definierten Fahrzustand zu korrigieren, um eine Signallaufzeit und/oder eine Laufzeit wenigstens eines Messmediums zum Erfassen des jeweiligen Datensatzes bis zu einem Sensor zu berücksichtigen.
Durch diese Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Systems kann vermieden werden, dass erfasste Werte bzw. Messwerte falschen Fahrzuständen zugeordnet werden, beziehungsweise dass Elemente fehlerhaft identifiziert werden.
Die im Vorstehenden beschriebenen Aspekte der Erfindung und die zur Weiterbildung des erfindungsgemäßen Systems offenbarten Merkmale gelten auch für die nachstehend beschriebenen Aspekte der Erfindung und die dazugehörige Weiterbildung der erfindungsgemäßen Verfahren entsprechend und umgekehrt.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung weist das erfindungsgemäße Verfahren des Weiteren folgende Arbeitsschritte auf: Erfassen eines Sollwertes für den wenigstens einen Kennwert, insbesondere auf der Grundlage eines Fahrzeugmodells oder eines Referenzfahrzeugs, Abgleichen des Kennwerts mit dem Sollwert und Ausgeben einer Bewertung der Energieeffizienz auf der Grundlage des Abgleichs.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens charakterisiert der wenigstens eine erste Parameter des Weiteren einen Energieverbrauch wenigstens einer weiteren Vorrichtung B, und der wenigstens eine zweite Parameter charakterisiert des Weiteren einen Betriebszustand der wenigstens einen weiteren Vorrichtung B und das Verfahren weist des Weiteren die Arbeitsschritte auf: Ermitteln wenigstens eines zweiten Kennwerts, welcher wenigstens die Energieeffizienz der wenigstens einen weiteren Vorrichtung B charakterisiert, auf der Grundlage des ersten Datensatzes und des zweiten Datensatzes in Abhängigkeit des wenigstens einen Fahrzustands, Zusammenfassen des wenigstens einen ersten Kennwerts, welcher wenigstens die Energieeffizienz der wenigstens einen Vorrichtung A charakterisiert, mit dem wenigstens einen zweiten Kennwert, welcher wenigstens die Energieeffizienz der wenigstens einen weiteren Vorrichtung B charakterisiert, für jeweils denselben Fahrzustand zu einem Gesamtkennwert, der eine Energieeffizienz des Systems aus den wenigstens zwei Vorrichtungen A und B charakterisiert. Wie bereits in Bezug auf das erfindungsgemäße System ausgeführt, kann auf diese Weise die Energieeffizienz von Gesamtheiten aus einzelnen Vorrichtungen durch Gesamtkennwerte charakterisiert werden.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann ein solcher Gesamtkennwert die Energieeffizienz eines Antriebstrangs, einer Lenkung oder des gesamten Fahrzeugs angeben.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens charakterisiert der erste Datensatz des Weiteren einen Energieverbrauch wenigstens einer weiteren Vorrichtung B und der zweite Datensatz charakterisiert des Weiteren einen Betriebszustand der wenigstens einen weiteren Vorrichtung B, wobei die wenigstens eine Vorrichtung A der wenigstens einen Vorrichtung B Energie bereit stellt, und das Verfahren weist des Weiteren den Arbeitsschritt auf: Bereinigen des Energieverbrauchs der wenigstens einen Vorrichtung A und den Energieverbrauch der wenigstens einen Vorrichtung B.
Module und Komponenten eines Fahrzeugs liegen gewöhnlich als Zusammenschluss mehrerer Vorrichtungen vor, von welchen jede einen Energieverbrauch und damit eine eigene Energieeffizienz aufweist. Um einzelne Energieeffizienzen der verschiedenen Vorrichtungen, welche in einem Modul oder in einer Komponente des Fahrzeugs verbaut sind, zu bestimmen, muss der jeweilige Energieverbrauch der einzelnen Vorrichtungen identifiziert werden. Bei Vorrichtungen, die sich untereinander mit Energie versorgen, kann dies über das Bestimmen der eingehenden Energie E(in) in eine versorgte Vorrichtung B geschehen, wobei deren Energie von dem Energieverbrauch der bereitstellenden Vorrichtung A abgezogen wird.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist die Vorrichtung A das Lenkungssystem bzw. eine derer Komponenten oder Bauteile und ein Betriebszustand des Lenkungssystems aus wenigstens der Gruppe folgender Betriebszustände kann vorliegen: Einlenken, Auslenken, konstanter Lenkwinkel, Deaktivieren oder aktivierter Zustand eines Lenkungsaktuators, Servobetrieb, manueller Betrieb oder auch eine Kombination zumindest zwei der Betriebszustände.
Auf der Grundlage dieser Betriebszustände der Lenkung und des Fahrzustands lässt sich insbesondere die Energie berechnen, welche die Lenkung zum Erreichen der jeweils geforderten Wirkung aufbringen muss. In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist die Vorrichtung A die Antriebseinrichtung bzw. eine derer Komponenten oder Bauteile und es liegt jeweils ein Betriebszustand der Antriebsvorrichtung aus wenigstens der Gruppe folgender Betriebszustände vor: Schiebebetrieb, Teillastbetrieb, Volllastbetrieb, deaktiviert, aktiviert, Anlassbetrieb, Leerlaufbetrieb oder auch eine Kombination zumindest zwei dieser Betriebszustände.
Auch bei der Antriebseinrichtung kann aus einer Kombination des Fahrzustands in Verbindung mit dem Betriebszustand vorzugsweise hergeleitet werden, welche Energie die Antriebseinrichtung zum Erreichen des Fahrzustands bereitstellen muss.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist der wenigstens eine zweite Parameter des Weiteren dazu geeignet, eine Topografie der Umgebung des Fahrzeugs zu charakterisieren. Durch eine Bestimmung der Topografie der Umgebung des Fahrzeugs kann eine Betriebsstrategie des Fahrzeugs auf eine Veränderung des Straßenverlaufs, welchem das Fahrzeug folgt, vor Erreichen des entsprechenden Straßenverlaufs, angepasst werden. Hierdurch können in Bezug auf die Gesamteffizienz des Fahrzeugs erhebliche Effizienzgewinne erreicht werden.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist die wenigstens eine Vorrichtung A eine Brennkraftmaschine oder ein Brennstoffzellensystem und der erste Parameter ist wenigstens eine Emission der Brennkraftmaschine oder des Brennstoffzellensystems.
Nach dieser Ausgestaltung kann der Energieverbrauch der Brennkraftmaschine oder des Brennstoffzellensystems, welches einen Reformer aufweist, über eine Emissionsmessung, insbesondere über die CCVEmission bestimmt werden. Vorzugsweise werden hierbei auch die Energiezu- und Energieabflüsse einer Energiespeichereinrichtung berücksichtigt.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die Arbeitsschritte so lange ausgeführt, bis der dritte Datensatz sich über mehrere verschiedene Fahrzustände erstreckt.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung weist das erfindungsgemäße Verfahren des Weiteren folgenden Arbeitsschritt auf: Ermitteln der Abfolge der Fahrzustände, wobei beim Ermitteln des Kennwerts die Abfolge der Fahrzustände berücksichtigt wird.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die Werte des ersten Datensatzes und/oder des zweiten Datensatzes über die Zeitdauer des jeweiligen Fahrzeugbetriebszustands, insbesondere des Fahrzustands integriert.
Diese aufwendige Integration und insbesondere Summierung der Werte ermöglicht das Ermitteln eines Kennwerts über die Gesamtdauer eines Fahrzustands.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die Werte mehrerer Datensätze Fahrzustandsarten zur Ermittlung des wenigstens einen Kennworts zusammengefasst. Hierdurch kann eine statistische Auswertung von identischen Fahrzuständen vorgenommen werden.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung weist das erfindungsgemäße Verfahren des Weiteren den folgenden Arbeitsschritt auf: Zuordnen der Werte des ersten Datensatzes und des zweiten Datensatzes zu dem wenigstens einen vordefinierten Fahrzustand, um eine Signallaufzeit und/oder um eine Laufzeit wenigstens eine Messmediums zum Erfassen des jeweiligen Datensatzes bis zu einem Sensor zu berücksichtigen. In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung weist das erfindungsgemäße Verfahren des Weiteren den folgenden Arbeitsschritt auf: Festlegen eines Betriebsmodus des Fahrzeugs, von welchem die Bewertung zusätzlich abhängt und welcher insbesondere aus der folgenden Gruppe von Betriebsmodi ausgewählt wird: effizienzorientierter Betriebsmodus, fahrleistungsorientierter Betriebsmodus, komfortorientierter Betriebsmodus, verbrauchsorientierter Betriebsmodus, emissionsreduzierter Betriebsmodus, fahrbarkeitsorientierter Betriebsmodus, NVH-Komfortorientierter Betriebsmodus.
Durch das Ermitteln einer Bewertung in zusätzlicher Abhängigkeit von den weiteren Randbedingungen bzw. Kriterien, Emission, Fahrbarkeit und/oder NVH-Komfort kann in einem Optimierungsprozess nicht nur auf ein absolutes Maximum der Energieeffizienz der Vorrichtung A optimiert werden, sondern es können auch relative Maxima für die Energieeffizienz bestimmt werden, welche die weiteren Randbedingungen einhalten. Hierdurch können besonders vorteilhaft Zielkonflikte bei de Optimierung eines Fahrzeugs gelöst werden.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die Parameter der Datensätze in einem Real-Drive-Betrieb des Fahrzeugs erfasst, wobei bevorzugt das Fahrzeug eine nach stochastischen Prinzipien ausgewählte reale Fahrstrecke zurücklegt, bevorzugt ein reales Fahrzeug ein nach stochastischen Prinzipien ausgewählte wenigstens teilweise simulierte Fahrstrecke zurücklegt, noch bevorzugter ein wenigstens teilweise simuliertes Fahrzeug eine nach stochastischen Prinzipien ausgewählte wenigstens teilweise simulierte Fahrstrecke zurücklegt und am bevorzugtesten ein simuliertes Fahrzeug nach stochastischen Prinzipien ausgewählte simulierte Fahrstrecke zurücklegt.
Ein Real-Drive-Betrieb eines Fahrzeugs im Sinne der Erfindung ist ein Betrieb eines Fahrzeugs nach den Gesichtspunkten einer realen Alltagsfahrt eines Benutzers, beispielsweise zur Arbeit, zum Einkaufen oder in den Urlaub.
Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht das Abkoppeln des Versuchsbetriebs von Fahrzyklen, wobei Kennwerte in Abhängigkeit von einzelnen Fahrelementen, insbesondere Fahrzuständen bestimmt werden. Auf der Grundlage dieser Kenntnis kann ein beliebiger Fahrzyklus, welcher ein Real-Drive-Betrieb eines Fahrzeugs darstellt, zusammengesetzt werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann sowohl zur Beurteilung eines realen Fahrzeugs als auch zur Beurteilung eines teilweise simulierten bzw. emulierten oder vollständig simulierten bzw. emulierten Fahrzeugs herangezogen werden. Im Falle des realen Fahrzeugs wird dieses einem realen Betrieb unterzogen und die Parameter, welche die Datensätze bilden, werden durch Messungen mit Sensoren ermittelt. Im Falle der teilweisen Simulation wird für das Gesamtfahrzeug ein Simulationsmodell erstellt, anhand dessen Parameterwerte für wenigstens einen Parameter eines Datensatzes rechnerisch ermittelt werden. Die Tests werden insbesondere auf Prüfständen durchgeführt, wobei Parameterwerte für jene Parameter bzw. Datensätze, für die Messungen möglich sind, vorzugsweise durch eine Messung bestimmt werden.
Bei einer vollständig simulierten Beurteilung wird das gesamte Fahrzeug simuliert und der Testbetrieb findet als reine Simulation ohne Prüfstand statt, wobei für einzelne Komponenten oder Systeme des Fahrzeugs gemessene Parameterwerte in die Simulation eingehen können. Im Falle der Beurteilung eines realen Fahrzeugs kann das reale Fahrzeug sowohl im Straßen- bzw. Geländebetrieb oder auch auf einer simulierten Straße bzw. simulierten Gelände auf dem Rollenprüfstand betrieben werden. Entsprechend dieser Möglichkeiten des Einsatzes des erfindungsgemäßen Systems und des erfindungsgemäßen Verfahrens für Beurteilungen eines realen Fahrzeugs einer teilweisen Simulation des Fahrzeugs oder einer vollständigen Simulation des Fahrzeugs bedeutet der Begriff „Erfassen" im Sinne der Erfindung ein Einlesen von Datensätzen, welche insbesondere durch Simulation erzeugt wurden, ein Vorgeben eines Betriebszustands eines Aggregats eines realen oder simulierten Fahrzeugs und/oder Durchführen von Messungen an realen Fahrzeugen oder an Komponenten bzw. Systemen eines realen Fahrzeugs auf einem Prüfstand.
Weitere Merkmale, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung im Zusammenhang mit den Figuren. Es zeigen:
Figur 1 eine teilweise schematische Darstellung eines Fahrzeugs mit einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Systems zur Beurteilung und/oder Optimierung einer Energieeffizienz eines Fahrzeugs; Figur 2 ein teilweise schematisches Blockdiagramm einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Analyse einer Energieeffizienz eines Fahrzeugs;
Figur 3 ein teilweise schematisches Diagramm einer Kategorisierung der Systemintegration eines gesamten Fahrzeugs nach einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Systems und des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Analyse einer Energieeffizienz eines Fahrzeugs; und
Figur 4 ein teilweise schematisches Diagramm einer Segmentierung eines Fahrprofils einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Systems und des erfindungsgemäßen
Verfahrens zur Analyse einer Energieeffizienz eines Fahrzeugs.
Figuren 5 bis 16 beziehen sich auf weitere Aspekte der Erfindung.
Figur 1 zeigt rein beispielhaft eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Systems in einem Fahrzeug 2 mit einer Antriebseinrichtung 3. Die Antriebseinrichtung 3 ist hierbei insbesondere eine Komponente des Antriebsstrangs, welcher sich von der Antriebseinrichtung 3 über eine Antriebswelle gegebenenfalls zu dem Getriebe 19 und einem Differenzial 21 und dann weiter über Achsen zu Rädern 18b, 18d erstreckt, bei einem Vier- radantrieb auch zu weiteren Rädern 18a, 18c. Bei der Antriebseinrichtung 3 handelt es sich bevorzugt um eine Brennkraftmaschine oder um eine Elektromaschine. Die Antriebseinrichtung kann vorzugsweise auch ein Brennstoffzellensystem, insbesondere mit einem Reformer und einer Brennstoffzelle, oder einen Generator aufweisen, mit welchen Energie aus einem Brennstoff, insbesondere Diesel, in elektrische Energie gewandelt werden kann. Die Antriebseinrichtung 3 bezieht die Energie aus einer Energiespeichereinrichtung 15, welche insbesondere als ein Brennstoffreservoir oder als ein elektrischer Energiespeicher, aber auch als ein Pressluftreservoir ausgebildet sein kann. Mittels der Antriebseinrichtung 3 wird die in dem Energiespeicher 15 gespeicherte Energie durch Energieumwandlung in mechanische Antriebskraft gewandelt. Im Falle einer Brennkraftmaschine wird die mechanische Arbeit über ein Getriebe 19 und ein Differenzial 21 über Antriebswellen und die Achse auf die Antriebsräder 18b, 18d des Fahrzeugs 2 übertragen. Ein Teil der in dem Energiespeicher 15 gespeicherten Energie wird an Nebenaggregate direkt oder mittels eines Umwandlungsschrittes durch die Antriebseinrichtung 3 als mechanische Arbeit abgeführt. Nebenaggregate sind hierbei insbesondere eine Klimaanlage, ein Ventilator, aber auch Servomotoren, z.B. für die Fensterheber oder ein elektromechanischer oder elektrohydraulischer Lenkungsaktuator 16 oder der Bremskraftunterstützer, das heißt jegliche Aggregate, welche Energie verbrauchen, die aber nicht unmittelbar an der Erzeugung des Antriebs des Fahrzeugs 1 beteiligt sind. Abgase bzw. Emissionen, welche beim Betrieb der Antriebseinrichtung 3 gegebenenfalls anfallen, beispielsweise durch das Brennstoffzellensystem oder die Brennkraftmaschine, werden über eine Vorrichtung zur Abgasnachbehandlung 22, z.B. einen Katalysator oder einen Partikelfilter, und durch die Abgasanlage 23 in die Umwelt abgeführt. Vorzugsweise kann das Fahrzeug 2 auch zwei Antriebseinrichtungen 3 aufweisen, insbesondere eine Brennkraftmaschine und eine Elektromaschine, wobei in diesem Fall auch zwei Energiespeicher 15, insbesondere ein Kraftstoffreservoir und ein elektrischer Energiespeicher vorgesehen sind.
Die Erfindung kann zur Analyse jeder anderen Art von Fahrzeug mit vieldimensionalem Antriebssystem zum Einsatz kommen. Insbesondere kann die Erfindung bei Fahrzeugen mit parallelem Hybridantrieb, seriellem Hybridantrieb oder kombiniertem Hybridantrieb verwendet werden. Die Erfindung hat zum Ziel, den Gesamtenergieverbrauch des Fahrzeugs zu bestimmen, die für den Vortrieb und etwaige zusätzliche Funktionen notwendige Energie zu bestimmen und hieraus eine allgemeingültige Energieeffizienz des Fahrzeugs zu ermitteln. Im Folgenden wird das hierfür vorgesehene erfindungsgemäße System 1 anhand der Figur 1 in einem realen Fahrzeug erläutert, wobei die Datensätze der verschiedenen Parameter vorzugsweise durch Messungen bestimmt werden. In weiteren Ausführungsformen, welche nicht dargestellt sind, kann jedoch vorzugsweise auch vorgesehen sein, Teile des Fahrzeugs 2 zu simulieren oder zu emulieren und nur einige Datensätze anhand von Messungen der übrigen realen Systeme und Komponenten des Fahrzeugs bzw. an den Ausgängen der Emulatoren vorzunehmen. Weiter vorzugsweise kann vorgesehen sein, das gesamte Fahrzeug mit allen Komponenten und Systemen zu simulieren.
Als Simulationsmodell für das Fahrzeug kann ein Mehrmassen-Schwinger verwendet werden, dessen Parameter an ein bestimmtes Fahrzeug oder eine Gruppe von Fahrzeugen angepasst werden.
Das System 1 kann mit allen Bestandteilen im Fahrzeug angeordnet sein. Bei Versuchen an einem realen Fahrzeug 2 und bei teilsimulierten Versuchen können die Bestandteile des Systems 1 , welche nicht zur Messung am Fahrzeug oder Prüfling auf einem Prüfstand benötigt werden, auch an einem anderen Ort angeordnet sein, beispielsweise in einem Back-End bzw. einem Zentralrechner.
Die Analyse der Energieeffizienz eines Fahrzeugs 2 wird in der in Fig. 1 darge-stellten Ausführungsform anhand der Systeme Lenkung und Antriebsstrang bzw. anhand der Komponenten elektromechanischer oder hydromechanischer Lenkungsaktuator 16 und Lenkungssteuerung 17, bzw. Antriebseinrichtung 3, Energiespeicher 15 und gegebenenfalls Getriebe 19 dargestellt. Es ist für den Fachmann jedoch ersichtlich, dass die Methodik der Erfindung auch auf weitere Systeme, Komponenten und Bauteile des Fahrzeugs 2 übertragen werden kann, wie z.B. das Bremssystem und gegebenenfalls weitere Antriebseinrichtungen etc.. In der in Fig. 1 darstellten Ausführungsform ist die Antriebseinrichtung 3 eine Verbrennungskraftmaschine, welche über eine Abgasnachbehandlung 22 und eine Abgasanlage 24 verfügt. Ein Energiespeicher 15 teilt sich hierbei in den elektrischen Energiespeicher, d.h. die Batterie des Fahrzeugs, und das Brennstoffreservoir auf.
Die Energie, welche diesem Energiespeicher entnommen wird, wird vorzugsweise mit wenigstens einer zweiten Vorrichtung, insbesondere einem Sensor 4a, bestimmt. Weiter vorzugsweise kann mit einem Sensor 4b an einer Abgasanalyseeinrichtung 23 wenigstens eine Emission bestimmt werden. Besonders vorteilhaft ist diese für die von der Verbrennungskraftmaschine 3 verbrauchte Energie repräsentativ. Die Abgasanalyseeinrichtung 23 kann hierbei vor oder nach der Abgasnachbehandlung angeordnet sein.
Das System 1 weist weiter vorzugsweise eine zweite Einrichtung auf, welche vorzugsweise Sensoren 5a, 5b, 5c, 5d umfasst, die einen Betriebszustand einer Vorrichtung A erfassen können. In jenem Falle, in dem die Vorrichtung A die Verbrennungskraftmaschine 3 des Fahrzeugs 2 ist, können solche Betriebszustände der Schiebebetrieb, der Teillastbetrieb, der Volllastbetrieb, eine Deaktivierung der Verbrennungskraftmaschine, eine Aktivierung der Verbrennungskraftmaschine, ein Anlassbetrieb, ein Leerlaufbetrieb oder auch eine Kombination zumindest zweier solcher Betriebszustände sein. Die Sensoren 5a, 5b, 5c und 5d können beispielsweise das Drehmoment, die Drehzahl, die Drosselklappenstellung, die Gaspedalstellung, den Saugrohrunterdruck, die Kühlmitteltemperatur, den Zündzeitpunkt, die Einspritzmenge, den Δ-Wert, die Abgasrückführrate und/oder die Abgastemperatur als Parameter zur Charakterisierung des Betriebszustands heranziehen.
Ist die zu analysierende Vorrichtung A beispielsweise die Lenkung des Fahrzeugs 2, so können als Betriebszustände beispielsweise ein Einlenken, ein Auslenken, d.h. eine Veränderung des Lenkwinkels und/oder die Veränderungsgeschwindigkeit, ein konstanter Lenkwinkel, eine Deaktivierung eines elektromechanischen oder hydromechanischen Antriebs, ein Servobetrieb, ein manueller Betrieb oder auch eine Kombination zumindest zweier dieser Betriebszustände sein. Zweite Parameter, welche zum Erfassen eines solchen Betriebszustandes herangezogen werden können, sind insbesondere der Lenkwinkel a, eine Kraft oder ein Signal, welche zwischen einer Lenkungssteuerung 17 und einem Lenkungsaktuator übertragen werden, das Feststellen der Bedienung eines Lenkrads 20 und/oder eine Energieaufnahme des Lenkungsaktuators 16.
Wie in Bezug auf das erfindungsgemäße Verfahren beschrieben wird, kann aus dem Betriebszustand, welcher durch wenigstens einen Sensor 5a, 5b, 5c und 5d der Vorrichtung A bestimmt wird, und dem Fahrzustand des Fahrzeugs 2 festgestellt werden, welche Energie eine Vorrichtung A zum Erfüllen ihrer bestimmungsgemäßen Funktion aufbringen muss. Im Falle der Antriebseinrichtung 3 bzw. einer Verbrennungskraftmaschine ist diese bestimmungsgemäße Funktion das Erzeugen einer mechanischen Arbeit, mit welchem ein Vortrieb des Fahrzeugs 2 erreicht werden kann, d.h. mit welchem der Fahrwiderstand sowie Widerstände im Antriebsstrang überwunden werden können.
Im Falle des Lenkungssystems ist eine solche bestimmungsgemäße Funktion das Umsetzen eines Fahrerwunsches in Bezug auf die Fortbewegungsrichtung des Fahrzeugs 2. Indem die Energie zum Erfüllen der bestimmungsgemäßen Funktion der Vorrichtung A durch die Verarbeitungsvorrichtung 9 dem tatsächlichen Energieverbrauch der Vorrichtung A zugeordnet wird, kann ein Kennwert bestimmt werden, welcher die individuelle Energieeffizienz der Vorrichtung A, insbesondere in Abhängigkeit von dem jeweiligen Fahrzustand, angibt.
Das System 1 weist des Weiteren eine dritte Einrichtung bzw. wenigstens einen Sensor 6 auf, welcher es ermöglicht, wenigstens einen Parameter, der für den Fahrzustand des Fahrzeugs 2 maßgeblich ist, zu bestimmen. Als Parameter kommt wenigstens einer aus der folgenden Gruppe von Parametern in Frage: Motordrehzahl, Drosselklappenstellung oder Gaspedalstellung, Fahrzeuggeschwindigkeit, Fahrzeuglängsbeschleunigung,
Saugrohrunterdruck, Kühlmitteltemperatur, Zündzeitpunkt, Einspritzmenge, λ-Wert, Abgasrückführrate, Abgastemperatur, eingelegter Gang und Gangwechsel. In der Fig. 1 wird beispielsweise über einen Inkrementalgeber 6 die Drehzahl am Antriebsrad 18d bestimmt, wodurch auf die Fahrzeuggeschwindigkeit geschlossen werden kann, mit welcher beispielsweise der Fahrzustand Gleiten bei konstanter Geschwindigkeit, und verschiedene Beschleunigungszustände festgestellt werden können. Das System 1 weist des Weiteren eine Zuordnungseinrichtung 8 auf, welche insbesondere Teil einer Datenverarbeitungseinrichtung ist, und welche den festgestellten Energieverbrauch des Fahrzeugs und den Fahrwiderstand des Fahrzeugs dem jeweiligen Fahrzustand, welcher zum Zeitpunkt des Messens des jeweiligen Parameterwerte vorlag, zuordnen können. Von dem von dem Fahrzeug 2 zu überwindenden Fahrwiderstand lässt sich vorzugsweise auf jene aufzubringende Energie schließen, welche das Fahrzeug 2 bereitstellen muss, um eine bestimmte, durch den Fahrer vorgegebene Fahrleistung zu erbringen. Durch einen Vergleich dieser durch das Fahrzeug 2 bereitzustellenden Energie mit dem Energieverbrauch des Fahrzeugs 2, welcher vorzugsweise durch die Sensoren 4a, 4b bestimmt wird, lässt sich ein Kennwert für die Energieeffizienz des Fahrzeugs angeben. Dieser wird vorzugsweise durch eine Verarbeitungseinrichtung 9, welche ebenfalls insbesondere Teil einer Datenverarbeitungseinrichtung ist, berechnet.
Vorzugsweise weist das erfindungsgemäße System 1 eine weitere vierte Einrichtung 10 auf, welche einen Sollwert für den wenigstens einen Kennwert erfassen kann. Vorzugsweise ist diese vierte Einrichtung 10 eine Schnittstelle, mit welcher entsprechende Sollwerte eingelesen werden können, weiter vorzugsweise ist diese vierte Einrichtung 10 eine Simulationseinrichtung für ein Fahrzeugmodell, welche einen Sollwert für den wenigstens einen Kennwert generiert. Mittels einer zweiten Vergleichseinrichtung 1 1 kann das System vorzugsweise den Sollwert mit dem Kennwert abgleichen und dann auf einer Anzeige 12 ausgeben.
Ein Fahrzeugmodell im Sinne der Erfindung ist ein mathematisches Modell eines Fahrzeugs. Dieses beinhaltet vorzugsweise sowohl die Hardwarekonfiguration als auch die entsprechenden Betriebsstrategien für das Fahrzeug, sowie dessen Systeme und Komponenten.
Das System 1 weist vorzugsweise des Weiteren eine fünfte Einrichtung 14 auf, welche eingerichtet ist, den momentanen Fahrwiderstand des Fahrzeugs 2 wiederzugeben. Eine solche fünfte Einrichtung 14 ist vorzugsweise geeignet, alle Fahrwiderstandskomponenten, welche auf das Fahrzeug 2 einwirken, d.h. den Luftwiderstand, den Rollwiderstand, den Steigungswiderstand und/oder den Beschleunigungswiderstand zu bestimmten. Vorzugsweise wird hierbei auf Fahrzeugdaten, welche beispielsweise vom Hersteller vorliegen, wie das Fahrzeuggewicht und der Cw-Wert zurückgegriffen. Andere Parameter, welche sich mit der Temperatur oder dem fahrbaren Zustand ändern, können durch Sensoren bestimmt werden. In den Luftwiderstand gehen hierbei insbesondere der Cw- Wert, die Stirnfläche des Fahrzeugs und die Geschwindigkeit ein, in den Rollwiderstand die Elastizität des Rads, der Reifendruck und die Radgeometrie, die Fahrbahnoberflächenbeschaffenheit, welche beispielsweise aus einer Datenbank bestimmt werden kann, sowie der Fahrbahnzustand. In den Steigungswiderstand gehen insbesondere das Fahrzeuggewicht und die Steigung ein, wobei die Steigung für eine zurückgelegte Δ- Wegstrecke über einen barometrischen oder GPS-Höhenmesser bestimmt werden kann. Der Beschleunigungswiderstand hängt insbesondere von der Masse und der Beschleunigung des Fahrzeugs 2 ab.
Alle Sensoren 4a, 4b, 5a, 5b, 5c, 5d, 6 des Systems 1 sind vorzugsweise mit einer Datenverarbeitungseinrichtung, welche insbesondere eine erste Vergleichseinrichtung 7, eine Zuordnungseinrichtung 8, eine Verarbeitungseinrichtung 9, eine Datenschnittstelle 10, eine zweite Vergleichseinrichtung 1 1 und eine Ausgabeeinrichtung 12 aufweist, mittels einer Datenverbindung, insbesondere über die Datenschnittstelle 10, verbunden. Die Datenverbindungen sind in Fig. 1 mit gestrichelten Linien schematisch dargestellt.
Des Weiteren weist das System 1 vorzugsweise einen Datenspeicher 25 auf, in welchem eine Abfolge von Fahrzuständen und dazugehörigen weiteren Daten abgespeichert werden können.
Weiter vorzugsweise kann die Verarbeitungseinrichtung 9, welche insbesondere einen Mikroprozessor mit einem Arbeitsspeicher aufweist und weiter insbesondere ein Rechner ist, beim Ermitteln des Kennwerts die Abfolge der Fahrzustände berücksichtigen und bei der Zuordnung der jeweiligen Datensätze zu dem Fahrzustand die Zuordnung um eine Signallaufzeit oder um eine Laufzeit eines Messmediums bis zu einem Sensor korrigieren.
Eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens 100 wird im Folgenden anhand der Figuren 2, 3 und 4 erläutert.
Das erfindungsgemäße Verfahren dient dazu, die Energieeffizienz einer Vorrichtung A bzw. eines Fahrzeugs 2 zu analysieren und insbesondere einen Kennwert und eine Bewertung zu bestimmen, welche allgemeingültig sind und nicht auf einem bestimmten Fahrzyklus beruhen. Durch die Angabe einer Energieeffizienz und die Bewertung der Energieeffizienz einzelner Vorrichtungen A des Fahrzeugs 2 kann das Fahrzeug 2 entsprechend einer finite- Elemente-Methode in einzelne Fahrzeugelemente zerlegt werden. Insbesondere bei der Modellierung des Gesamtsystems Fahrzeug 2 kann mit einer solchen Aufspaltung des Fahrzeugs 2 in Fahrzeugelemente ein wesentlich genaueres Ergebnis erzielt werden.
Der Ansatz, welcher der Erfindung zugrunde liegt, ist dabei einerseits eine Segmentierung komplexer Fahrabläufe in bewertbare Fahrelemente, welche insbesondere Fahrzuständen entsprechen, und andererseits in eine Kategorisierung der Systemintegration des gesamten Fahrzeugs 2 in einzelne Fahrzeugelemente, wie z.B. Systeme, Komponenten oder auch Bauteile des Fahrzeugs, beispielsweise die Antriebseinrichtung oder das Lenkungssystem.
In einem ersten Arbeitsschritt 101 werden Parameter erfasst 101 , die die Energie, welche eine Vorrichtung A verbraucht, angeben. Im Falle eines Lenkungssystems, welches insbesondere aus den Komponenten Lenkungsaktuator 16, Lenkungssteuerung 17 und Lenkradbetätigung bzw. Lenkrad 20 sowie weiteren mechanischen Bauteilen wie dem Lenkgestänge besteht, ist ein solcher Energieverbrauch insbesondere durch das Bereitstellen jener Kraft gekennzeichnet, welche zum Einschlagen der Räder 18c, die das Fahrzeug 2 lenken, und zum Halten dieser Räder 18a, 18c in ihrer Position benötigt wird. Verfügt das Fahrzeug 2 über keine Fahrerunterstützungssysteme, so muss diese Energie vom Fahrer über das Lenkrad 20 bereitgestellt werden. Im Normalfall verfügen Fahrzeuge 2 zum Anmeldezeitpunkt über zumindest einen Lenkungsaktuator 16, welcher Lenkanweisungen eines Fahrers, die über das Lenkrad 20 gegeben werden, in Veränderung des Lenkwinkels α umgesetzt werden. Der Lenkwinkel α ist dabei insbesondere der Winkel zwischen der Fahrzeugmittelachse und der Rollrichtung eines Rades 18a, 18c, wie dies in Figur 1 dargestellt ist. Bei dem Lenkungsaktuator 16 handelt es sich gewöhnlich um eine elektromechanische oder hydromechanische Einrichtung, die elektrische Energie oder hydraulische Energie in mechanische Energie zum Auslenken der Räder 18a, 18c umsetzt. Diese Energie wird entweder direkt von der Antriebseinrichtung 3 mittels einer Hydraulikflüssigkeit bereitgestellt oder wird über eine Elektroleitung von einem elektrischen Energiespeicher 15 bereitgestellt. Weitere Energie, welche das Lenkungssystem verbraucht, ist beispielsweise die Elektronik einer Lenkungssteuerung 17 oder auch eine Leistungselektronik zur Steuerung des Lenkungsaktuators 16. In diesem Beispiel ist ein erster Parameter, welcher von einem Sensor 4a bestimmt werden kann, die elektrische Energie, welche dem Lenkungssystem bereitgestellt wird. Ein weiterer Parameter, welcher im Fall eines hydromechanischen Lenkungsaktuators 16 hinzugezogen werden muss, ist die Energie, welche der Lenkungsaktuator 16 aus der hydromechanischen Versorgung abzweigt, d.h. welche Energie diesbezüglich von der Antriebseinrichtung 3 bereitgestellt wird.
In dem Fall, dass als Vorrichtung A eine Antriebseinrichtung 3, insbesondere eine Verbrennungskraftmaschine, analysiert wird, ist die Energieaufnahme zum einen durch den zugeführten Kraftstoff definiert. Weiterhin ist jene Energie zu berücksichtigen, die der Verbrennungskraftmaschine 3 gegebenenfalls über Nebenaggregate, insbesondere elektrische Nebenaggregate zugeführt wird, beispielsweise über einen elektrische betriebenen Verdichter oder auch diverse Pumpen. Diese Energieeinträge von Nebenaggregaten müssen natürlich nur dann bei einer Energiebilanz für die Verbrennungskraftmaschine berücksichtigt werden, soweit Nebenaggregate nicht unmittelbar von der Verbrennungskraftmaschine betrieben werden. Für eine grobe Energiebilanz für die Verbrennungskraftmaschine 3 kann auch vorgesehen sein, den Energieeintrag der Nebenaggregate zu vernachlässigen, da im Gesamtsystem Fahrzeug 2 die Energie zum Betreiben der Nebenaggregate bei einem dauerhaften Betrieb ausschließlich auch von der Verbrennungskraftmaschine 3 bereitgestellt wird. Die Energie, welche der Verbrennungskraftmaschine chemisch über den Kraftstoff bereitgestellt wird, kann durch einen Sensor 4a, der den Verbrauchsverlauf der Verbrennungskraftmaschine 3 aufnimmt, bestimmt werden. Eine andere Möglichkeit besteht darin, Emissionen mit einem Gassensor 4b einer Abgasanalyseeinrichtung 23 zu messen, wodurch ebenfalls auf den Energieverbrauch der Verbrennungskraftmaschine rückgeschlossen werden kann. Etwaige Energieflüsse von Nebenaggregaten können annäherungsweise durch den Energieverbrauch der Nebenaggregate oder durch Sensoren, welche die mechanische Arbeit bestimmen, die die Nebenaggregate bereitstellen, in den Energieverbrauch der Verbrennungskraftmaschine 3 einbezogen werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren bestimmt des Weiteren den Betriebszustand der zu analysierenden Vorrichtung A. Im Falle des Lenksystems ist ein solcher Betriebszustand beispielsweise ein Einlenken, ein Auslenken, ein konstanter Lenkwinkel, eine Deaktivierung oder Aktivierung eines Lenkungsaktuators 16, ein Servobetrieb, ein manueller Betrieb oder auch eine Kombination zumindest zweier dieser Betriebszustände. Zwei der Parameter, über welche diese Betriebszustände detektiert werden können, sind vorzugsweise der Lenkwinkel α sowie dessen Veränderung, eine Energieaufnahme von Komponenten des Lenksystems, zum Beispiel des Lenkungsaktuators 16, ein Drehwinkel des Lenkrads 20 oder dessen Veränderung. Ist die zu analysierende Vorrichtung A eine Verbrennungskraftmaschine 3, so sind mögliche Betriebszustände ein Schiebebetrieb, ein Teillastbetrieb, ein Volllastbetrieb, eine Deaktivierung oder eine Aktivierung, ein Anlassbetrieb, ein Leerlaufbetrieb oder auch eine Kombination zumindest zweiter dieser Betriebszustände. Zwei der Parameter, welche zum Detektieren dieser Betriebszustände herangezogen werden können, sind die Motordrehzahl, eine Drosselklappenstellung bzw. Fahrpedalstellung, eine Fahrzeuggeschwindigkeit, ein Saugrohrunterdruck, eine Kühlmitteltemperatur, ein Zündzeitpunkt, eine Einspritzmenge, ein λ-Wert, eine Abgasrückführrate und/oder eine Abgastemperatur.
In weiteren Arbeitsschritten wird der Fahrzustand des Fahrzeugs anhand von für ein oder mehrere Fahrzustände vordefinierten Parameterbereichen festgestellt 103, 104, 105, wobei ein dritter Parameter erfasst bzw. gemessen wird, der geeignet ist, einen Fahrzustand zu charakterisieren 103 und dieser Parameter mit Referenzparameterbereichen für Fahrzeugzustände verglichen wird 104, wobei hieraus den jeweils gemessenen Parameterwerten ein Fahrzustand zugeordnet werden kann 105. Mögliche Fahrzustände sind hierbei beispielsweise Gleiten bei konstanter Geschwindigkeit, Beschleunigung, Kurvenfahrt, Parkfahrt, Geradeausfahrt, Leerlauf-(Roll-)Fahrt, Tip-In, Let-Off, Konstantfahrt, Schalten, Schubbetrieb, Stillstand, Bergfahrt, Talfahrt oder auch eine Kombination zumindest zweiter dieser Fahrzustände. Die Fahrzustände sind über die dritten Parameter detektierbar, beispielsweise die Geschwindigkeit, welche über einen Sensor 6, insbesondere einen Inkrementalgeber, bestimmt werden kann. Weitere dritte Parameter sind der Zustand der Kupplung (geöffnet, geschlossen), ein Detektieren des eingelegten Ganges oder eines Gangwechsels, die Stellung des Fahrpedals, die Topografie der Umgebung, etc. Sowohl für das Feststellen eines Betriebszustands der Vorrichtung A oder B, wie auch für das Feststellen eines Fahrzustands gilt, dass der jeweilige Zustand beliebig verfeinert werden kann, sodass Parameter bis hin zu jeder einzelnen Konstellation von Parameterwerten des wenigstens eines zweiten oder wenigstens eines dritten Parameters jeweils ein Betriebszustand oder ein Fahrzustand zugeordnet werden kann.
Aus dem festgestellten Fahrzustand in Verbindung mit dem festgestellten Betriebszustand der Vorrichtung A kann jene Energie bestimmt werden, welche die jeweilige Vorrichtung A zum Verrichten ihrer bestimmungsgemäßen Funktion benötigt.
Im Falle einer Analyse des Lenkungssystems muss zur Bestimmung der bereitzustellenden Energie grundsätzlich zwischen Betriebszuständen bei einer Betätigung des Lenkungssystems und Betriebszuständen während einer Ruhephase des Lenkungssystems unterschieden werden. Wird das Lenkungssystem betätigt, so muss Kraft bereitgestellt werden, um innere Widerstände im Lenkungssystem zu überwinden und, je nachdem ob das Fahrzeug still steht oder fährt, Haftreibungskräfte zwischen Reifen und Straße und das Trägheitsmoment der Räder 18a, 18c zu überwinden. Diese Einflussfaktoren lassen sich anhand von Messungen und Angaben des Herstellers sowie einiger einfacher Annahmen bestimmen. Im Falle eines konstanten Lenkwinkels α (a 5 =) und eines fahrenden Fahrzeugs 2 muss zwar keine Kraft zum Einlenken der Auslenken des Lenkrads bzw. zur Überwindung von Widerständen im Lenkungssystem bereitgestellt werden, jedoch muss das Rückstellmoment, welches die Räder aufgrund der Gewichtskraft des Fahrzeugs und der Geometrie des Lenksystems während einer Kurvenfahrt ausüben. Die zur Überwindung dieses Rückstellmoments benötigte Energie lässt sich aus dem Lenkwinkel a, dem Gewicht des Fahrzeugs sowie der Geschwindigkeit des Fahrzeugs sowie ggf. weiteren Annahmen herleiten.
Im Falle einer Verbrennungskraftmaschine 3 als zur analysierenden Vorrichtung A ist die bereitzustellende Energie jene Energie, die den Fahrwiderstand überwindet sowie ggf. weitere Widerstände im Antriebsstrang, wie z. B. Reibungen. Der Fahrwiderstand kann über diverse Informationen über die Umwelt und Topografie sowie Messungen bestimmt werden. Fahrzeuginterne Widerstände lassen sich beispielsweise über die Sensoren 5a, 5c, 5d und 6 im Antriebsstrang bestimmen, welche in Figur 1 dargestellt sind. Eine weitere bereitzustellende Energie kann zur Aufladung der Autobatterie oder auch eines größeren elektrischen Energiespeichers, wie die Akkumulatoren eines Hybridfahrzeugs, vorgesehen sein, je nach Abhängigkeit von der jeweiligen Betriebsstrategie des Fahrzeugs 2. Aus dem Fahrzustand des Fahrzeugs 2 und dem Betriebszustand der Vorrichtung A können insbesondere alle Fahrwiderstandskomponenten, welche auf das Fahrzeug 2 einwirken, d.h. der Luftwiderstand, der Rollwiderstand, der Steigungswiderstand und/oder der Beschleunigungswiderstand bestimmt werden. Vorzugsweise wird hierbei auf Fahrzeugdaten, welche beispielsweise vom Hersteller vorliegen, wie das Fahrzeuggewicht und der Cw-Wert zurückgegriffen. Andere Parameter, welche sich mit der Temperatur oder dem Fahrzustand ändern, können durch Sensoren bestimmt werden und stehen als zweite oder dritte Parameter zur Verfügung. In den Luftwiderstand gehen hierbei insbesondere der Cw-Wert, die Stirnfläche des Fahrzeugs und die Geschwindigkeit ein, in den Rollwiderstand die Elastizität des Rades, der Reifendruck und die Radgeometrie, die Fahrbahnoberflächenbeschaffenheit, welche beispielsweise an einer Datenbank bestimmt werden kann, sowie der Fahrbahnzustand. In den Steigungswiderstand gehen insbesondere das Fahrzeuggewicht und die Steigung ein, wobei die Steigung für eine zurückgelegte Δ-Wegstrecke über ein barometrischen oder ein GPS-Höhenmesser bestimmt werden kann. Der Beschleunigungswiderstand hängt insbesondere von der Masse und der Beschleunigung des Fahrzeugs ab.
Aus dem Energieverbrauch der Vorrichtung A bzw. des Lenkungssystems oder der Brennkraftmaschine 3 und deren jeweils zur Erfüllung ihrer jeweiligen Funktion aufzubringenden Energie lässt sich ein Kennwert ermitteln 1 1 1 a, welcher die Energieeffizienz der wenigstens einen Vorrichtung A charakterisiert. Im einfachsten Fall handelt es sich hierbei um das Verhältnis von aufzubringender Energie zu bereitgestellter Energie.
Weiterhin können vorzugsweise auch weitere Vorrichtungen B analysiert werden, wofür das erfindungsgemäße Verfahren vorzugsweise einen Arbeitsschritt des Ermitteins wenigstens eines zweiten Kennwerts 1 1 1 b aufweist, ebenfalls auf der Grundlage erster, zweiter und dritter Parameter, welcher wenigstens eine Energieeffizienz einer weiteren Vorrichtung B charakterisiert. Die beiden Kennwerte zur Energieeffizienz der Vorrichtung A und zur Energieeffizienz der Vorrichtung B können weiter, vorzugsweise in einem Gesamtwert zusammengefasst werden. Durch Vorgeben eines Sollwerts, z.B. anhand von Berechnungen, insbesondere Fahrzeugsimulationen oder anhand von Referenzfahrzeugen, können vorzugsweise Sollwerte oder Sollwertfunktionen vorgegeben werden 1 13, mit welchen der ermittelte Kennwert abgeglichen werden kann, um eine Bewertung zu bestimmen, 1 14. Vorzugsweise wird hierbei ein Betriebsmodus des Fahrzeugs festgelegt, 1 15, von welchem eine Bewertung zusätzlich abhängt. Als Betriebsmodus kommt hierbei beispielsweise ein effizienzorientierter Betriebsmodus, ein fahrleistungsorientierter Betriebsmodus, ein komfortorientierter Betriebsmodus, ein verbrauchsorientierter Betriebsmodus, ein emissionsreduktionsorientierter Betriebsmodus, ein fahrbarkeitsorientierter Betriebsmodus oder ein NVH-komfortorientierter Betriebsmodus in Frage. Hierdurch können mit der Bewertung nicht nur absolute optimale Energieeffizienz einer Vorrichtung A bestimmt werden, sondern auch relative Optima unter Einhaltung weiterer Randbedingungen. Für eine gemeinsame Bewertung von mehreren Vorrichtungen, z. B. einer Vorrichtung A und einer Vorrichtung B, kann alternativ zum Ermitteln eines Gesamtkennwerts auch jeweils ein Kennwert, ein erster Kennwert und ein zweiter Kennwert, für die Energieeffizienz der jeweiligen Vorrichtung bestimmt werden und vorzugsweise bewertet werden, wobei die einzelnen Bewertungen später in einer Gesamtbewertung für das System zusammengefasst werden können. Insbesondere können auf diese Weise Gesamtkennwerte und/oder Gesamtbewertungen für Systeme des Fahrzeugs 2 angegeben werden, die sich aus mehreren Komponenten oder Bauteilen zusammensetzen, wie der Antriebsstrang, die Lenkung oder sogar für das gesamte Fahrzeug. Mittels der Erfindung können komplexe, zufällige Fahrverläufe, in kleine bewertbare und reproduzierbare Einzelelemente, sowohl Fahrelemente als auch Fahrzeugelemente, zerlegt werden, wobei die für ein Gesamtergebnis bzw. Gesamtkennwert höchstrelevanten Einzelelemente identifiziert werden können. In einem weiteren Schritt kann eine Optimierung aller relevanten Kriterien in Bezug auf das Einzelelement unter Berücksichtigung relevanter Abhängigkeitsbeziehungen zwischen den Kriterien optimiert werden. Die Größe eines Fahrelements wird vorzugsweise so festgelegt, dass einerseits eine sichere reproduzierbare Bewertung durchgeführt werden kann, andererseits die Charakteristik eines finiten Elements gegeben ist, sodass beliebige komplexe Fahrzustände wiederum aus den einzelnen Fahrelementen reproduzierbar zusammengesetzt werden können.
Eine Bewertung der Fahrelemente kann insbesondere durch Clustering, das heißt durch Einordnen in vordefinierte Fahrzustandskategorien wie auch durch eine Bestimmung der Häufigkeit des Auftretens der Fahrelemente erfolgen.
Das Verfahren 100 kann im On-Iine Betrieb mit sofortiger Ausgabe des Kennwerts eingesetzt werden. Dies ist beispielsweise dann von Vorteil, wenn das System 1 vollständig im Fahrzeug 2 installiert ist oder ein Testfahrer während einer Testfahrt Informationen über die Energieeffizienz oder das Fahrzeugbetriebsverhalten abrufen möchte. Das Verfahren 100 kann jedoch auch im Off-Iine Betrieb eingesetzt werden, wo während einer Testfahrt aufgenommene Werte analysiert werden. Des Weiteren kann das Verfahren 100 in Fahrzeugen von Fahrzeughaltern ständig mitlaufen und periodisch oder in Echtzeit Daten zur anonymen Auswertung an ein Backend bzw. einen Zentralrechner übermitteln. Der Zusammenhang zwischen einem Kennwert und einem Sollwert bzw. einer Sollwertfunktion ist vorzugsweise in einer mathematischen Funktion abgebildet, so dass bei entsprechender Eingabe der Parameter in die Funktion die Bewertung der Energieeffizienz als Ergebnis einer Berechnung ausgegeben wird.
Eine einfache Funktion zur Berechnung eines Kennwerts KW kann wie folgt dargestellt werden, wobei der Wert der Faktoren c, von dem jeweiligen festgestellten Fahrzustand abhängt: KW = c2 · Parameter + c2 ■ Parameter2
Eine Berechnung einer Bewertung kann entsprechend erfolgen, wobei in diesem Fall die Faktoren c, des Weiteren von einer entsprechenden Sollwertfunktion, welche als Bewertungsreferenz dient, abhängen.
Sowohl der allgemeingültige Kennwert wie auch die allgemeingültige Bewertung der Effizienz des Fahrzeugs 2 sind geeignete Größen, um bisherige Verbrauchsnormen, welche anhand von festgelegten Fahrzyklen wie dem NEFZ (Neuer Europäischer Verbrauchszyklus) oder WLTP (Worldwide Harmonized Light Vehicles Test Procedures) ermittelt wurden, zu ersetzen. Vorzugsweise kann der Kennwert oder die Bewertung auch eine Topografie einer Umgebung des Fahrzeugs 2 eingehen. Hierdurch kann beispielsweise berücksichtigt werden, ob ein Fahrzeug 2 in seiner Betriebsstrategie die Geländeform, z. B. die vor dem Fahrzeug liegende Straße, berücksichtigt, um eine möglichst günstige Energieeffizienz zu erreichen. So könnte die Betriebsstrategie eines Fahrzeugs 2 oder einer Vorrichtung A des Fahrzeugs 2 z. B. vorsehen, dass ein elektrischer oder ein Pressluft-Energiespeicher 15 auf einer abschüssigen Strecke voll aufgeladen wird, um diese Energie auf einer darauffolgenden Bergfahrstrecke wieder aus dem jeweiligen Energiespeicher 15 freigeben zu können. Zur Ermittlung der Topografie kann von Fahrzeugseite ein Laser- oder Lidar- System eingesetzt werden, die Topografie kann aber auch mittels eines GPS-Systems und mittels dem Fahrzeugfahrer bzw. dem Fahrzeug 2 vorliegenden Kartenmaterials ermittelt werden.
Figur 3 zeigt ein teilweise schematisches Diagramm des Ergebnisses einer erfindungsgemäßen Segmentierung von Real-Drive-Messungen, bei welcher für das Kriterium Energieeffizienz anhand von gefahrenen Fahrelementen, insbesondere Fahrzuständen, eine Analyse vorgenommen wurde.
Der dritte Parameter zur Bestimmung des Fahrzeugzustands wird im oberen Teil des Diagramms dargestellt und ist die Fahrzeuggeschwindigkeit über der Zeit, welche das Fahrprofil des Fahrzeugs 2 repräsentiert. Im unteren Teil des Diagramms sind identifizierte Fahrelemente dargestellt, welche bezüglich der Energieeffizienz des Fahrzeugs 2 einzeln mit Kennwerten beaufschlagt werden bzw. für welche jeweils einzeln eine Bewertung vorgenommen wird. Die Effizienz des Fahrzeugs wird hierbei nicht von vorneherein über den gesamten Fahrverlauf gemittelt, wie dies bei Vorgehensweisen aus dem Stand der Technik üblich ist. Bei der Erfindung werden einzelne Fahrzustände identifiziert und diesen Fahrzuständen der jeweilige Fahrwiderstand des Fahrzeugs und die Energie, welche in diesem Fahrzustand verbraucht wird, zugeordnet. Auf der Grundlage dieser Zuordnung wird ein Kennwert errechnet, welcher die Energieeffizienz des Fahrzeugs in dem untersuchten Fahrzustand wiedergibt. Eine erfindungsgemäße Kategorisierung ist beispielhaft in Figur 4 dargestellt. Das Fahrzeug 2 kann hierbei in Module wie beispielsweise Antriebsstrang und Karosserie untergliedert werden. Die einzelnen Module lassen sich wiederum in Komponenten und Bauteile aufgliedern. Komponenten des Antriebsstrangs sind hierbei wie dargestellt insbesondere eine Verbrennungskraftmaschine (ICE), eine Elektromaschine, ein Getriebe und deren elektrische Steuerungen. Eine Vorrichtung A kann durch ein Modul, eine Komponente oder auch durch ein Bauteil gebildet werden.
Legt das System 1 oder ein Benutzer fest, welche Vorrichtung A beim Ermitteln des wenigstens einen Kennwerts oder der Bewertung analysiert werden soll, so kann dessen Energieverbrauch bestimmt werden.
Um den Energieverbrauch einer Vorrichtung A zu bestimmen, welche teilweise Energie verbraucht und die Energie teilweise weitergibt, wie z.B. eine Brennkraftmaschine oder auch eine Elektromaschine oder auch das Getriebe, kann die Notwendigkeit bestehen, zur Bestimmung des Energieverbrauchs sowohl jene Energie zu bestimmen, welche der jeweiligen Vorrichtung A bereitgestellt wird, als auch jene Energie zu bestimmen, welche die Vorrichtung A wieder abgibt, d.h. bezüglich der Vorrichtung A muss eine Energiebilanz aufgestellt werden. Bezüglich einer Antriebseinrichtung 3 des Fahrzeugs 2 ist eine solche hineingesteckte Energie E(in) über die zugeführte Brennstoffmenge oder auch über die Kohlenstoffemission der Brennkraftmaschine, bei einer Elektromaschine über den Verbrauch an elektrischer Energie, definiert. In Bezug auf die Brennkraftmaschine kommt in Bezug auf die hineingesteckte Energie E(in) eventuell über zusätzliche elektrische Motoren, sogenannte Nebenaggregate, zugeführte Energie hinzu. Die von der Antriebseinrichtung geleistete Energie E(out), welche für den Vortrieb und für weitere Nebenaggregate im Fahrzeug bereitgestellt wird, kann an der Welle über Drehzahl und Drehmoment abgegriffen werden. Soll nur die Effizienz des Verbrennungsprozesses an sich bestimmt werden, so muss auch berücksichtigt werden, dass die Energie, welche der Brennkraftmaschine über elektrische Motoren über Nebenaggregate bereitgestellt wird, am Ende gegebenenfalls über den Umweg des Energiespeichers 15, wieder aus der durch die Verbrennung gewonnene Energie abgezweigt wird. Für die Bewertung des Entwicklungsstandes eines Fahrzeugs ist jedoch vorzugsweise nicht nur der Vergleich mit üblicherweise in der Konzeptphase einer Gesamtentwicklung generierten idealen Kennwerten 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. Zur Erstellung einer solchen Datenbank können Untersuchungen der jeweils aktuellsten Fahrzeuge durchgeführt werden.
Die eigentliche Optimierung erfolgt vorzugsweise durch Übertragung der ergebnisrelevanten Einzelereignisse in die jeweils bestgeeignetste Entwicklungsumgebung. Für Einzelereignisse, die primär nur ein Kriterium betreffen, erfolgt die Optimierung vielfach direkt im Fahrzeug in unmittelbarer Interaktion mit einer automatisierten On-Line Bewertung (z.B. Kompensation bestimmter Fahrbarkeitsfehler). Für diejenigen Einzelereignisse, in denen ausgeprägte Zielkonflikt-Beziehungen zwischen den unterschiedlichen Bewertungsgrößen (z.B. Effizienz, Emissionen, Fahrbarkeit, NVH-Komfort etc.) bestehen, ist vorzugsweise das Abbilden der relevanten Einzelereignisse am XiL- (Engl: Software/Hardware in the Loop), Motor- und/oder Antriebsstrang-Prüfstand sinnvoll. Hier erlaubt das reproduzierbare Arbeiten nach der erfindungsgemäßen Lehre eine effiziente Entwicklung im einzelnen Fahrelement, wobei nicht nur eine isolierte Optimierung einer Einzelgröße erfolgt, sondern die Zielkonflikte der einzelnen Kriterien optimiert werden können. Durch ein simultan laufendes Gesamtfahrzeugmodell können zudem auch die Auswirkungen auf das Gesamtsystem„Fahrzeug" unmittelbar beurteilt werden.
Ein Abgleich mit einer Real-Drive-Fahrelemente-Bibliothek (Benchmark Daten) ermöglicht vorzugsweise eine detaillierte Einordnung im Konkurrenzumfeld. Diese vorzugsweise unmittelbare Bewertbarkeit ermöglicht ein rasches und treffsicheres Reagieren und damit eine höhere Agilität im Prozess. Die Fahrelement-Betrachtung auf Basis der Ereignisse erlaubt sowohl eine effiziente Kalibrierfähigkeit als auch eine treffsichere, virtuelle Identifikation von optimal angepassten Antriebsarchitekturen. Dies ermöglicht auch die Erstellung einer verfeinerten Entwicklungslandkarte, in der die relevanten Entwicklungsaufgaben (sowohl technische als auch subjektive Größen) markiert werden.
Vorzugsweise ist eine umfassende Real-Drive-Fahrelementdatenbank mit einer entsprechenden Statistik über ergebnisrelevante Einzelereignisse, sowie eine segmentierte Betrachtung relevanter Fahrverläufe vorgesehen, durch welche nicht nur im Kalibrierprozess, sondern auch in der frühen Konzeptphase einer Antriebsstrang- bzw. Fahrzeugentwicklung wichtige ergebnisrelevante Aufgabenstellungen treffsicher adressieren lassen.
Fahrzustände, welche für die Energieeffizienz oder für weitere Kriterien kritisch sind werden vorzugsweise anhand der für diesen Fahrzustand physikalischen Parameter abgebildet. Anhand dieser Abbildung können Fahrzustände, welche beispielsweise im realen Fahrbetrieb bei einen realen Fahrzeug ermittelt wurden, am Fahrzeugrollenprüfstand, am Antriebsstrangrückstand, am dynamischen Rückstand oder in einer XiL- Simulationsumgebung rekonstruiert werden. Dies ermöglicht es, kritische Fahrzustände, zum Beispiel zum Zwecke einer Lösung von Zielkonflikten zwischen verschiedenen Kriterien, detailliert am Prüfstand zu untersuchen.
Weitere Aspekte der Erfindung sind in den folgenden Ausführungsbeispielen beschrieben, welche sich insbesondere auf die Figuren 5 bis 16 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 zufälligen Fahrzyklen, erfordert einerseits die Objektivierung subjektiver Größen (z. B.: Fahrerlebnis) aber auch eine reproduzierbare Bestimmung komplexer, von Stochastik beeinflusster 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 Einzelelement 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 Entwicklungsumgebungen 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 Entwicklungsumgebungen. 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 Entwicklungsplattform 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 dabei weit über das Verhalten des Antriebsstrangs hinaus. Die Kunden nehmen dabei die Eigenschaften und Werte des Fahrzeuges, wie Styling, Ergonomie, Bedienbarkeit, Infotainment 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 Unvorhersehbarkeit 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 Elektrifizierungsgrad, 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 akzeptierten 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 Fahrelemente - 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 kategorisierbarer 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, Fahrbarkeit 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 identifiziert 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- VO ICE [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 verfeinerten 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 relevanter 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 Entwicklungsebenen
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 Kategorisierung) 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 (Fahrbarkeitsoptimierung) 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 somit 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 kombiniert 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 frühzeitig 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 Verbrennungsmotors 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 hinsichtlich Fahrzeug-Verbrauch, -Emission, und Dynamik.
Insbesondere für die Abstimmung, Kalibrierung und Validierung von Hybridfunktionen stellt die Anordnung Verbrennungsmotor-, Getriebe- und Elektromotor- Hardware am Antriebsstrangprüfstand eine höchst effiziente Entwicklungsumgebung dar. Alle Entwicklungsaufgaben 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 Durchgängigkeit 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 Antriebsstrangprüfstand - im Extremfall auch in einer rein virtuellen Simulationsumgebung (Office Simulation). So kann z. B. die Vorkalibrierung eines Motors in einer kombiniert real-virtuellen Entwicklungsumgebung mit einer vergleichbaren Ergebnisqualität wesentlich rascher als im reinen Straßenversuch durchgeführt werden.
• Durchgängigkeit der Simulationsmodelle: Situationsmodelle, die in frühen Entwicklungsphasen erstellt wurden, können auch in nachgelagerten Entwicklungsphasen 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 Simulationsmodelle 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 Entwicklungsprozess. • 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 vergleichen 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 o Emissionsbewertung entsprechend den Vorgaben der RDE Gesetzgebung o Effizienzbewertung mit On-Line Berechnung des idealen Sollwertes inkl.
Positionierung im Benchmark-Umfeld
o 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 korrekten Funktionen sowie die Performance im Hinblick auf Emissions-, Verbrauchs-, Fahrleistungs-, 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 Werkzeugketten 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 Prozesse 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 Entwicklungsingenieur" - 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 Fahrzeugvernetzung"; 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 Coverage Of Advanced 4-Wheel-Drive Hybrid Applications", CTI Berlin, 2013 Bezugszeichenliste:
System 1
Fahrzeug 2
Antriebseinrichtung 3
Erste Einrichtung 4
Zweite Einrichtung 5a, 5b, 5c, 5d
Dritte Einrichtung 6
Erste Vergleichseinrichtung 7
Zuordnungseinrichtung 8
Verarbeitungseinrichtung 9
Vierte Einrichtung 10
Zweite Vergleichseinrichtung 1 1
Ausgabeeinrichtung 12
Auswahleinrichtung 13
Fünfte Einrichtung 14
Energiespeicher 15
Lenkungsaktuator 16
Lenkungssteuerung 17
Rad 18a, 18b, 18c, 18d
Getriebe 19
Lenkungsbetätigung bzw. Lenkrad 20
Differenzial 21
Abgasnachbehandlung 22
Abgasanalyseeinrichtung 23
Abgasanlage 24
Datenspeicher 25

Claims

Ansprüche
System (1 ) zur Analyse einer Energieeffizienz eines Kraftfahrzeugs (2), aufweisend: eine erste Einrichtung (4a, 4b), insbesondere ein Sensor, eingerichtet zum Erfassen eines ersten Datensatzes wenigstens eines ersten Parameters, welcher geeignet ist, eine Energie, welche wenigstens eine Vorrichtung A, insbesondere eine Lenkung oder eine Antriebseinrichtung (3), verbraucht, zu charakterisieren;
eine zweite Einrichtung (5a, 5b, 5c, 5d), insbesondere ein Sensor, eingerichtet zum Erfassen eines zweiten Datensatzes wenigstens eines zweiten Parameters, welcher geeignet ist, wenigstens einen Betriebszustand der wenigstens einen Vorrichtung A zu charakterisieren;
eine dritte Einrichtung (6), eingerichtet zum Erfassen eines dritten Datensatzes wenigstens eines dritten Parameters, welcher geeignet ist, wenigstens einen Fahrzustand des Fahrzeugs (2) zu charakterisieren;
eine erste Vergleichseinrichtung (7), insbesondere Teil einer Datenverarbeitungseinrichtung, eingerichtet zum Vergleichen der Werte des zweiten Datensatzes mit vordefinierten Parameterbereichen, welche wenigstens einem Betriebszustand entsprechen, und zum Vergleichen der Werte des dritten Datensatzes mit vordefinierten Parameterbereichen, welche wenigstens einem Fahrzustand entsprechen;
eine Zuordnungseinrichtung (8), insbesondere Teil der Datenverarbeitungseinrichtung, eingerichtet zum Zuordnen der Werte des ersten Datensatzes und der Werte des zweiten Datensatzes zu dem jeweils vorliegenden wenigstens einen Fahrzustand; und
eine Verarbeitungseinrichtung (9), insbesondere Teil der Datenverarbeitungseinrichtung, eingerichtet zum Ermitteln wenigstens eines ersten Kennwerts, welcher wenigstens die Energieeffizienz der wenigstens einen Vorrichtung A charakterisiert, auf der Grundlage des ersten Datensatzes und des zweiten Datensatzes in Abhängigkeit des wenigstens einen Fahrzustands.
System (1 ) gemäß Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine erste Parameter des Weiteren einen Energieverbrauch wenigstens einer weiteren Vorrichtung B charakterisiert, dass wenigstens eine zweite Parameter des Weiteren einen Betnebszustand der wenigstens einen weiteren Vorrichtung B charakterisiert und dass die Verarbeitungseinrichtung (9) des Weiteren eingerichtet ist zum Ermitteln wenigstens eines zweiten Kennwerts, welcher wenigstens die Energieeffizienz der wenigstens einen weiteren Vorrichtung B charakterisiert, auf der Grundlage des ersten Datensatzes und des zweiten Datensatzes in Abhängigkeit des wenigstens einen Fahrzustands und zum Zusammenfassen des wenigstens einen ersten Kennwerts, welcher wenigstens die Energieeffizienz der wenigstens einen Vorrichtung A charakterisiert, mit dem wenigstens einen zweiten Kennwert, welcher wenigstens die Energieeffizienz der wenigstens einen weiteren Vorrichtung B charakterisiert, für jeweils denselben Fahrzustand zu einem Gesamtkennwert, der eine Energieeffizienz des Systems aus den wenigstens zwei Vorrichtungen A und B charakterisiert.
3. System (1 ) gemäß Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass es des Weiteren aufweist:
eine vierte Einrichtung (10), insbesondere eine Schnittstelle, eingerichtet zum Erfassen eines Sollwerts für den wenigstens einen Kennwert, insbesondere auf der Grundlage eines Fahrzeugmodells oder eines Referenzfahrzeugs;
eine zweite Vergleichseinrichtung (1 1 ), insbesondere Teil einer Datenverarbeitungseinrichtung, eingerichtet zum Abgleich des Kennwerts mit dem Sollwert zum Bestimmen einer Bewertung; und
eine Ausgabeeinrichtung (12), insbesondere eine Anzeige, eingerichtet zum Ausgeben der Bewertung auf der Grundlage des Abgleichs.
4. System (1 ) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass es des Weiteren eine Speichereinrichtung (25) aufweist, eingerichtet, eine Abfolge der Fahrzustände zu speichern, und dass die Verarbeitungseinrichtung (9) des Weiteren eingerichtet ist, beim Ermitteln des Kennwerts die Abfolge der Fahrzustände zu berücksichtigen.
5. System (1 ) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, die Verarbeitungseinrichtung (9) des Weiteren eingerichtet ist, eine Zuordnung der Werte des ersten Datensatzes und des zweiten Datensatzes zu dem wenigstens einen vordefinierten Fahrzustand zu korrigieren, um eine Signallaufzeit und/oder um eine Laufzeit wenigstens eines Messmediums zum Erfassen des jeweiligen Datensatzes bis zu einem Sensor (4a, 4b, 5a, 5b, 5c, 5d, 6) zu berücksichtigen.
Verfahren (100) zur Beurteilung und/oder Optimierung einer Energieeffizienz eines Kraftfahrzeugs (2), folgende Arbeitsschritte aufweisend:
Erfassen (101 ) eines ersten Datensatzes wenigstens eines ersten Parameters, welcher geeignet ist, eine Energie, welche wenigstens eine Vorrichtung A, insbesondere eine Lenkungssystem oder eine Antriebseinrichtung (3), verbraucht, zu charakterisieren;
Erfassen (102) eines zweiten Datensatzes wenigstens eines zweiten Parameters, welcher geeignet ist, wenigstens einen Betriebszustand der wenigstens einen Vorrichtung A zu charakterisieren;
Erfassen (103) eines dritten Datensatzes wenigstens eines dritten Parameters, welcher geeignet ist, wenigstens einen Fahrzustand des Fahrzeugs (2) zu charakterisieren;
Vergleichen (104) der Werte des zweiten Datensatzes mit vordefinierten Parameterbereichen, welche wenigstens einem Betriebszustand entsprechen, und der Werte des dritten Datensatzes mit vordefinierten Parameterbereichen, welche wenigstens einem Fahrzustand entsprechen;
Zuordnen (105) der Werte des ersten Datensatzes und der Werte des zweiten Datensatzes zu dem jeweils vorliegenden wenigstens einen Fahrzustand; und Ermitteln (1 1 1 a) wenigstens eines ersten Kennwerts, welcher wenigstens die Energieeffizienz der wenigstens einen Vorrichtung A charakterisiert, auf der Grundlage des ersten Datensatzes und des zweiten Datensatzes in Abhängigkeit des wenigstens einen Fahrzustands.
Verfahren gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass es des Weiteren folgende Arbeitsschritte aufweist:
Erfassen (1 13) eines Sollwerts für den wenigstens einen Kennwert, insbesondere auf der Grundlage eines Fahrzeugmodells oder eines Referenzfahrzeugs;
Abgleichen (1 14) des Kennwerts mit dem Sollwert zum Bestimmen einer Bewertung; und Ausgeben (1 16) der Bewertung der Energieeffizienz auf der Grundlage des Abgleichs (1 15).
8. Verfahren gemäß Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine erste Parameter des Weiteren einen Energieverbrauch wenigstens einer weiteren Vorrichtung B charakterisiert, dass der wenigstens eine zweite Parameter des Weiteren einen Betriebszustand der wenigstens einen weiteren Vorrichtung B charakterisiert und dass das Verfahren des Weiteren die folgenden Arbeitsschritte aufweist:
Ermitteln (1 1 1 b) wenigstens eines zweiten Kennwerts, welcher wenigstens eine
Energieeffizienz der wenigstens einen weiteren Vorrichtung B charakterisiert, auf der Grundlage des ersten Datensatzes und des zweiten Datensatzes in Abhängigkeit des wenigstens einen Fahrzustands;
Zusammenfassen (1 12) des wenigstens einen ersten Kennwerts, welcher wenigstens die Energieeffizienz der wenigstens einen Vorrichtung A charakterisiert, mit dem wenigstens einen zweiten Kennwert, welcher wenigstens die Energieeffizienz der wenigstens einen weiteren Vorrichtung B charakterisiert, für jeweils denselben Fahrzustand zu einem Gesamtkennwert, der eine Energieeffizienz des Systems aus den wenigstens zwei Vorrichtungen A und B charakterisiert.
9. Verfahren gemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Gesamtkennwert die Energieeffizienz eines Antriebsstrangs, einer Lenkung oder des gesamten Fahrzeugs 2 charakterisiert. 10. Verfahren gemäß Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Datensatz des Weiteren einen Energieverbrauch wenigstens einer weiteren Vorrichtung B charakterisiert, dass der zweite Datensatz des Weiteren einen Betriebszustand der wenigstens einen weiteren Vorrichtung B charakterisiert, wobei die wenigstens eine Vorrichtung A der wenigstens einen weiteren Vorrichtung B Energie bereitstellt, und dass das Verfahren des Weiteren den Arbeitsschritt aufweist:
Bereinigen (109) des Energieverbrauchs der wenigsten einen Vorrichtung A um den Energieverbrauch der wenigstens einen weiteren Vorrichtung B.
1 1 . Verfahren gemäß einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung A die Lenkung, bzw. eine derer Komponenten oder Bauteile, ist und dass insbesondere jeweils ein Betriebszustand der Lenkung aus wenigstens der Gruppe folgender Betriebszustände vorliegt:
Einlenken, Auslenken (Lenkwinkel), konstanter Lenkwinkel, Aktivierter und Deaktivierter Zustand eines Lenkungsaktuators 16, Servobetrieb, manueller Betrieb oder auch eine Kombinationen zumindest zweier dieser Betriebszustände. 12. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 6 bis 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung A die Antriebseinrichtung (3), bzw. eine derer Komponenten oder Bauteile, ist und insbesondere jeweils ein Betriebszustand der Antriebseinrichtung (3) aus wenigstens der Gruppe folgender Betriebszustände vorliegt:
Schiebebetrieb, Teillastbetrieb, Volllastbetrieb, Deaktivierter Zustand, Aktivierter Zustand, Anlassbetrieb, Leerlaufbetrieb oder auch eine Kombinationen zumindest zweier dieser Betriebszustände.
13. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 6 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine zweite Parameter des Weiteren geeignet ist, eine Topographie einer Umgebung des Fahrzeugs (2) zu charakterisieren.
14. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 6 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Vorrichtung A eine Brennkraftmaschine oder ein Brennstoffzellensystem ist und der erste Parameter wenigstens eine Emission der Brennkraftmaschine oder des Brennstoffzellensystems angibt.
15. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 6 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Arbeitsschritte so lange ausgeführt werden, dass der dritte Datensatz sich über mehrere verschiedene Fahrzustände erstreckt.
16. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 6 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass es des Weiteren den folgenden Arbeitsschritt aufweist: Ermitteln (107) der Abfolge der Fahrzustände, wobei beim Ermitteln des Kennwerts die Abfolge der Fahrzustände berücksichtigt wird.
17. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 6 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Werte des ersten Datensatzes und/oder des zweiten Datensatzes über die Zeitdauer des jeweiligen Fahrstandes integriert werden.
18. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 6 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Werte mehrerer dritter Datensätze für eine gleiche Art von Fahrzustand zur Ermittlung des wenigstens einen Kennwerts zusammengefasst werden.
19. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 6 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass es des Weiteren folgenden Arbeitsschritt aufweist:
Korrigieren (108) einer Zuordnung der Werte des ersten Datensatzes und des zweiten Datensatzes zu dem wenigstens einen vordefinierten Fahrzustand, um eine Signallaufzeit und/oder um eine Laufzeit wenigstens eines Messmediums zum Erfassen des jeweiligen Datensatzes bis zu einem Sensor (4a, 4b, 5a, 5b, 5c, 5d, 6) zu berücksichtigen.
20. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 7 bis 19, des Weiteren den folgenden Arbeitsschritt aufweisend:
Festlegen (1 15) eines Betriebsmodus des Fahrzeugs, von welchem die Bewertung zusätzlich abhängt und welcher insbesondere aus der folgenden Gruppe von Betriebsmodi ausgewählt wird:
Effizienzorientierter Betriebsmodus, fahrleistungsorientierter Betriebsmodus, komfortorientierter Betriebsmodus, verbrauchsorientierter Betriebsmodus, emissionsreduktionsorientierter Betriebsmodus, fahrbarkeitsorientierter
Betriebsmodus, NVH-komfortorientierter Betriebsmodus.
21 . Computerprogramm, das Anweisungen aufweist, die, wenn sie von einem Rechner ausgeführt werde, diesen dazu veranlassen, ein Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 20 auszuführen.
22. Computer-lesbares Speichermedium, auf welchem ein Computerprogramm gemäß Anspruch 21 abgespeichert ist.
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