WO2017134142A1 - Verfahren und vorrichtung zum betreiben einer antriebsvorrichtung, antriebsvorrichtung - Google Patents

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switching
internal combustion
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combustion engine
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Sebastian Ernst
Michael Kiszkiel
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Definitions

  • the invention relates to a method for operating a drive device of a motor vehicle, which has an internal combustion engine and at least one switchable device, wherein the device for changing an operating state influencing the fuel consumption is switchable and causes a more fuel consumption for switching. Furthermore, the invention relates to a device for operating a
  • Switching state or an expected switching change of a gearbox is controlled.
  • the known technologies require an energy expenditure in the switching, which leads to additional fuel consumption or fuel consumption.
  • the reason for this additional effort is the work to be done during the adjustment by an actuator, for example in the form of an electric current.
  • the method according to the invention with the features of claim 1 has the advantage that a switching of the device takes place only if this actually reduces fuel consumption or fuel is saved and not the additional fuel consumption by switching over the desired by the switching
  • Fuel consumption reduction compensated it is provided that, depending on a current operating situation, a torque and a rotational speed of the internal combustion engine are predicted that a residence time of the device in a particular current or following switching state is predicted as a function of the torque and the rotational speed, and that Depending on the residence time the actuator device is controlled or switched for switching or switching of the device. It is thus provided that a predicative torque and a predicative rotational speed are determined, which result in particular from the current operating situation. Depending on torque and speed, the residence time of the device in the operating state is determined or estimated. As a device comes in particular, a switchable transmission with multiple gear ratios in question.
  • the residence time of the gearbox in the currently employed or in the following translation stage is then preferably determined or estimated.
  • speed and torque can be compared with threshold values, to which a change-over of the device or the gear ratio stage seems appropriate in dependence on the torque and the speed. This results in the residence time, within which the switching state or the translation stage of
  • Prediction period or the prediction period is expediently longer than the minimum time required for overcompensation of the additional fuel consumption.
  • a valve lift adjusting device is actuated as a switchable device.
  • Valve stroke adjusting devices are already known in principle. They serve to vary the valve opening sides and / or valve lifts of a valve train of the internal combustion engine in order to change the air filling of the cylinder with the internal combustion engine. For example, to reduce the power of the engine, a lower and to increase the Performance a large valve lift can be adjusted. Moreover, it is possible to switch off the cylinder by means of such a valve lift adjusting device, ie to close the valves in such a way that, despite the piston stroke, there is no gas exchange in the cylinder concerned. Switching the
  • Ventilhubverstell Marie also leads to a fuel overhead, which is taken into account by the inventive method.
  • an ignition angle and / or a fuel supply of the internal combustion engine during the shifting are varied such that a drive torque of the drive device
  • Fuel consumption is predicted and compared with an additional fuel consumption, which is necessary for switching, to decide on switching.
  • the additional fuel consumption can be determined by previous tests or calculations. The likely fuel consumption results from the operating situation and the predicted torque and the predicted speed, as previously described. By direct comparison taking into account the determined residence time is thus a simple estimate of whether it is energetically sensible switching or not.
  • the dwell time is determined as a function of a recognized driver type.
  • the driver type of the current driver of the motor vehicle is recognized during commissioning or during operation, which is characterized by a specific driving behavior. Different types of drivers differ, for example, in that one optimizes the consumption of the motor vehicle while another operates with optimized performance. This results in different residence times, for example, a
  • the driver type recognition is preferably carried out as a function of an accelerator pedal and / or
  • Driver Type Identification is predictable driver behavior in the near future.
  • Traffic situation is determined.
  • the traffic information in particular the current traffic density, can have a significant impact on the traffic
  • the traffic situation Sensors In particular on driving safety systems, the traffic situation Sensors, distance sensors or the like.
  • current traffic data is determined by radio and taken into account for determining the traffic density.
  • the residence time is determined in dependence on data of a navigation system of the motor vehicle. By means of the data of the navigation system, in particular the route of the motor vehicle is predetermined. In particular, a distinction is made between a target achievement mode in which the driver of the motor vehicle
  • Motor vehicle has specified a destination, and a free ride mode without active navigation.
  • Navigation data in particular slopes or gradients and curves and also intersections or traffic lights, which are located in the route, be recognized and taken into account in the determination of the residence time.
  • the most probable travel path of the motor vehicle is preferably determined for the near future, at least as a function of the current road type and the road size, and the dwell time is determined as a function of this.
  • Fuel consumption is determined in dependence on a current operating state of the internal combustion engine. In particular, depending on the current speed of the current torque is the current
  • the device according to the invention with the features of claim 9 is characterized by a specially prepared control unit, which performs the inventive method when used as intended. This results in the already mentioned advantages. Further features and advantages emerge in particular from the above
  • the drive device according to the invention with the features of claim 10 is characterized by the device according to the invention. This results in the already mentioned advantages.
  • FIG. 1 shows a motor vehicle in a simplified plan view
  • FIG. 2 shows a flowchart for operating the motor vehicle
  • FIG. 3 shows a diagram for wheel power prediction
  • Figure 4 is a torque-speed diagram and Figure 5 is a circuit diagram.
  • FIG. 1 shows in a simplified plan view a motor vehicle 1 which has a drive device 2, which comprises an internal combustion engine 3, which is controlled by an actuatable clutch 4 with an automatic engine Manual transmission 5, which has a plurality of different gear ratios, is connected, wherein the gearbox 5 is on the output side with drive wheels 6 of the motor vehicle 1 operatively connected.
  • the clutch 4 is associated with an actuator 7, which is controllable to open or close the clutch 4.
  • a control unit 8 is provided, which drives the internal combustion engine 3 and the actuator 7.
  • control unit 8 is connected to a speed sensor 9 assigned to an output shaft of the internal combustion engine 3 and to a navigation system 10, a traffic information system 11 and to a driver type recognition device 12.
  • the internal combustion engine 3 advantageously has a variable valve drive, which has a controllable valve lift adjusting device 13, by means of which the valve lifts and / or valve opening or closing times can be varied.
  • Gearbox 5 which in each case represent a device that for changing a fuel consumption influencing
  • Operational state is switchable and to switch one
  • Fuel overuse caused, predicted. Under a dwell time of the gearbox 5 is to be understood as the time duration in which a set gear ratio of the gearbox 5 is maintained, or the time that elapses until a gear ratio of the gearbox 5 is changed.
  • an automatic transmission which is controlled by the control unit 8 is set to a desired translation level.
  • a residence time of the valve lift adjusting device 13 is understood as meaning the time duration within which a set valve lift and set valve opening and closing times are kept constant or maintained.
  • the operating strategy is designed to change a
  • the most important variable for determining the desired state of the gearbox 5 are the torque and the speed of the gearbox 5
  • FIG. 3 shows in a diagram over the time t plotted, a drive wheel torque M R or alternatively a wheel power of the motor vehicle 1 or the drive device 2.
  • the wheel power is known and is based on measured values that are in the past .
  • the Antriebsradfilmoment is unknown and therefore shown in dashed lines in Figure 3.
  • a step S1 a first of all a driver type recognition is carried out by means of the driver type recognition device 12.
  • Driver type recognition device 12 is derived from the behavior of the current driver of the motor vehicle 1 up to the time of the prediction (t 0 ) the most likely behavior of the driver for the future.
  • the driver type recognition is a separate sub-function that is performed based on information of an accelerator pedal position, a brake pedal position, a steering wheel angle, the ratio of target to actual speed or the like to characterize the current driver of the motor vehicle 1, so that an optimized prediction of Behavior of the driver is possible for the future. It is also conceivable to determine the driver type based on driver identification features. In this case, as the driver identification features, for example, the driver's face can be determined by means of an optical face recognition, or the driver can be determined by the ignition key used by him.
  • data relating to the current route of the motor vehicle 1 are also determined by means of the navigation system 10. Using the navigation data can be predicted with relatively high security, the route of the motor vehicle for the next future.
  • the driver specifies a destination, so that the
  • Navigation system calculates a route to reach this destination. In this state, it can be assumed that the driver follows the precalculated driving route, so that with very high
  • Motor vehicle 1 without active navigation, so without having specified a destination.
  • the data of the navigation system provide an indication of the most probable route, which in the present case is then used as the basis for the further calculation.
  • slopes, gradients, stops or speed can be determined in particular and limited zones in the prediction of the
  • Traffic information system 1 1 evaluated by the controller 8 to determine the current traffic density and / or predict the traffic density on the route, because often not only the route, but rather the traffic density or the current
  • the traffic density detection is in the present case a separate sub-function, which is based on desired to actual speed, speed profile and vehicle sensors, such as
  • Traffic information service used, for example, transmitted by radio current traffic data.
  • the traffic information service used, for example, transmitted by radio current traffic data.
  • predicted speed and predicted torque result from the drive wheel torque and may be calculated by calculation as the speed or torque necessary or advantageous to achieve the predicted drive wheel torque.
  • Torque is also performed a gear stage prediction in a step S3.
  • FIG. 4 shows in a diagram the predicted value
  • the torque-speed curve can be understood as a trajectory in the plane defined by speed and torque (speed-load map). The trajectory is parameterized by the time t.
  • one or more switching thresholds U are entered in the diagram of FIG. 4 in step S3. A changeover is the point of intersection of the torque / speed characteristic entered switching threshold U. Die
  • Switching thresholds are previously determined in a known manner and stored in the map. From the value of the parameter time t of the trajectory is then the time of switching, ie the time at which the transmission stage of the gearbox fifth will be changed. Thus, the residence time of the gearbox 5 in the currently set translation stage is known or predicted in step S3, because the time period corresponds to the intersection or until switching the desired residence time.
  • FIG. 5 shows, for example, different gear ratios G1, G2 and G3, plotted against time t
  • Gearbox G5. As in FIG. 3, the switchings between the gear ratios in the past are known and therefore the characteristic curve is drawn through. From the current time t 0 , however, the switching is predicted and the characteristic curve is therefore shown with dashed lines in the further course. As can be seen from FIG. 5, it is therefore also possible to predict a number of gear changes or changes in the gear stage in the near future.
  • the recorded residence time is preferably compared to a minimum residence time.
  • the minimum dwell time is determined in step S4 depending on a current fuel consumption and on the basis of the predicted data predetermined or probable fuel consumption and the fuel consumption, which is necessary for switching the gear ratio.
  • the minimum residence time is determined such that upon reaching the minimum residence time subsequent switching of the gear ratio of the gearbox 5 does not lead to increased fuel consumption, or if the residence time in a state of the drive device 2 is so long that the fuel overhead is overcompensated for switching the translation stage by the savings between two switches.
  • the determined residence time is greater than the minimum residence time, then the translation stage is switched in a step S5, otherwise, the transmission remains 5 in the set translation stage.
  • the Ventilhubverstell Sketstell worn 13 and its residence time is taken into account.
  • the switching is in each case carried out in such a way that it is torque-neutral. So be the manual transmission 5 or
  • Switched valve lift 13 measures are taken that cause the drive torque of the drive device 2 remains unchanged or the same unchanged with the driver's request. For this purpose, for example, the fuel supply and / or an ignition angle of the internal combustion engine are changed. In particular, this results in an additional fuel consumption, which is taken into account in the determination of the dwell time or a time for switching, as described above.
  • Ventilhubverstell S 13 takes place only if there is a reasonable prospect that the residence time in the state after the
  • Switching is sufficiently long to save fuel.
  • this advantageous method is also achieved that switching operations for the driver or other occupants of the motor vehicle 1 occur less frequently and thereby the ride comfort is increased.
  • Actuator influenced Such another device may be, for example, a device for Zündwinkelver ein or act on an actuator for influencing a flow path or a flow geometry.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Antriebsvorrichtung (2) eines Kraftfahrzeugs (1), die eine Brennkraftmaschine (3) und wenigstens eine schaltbare Einrichtung aufweist, wobei die Einrichtung zum Verändern eines einen Kraftstoffverbrauch beeinflussenden Betriebszustands schaltbar ist und zum Schalten einen Kraftstoffmehrverbrauch verursacht. Es ist vorgesehen, dass in Abhängigkeit von einer aktuellen Betriebssituation ein Drehmoment und eine Drehzahl der Brennkraftmaschine (3) vorhergesagt werden, dass in Abhängigkeit von dem Drehmoment und der Drehzahl eine Verweildauer der Einrichtung in einem Schaltzustand vorhergesagt wird, und dass in Abhängigkeit der Verweildauer die Einrichtung zum Verändern des Betriebszustands angesteuert wird.

Description

Verfahren und Vorrichtung zum Betreiben einer Antriebsvorrichtung,
Antriebsvorrichtung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Antriebsvorrichtung eines Kraftfahrzeugs, die eine Brennkraftmaschine und wenigstens eine schaltbare Einrichtung aufweist, wobei die Einrichtung zum Verändern eines den Kraftstoffverbrauch beeinflussenden Betriebszustands schaltbar ist und zum Schalten einen Kraftstoffmehrverbrauch verursacht. Ferner betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zum Betreiben einer
Antriebsvorrichtung sowie die Antriebsvorrichtung selbst.
Verfahren, Vorrichtungen und Antriebsvorrichtungen der eingangs genannten Art sind aus dem Stand der Technik bereits bekannt. Unterschiedliche Technologien zur Einsparung von Kraftstoff beziehungsweise zur
Verminderung des Kraftstoffverbrauchs von Brennkraftmaschinen, sind bereits bekannt und werden in der Regel durch Aktuatoren realisiert, die zwischen diskreten Betriebszuständen umschalten können. So ist es beispielsweise bekannt, Zylinder einer Brennkraftmaschine im Teillastbetrieb gezielt abzuschalten, um Kraftstoff zu sparen. Ein derartiges Verfahren geht beispielsweise aus der Offenlegungsschrift DE 10 2010 033 606 A1 hervor, bei welchem ein Zylinder in Abhängigkeit von einem Gradienten einer Fahrbahn hinzugeschaltet wird. Aus der Offenlegungsschrift DE 10 201 1 122 528 A1 ist außerdem bereits ein Verfahren bekannt, bei welchem eine Brennkraftmaschine in einem Vollmotorbetrieb mit allen Zylindern und in einem Teilmotorbetrieb mit nur einigen der Zylindern betrieben wird. Aus der Offenlegungsschrift DE 10 2013 001 043 B3 ist bereits ein Verfahren bekannt, bei welchem ein Verdichtungsverhältnis in der Brennkraftmaschine in Abhängigkeit einer erwarteten Betriebsgröße ermittelt wird. Aus der Patentschrift DE 10 2005 009 362 B4 ist außerdem ein Verfahren bekannt, bei welchem eine Brenn kraftmasch ine in Abhängigkeit von einem
Schaltzustand oder einer erwarteten Schaltänderung eines Schaltgetriebes angesteuert wird. Typischerweise erfordern die bekannten Technologien einen energetischen Aufwand bei der Umschaltung, der zu einem zusätzlichen Kraftstoffverbrauch beziehungsweise Kraftstoffmehrverbrauch führt. Begründet liegt dieser Mehraufwand in der zu leistenden Arbeit bei der Verstellung durch einen Aktuator, beispielsweise in Form eines elektrischen Stroms.
Offenbarung der Erfindung
Das erfindungsgemäße Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, dass ein Schalten der Einrichtung nur dann erfolgt, wenn hierdurch tatsächlich ein Kraftstoffverbrauch reduziert beziehungsweise Kraftstoff eingespart wird und nicht der durch das Umschalten erfolgte Kraftstoffmehrverbrauch die durch das Umschalten erwünschte
Kraftstoffverbrauchsreduzierung kompensiert. Erfindungsgemäß ist dazu vorgesehen, dass in Abhängigkeit von einer aktuellen Betriebssituation ein Drehmoment und eine Drehzahl der Brennkraftmaschine vorhergesagt also prädiziert werden, dass in Abhängigkeit von dem Drehmoment und der Drehzahl eine Verweildauer der Einrichtung in einem insbesondere aktuellen oder folgenden Schaltzustand vorhergesagt wird, und dass in Abhängigkeit der Verweildauer die Aktuatoreinrichtung zum Schalten beziehungsweise Umschalten der Einrichtung angesteuert beziehungsweise geschaltet wird. Es ist also vorgesehen, dass ein prädikatives Drehmoment und eine prädikative Drehzahl ermittelt werden, die sich insbesondere aus der aktuellen Betriebssituation ergeben. In Abhängigkeit von Drehmoment und Drehzahl wird die Verweildauer der Einrichtung in dem Betriebszustand ermittelt beziehungsweise abgeschätzt. Als Einrichtung kommt dabei insbesondere ein schaltbares Schaltgetriebe mit mehreren Übersetzungsstufen in Frage. In diesem Fall wird dann bevorzugt die Verweildauer des Schaltgetriebes in der aktuell angestellten oder in der folgenden Übersetzungsstufe ermittelt beziehungsweise abgeschätzt. Hierzu können beispielsweise Drehzahl und Drehmoment mit Schwellwerten verglichen werden, zu welchen in Abhängigkeit des Drehmoments und der Drehzahl eine Umschaltung der Einrichtung oder der Übersetzungsstufe sinnvoll erscheint. Hieraus ergibt sich die Verweildauer, innerhalb welcher der Schaltzustand beziehungsweise die Übersetzungsstufe des
Stellgetriebes beibehalten wird. Mit anderen Worten wird der Zeitpunkt bestimmt, zu welchem ein Umschalten erfolgt. In Abhängigkeit von dieser Verweildauer wird insbesondere ermittelt, ob sich das Verändern des Schaltzustands in Bezug auf den Kraftstoffverbrauch unter Berücksichtigung des Kraftstoffmehrverbrauchs für das Umschalten lohnt. Der
Vorhersagezeitraum beziehungsweise der Prädiktionszeitraum ist dabei zweckmäßigerweise länger als die minimale Zeit, die zur Überkompensation des Kraftstoffmehrverbrauchs erforderlich ist.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, wie oben stehend bereits erwähnt, dass als schaltbare Einrichtung ein mehrere Übersetzungsstufen aufweisendes Schaltgetriebe angesteuert wird. Es ergeben sich dabei die oben stehend bereits genannten Vorteile.
Zusätzlich oder alternativ ist bevorzugt vorgesehen, dass als schaltbare Einrichtung eine Ventilhubverstelleinrichtung angesteuert wird.
Ventilhubverstelleinrichtungen sind grundsätzlich bereits bekannt. Sie dienen dazu, die Ventilöffnungsseiten und/oder Ventilhübe eines Ventiltriebs der Brennkraftmaschine zu variieren, um die Luftfüllung der Zylinder mit der Brennkraftmaschine zu verändern. So kann beispielsweise zum Reduzieren der Leistung der Brennkraftmaschine ein niedriger und zum Erhöhen der Leistung ein großer Ventilhub eingestellt werden. Darüber hinaus ist es möglich, mittels einer derartigen Ventilhubverstelleinrichtung Zylinder abzuschalten, die Ventile also derart zu schließen, dass trotz Kolbenhub kein Gaswechsel in dem betroffenen Zylinder erfolgt. Das Schalten der
Ventilhubverstelleinrichtung führt ebenfalls zu einem Kraftstoffmehraufwand, der durch das erfindungsgemäße Verfahren berücksichtigt wird.
Besonders bevorzugt ist vorgesehen, dass ein Zündwinkel und/oder eine Kraftstoffzufuhr der Brennkraftmaschine beim Schalten derart variiert werden, dass ein Antriebsdrehmoment der Antriebsvorrichtung,
insbesondere ein Raddrehmoment, während des Schaltens gleich oder nahezu gleich bleibt. Durch das Verändern des Zündwinkels oder der Kraftstoffzufuhr wird beim Schalten gewährleistet, dass das Schalten für Insassen des die Antriebsvorrichtung aufweisenden Kraftfahrzeugs unbemerkt bleibt. Dadurch wird der Fahrkomfort gesteigert und ein
automatisches Schalten von den Insassen beziehungsweise einem Erwerber eines derartigen Kraftfahrzeugs leichter akzeptiert.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Einrichtung in Abhängigkeit von einem verweildauerabhängigen
Kraftstoffverbrauch angesteuert wird. Wie bereits erwähnt, wird das
Umschalten beziehungsweise Verändern der Übersetzungsstufe und/oder des Ventilhubs in Abhängigkeit des Kraftstoffverbrauchs und insbesondere auch des Kraftstoffmehrverbrauchs gesteuert.
Weiterhin ist bevorzugt vorgesehen, dass ein wahrscheinlicher
Kraftstoffverbrauch vorhergesagt und mit einem Kraftstoffmehrverbrauch, der zum Schalten notwendig ist, verglichen wird, um über Umschalten zu entscheiden. Der Kraftstoffmehrverbrauch kann durch vorherige Tests oder Berechnungen ermittelt werden. Der wahrscheinliche Kraftstoffverbrauch ergibt sich aus der Betriebssituation und dem vorhergesagten Drehmoment und der vorhergesagten Drehzahl, wie zuvor bereits beschrieben. Durch den direkten Vergleich unter Berücksichtigung der ermittelten Verweildauer ist somit eine einfache Abschätzung darüber möglich, ob das Umschalten energetisch sinnvoll ist oder nicht.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Verweildauer in Abhängigkeit von einem erkannten Fahrertyp bestimmt wird. Zweckmäßigerweise wird dazu bei Inbetriebnahme oder im Betrieb der Fahrertyp des aktuellen Fahrers des Kraftfahrzeugs erkannt, der sich durch ein bestimmtes Fahrverhalten auszeichnet. Unterschiedliche Fahrertypen unterscheiden sich beispielsweise dadurch, dass einer das Kraftfahrzeug verbrauchsoptimiert, ein anderer leistungsoptimiert betreibt. Hieraus ergeben sich unterschiedliche Verweildauern, wobei beispielsweise ein
verbrauchsbewusster Fahrer ein Hochschalten der Übersetzungsstufe früher einleiten würde als ein sportlicher Fahrer. Die Fahrertypenerkennung erfolgt bevorzugt in Abhängigkeit von einer Fahrpedal- und/oder
Bremspedalbetätigung, einem aktuellen Lenkradwinkel und/oder dem
Verhältnis von Soll- zu Ist-Geschwindigkeit. Durch diese
Fahrertypenerkennung ist das Verhalten des Fahrers in der nächsten Zukunft vorhersagbar.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist außerdem vorgesehen, dass die Verweildauer in Abhängigkeit von einer
Verkehrssituation bestimmt wird. Die Verkehrsinformation, insbesondere die aktuelle Verkehrsdichte, kann einen bedeutenden Einfluss auf die
Fahrzeuggeschwindigkeit und damit auf das von der Brenn kraftmasch ine geforderte und erbrachte Antriebsdrehmoment bedeuten. Die aktuelle
Verkehrssituation wird insbesondere in Abhängigkeit von Sensordaten des Kraftfahrzeugs, insbesondere von Fahrsicherheitssystemen, die Ultraschall- Sensoren, Abstandssensoren oder dergleichen aufweisen. Alternativ oder zusätzlich ist bevorzugt vorgesehen, dass aktuelle Verkehrsdaten per Funk ermittelt und zum Bestimmen der Verkehrsdichte berücksichtigt werden. Weiterhin ist bevorzugt vorgesehen, dass die Verweildauer in Abhängigkeit von Daten eines Navigationssystems des Kraftfahrzeugs bestimmt wird. Mittels der Daten des Navigationssystems wird insbesondere die Fahrstrecke des Kraftfahrzeugs vorherbestimmt. Dabei wird insbesondere unterschieden zwischen einem Zielerreichungsmodus, bei dem der Fahrer des
Kraftfahrzeugs ein Fahrziel angegeben hat, und einen Freifahrmodus ohne aktive Navigation. Im ersten Fall ist die Fahrstrecke für das
Navigationssystem vollständig bekannt, sodass mit äußerster Sicherheit das Fahrverhalten des Fahrers, insbesondere in Abhängigkeit des erkannten Fahrertyps, vorhergesagt werden kann. In Abhängigkeit der
Navigationsdaten können insbesondere Steigungen oder Gefälle sowie Kurven und auch Kreuzungen oder Ampeln, die sich in der Fahrstrecke befinden, erkannt und bei der Bestimmung der Verweildauer berücksichtigt werden. Im zweiten Fall, im Freifahrmodus, wird vorzugsweise zumindest in Abhängigkeit des aktuellen Straßentyps und der Straßengröße der wahrscheinlichste Fahrweg des Kraftfahrzeugs für die nähere Zukunft bestimmt und in Abhängigkeit dessen die Verweildauer ermittelt.
Weiterhin ist bevorzugt vorgesehen, dass der wahrscheinliche
Kraftstoffverbrauch in Abhängigkeit von einem aktuellen Betriebszustand der Brennkraftmaschine bestimmt wird. Insbesondere in Abhängigkeit der aktuellen Drehzahl des aktuellen Drehmoments wird der aktuelle
Kraftfahrstoffverbrauch ermittelt und in Abhängigkeit dessen der
wahrscheinliche Kraftstoffverbrauch in näherer Zukunft bestimmt. Die erfindungsgemäße Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 9 zeichnet sich durch ein speziell hergerichtetes Steuergerät aus, das das erfindungsgemäße Verfahren bei bestimmungsgemäßem Gebrauch durchführt. Es ergeben sich hierdurch die bereits genannten Vorteile. Weitere Merkmale und Vorteile ergeben sich insbesondere aus dem zuvor
Beschriebenen sowie aus den Ansprüchen.
Die erfindungsgemäße Antriebsvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruch 10 zeichnet sich durch die erfindungsgemäße Vorrichtung aus. Es ergeben sich hierdurch die bereits genannten Vorteile.
Im Folgenden soll die Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert werden. Dazu zeigen Im Folgenden soll die Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert werden. Dazu zeigen
Figur 1 ein Kraftfahrzeug in einer vereinfachten Draufsicht, Figur 2 ein Flussdiagramm zum Betreiben des Kraftfahrzeugs,
Figur 3 ein Diagramm zur Radleistungsprädiktion,
Figur 4 ein Drehmoment-Drehzahl-Diagramm und Figur 5 ein Schaltdiagramm.
Figur 1 zeigt in einer vereinfachten Draufsicht ein Kraftfahrzeug 1 , das eine Antriebsvorrichtung 2 aufweist, die eine Brennkraftmaschine 3 umfasst, welche durch eine betätigbare Kupplung 4 mit einem automatischen Schaltgetriebe 5, das mehrere unterschiedliche Übersetzungsstufen aufweist, verbunden ist, wobei das Schaltgetriebe 5 abtriebsseitig mit Antriebsrädern 6 des Kraftfahrzeugs 1 wirkverbunden ist. Der Kupplung 4 ist eine Aktuatoreinrichtung 7 zugeordnet, die zum Öffnen oder Schließen der Kupplung 4 ansteuerbar ist. Zum Ansteuern ist ein Steuergerät 8 vorhanden, das die Brenn kraftmasch ine 3 und die Aktuatoreinrichtung 7 ansteuert.
Darüber hinaus ist das Steuergerät 8 mit einem einer Abtriebswelle der Brennkraftmaschine 3 zugeordneten Drehzahlsensor 9 sowie mit einem Navigationssystem 10, einem Verkehrsinformationssystem 1 1 und mit einer Fahrertyperkennungseinrichtung 12 verbunden. Die Brennkraftmaschine 3 weist vorteilhafterweise einen variablen Ventiltrieb auf, der eine ansteuerbare Ventilhubverstelleinrichtung 13 aufweist, mittels welcher die Ventilhübe und/oder Ventilöffnungs- beziehungsweise Schließzeiten variiert werden können.
Mithilfe von Figur 2, die eine Betriebsstrategie zum Betreiben des
Kraftfahrzeugs 1 beziehungsweise der Antriebsvorrichtung 2 in Form eines Flussdiagramms zeigt, soll nunmehr der Betrieb der Antriebsvorrichtung 2 erläutert werden, der in Bezug auf einen Kraftstoffverbrauch der
Brennkraftmaschine 3 optimiert erfolgt. Durch das vorteilhafte Verfahren wird eine Verweildauer der Ventilhubverstelleinrichtung 13 und/oder des
Schaltgetriebes 5, die insofern jeweils eine Einrichtung darstellen, die zum Verändern eines einen Kraftstoffverbrauch beeinflussenden
Betriebszustands schaltbar ist und zum Schalten einen
Kraftstoffmehrverbrauch verursacht, vorhergesagt. Unter einer Verweildauer des Schaltgetriebes 5 ist dabei die Zeitdauer zu verstehen, in welcher eine eingestellte Übersetzungsstufe des Schaltgetriebes 5 beibehalten wird, beziehungsweise die Zeitdauer, die vergeht bis eine Übersetzungsstufe des Schaltgetriebes 5 verändert wird. Bei dem Schaltgetriebe handelt es sich um ein automatisches Schaltgetriebe, das durch das Steuergerät 8 angesteuert wird, um eine gewünschte Übersetzungsstufe einzustellen. Unter einer Verweildauer der Ventilhubverstelleinrichtung 13 wird entsprechend die Zeitdauer verstanden, innerhalb welcher ein eingestellter Ventilhub und eingestellte Ventilöffnungs- und Schließzeiten konstant beziehungsweise beibehalten werden. Sowohl das Schalten des Schaltgetriebes 5 sowie das Schalten der Ventilhubverstelleinrichtung 13 führen zu einem
Kraftstoffmehrverbrauch, wie zuvor bereits erwähnt.
Die Betriebsstrategie ist darauf ausgelegt, das Verändern einer
Übersetzungsstufe 5 oder eines Ventilhubs verbrauchsoptimiert
durchzuführen. Die wichtigste Größe für die Ermittlung des Soll-Zustands des Schaltgetriebes 5 sind das Drehmoment und die Drehzahl der
Brennkraftmaschine 3. Um die Verweildauer des Schaltgetriebes in einem Zustand einer derartigen Antriebsvorrichtung 2 zu berechnen, werden dies beiden Größen als quasi-kontinuierliche Funktion der Zeit für die nächste Zukunft vorhergesagt beziehungsweise prädiziert. Zusammen mit
Umschaltschwellen des Schaltgetriebes 5 über Drehzahl und Last ist es somit möglich, die Verweildauer zu berechnen. Hierzu ist vorgesehen, dass zunächst ein Radantriebsdrehmoment der
Antriebsräder 6 in einem Schritt S1 vorhergesagt wird. Figur 3 zeigt hierzu in einem Diagramm über die Zeit t aufgetragen, ein Antriebsraddrehmoment MR oder alternativ eine Radleistung des Kraftfahrzeugs 1 beziehungsweise der Antriebsvorrichtung 2. Bis zu dem Zeitpunkt t0 ist die Radleistung bekannt und basiert auf gemessenen Werten, die in der Vergangenheit liegen. Ab dem Zeitpunkt t0, also in der Zukunft liegend, ist das Antriebsraddrehmoment unbekannt und daher in Figur 3 gestrichelt gezeichnet. Um den Verlauf des Raddrehmoments vorhersagen zu können, werden die Daten des
Navigationssystems 10, des Verkehrsinformationssystems 1 1 sowie der Fahrertyperkennungseinrichtung 12 genutzt. Dazu wird in einem Schritt S1 a zunächst eine Fahrertyperkennung mittels der Fahrertyperkennungseinrichtung 12 durchgeführt. Durch die
Fahrertyperkennungseinrichtung 12 wird aus dem Verhalten des aktuellen Fahrers des Kraftfahrzeugs 1 bis zu dem Zeitpunkt der Prädiktion (t0) das wahrscheinlichste Verhalten des Fahrers für die Zukunft abgeleitet.
Insbesondere wird dabei unterschieden zwischen einem sportlichen Fahrer, einem verbrauchsbewussten Fahrer und einem durchschnittlichen Fahrer. Die Fahrertypenerkennung ist eine eigene Unterfunktion, die auf Basis von Informationen einer Fahrpedalstellung, einer Bremspedalstellung, eines Lenkradwinkels, dem Verhältnis von Soll- zu Ist-Geschwindigkeit oder dergleichen durchgeführt wird, um den aktuellen Fahrer des Kraftfahrzeugs 1 zu charakterisieren, sodass eine optimierte Vorhersage des Verhaltens des Fahrers für die Zukunft möglich ist. Auch ist es denkbar, den Fahrertyp anhand von Fahreridentifikationsmerkmalen zu bestimmen. Dabei kann als Fahreridentifikationsmerkmale beispielsweise das Gesicht des Fahrers mittels einer optischen Gesichtserkennung, oder der Fahrer durch den von ihm verwendeten Zündschlüssel ermittelt werden. In einem Schritt S1 b werden außerdem Daten bezüglich der aktuellen Fahrstrecke des Kraftfahrzeugs 1 mithilfe des Navigationssystems 10 ermittelt. Mithilfe der Navigationsdaten kann mit verhältnismäßig hoher Sicherheit die Fahrstrecke des Kraftfahrzeugs für die nächste Zukunft vorhergesagt werden. Dabei wird insbesondere unterschieden zwischen einem Zielerreichungsmodus und einem Freifahrmodus. Bei dem
Zielerreichungsmodus gibt der Fahrer ein Fahrziel an, sodass das
Navigationssystem eine Fahrstrecke zum Erreichen dieses Fahrzielt berechnet. In diesem Zustand kann davon ausgegangen werden, dass der Fahrer der vorberechneten Fahrstrecke folgt, sodass mit sehr hoher
Wahrscheinlichkeit die vorhergesagte Fahrstrecke der tatsächlichen Fahrstrecke entspricht. Im Freifahrmodus lenkt der Fahrer des
Kraftfahrzeugs 1 ohne aktive Navigation, also ohne ein Fahrziel angegeben zu haben. In Abhängigkeit vom aktuellen Straßentyp und einer aktuellen Straßengröße liefern die Daten des Navigationssystems jedoch einen Hinweis auf die wahrscheinlichste Fahrstrecke, die vorliegend dann als Basis für die weitere Berechnung verwendet wird. In Kenntnis der Fahrstrecke können insbesondere Steigungen, Gefälle, Stopps oder Geschwindigkeit begrenzte Zonen ermittelt und bei der Vorhersage des
Antriebsraddrehmoments berücksichtigt werden.
In einem Schritt Si c werden außerdem die Daten des
Verkehrsinformationssystems 1 1 von dem Steuergerät 8 ausgewertet, um die aktuelle Verkehrsdichte zu ermitteln und/oder die Verkehrsdichte auf der Fahrstrecke vorherzusagen, weil häufig nicht allein die Fahrstrecke, sondern vielmehr auch die Verkehrsdichte beziehungsweise die aktuelle
Verkehrssituation die Fahrzeuggeschwindigkeit und damit das
Antriebsraddrehmoment bestimmen. Die Verkehrsdichteerkennung ist vorliegend eine eigene Unterfunktion, die auf Basis von Soll- zu Ist- Geschwindigkeit, Geschwindigkeitsprofil und Fahrzeugsensoren, wie
Abstandssensoren, Ultraschallsensoren, Unfallsensoren und Vor-
Unfallsensoren eine Aussage über die aktuelle Verkehrsdichte machen. Außerdem werden bevorzugt auch Daten eines
Verkehrsinformationsdienstes verwendet, der beispielsweise per Funk aktuelle Verkehrsdaten übermittelt. So können beispielsweise die
Verkehrsdaten eines Radiosenders, die auch heute schon vom
Navigationssystem berücksichtigt werden, zur Bestimmung der
Verkehrsdichte und insbesondere zur Vorhersage der Verkehrsdichte verwendet werden. Aus den so gesammelten Daten wird im Schritt S1 , wie zuvor bereits erwähnt, das Raddrehmoment oder die Radleistung der Antriebsvorrichtung 2 für die nächste Zukunft vorhergesagt. Aus dem vorhergesagten Antriebsraddrehmoment wird in einem
darauffolgenden Schritt S2 eine Drehzahl und ein Drehmoment der
Brennkraftmaschine 3 für die nächste Zukunft vorhergesagt. Die
vorhergesagte Drehzahl und das vorhergesagte Drehmoment ergeben sich aus dem Antriebsraddrehmoment und können durch eine Berechnung als die Drehzahl oder das Drehmoment berechnet werden, die zum Erreichen des vorhergesagten Antriebsraddrehmoments notwendig oder vorteilhaft sind.
Zum Bestimmen beziehungsweise Vorhersagen von Drehzahl und
Drehmoment wird außerdem auch eine Gangstufenprädiktion in einem Schritt S3 durchgeführt.
Figur 4 zeigt in einem Diagramm aufgetragen das vorhergesagte
Drehmoment Md über die vorhergesagte Drehzahl n, dass sich insbesondere aus der vorhergesagten Fahrstrecke und/oder der vorhergesagten
Verkehrsdichte und dem erkannten Fahrertyp ergibt. Der Drehmoment- Drehzahlverlauf kann als Trajektorie in der aus Drehzahl und Drehmoment aufgespannten Fläche (Drehzahl-Last-Kennfeld) verstanden werden. Die Trajektorie ist durch die Zeit t parametriert. Zur Gangstufenprädiktion werden in Schritt S3 eine oder mehrere Umschaltschwellen U in das Diagramm von Figur 4 eingetragen. Eine Umschaltung ist der Schnittpunkt der Drehmoment- Drehzahl-Kennlinie eingetragenen Umschaltschwelle U. Die
Umschaltschwellen werden dabei auf bekannte Art und Weise zuvor bestimmt und in dem Kennfeld hinterlegt. Aus dem Wert des Parameters Zeit t der Trajektorie ergibt sich dann der Zeitpunkt der Umschaltung, also der Zeitpunkt, zu welchem die Übersetzungsstufe des Schaltgetriebes 5 verändert werden wird. Damit ist die Verweildauer des Schaltgetriebes 5 in der aktuell eingestellten Übersetzungsstufe bekannt beziehungsweise in Schritt S3 vorhergesagt, weil der Zeitraum bis zu dem Schnittpunkt beziehungsweise bis zum Umschalten der gesuchten Verweildauer entspricht.
Aus den bekannten Daten lässt sich die in Figur 5 gezeigte
Gangstufenpradiktion herleiten. Figur 5 zeigt dazu über die Zeit t aufgetragen beispielhaft unterschiedliche Übersetzungsstufen G1 , G2 und G3 des
Schaltgetriebes G5. Wie auch in Figur 3 sind die in der Vergangenheit liegenden Umschaltungen zwischen den Übersetzungsstufen bekannt und daher die Kennlinie durchgezogen gezeichnet. Ab dem aktuellen Zeitpunkt t0 ist das Umschalten jedoch vorhergesagt und die Kennlinie im weiteren Verlauf daher gestrichelt gezeichnet. Wie es aus Figur 5 ersichtlich ist, können somit auch mehrere Gangwechsel beziehungsweise Veränderungen der Übersetzungsstufe in der nächsten Zukunft vorhergesagt werden. Die erfasste Verweildauer wird bevorzugt mit einer Mindest-Verweildauer verglichen. Die Mindest-Verweildauer wird dabei in Schritt S4 in Abhängigkeit von einem aktuellen Kraftstoffverbrauch und von dem auf Basis der vorhergesagten Daten vorherbestimmten beziehungsweise wahrscheinlichen Kraftstoffverbrauch und des Kraftstoffmehrverbrauchs, der zum Umschalten der Übersetzungsstufe notwendig ist, ermittelt. Die Mindest-Verweildauer wird dabei derart bestimmt, dass bei Erreichen der Mindest-Verweildauer ein anschließendes Umschalten der Übersetzungsstufe des Schaltgetriebes 5 nicht zu einem Kraftstoffmehrverbrauch führt, beziehungsweise, wenn die Verweildauer in einem Zustand der Antriebsvorrichtung 2 so lange ist, dass der Kraftstoff-Mehraufwand für die Umschaltung der Übersetzungsstufe durch die Einsparung zwischen zwei Umschaltungen überkompensiert wird. Ist somit die ermittelte Verweildauer größer als die Mindest-Verweildauer, dann wird die Übersetzungsstufe in einem Schritt S5 umgeschaltet, andernfalls verbleibt das Schaltgetriebe 5 in der eingestellten Übersetzungsstufe.
Wie mit Bezug auf das Schaltgetriebe 5 beschrieben, wird alternativ oder zusätzlich auch die Ventilhubverstelleinrichtung 13 und deren Verweildauer berücksichtigt. Das Schalten wird dabei jeweils derart durchgeführt, dass es momentenneutral erfolgt. Werden also das Schaltgetriebe 5 oder die
Ventilhubverstelleinrichtung 13 geschaltet, werden Maßnahmen ergriffen, die dazu führen, dass das Antriebsdrehmoment der Antriebsvorrichtung 2 bei unverändertem Fahrerwunsch unverändert beziehungsweise gleich bleibt. Dazu werden beispielsweise die Kraftstoffzufuhr und/oder ein Zündwinkel der Brennkraftmaschine verändert. Insbesondere hierdurch ergibt sich ein Kraftstoffmehrverbrauch, der bei der Bestimmung der Verweildauer beziehungsweise eines Zeitpunktes zum Schalten, wie oben stehend beschreiben, berücksichtigt wird.
Durch das beschriebene Verfahren wird somit erreicht, dass eine
Umschaltung des Schaltgetriebes 5 beziehungsweise der
Ventilhubverstelleinrichtung 13 nur dann erfolgt, wenn eine begründete Aussicht darauf besteht, dass die Verweildauer im Zustand nach der
Umschaltung ausreichend lang ist, um Kraftstoff einzusparen. Durch dieses vorteilhafte Verfahren wird außerdem erreicht, dass Umschaltvorgänge für den Fahrer oder andere Insassen des Kraftfahrzeugs 1 seltener auftreten und dadurch der Fahrkomfort erhöht wird.
Das beschriebene Verfahren kann gleichermaßen auch bei anderen
Einrichtungen, deren Schaltzustand den Kraftstoffverbrauch der
Antriebsvorrichtung beeinflusst, durchgeführt werden. Bei einer derartigen anderen Einrichtung kann es sich beispielsweise um eine Einrichtung zur Zündwinkelverstellung oder um einen Aktuator zum Beeinflussen eines Strömungswegs oder einer Strömungsgeometrie handeln.

Claims

Patentansprüche
Verfahren zum Betreiben einer Antriebsvorrichtung (2) eines
Kraftfahrzeugs (1 ), die eine Brennkraftmaschine (3) und wenigstens eine schaltbare Einrichtung aufweist, wobei die Einrichtung zum Verändern eines einen Kraftstoffverbrauch beeinflussenden
Betriebszustands schaltbar ist und zum Schalten einen
Kraftstoffmehrverbrauch verursacht, dadurch gekennzeichnet, dass in Abhängigkeit von einer aktuellen Betriebssituation ein Drehmoment und eine Drehzahl der Brennkraftmaschine (3) vorhergesagt werden, dass in Abhängigkeit von dem Drehmoment und der Drehzahl eine Verweildauer der Einrichtung in einem Schaltzustand vorhergesagt wird, und dass in Abhängigkeit der Verweildauer die Einrichtung zum Verändern des Betriebszustands angesteuert wird.
Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass als schaltbare Einrichtung ein mehrere Übersatzungsstufen aufweisendes Schaltgetriebe (5) angesteuert wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als schaltbare Einrichtung eine
Ventilhubverstelleinrichtung (13) angesteuert wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Zündwinkel und/oder eine Kraftstoffzufuhr der Brenn kraftmasch ine (3) beim Schalten derart variiert werden, dass ein Antriebsdrehmoment der Antriebsvorrichtung (2) während des Schaltens gleich oder nahezu gleich bleibt.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung in Abhängigkeit von einem verweildauerabhängigen Kraftstoffverbrauch angesteuert wird.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein wahrscheinlicher Kraftstoffverbrauch vorhergesagt und mit einem Kraftstoffmehrverbrauch, der zum Schalten notwendig ist, verglichen wird, um über das Schalten zu entscheiden.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verweildauer in Abhängigkeit von einem erkannten Fahrertyp bestimmt wird.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verweildauer in Abhängigkeit von
Verkehrsinformationen bestimmt wird.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verweildauer in Abhängigkeit von Daten eines Navigationssystems (1 1 ) des Kraftfahrzeugs (1 ) bestimmt wird.
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der wahrscheinliche Kraftstoffverbrauch in Abhängigkeit von einem Betriebsbereich der Brennkraftmaschine bestimmt wird.
1 1 .Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der wahrscheinliche Kraftstoffverbrauch in Abhängigkeit von der bestimmten Drehzahl und dem bestimmten Drehmoment bestimmt wird.
12. Vorrichtung zum Betreiben einer Antriebsvorrichtung (2) eines Kraftfahrzeugs (1 ), wobei die Antriebsvorrichtung (2) eine
Brennkraftmaschine (3) und wenigstens eine schaltbare Einrichtung aufweist, wobei die Einrichtung zum Verändern eines einen
Kraftstoffverbrauch beeinflussenden Betriebszustands schaltbar ist und zum Schalten einen Kraftstoffmehrverbrauch verursacht, gekennzeichnet durch ein speziell hergerichtetes Steuergerät (8), das das Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 1 1 bei bestimmungsgemäßem Gebrauch durchführt.
13. Antriebsvorrichtung (2) für ein Kraftfahrzeug (1 ), mit einer
Brennkraftmaschine (3) und mit wenigstens einer schaltbaren Einrichtung, wobei die Einrichtung zum Verändern eines einen Kraftstoffverbrauch beeinflussenden Betriebszustands schaltbar ist und zum Schalten einen Kraftstoffmehrverbrauch verursacht, gekennzeichnet durch eine Vorrichtung nach Anspruch 12.
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