WO2018011292A1 - Verfahren zur simulationsbasierten analyse eines kraftfahrzeugs - Google Patents

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Mario OSWALD
Peter Schoeggl
Erik Bogner
Robert Schuh
Moritz Stockmeier
Volker Mueller
Mario TEITZER
Thomas GERSTORFER
Hans-Michael Koegeler
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Definitions

  • the invention relates to a method for simulation-based analysis and / or optimization of a motor vehicle, wherein a driving operation of the motor vehicle is simulated on the basis of a model, a driving state parameter is determined, which with respect to one or more values of at least one simulated size and / or at least a variable is defined and is suitable to characterize at least one driving condition, in particular a driving condition, of the motor vehicle.
  • Document EP 0 846 945 B1 discloses a method for analyzing the driving behavior of motor vehicles with the following steps:
  • Document EP 1 623 284 A1 discloses a method for optimizing vehicles and engines for driving such vehicles by the following steps:
  • a first aspect of the invention relates to a method for simulation-based analysis and / or optimization of a motor vehicle, preferably comprising the following steps i o:
  • a driving condition parameter that is defined with respect to one or more values of at least one simulated variable and / or at least one variable and that is capable of characterizing at least one driving condition, in particular a driving condition, of the motor vehicle;
  • a second aspect of the invention relates to a system for simulation-based analysis and / or optimization of a motor vehicle, which is set up to carry out a method according to the first aspect of the invention and / or preferably comprises the following means:
  • a model with at least one manipulated variable for obtaining values at least one simulated variable which is suitable for characterizing overall vehicle behavior, in particular drivability, of the motor vehicle the model having at least one submodel, and wherein the at least one submodel is based on a function and preferably the operation of at least one component, in particular an internal combustion engine, of the motor vehicle characterized; and means configured to determine a driving-state parameter which is defined by values of at least one simulated variable and / or at least one manipulated variable and capable of characterizing at least one driving operating state, in particular a driving state, of the motor vehicle;
  • Means arranged to output the values of the at least one simulated variable, suitable for characterizing the overall vehicle behavior, in conjunction with the respective associated driving operating state parameter.
  • the means are associated with a first and a second module, which are connected via a first data interface.
  • a third aspect of the invention relates to a method for simulation-based analysis and / or optimization of a motor vehicle, comprising the following working steps:
  • a fourth aspect of the invention relates to a system for simulation-based analysis and / or optimization of a motor vehicle, which is set up to carry out a method according to the invention and / or comprises:
  • Means arranged to output the values of the at least one simulated variable.
  • the means are associated with a first and a second module, which are connected via a first data interface.
  • a variable in the sense of the invention is a variable of a simulation, which in particular has at least one actuating or input variable and at least one simulated "measured variable.”
  • a variable is a physical variable.
  • a condition in the sense of the invention is one or more constellations of values of several sizes and / or a progression of values of one or more variables.
  • a model in the sense of the invention is a, in particular simplified, image of reality.
  • An inventive model may also be referred to as a replacement model for the operation of a device.
  • this may in turn have submodels and / or submodels that model individual components of the device.
  • such a model can have a map-based model and / or a function-based model, in particular as partial models.
  • a map is stored, which assigns values of an input variable to values of an output variable.
  • a function is stored with function parameters or coefficients and variables to which values of input variables assign values of output variables.
  • a function parameter or parameters of a function within the meaning of the invention is a so-called shape variable, which is constant for the case just considered, but can be varied for the next case.
  • a function parameter is a single value or a single function and can in particular represent a coefficient.
  • Output within the meaning of the invention is a provision for further processing, in particular in the method or in another method, or a reproduction by a user interface.
  • a total vehicle behavior in the sense of the invention is at least one property of the vehicle in motion or driving, in particular selected from the following group: function of the assistance systems, security feeling, ride comfort, agility, driveability, emission, efficiency, NVH comfort, revving of the Motor vehicle / in relation to the motor vehicle, in particular in a holistic context.
  • Driveability in the sense of the invention is a behavior of a motor vehicle in transient operating states, which is caused by an action of a driver or driver assistance system.
  • a driving condition in the sense of the invention characterizes the operation of a motor vehicle at a time or over a period of time and may be a driving condition in a simple form.
  • a driving condition is an overall operating condition of the vehicle which characterizes the driving condition as well as the operating condition of the aggregates and accessories used for the propulsion of the vehicle.
  • An operating state within the meaning of the invention is any possibility of operating a device.
  • an internal combustion engine operating condition preferably means both an operation of the internal combustion engine in a stationary state, i. For example, idling operation or constant speed and constant load vehicle operation, as well as steady state, i.e., transient, operation.
  • an acceleration of the internal combustion engine preferably both a snapshot of a constellation of values of the variables and, alternatively, a time profile of values of the variables, for example the accelerator pedal position, or alternatively this is also represented by an initial and end point of the values of variables, for example by velocity values a predetermined opening degree of the throttle valve defined.
  • a value in the sense of the invention is a number, a constellation of numbers or an expression.
  • Operating behavior in the sense of the invention is a sequence of operating states.
  • a driving state in the sense of the invention characterizes a dynamics of a motor vehicle in motion or while driving.
  • driving conditions are preferably starting process of an internal combustion engine when driving (v Kra ft poverty> 0), acceleration, tip-in, tip-out, slow down, changing gears, sliding at a constant speed, sailing, idling when driving (v Kr aft poverty> 0) engine stop when driving (v Kr aft poverty> 0).
  • a driving condition can also be subdivided finer in under-driving conditions. In the extreme case, each combination of values of the variables is assigned an underrun condition.
  • these are preferably stationary and transient or transient states of the driving operation, which designate the transition from a first stationary driving state to a second stationary driving state.
  • An efficiency within the meaning of the invention is a measure of the energy required to achieve a defined benefit.
  • a process is efficient when a particular benefit is achieved with minimal energy input.
  • an efficiency is at least a component of the efficiency.
  • An emission behavior within the meaning of the invention is a course of the emissions over a predefined period of time or a profile of the emissions over a predetermined distance, time and distance being coupled in particular via a speed profile.
  • a module according to the invention is a building block or component of the system according to the invention. Individual modules can be technically implemented as hardware and / or software and are connected via interfaces.
  • a means in the sense of the invention may be designed as hardware and / or software, in particular one, preferably with a memory and / or bus relating.
  • the CPU may be selected to execute instructions implemented as a program stored in a memory system, to capture input signals from a data bus, and / or to output signals to a data bus.
  • a storage system may comprise one or more, in particular different, storage media, in particular optical, magnetic, fixed and / or other non-volatile media.
  • the program may be such that it is capable of embodying or executing the methods described herein so that the CPU may perform the steps of such methods and, in particular, control and / or monitor a reciprocating engine.
  • a motor vehicle in the sense of the invention is a vehicle operated by a drive.
  • a motor vehicle is in particular a land vehicle, watercraft or aircraft. Preferably, this is a passenger car, truck, bus or motorcycle.
  • the invention is based in particular on the approach of making the overall vehicle behavior, in particular the drivability of the motor vehicle, analyzable and optimizable in a pure simulation.
  • the driving operation of the motor vehicle is in this case simulated by a model, so that neither measurements are carried out on a real motor vehicle nor on a test bench in order to obtain values of variables to be observed.
  • the model which depicts the motor vehicle is either a completely function-based model or, at least for that component which is to be designed in one process run, has a function-based submodel which images this component.
  • other components of the vehicle may also be included as a map-based submodel in the model to perform the simulation.
  • the values of the simulated variable are preferably set in relation to a driving operating state, in particular a driving state, of the motor vehicle. Therefore, according to the invention, a driving mode parameter is determined on the basis of the variables simulated by means of the model. In this way, statements about the overall vehicle behavior can be additionally improved.
  • Values of the simulated variables and, if appropriate, of the respective driving mode parameter are then preferably output, for example in order to be displayed to a user via a user interface or provided by a modeling algorithm which changes the model, in particular the function-based components of the model. in particular, can further optimize.
  • models of individual components or of an entire motor vehicle can be optimized with respect to certain criteria under specification of boundary conditions. Based on the model obtained, the individual components or the entire vehicle can then be designed.
  • the same values or value constellations of variables can be differently evaluated as a function of the respective driving operating state parameter.
  • the Fahr istssstands parameter is defined by at least one predetermined condition with respect to the at least one control variable and / or at least one simulated size.
  • the checking of a condition makes it possible to predefine driving conditions or driving conditions and to output a driving condition parameter only when such a predefined driving condition or driving condition is actually present.
  • the method is preferably continued only when a predefined driving condition or driving condition exists, in particular, only in this case, an evaluation parameter is calculated. As a result, the occupied storage capacity and computing capacity of a data processing device can be saved.
  • the step of simulating occurs for points of variation of a test plan, in particular a statistical test plan, which predefine the values of the input variables or manipulated variables of the model.
  • a statistical design which can be generated by known mathematical methods, allows a substantial reduction of the number of variation points, which are necessary for a simulation of the driving operation of the motor vehicle, in particular with respect to a so-called raster measurement.
  • the system according to the invention comprises: Means arranged to determine at least one evaluation parameter indicating the overall vehicle behavior of the motor vehicle on the basis of an assignment rule, in particular a function, in dependence on the at least one output simulated variable and the driving condition parameter and wherein the means for outputting further set are to output the at least one rating parameter.
  • the ZuOrd Vietnamese, Vietnamese, etc. may be hereby preferably based on generally accepted contexts or on dependencies, which were set up on the basis of one or preferably a plurality of reference vehicles.
  • the ZuOrd Vietnamesesvorschrift can take into account subjective feelings of a vehicle occupant, resulting from different constellations of simulated size and Fahr istssstands parameters.
  • the simulated variables are differently assessed depending on the driving operating state parameter, ie in particular the present driving state, in order to determine the evaluation parameter which indicates the overall vehicle behavior of the vehicle.
  • the driving operating state parameter ie in particular the present driving state
  • the evaluation parameter which indicates the overall vehicle behavior of the vehicle.
  • the conversion of the simulated variable as a function of the driving state parameter into a, preferably objective, evaluation parameter is relatively simple. This is the case, for example, for the emission and efficiency criteria.
  • a training phase for the second module of the system is provided for this purpose, which is at least substantially similar to the system training described in the aforementioned EP 0 846 945 B1.
  • a vehicle occupant in particular a test driver, is subjected to a test operation in the real vehicle, whereby no predefined driving cycle has to be maintained per se.
  • the drive cycle performed in the experiment essentially corresponds to a normal driving operation.
  • Drive-related and vehicle-related data are preferably recorded as time series during the driving operation.
  • Drive-related data are in particular engine speed, engine torque, requested power, in an internal combustion engine, in particular throttle or accelerator pedal position, intake manifold vacuum, coolant temperature, ignition timing, injection quantity, lambda value, exhaust gas recirculation rate and exhaust gas temperature.
  • Vehicle-related data are, in particular, vehicle speed, vehicle longitudinal acceleration, vehicle lateral acceleration, rolling, rolling, pitching.
  • different driving states in particular via the output of a driving state parameter, become known on the basis of previously defined conditions.
  • tip-in can be defined as a driving condition in which a sudden opening of the throttle valve occurs from a low-speed and a low-load condition
  • Conditions are defined for each driving condition to be differentiated, in this case for the measured quantities whose occurrence is based on the existence of the driving condition defined by these conditions.
  • the conditions are identical to those conditions which later determine the driving operating state parameter or the driving operating states in the method according to the invention.
  • a rating parameter is preferably defined based on one or more measured quantities.
  • test persons are preferably asked about the overall vehicle behavior of the vehicle.
  • the score parameter is then preferably set or correlated to best reflect the score by the subject or persons.
  • statements of several test subjects about the overall driving behavior of the motor vehicle are preferably evaluated by statistical means.
  • a ZuOrdnungsvorschrift obtained in this way can preferably be used to determine the evaluation parameter.
  • the system according to the invention comprises:
  • Means arranged for matching the values of at least one simulated variable for the respective driving condition parameter or the value of the at least one evaluation parameter with a predetermined setpoint range, in particular with target values for a design of the motor vehicle;
  • This advantageous embodiment of the method according to the invention makes it possible to optimize the function used for simulating or the submodel of a component of the motor vehicle with respect to the criteria relevant to the overall vehicle behavior, in particular automatically.
  • the values of the simulated variables are compared with a nominal value range, which was determined for example on the basis of a reference vehicle, taking into account the respectively present value of the driving-state parameter.
  • an evaluation parameter in which an objectified evaluation is already included can be compared with a setpoint range for this evaluation parameter.
  • the respective desired value range here represents target values for the design of the at least one component of the motor vehicle.
  • the function used for simulating or the submodel of the component of the motor vehicle is changed, in particular by modifying function parameters or coefficients of the function of the at least one submodel used for simulating.
  • optimization algorithms are used, as they are known in the art.
  • the values of the at least one simulated variable as a function of the driving operating state parameter and / or the values of the evaluation parameter and the function parameters or coefficients of the function used for the simulation enter as variables.
  • the dependence of the variables is then mapped by polynomial models and optionally extended by various types of neural network algorithms, in particular by interrelationships between individual polynomial models.
  • these model algorithms indicate not only local models but global models.
  • the global model algorithms then describe the behavior of the component to be designed over the entire operating range as a function of the function parameters of the simulated function.
  • a (further) experimental design is created which specifies variation points with respect to the function parameters of the function or functions used for simulation.
  • the model algorithm used for the optimization can enter into other or further boundary conditions than the criterion of the overall vehicle behavior, for example statutory safety specifications, for example minimum distances in road traffic or statutory emission specifications.
  • the function of the partial model of the vehicle component used for simulation is output, in particular an indication is given that the overall vehicle behavior of the vehicle Motor vehicle with the function used for simulating the predetermined target values met.
  • the component of the motor vehicle represented by the function-based submodel may be designed in such a way that the operation of the component reflects the function used for simulation.
  • the simulation-based methodology according to the invention makes it possible to predict design-relevant overall vehicle properties sufficiently accurately in the concept and design phase of a new motor vehicle in which no vehicle test vehicles to be tested are available at a very early stage.
  • an optimization algorithm in particular in connection with a design target metric, ie an evaluation parameter, a hardware specification for design-relevant motor vehicle and engine components are generated.
  • the simulation-based method according to the invention can be implemented in that map-based models, which are normally used to simulate a motor vehicle or its components, are at least partially replaced by function-based models.
  • the engine torque currently applied to the crankshaft which in a map-based model is normally specified in each simulation time step as a function of load or accelerator pedal position and engine speed, is represented according to the invention by a corresponding function-based model.
  • the stationary and transient torque characteristics of an internal combustion engine in particular a supercharged internal combustion engine, can be mapped via mathematical functions with few functional parameters.
  • transient driving conditions of the motor vehicle such as full load acceleration, low-end torque, tip-in (positive load change), tip-out (negative load change), acceleration, etc., simulate sufficiently accurate.
  • the modification takes place on the basis of an optimization algorithm and the at least one function parameter of the function used for simulating in the optimization algorithm is used as the manipulated variable of the component or of the motor vehicle, in particular the single actuator. Size or sizes, treated.
  • the inventive system comprises means adapted to generate a further test plan having variation points with respect to the at least one function parameter of the function to be simulated, in particular based on an optimization algorithm, wherein the step simulating on the basis of the further experimental plan.
  • the method according to the invention relate in particular to an embodiment in which the component is a drive device, in particular an internal combustion engine. Accordingly, the method according to the invention furthermore has the following advantageous embodiments:
  • the submodel is a torque model of the drive device, in particular an internal combustion engine, of the motor vehicle, wherein the submodel has at least one of the following submodels:
  • Partial load model based on a partial load function
  • a torque gradient model based on a torque gradient function
  • Saugmomentmodell which is based on a Saugmoment function.
  • the torque model has at least the full-load model and the full-load function describes a full-load characteristic curve through three sub-functions:
  • the full-load characteristic in particular the full-load characteristic curve of an internal combustion engine, is not completely differentiable, but has kinks, so that it can preferably be represented completely completely by splitting it into three different functional areas. This is inventively achieved by the areas of low speed, average speed and maximum power, wherein at low speed and average speed, the full load function is approximated by the torque, while preferably at maximum power, the function is approximated via the power curve.
  • the functions for each subarea may preferably be defined by only two function parameters.
  • the part-load function is calculated on the basis of the full-load function and a pedal characteristic function, which specifies a relationship between the variable torque and the variable "pedal or throttle position.”
  • This function can also only be defined via two function parameters.
  • the pedal characteristic function has a first function parameter and a second function parameter, both of which are rotational speed-dependent and wherein the first function parameter indicates a factor and the second function parameter specifies an offset. This results in a particularly simple structure of the pedal characteristic function, which simplifies the use in an optimization algorithm.
  • the torque gradient function has a linear and a cubic component, wherein a function parameter indicates the direction of the linear and the cubic component.
  • the torque gradient function can thus also be described with only three function parameters.
  • a small number of function parameters also means a small number of variables to be changed in a polynomial model of an optimization algorithm. In this way, the number of variation points of a test plan can be kept as low as possible even by the modeling.
  • the at least one submodule indicates in each case the stationary and / or the transient operation of the at least one component.
  • the at least one component is an internal combustion engine, a charging system, a steering system, a drive train, a chassis system, a transmission system or a driver assistance system.
  • one or more, in particular all, steps of the method are completely or partially automated, in particular by the system or its means. Further advantageous embodiments, in particular with regard to the third and fourth aspects of the invention, are given below:
  • the method further comprises the following operation:
  • a driving state parameter which is defined with respect to one or more values of at least one simulated variable and / or at least one manipulated variable and is suitable for characterizing at least one driving operating state, in particular a driving state, of the motor vehicle; wherein the values of the at least one simulated variable are output in connection with the respectively associated driving operating state parameter.
  • the submodel which is based on a function, has at least one function parameter, by means of which the simulated driving operation of the motor vehicle can be changed.
  • the Fahr istssstands- parameter is defined by at least one predetermined condition with respect to the at least one control variable and / or at least one simulated size.
  • the step of simulating occurs for points of variation of a test plan, in particular a statistical test plan.
  • the method further comprises the following steps:
  • the method further comprises the following steps:
  • the method further comprises the following operation:
  • the method further comprises the following steps:
  • the modification takes place on the basis of an optimization algorithm and the at least one function parameter of the function used for simulating in the optimization algorithm is used as a control variable of the component or of the motor vehicle, in particular single control variable or sizes, treated.
  • the method further comprises the following operation:
  • the method further comprises the following operation:
  • the at least one partial model characterizes a device of the vehicle, further comprising the following working steps:
  • the at least one submodel is a torque model of a drive device, in particular an internal combustion engine, of the motor vehicle, and the submodel has at least one of the following submodels:
  • Torque gradient model based on a torque gradient function
  • the torque model has at least the full-load model and the full-load function describes a full-load characteristic through three sub-functions:
  • the partial load function is calculated on the basis of the full load function and a pedal characteristic function which a relationship between a variable "torque" and a variable "pedal or throttle position".
  • the pedal characteristic function has a first function parameter and a second function parameter, which are both speed-dependent, and wherein the first function parameter indicates a factor and the second function parameter specifies an offset.
  • the Drehmomentgradienten- has a linear and a cubic portion, wherein a function parameter indicating the weighting of the linear and the cubic portion.
  • the driving-state parameter and / or the evaluation parameter are determined as a function of a vehicle parameter, preferably mass and / or engine characteristic of the motor vehicle, in particular maximum power, maximum torque and / or maximum rotational speed.
  • the model as a further partial model on a vehicle model, which is adapted to at least partially characterize a driving behavior of the motor vehicle.
  • the method further comprises the following operation:
  • the second module further comprises: Means configured to determine a driving-state parameter which is defined with regard to one or more values of at least one simulated variable and / or at least one manipulated variable and is suitable for characterizing at least one driving operating state, in particular a driving state, of the motor vehicle, wherein the values of the at least one simulated variable are output in connection with the respectively associated driving operating state parameter.
  • the submodel which is based on a function, has at least one function parameter, by means of which the simulated driving operation of the motor vehicle can be changed.
  • the first data interface is set up to provide vehicle parameters, values of the at least one manipulated variable and / or the at least one simulated variable from the first module to the second module and values of a function parameter and variation points of to provide the second module to the first module.
  • the second module further comprises:
  • Means arranged to determine at least one evaluation parameter indicating the overall vehicle behavior of the motor vehicle on the basis of an assignment rule, in particular a function, as a function of the at least one output simulated variable and / or the driving mode parameter and wherein the means for outputting are further configured to output the at least one evaluation parameter.
  • the second module further comprises: - Means for providing a first specifications with respect to the driving operation of the motor vehicle, which at least one setpoint range of at least one simulated size, in particular for the respective Fahr istssstands- parameter, or the value of the at least one evaluation parameter, which target values for criteria for interpretation of the motor vehicle, preferably a total vehicle behavior, further preferably a drivability, correspond.
  • the second module further comprises:
  • the second module further comprises:
  • Means adapted to alter at least one function parameter of the function of the at least one submodel used for the simulation on the basis of the alignment, if the values of the at least one output simulated variable are outside the setpoint range, preferably the operation step again the driving is simulated; and Means for outputting a value of the at least one function parameter if the values of the at least one output simulated quantity are within the setpoint range.
  • system further comprises a third module, wherein the third module is connected to the second module via a second data interface and to the first module via a third data interface and comprises:
  • the second data interface is set up to provide values of the evaluation parameter from the second module to the third module and the third data interface is set up to provide values of the function parameter and variation points from the third module to the first module.
  • the second module or the third module further comprises:
  • Means arranged for generating a test plan, which has variation points with regard to the at least one function parameter of the function to be used for simulating, in particular on the basis an optimization algorithm, wherein a step of simulating is based on the further design plan.
  • Figure 1 shows a first embodiment of the system according to the invention
  • Figure 2 shows a second embodiment of the system according to the invention
  • FIGS. 3 to 6 show a subdivision of a full load characteristic curve according to the invention
  • FIG. 7 shows a full load characteristic curve with an applied proximity function
  • Figure 8 is a torque gradient approximation function
  • Figs. 9 and 10 show a pedal characteristic approximation function of a partial load model
  • Figure 11 is a full load characteristic with applied partial load approximation function
  • FIG. 12 shows a flow chart of an exemplary embodiment of the invention
  • a first exemplary embodiment of the system 10 according to the invention for simulation-based analysis and / or optimization of a motor vehicle and an associated method 100 according to the invention are explained below with reference to FIGS. 1 and 12.
  • the system 10 preferably has three modules 1 1, 12, 13, which are each connected via data interfaces for data transmission.
  • data is transferred from the first module 1 1 to the second module 12 via a first data interface 14, from the second module 12 to the third module 13 via a second data interface 15 and the third module 13 in turn to the first module 1 1 via a third data interface 16.
  • a model M is deposited, with which the driving operation of a motor vehicle 1 can be simulated.
  • This model M can, as indicated by the arrow, read or written via an interface from the outside into the module 1 1.
  • the model M can also be read out of the module 1 1 again.
  • a predetermined driving cycle is stored in the first module 11, which represents a sequence of driving operating states for the motor vehicle 1.
  • This driving cycle is preferably created on the basis of the experience of test engineers and includes load points, which experience has shown that are required for calibrating a motor vehicle 1, in the present exemplary embodiment of the drive or the internal combustion engine of the motor vehicle 1.
  • the model M has a partial model.
  • This submodel is function-based, that is, it is described by a function having function parameters, in particular coefficients, and variables, in particular manipulated variables, such as the speed and the gas pedal position.
  • the function reproduces an assignment rule which continuously assigns a value of one or more simulated variables to a constellation of values of manipulated variables.
  • further submodels of the model M describe the function of further components of the vehicle. If these further components are not likewise to be analyzed or optimized by the method 100 according to the invention, then the further submodels may preferably be map-based, ie the assignment rule inherent in these submodels is not stored as a function but as a map; which discretely assigns a value of one or more simulated quantities to a constellation of values of manipulated variables in each simulation time step.
  • the model M as a further submodel can have a vehicle model which is set up to simulate a driving behavior of the motor vehicle 1.
  • vehicle parameters which enter into such a vehicle model are, in particular, the weight and / or the dimension or the center of gravity of the vehicle.
  • a vehicle model is created in a manner known per se in order to be able to simulate a driving operation.
  • the first module 12 preferably simulates a two or more mass oscillator to reflect the mass of the motor vehicle 1, the rigidity of the drive train and the transmission behavior of the tires. Further preferably, the damping can also be simulated on the basis of the vehicle model.
  • the attenuation values depend in particular on the operating state of the vehicle.
  • such a vehicle model may have further submodels, such as a tire model, a suspension model (spring / damper), a chassis geometry model, a resistance model, a steering model, a clutch model, a transmission model and / or a model of elasticity (multi-mass system or multi-mass oscillator).
  • a tire model such as a tire model, a suspension model (spring / damper), a chassis geometry model, a resistance model, a steering model, a clutch model, a transmission model and / or a model of elasticity (multi-mass system or multi-mass oscillator).
  • values of simulated quantities of the model M are generated by executing the predetermined driving cycle with the vehicle 1 characterized by the model M.
  • the initial values of the function parameters or coefficients of the function to be used for simulating are preferably selected on the basis of the experience of a test engineer. Further preferably, these may also initially be set by the third module 13, as described below with respect to later iterations, preferably in the form of variation points of an experimental design.
  • Such a simulation of the driving operation of the motor vehicle 1 can be carried out in particular with the Applicant's system AVL VSM TM.
  • At least one of the simulated variables is suitable here, in particular in interaction with other simulated variables, in order to characterize an overall vehicle behavior of the vehicle 1 or to carry out an evaluation of the overall vehicle behavior on the basis of this variable.
  • the overall vehicle behavior includes at least driveability.
  • the overall vehicle behavior, in particular the drivability serves as a criterion for the design of the vehicle 1
  • the simulated variables are preferably forwarded to the second module 12.
  • the second module 12 is preferably able to check the values of the simulated variables for the presence of a predetermined condition S102.
  • a condition is in particular a constellation of the values of several simulated variables and / or the course of values of one or more variables. If such a condition is met, the second module 12 determines a driving mode and determines a driving condition parameter for this purpose.
  • the driving condition parameter is defined to one or more values of at least one simulated variable or at least one manipulated variable, but does not represent a separate value, but is essentially an association of values of at least one simulated quantity characterizing the overall vehicle behavior of the vehicle. to the values of at least one simulated quantity and / or at least one manipulated variable, which characterize the driving operating state.
  • variables of the model M can be used to define the driving condition parameter.
  • An example of this is the gas pedal or throttle valve position, the value of which can be used to conclude a driving operating state.
  • the driving condition parameter here is preferably a numerical value or a constellation of numerical values or also defined by a term which is assigned to the value or the values.
  • a database may be provided in the second module 12, on the basis of which the current driving operating state can be determined on the basis of the driving operating state parameter by adjusting values of the simulated and / or manipulated variables.
  • the data exchange between the first module 1 1 and the second module 12 takes place here preferably via the first interface 14, which may be software and / or hardware.
  • the values of the at least one simulated variable, which characterizes the overall vehicle behavior are output in conjunction with the respective driving operating state parameter.
  • the values are preferably output directly to a third module 13, which in particular serves for applying an optimization algorithm to the results obtained during simulation.
  • the values are output to an evaluation algorithm within the second module 12, with which the simulated variables determined for the motor vehicle 1, which express the overall vehicle behavior, preferably objectified, can be evaluated.
  • a ZuOrdnungsvor arrangement between at least one simulated size, by which the overall vehicle behavior is characterized, and the Fahr istssstands parameter to the evaluation parameter is used, in which the evaluation of one or a plurality of vehicles by human test riders, in particular with respect to reference vehicles , comes in.
  • the establishment of such a ZuOrd Vietnamesesvorschrift for ordering a rating parameter as a function of a simulated size, by which the overall vehicle behavior is characterized will be explained with reference to an embodiment in relation to the driving condition in the following.
  • it is a tip-in in second gear, so an acceleration process with increasing throttle opening.
  • the throttle position, the engine speed and the longitudinal acceleration are first measured in a time-dependent manner for a driving operating state tip-in.
  • the subject's subjective sensations are captured, for example, by the subject inputting their subjective sensation through a user interface assessment.
  • an evaluation of the rotational speed n and the longitudinal acceleration is performed.
  • a Fast Fourier Transformation (FFT) of the rotational speed n and the longitudinal acceleration is calculated.
  • a maximum value of bucking oscillation in the frequency range between 2 and 8 hertz and the frequency at which the maximum value occurs are preferably calculated according to the following equation:
  • st represents the imaginary part
  • a (t) the time course of the acceleration.
  • c1, c2 and c3 are parameters, a osc the maximum value of the bucking oscillation in the range of 2 to 8 hertz and Dr the calculated evaluation parameter, in the present Case a so-called driveability index for the criterion driveability.
  • the parameters c1, c2 and c3 can preferably be found automatically in a self-learning system. Preferably iteration loops are used for this, in which the parameters are changed until the deviation between the authorized value Dr and the subjective assessment of the subject Dr subjectively becomes a minimum. This is done according to the following equations:
  • the expressions p ,, q, and n represent variation step sizes .
  • the variation of c1, c2 and c3 is carried out until the difference between the calculated evaluation parameter Dr and the subjective evaluation parameter Drsubj is smaller than a predefined limit value is.
  • the subjective judgment in the vehicle can be completely simulated from the amplitudes a osc of the bucking vibration.
  • the found parameters c1, c2, c3 form the subjective assessment.
  • the illustrated embodiment for setting the ZuOrdnungsvorschrift for the evaluation parameter is just one of many ways to create this ZuOrdungsvorschrift.
  • the iteration can also be performed with other methods known from mathematics or statistics.
  • the ZuOrdnungsvorschrift also be a comparison of a simulated size with a setpoint range.
  • the setpoint range in this case corresponds to target values for a criterion. For example, a certain fuel consumption over a target value range could be specified as the target value.
  • the fuel consumption which is simulated on the basis of the model M, can then be compared with the setpoint range and thus determined whether an overshoot or undershoot is present and makes a change of the model M or the function parameters contained therein necessary.
  • the optimization algorithm is preferably provided in the second module 12, which then directly from the simulated size, in this case the simulated consumption, to the target value range as the target value, a new design plan or a set of new variation points of the functional Created parameters.
  • the evaluation parameter in this case is the consumption.
  • the simulation is then again carried out in the first module 1 1 using the new functional parameters S101.
  • Such a ratio of a simulated fuel consumption as a simulated quantity and the associated target value range as target values could also be converted into a rating which is represented by a numerical value, in particular a note, or a term ("too low", "too high", "
  • This evaluation parameter which is preferably calculated by the second module 12, is then preferably output to the third module 13 via the second interface 15, which in this case is deposited in the third module 13
  • Optimization algorithm then calculates, in particular on the basis of a test plan, variation points of the function parameter in order to optimize the consumption.
  • the second module 12 vehicle parameters are provided with respect to the simulated by the first module 1 1 motor vehicle 1. These are preferably the mass and the engine characteristic, in particular maximum power, maximum torque, rotational speed at maximum power, rotational speed at maximum torque and maximum rotational speed of the simulated motor vehicle 1. Further preferably, these data are transmitted from the first module 1 1 via the first data interface 14 to the second module 12.
  • the rating parameter may not only contain a single rating, but may consist of multiple ratings.
  • an overall rating for full load acceleration is, for example, a maximum expected torque, a 90% torque threshold, a 90% torque range, a torque fill, a spin, an expected one Acceleration and a reference acceleration.
  • the second module 12 can be given a multiplicity of criteria by means of which the evaluation or the determination of the evaluation parameter S104 for the overall vehicle behavior of the motor vehicle 1 is to be carried out. Examples of such criteria are, for example, drivability, agility, ride comfort, emission, efficiency, NVH comfort, driving pleasure, sense of security and function of the driver assistance systems. A particularly accurate assessment of overall vehicle behavior can be achieved by evaluating these criteria in a holistic context.
  • a value of the evaluation parameter determined by means of the assignment rule is then output from the second module 12 via a second data interface 15 to the third module 13, as an alternative to at least one simulated variable in connection with the driving operating state parameter S105.
  • the evaluation parameter can also be output via a user interface.
  • an optimization algorithm for improving the evaluation of the overall vehicle behavior is preferably carried out.
  • function parameters or coefficients of the function of the at least one submodel of the model M enter as variables. These variables are varied according to the optimization algorithm in order to optimize the evaluation parameter or the one or more evaluation criteria S107.
  • the criteria of the evaluation can preferably be weighted differently here.
  • boundary conditions enter into the optimization algorithm. These may be, for example, properties that were not taken into account in the evaluation in the second module 12. Such boundary conditions may be, for example, a desired torque or a desired performance or even boundary conditions that do not characterize the overall vehicle behavior of the motor vehicle 1, but which are, for example, safety-relevant or prescribed by law by law.
  • the Overall vehicle behavior has already reached a desired rating S106.
  • values of the at least one simulated variable by means of which the overall vehicle behavior can be characterized are compared for the respective, associated driving operating state parameters with a desired value range, in particular with target values for a design of the motor vehicle 1.
  • the evaluation parameter determined by the second module 12 can also be compared with a desired value range.
  • the evaluation algorithm is only executed if a setpoint range has not yet been reached. If, on the other hand, the setpoint range is reached, the last used value of the at least one function parameter of the function of the submodel used for the simulation is output S109, as will be explained below.
  • the function parameters of the functions of the submodel used for simulating are treated in the optimization algorithm as manipulated variables of the component of the motor vehicle 1 or the function of the submodel of this component, in particular as the only manipulated variables.
  • the function parameters are provided to the third module 13 by the first module 1 1 via the third data interface 16 or are defined by a user before performing the method 100 according to the invention as a variable when setting up the optimization algorithm.
  • the third module 13 preferably prepares a test plan based on the optimization algorithm S108, which contains further variation points in a variation space, which is dependent on the at least one function parameter of the function used for simulating Submodel is spanned. Then, in the manner of an iterative optimization, the driving mode of the motor vehicle 1 is again carried out on the basis of the modified partial model, ie with changed functional parameters or coefficients S101 '.
  • a design is set up in particular using statistical methods and corresponds to a design of experiment. Variational points of such an experimental plan are, for example, "design points" shown in FIG.
  • the value of the at least one function parameter or coefficient of the function of the submodel is outputted S109.
  • the value or values may be output via a user interface, more preferably the value or values are used in the function used for simulation.
  • the function obtained in this way indicates that mode of operation of the component of the motor vehicle 1 which would have to have this in order to achieve a specific evaluation of the overall vehicle behavior of the motor vehicle 1.
  • a specification for the at least one component of the motor vehicle 1 or of the entire motor vehicle 1 can now be prepared S1 10a.
  • the designs and / or the control or the regulation of the component of the motor vehicle 1 can be adapted S1 10b.
  • the respective component is preferably constructed, designed and controlled in such a way that the one real operation reflects the output function or the function parameters or coefficients.
  • the at least one component of the motor vehicle 1 or the entire motor vehicle 1 is not only changed, but completely optimized for the optimized sub-model or its function.
  • a torque model as illustrated in FIGS. 3 to 11, can be optimized with respect to various criteria with respect to the driving operation of a motor vehicle 1.
  • the desired target values of the criteria such as an expected acceleration and a reference acceleration or a torque or Drehfittechnik
  • This allows a completely new development approach, in which statements can already be made in the early stages of the development phase for the development engineers, how individual components of a motor vehicle 1 must be designed with defined vehicle parameters to later criteria in relation to the driving operation of the motor vehicle 1 fulfill.
  • a first specifications can be set, which sets target values, in particular a setpoint range with respect to a criterion, for example, the aforementioned driving dynamics parameter or at least one evaluation parameter, which represents the driving dynamics.
  • a second specification book for a component can be determined by means of the method according to the invention, which enables at least a coarse laying of the component of a motor vehicle 1.
  • FIG. 2 shows a second embodiment of the system 10 according to the invention.
  • the system 10 shown in FIG. 2 has only a first module 11 and a second module 12. Accordingly, there is also only the first data interface 14, with which data between the first module 1 1 and the second module 12 can be replaced.
  • no evaluation parameter is calculated. Rather, in the step of balancing S106, the values of the at least one simulated variable by which the overall vehicle behavior can be characterized are directly determined for the respective vehicle Fahr sunnyssstands parameter compared with a setpoint range for this driving condition parameter.
  • the function parameter (s) of the functions used for the simulation are changed using any boundary conditions, without carrying out an evaluation on the basis of a preferably objectivized, ZuOrdungsvorschrift.
  • FIGS. 3 to 11 The creation of a function-based engine model or torque model will be explained with reference to FIGS. 3 to 11, which can be used as a submodel for mapping the operating mode of an internal combustion engine in the method 100 according to the invention.
  • a function-based submodel M1 maps the torque characteristic of a supercharged internal combustion engine 1 in the stationary and transient operating range.
  • Further submodels of the function-based submodel for the engine are a part-load model M3, see FIG. 1, as well as a torque gradient model M2 and preferably also an intake torque model and optionally further submodels.
  • map-based models are commonly used to illustrate the operation of an engine.
  • a characteristic map is used, with which the torque currently applied to the crankshaft is determined in each time step of a simulation as a function of load or throttle position and engine speed.
  • maps are used for the intake torque and the torque gradient due to the supercharger pressure buildup of the turbocharger depending on the input parameters accelerator pedal position, speed and load at the time of load change .
  • engine model can be basically sufficient evaluation relevant transient driving conditions such as full load acceleration, low-end torque, rotary joy, positive load change (tip-in), acceleration and pulling power of a motor vehicle 1 sufficiently accurate.
  • map-based engine model of automated optimization accessible by means of an optimization algorithm
  • individual submodels of the map-based engine model or even all submodels are replaced by function-based submodels.
  • the number of variables to be varied that is to say the function parameters or coefficients of the submodels, can be substantially reduced for an efficient optimization process, and the function parameters or coefficients of the individual submodels can be changed independently of one another, in particular in the context of variable optimization ,
  • the full load characteristic of an internal combustion engine within a speed band of the internal combustion engine is considered in three separate segments.
  • the three speed segments are indicated in FIG. 3 with three different hatchings.
  • the segment up to about 2000 rpm can be used as a full load segment at low RPM, the segment up to about 5200 RPM as a full load segment at medium RPM and the segment up about 7000 revolutions per minute are called full load segment at maximum power.
  • This classification was chosen in this case in the manner to correspond to the usual behavior of modern supercharged internal combustion engines, in particular gasoline engines, as well as possible. Preferably, however, other divisions are possible, which are better suited for mapping the operation of other engines.
  • Torque increase in this segment Depending on the values of these function parameters M 100 o and k M i, the position and slope of the approximation function changes to the full load characteristic, as shown in FIG. 4.
  • the torque in this segment can be described by the following function VF2:
  • M 2 (n) M MAX + - Q ⁇ ⁇ '
  • n M speed at maximum torque
  • the approximation function to the speed characteristic curve in the second segment is represented by the function parameters M max , n M and k M2 in FIG. 5.
  • the maximum power segment does not describe the torque curve, but the performance curve is a function with function parameters.
  • the performance curve can be described in this segment by the following function VF3:
  • n P speed at maximum power
  • model parts of the individual segments or the approximation functions on which the model parts are based are combined to form an overall approximation function for mapping the entire full-load curve.
  • the dependency is defined according to the invention as an increase in torque per unit of time and is a function of the respective present speed.
  • the torque gradient according to the invention is therefore preferably described as a function of the rotational speed by the following functions:
  • auxiliary variables x and y serve only to simplify the calculation.
  • the function parameter "prog" of the torque gradient function can be adjusted within a range of 0 to 1 and, in the above functions, influences to what proportions the torque gradient function is composed of a linear component and a cubic component.
  • FIG. 8 An approximation function according to the invention for the torque gradient is shown in FIG.
  • the value of the torque gradient is represented for each speed with a pedal jump from 0 to 100%.
  • the function parameters gradi, grad 5 and prog are shown in Fig. 8.
  • the arrows also show how a change in this function parameter affects the course of the torque gradient function.
  • the partial load range of a supercharged internal combustion engine depends in particular on the pedal characteristic of the internal combustion engine. This defines the relationship between an accelerator pedal position and a requested torque.
  • a function-based part-load model is preferably determined based on a function-based pedal characteristic.
  • a function-based pedal characteristic is a percentage value that can be used to scale the full load curve according to the pedal position.
  • the function-based pedal characteristic is described according to the invention by the following functions:
  • the calculated result according to this function can also assume values below 0% or above 100%. Therefore, the result must be limited to a valid value range.
  • a real pedal characteristic also has a speed dependency.
  • the two function parameters of the pedal characteristic function "linear" and "shift” are described as speed-dependent functions.
  • the values of the function parameters are defined at three different speeds and the course of the pedal characteristic function is then interpolated over a quadratic polynomial.
  • the arrows in FIG. 9 indicate how the approximate function of the pedal characteristic curve shifts when the "shift" and "linear" function parameters are changed in each case.
  • One Direct response to an accelerator pedal position (straight dashed line) is perceived by a driver as rather athletic, a more progressive curve low torque request in the lower accelerator pedal position and high torque request in the upper accelerator pedal position area is considered rather comfortable.
  • FIG. 11 shows a partial load model M3 according to the invention, which was calculated from the function-based full-load characteristic model according to the invention and the function-based pedal characteristic model according to the invention.
  • the illustrated submodels and their model parts for full-load models M1, torque gradient models M2 and part-load models M3 can be correspondingly modified also transferred to non-supercharged internal combustion engines.
  • Other submodels can be created based on other drive types, such as electric motors, and for other components of the vehicle, such as the steering or the transmission, function-based, so that they can be optimized with the inventive method 100.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur simulationsbasierten Analyse und/oder Optimierung eines Kraftfahrzeugs, vorzugsweise folgende Arbeitsschritte aufweisend: - Simulieren (S101) eines Fahrbetriebs des Kraftfahrzeugs (1) auf der Grundlage eines Modells (M) mit wenigstens einer Stell-Größe zur Gewinnung von Werten wenigstens einer simulierten Größe, welche geeignet ist, ein Gesamtfahrzeugverhalten, insbesondere eine Fahrbarkeit, des Kraftfahrzeugs (1) zu charakterisieren, wobei das Modell wenigstens ein Teilmodell, insbesondere ein Drehmomentmodell, aufweist und wobei das wenigstens eine Teilmodell auf einer Funktion basiert und vorzugsweise den Betrieb wenigstens einer Komponente, insbesondere einer Brennkraftmaschine, des Kraftfahrzeugs (1) charakterisiert; und - Ausgeben (S103) der Werte der wenigstens einen simulierten Größe.

Description

Verfahren zur simulationsbasierten Analyse eines Kraftfahrzeugs
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur simulationsbasierten Analyse und/oder Optimierung eines Kraftfahrzeugs, wobei ein Fahrbetrieb des Kraftfahrzeugs auf der Grundlage eines Modells simuliert wird ein Fahrbetriebszustands-Parameter ermittelt wird, welcher in Bezug auf einen oder mehrere Werte wenigstens einer simulierten Größe und/oder wenigstens einer Stell-Größe definiert ist und geeignet ist, wenigstens einen Fahrbetriebszustand, insbesondere einen Fahrzustand, des Kraftfahrzeugs zu charakterisieren.
Eine zunehmende Anzahl von Stell- bzw. Eingangsgrößen und Ausgangsgrößen, die erhöhten Anforderungen der Kunden an das Fahrverhalten eines Kraftfahrzeugs sowie des Gesetzgebers an Emission und Verbrauch von Kraftfahrzeugen erhöhen den Kalibrierungsaufwand für Kraftfahrzeuge erheblich.
Insbesondere die Auslegung eines Motors, zum Beispiel einer Brennkraftmaschine, und die Bedatung seiner Steuerung sind aufwändig und können eigentlich erst dann in Bezug auf Kriterien wie Fahrverhalten, Emission und Verbrauch optimiert werden, wenn das Kraftfahrzeug als Prototyp vorhanden ist. Gleichzeitig nimmt der Druck auf die Autohersteiler, die Entwicklungszeiten für neue Kraftfahrzeuge zu verkürzen aufgrund technischer Neuerungen und kürzerer Produktzyklen zu.
Um beiden entgegen gerichteten Entwicklungen gerecht zu werden, sind verbesserte Entwicklungsmethoden notwendig, die es ermöglichen, den Einfluss der Auslegung einzelner Komponenten auf die Gesamtfahrzeugeigenschaften ausreichend genau vorherzusagen. Aus dem Dokument EP 0 846 945 B1 ist ein Verfahren zur Analyse des Fahrverhaltens von Kraftfahrzeugen mit folgenden Schritten bekannt:
Erstellen eines Simulationsmodells für ein Fahrzeug zur Abbildung des Fahrzeugs auf einem dynamischen Prüfstand;
Durchführung von Messungen am Prüfstand zur Gewinnung von Messgrößen über das Fahrverhalten des simulierten Fahrzeugs;
laufende Überprüfung, ob vorbestimmte Triggerbedingungen, d.h. Konstellation von Messgrößen, erfüllt sind, die vorbestimmten Fahrzuständen des Kraftfahrzeugs entsprechen;
nur dann, wenn eine der Triggerbedingungen erfüllt ist, Berechnen mindestens einer Bewertungsgröße, die die Fahrbarkeit des Fahrzeugs ausdrückt, aus einer oder mehreren Messgrößen aufgrund einer vorbestimmten, von der Trägerbedingung abhängigen Funktion;
Ausgeben der Bewertungsgröße.
Aus dem Dokument EP 1 623 284 A1 ist ein Verfahren zur Optimierung von Fahrzeugen und von Motoren zum Antrieb solcher Fahrzeuge mit folgenden Schritten bekannt:
Durchführen von Messungen aus dem realen Betrieb des Fahrzeuges auf der Straße oder einem Rollenprüfstand oder des Motors auf einem Motorenprüf stand;
Parametrisieren eines Simulationsmodells, das das Fahrzeug bzw. den Motor abbildet, um rechnerisch eine Prognose über die durch die Messungen erzielten Messwerte ermitteln zu können;
Simulation des Fahrzeuges unter Verwendung des Simulationsmodells, wobei auch mindestens ein Fahrbarkeitsindex berechnet wird, der sich aufgrund einer empirisch ermittelten Funktion aus mehreren Messwerten ergibt und der die Fahrbarkeit des Fahrzeuges in einem bestimmten Fahrzustand angibt;
Optimierung der Einstellung des Fahrzeuges während der obigen Simulation, wobei mindestens ein Fahrbarkeitsindex in die Zielfunktion oder die Randbedingungen der Optimierung eingeht.
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, ein verbessertes Verfahren und ein entsprechendes System zur simulationsbasierten Analyse und/oder Optimierung eines Kraftfahrzeugs bereitzustellen. Insbesondere ist es eine Aufgabe der Erfindung, ein solches Verfahren und System bereitzustellen, welches einen automatisierten Optimierungsablauf ausführen kann.
Diese Aufgabe wird durch das Verfahren nach Anspruch 1 und das System nach Anspruch 5 24 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen werden in den Unteransprüchen beansprucht. Der Wortlaut der Ansprüche wird hiermit zum Inhalt der Beschreibung gemacht.
Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zur simulationsbasierten Analyse und/oder Optimierung eines Kraftfahrzeugs, vorzugsweise folgende Arbeitsschritte i o aufweisend:
Simulieren eines Fahrbetriebs des Kraftfahrzeugs auf der Grundlage eines Modells mit wenigstens einer Stell-Größe zur Gewinnung von Werten wenigstens einer simulierten Größe, welche geeignet ist, ein Gesamtfahrzeugverhalten, insbesondere eine Fahrbarkeit, des Kraftfahrzeugs zu charakterisieren, wobei das Modell wenigstens ein 15 Teilmodell aufweist und wobei das wenigstens eine Teilmodell auf einer Funktion basiert und vorzugsweise den Betrieb wenigstens einer Komponente, insbesondere einer Brennkraftmaschine, des Kraftfahrzeugs charakterisiert;
Ermitteln eines Fahrbetriebszustands-Parameters, welcher in Bezug auf einen oder mehrere Werte wenigstens einer simulierten Größe und/oder wenigstens einer Stell- 20 Größe definiert ist und geeignet ist, wenigstens einen Fahrbetriebszustand, insbesondere einen Fahrzustand, des Kraftfahrzeugs zu charakterisieren; und
- Ausgeben der Werte der wenigstens einen simulierten Größe, geeignet zum Charakterisieren des Gesamtfahrzeugverhaltens, im Zusammenhang mit dem jeweils zugehörigen Fahrbetriebszustands-Parameter.
25
Ein zweiter Aspekt der Erfindung betrifft ein System zur simulationsbasierten Analyse und/oder Optimierung eines Kraftfahrzeugs, welches eingerichtet ist, ein Verfahren nach dem ersten Aspekt der Erfindung auszuführen und/oder vorzugsweise folgende Mittel aufweist:
30 - Mittel, eingerichtet zum Simulieren eines Fahrbetriebs des Kraftfahrzeugs auf der
Grundlage eines Modells mit wenigstens einer Stell-Größe zur Gewinnung von Werten wenigstens einer simulierten Größe, welche geeignet ist, ein Gesamtfahrzeugverhalten, insbesondere eine Fahrbarkeit, des Kraftfahrzeugs zu charakterisieren, wobei das Modell wenigstens ein Teilmodell aufweist und wobei das wenigstens eine Teilmodell auf einer Funktion basiert und vorzugsweise den Betrieb wenigstens einer Komponente, insbesondere einer Brennkraftmaschine, des Kraftfahrzeugs charakterisiert; und Mittel, eingerichtet zum Ermitteln eines Fahrbetriebszustands- Parameters, welcher durch Werte wenigstens einer simulierten Größe und/oder wenigstens einer Stell-Größe definiert ist und geeignet ist, wenigstens einen Fahrbetriebszustand, insbesondere einen Fahrzustand, des Kraftfahrzeugs zu charakterisieren; und
Mittel, eingerichtet zum Ausgeben der Werte der wenigstens einen simulierten Größe, geeignet zum Charakterisieren des Gesamtfahrzeugverhaltens, im Zusammenhang mit dem jeweils zugehörigen Fahrbetriebszustands-Parameter.
Vorzugsweise sind die Mittel einem ersten und einem zweiten Modul zugeordnet, welche über eine erste Datenschnittstelle verbunden sind.
Ein dritter Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zur simulationsbasierten Analyse und/oder Optimierung eines Kraftfahrzeugs, folgende Arbeitsschritte aufweisend:
- Simulieren eines Fahrbetriebs des Kraftfahrzeugs auf der Grundlage eines Modells mit wenigstens einer Stell-Größe zur Gewinnung von Werten wenigstens einer simulierten Größe, welche geeignet ist, ein Gesamtfahrzeugverhalten, insbesondere eine Fahrbarkeit, des Kraftfahrzeugs zu charakterisieren, wobei das Modell wenigstens ein Teilmodell, insbesondere ein Drehmomentmodell, aufweist und wobei das wenigstens eine Teilmodell auf einer Funktion basiert und vorzugsweise den Betrieb wenigstens einer Komponente, insbesondere einer Brennkraftmaschine, des Kraftfahrzeugs charakterisiert; und
- Ausgeben der Werte der wenigstens einen simulierten Größe. Ein vierter Aspekt der Erfindung betrifft ein System zur simulationsbasierten Analyse und/oder Optimierung eines Kraftfahrzeugs, welches eingerichtet ist, ein erfindungsgemäßes Verfahren auszuführen und/oder aufweist:
- Mittel, eingerichtet zum Simulieren eines Fahrbetriebs des Kraftfahrzeugs auf der Grundlage eines Modells mit wenigstens einer Stell-Größe zur Gewinnung von Werten wenigstens einer simulierten Größe, welche geeignet ist, ein Gesamtfahrzeugverhalten, insbesondere eine Fahrbarkeit, des Kraftfahrzeugs zu charakterisieren, wobei das Modell wenigstens ein Teilmodell, insbesondere Drehmomentmodell, aufweist und wobei das wenigstens eine Teilmodell auf einer Funktion basiert und vorzugsweise den Betrieb wenigstens einer Komponente, insbesondere einer Brennkraftmaschine, des Kraftfahrzeugs charakterisiert; und
- Mittel, eingerichtet zum Ausgeben der Werte der wenigstens einen simulierten Größe.
Vorzugsweise sind die Mittel einem ersten und einem zweiten Modul zugeordnet, welche über eine erste Datenschnittstelle verbunden sind.
Weitere Aspekte der Erfindung betreffen ein Computerprogramm und ein Computerlesbares Medium.
Die nachfolgend beschriebenen Merkmale und Vorteile der vorteilhaften Ausgestaltung des ersten Aspekts der Erfindung gelten entsprechend auch für die vorteilhaften Ausgestaltungen des zweiten Aspekts und der weiteren Aspekte der Erfindung und umgekehrt. Die vorteilhaften Ausgestaltungen können dabei beliebig miteinander kombiniert werden, wenn dies nicht ausschließlich ausgeschlossen ist.
Eine Größe im Sinne der Erfindung ist eine Variable einer Simulation, welche insbesondere wenigstens eine Stell- bzw. Eingangsgröße und wenigstens eine simulierte „Messgröße" bzw. Ausgangsgröße aufweist. Vorzugsweise ist eine Größe eine physikalische Größe. Eine Bedingung im Sinne der Erfindung ist eine oder mehrere Konstellationen von Werten mehrerer Größen und/oder ein Verlauf von Werten einer oder mehrerer Größen.
Ein Modell im Sinne der Erfindung ist ein, insbesondere vereinfachtes, Abbild der Wirklichkeit. Ein erfindungsgemäßes Modell kann auch als Ersatzmodell für den Betrieb einer Einrichtung bezeichnet werden. Vorzugsweise kann dieses wiederum Teilmodelle und /oder Untermodelle aufweisen, welche einzelne Komponenten der Einrichtung modellieren. Ein solches Modell kann hierbei ein Kennfeld-basiertes Modell und/oder ein Funktions- basiertes Modell aufweisen, insbesondere als Teilmodelle. Bei einer Simulation mit einem Kennfeld-basierten Modell ist ein Kennfeld hinterlegt, welches Werten einer Eingangsgröße Werte einer Ausgangsgröße zuordnet. Bei einer Simulation mittels eines Funktions- basierten Modells ist eine Funktion mit Funktions-Parametern bzw. Koeffizienten und Variablen hinterlegt, welche Werten von Eingangsgrößen Werte von Ausgangsgrößen zuordnen.
Ein Funktions-Parameter oder auch Parameter einer Funktion im Sinne der Erfindung ist eine sogenannte Formvariable, welche für den gerade betrachteten Fall konstant ist, für den nächsten Fall aber variiert werden kann. Dabei ist ein Funktions-Parameter ein einzelner Wert oder eine einzelne Funktion und kann insbesondere einen Koeffizienten darstellen.
Ausgeben im Sinne der Erfindung ist ein Bereitstellen zur Weiterverarbeitung, insbesondere in dem Verfahren oder in einem anderen Verfahren, oder eine Wiedergabe durch eine Benutzerschnittstelle.
Ein Gesamtfahrzeugverhalten im Sinne der Erfindung ist wenigstens eine Eigenschaft des Fahrzeugs in Bewegung bzw. im Fahrbetrieb, insbesondere ausgewählt aus der nachfolgenden Gruppe: Funktion der Assistenzsysteme, Sicherheitsgefühl, Fahrkomfort, Agilität, Fahrbarkeit/Driveability, Emission, Effizienz, NVH-Komfort, Drehfreudigkeit des Kraftfahrzeugs/in Bezug auf das Kraftfahrzeug, insbesondere im ganzheitlichen Kontext.
Fahrbarkeit im Sinne der Erfindung ist ein Verhalten eines Kraftfahrzeugs in transienten Betriebszuständen, welches durch eine Aktion eines Fahrers oder Fahrerassistenzsystems bewirkt wird. Ein Fahrbetriebszustand im Sinne der Erfindung charakterisiert den Betrieb eines Kraftfahrzeugs zu einem Zeitpunkt oder über eine Zeitdauer und kann in einfacher Form ein Fahrzustand sein. Insbesondere ist ein Fahrbetriebszustand ein Gesamtbetriebszustand des Fahrzeugs, welcher den Fahrzustand sowie den Betriebszustand der für den Vortrieb benutzten Aggregate und Nebenaggregate des Fahrzeugs charakterisiert.
Ein Betriebszustand im Sinne der Erfindung ist jede Betriebsmöglichkeit einer Vorrichtung. Im Beispiel einer Brennkraftmaschine bedeutet Betriebszustand vorzugsweise sowohl ein Betrieb der Brennkraftmaschine in einem stationären Zustand, d.h. beispielsweise der Betrieb im Leerlauf oder der Betrieb im Fahrzeug mit konstanter Geschwindigkeit und konstanter Last, als auch ein Betrieb in einem stationären bzw. transienten Zustand, d.h. beispielsweise eine Beschleunigung der Brennkraftmaschine. Ein Betriebszustand ist dabei vorzugsweise sowohl eine Momentaufnahme einer Konstellation von Werten der Größen wie auch alternativ ein zeitlicher Verlauf von Werten der Größen, beispielsweise der Fahrpedalstellung, oder dieser ist alternativ auch durch einen Anfangs- und Endpunkt der Werte von Größen, zum Beispiel durch Geschwindigkeitswerte mit einem vorbestimmten Öffnungsgrad der Drosselklappe, definiert.
Ein Wert im Sinne der Erfindung ist eine Zahl, eine Konstellation von Zahlen oder auch ein Ausdruck.
Ein Betriebsverhalten im Sinne der Erfindung ist eine Abfolge von Betriebszuständen.
Ein Fahrzustand im Sinne der Erfindung charakterisiert eine Dynamik eines Kraftfahrzeugs in Bewegung bzw. im Fahrbetrieb. Beispiele für Fahrzustände sind vorzugsweise Startvorgang einer Brennkraftmaschine im Fahrbetrieb (vKraftfahrzeug > 0), Beschleunigung, Tip-in, Tip-out, Verlangsamung, Gangwechsel, Gleiten bei konstanter Geschwindigkeit, Segeln, Leerlauf im Fahrbetrieb (vKraftfahrzeug > 0), Motorstop im Fahrbetrieb (vKraftfahrzeug > 0). Ein Fahrzustand kann auch feiner in Unterfahrzustände untergliedert werden. Im Extremfall wird jeder Kombination von Werten der Größen ein Unterfahrzustand zugeordnet. Bei einem Fahrzustand handelt es sich dabei vorzugsweise um stationäre und transiente bzw. instationäre Zustände des Fahrbetriebs, welche den Übergang von einem ersten stationären Fahrzustand in einen zweiten stationären Fahrzustand bezeichnen.
Eine Effizienz im Sinne der Erfindung ist ein Maß für den Energieaufwand zur Erreichung eines festgelegten Nutzens. Ein Vorgang ist insbesondere effizient, wenn ein bestimmter Nutzen mit minimalem Energieaufwand erreicht wird. Vorzugsweise ist ein Wirkungsgrad wenigstens ein Bestandteil der Effizienz.
Ein Emissionsverhalten im Sinne der Erfindung ist ein Verlauf der Emissionen über eine vorgegebene Zeitdauer bzw. ein Verlauf der Emissionen über eine vorgegebene Strecke, wobei Zeit und Strecke insbesondere über einen Geschwindigkeitsverlauf gekoppelt sind.
Ein Modul im Sinne der Erfindung ist ein Baustein bzw. Bauelement des erfindungsgemäßen Systems. Einzelne Module können als Hardware- und/oder Software technisch realisiert sein und sind über Schnittstellen verbunden.
Ein Mittel im Sinne der Erfindung kann als Hard- und/oder Software technisch ausgebildet sein, insbesondere eine, vorzugsweise mit einem Speicher- und/oder Bussystem Datenbzw. Signal-verbundene, insbesondere digitale, Verarbeitungs-, insbesondere Mikroprozessor-Einheit (CPU) und/oder ein oder mehrere Programme aufweisen. Die CPU kann dazu ausgewählt sein, Befehle, die als ein in einem Speichersystem abgelegtes Programm implementiert sind, abzuarbeiten, Eingangssignale von einem Datenbus zu erfassen und/oder Ausgangssignale an einen Datenbus abzugeben. Ein Speichersystem kann ein oder mehrere, insbesondere verschiedene, Speichermedien, insbesondere optische, magnetische, feste und/oder andere nicht-flüchtige Medien aufweisen. Das Programm kann derart beschaffen sein, dass es die hier beschriebenen Verfahren verkörpert bzw. auszuführen im Stande ist, so dass die CPU die Schritte zu solchen Verfahren ausführen kann und damit insbesondere eine Hubkolbenmaschine steuern und/oder überwachen kann.
Ein Kraftfahrzeug im Sinne der Erfindung ist ein durch einen Antrieb betriebenes Fahrzeug. Ein Kraftfahrzeug ist insbesondere ein Landfahrzeug, Wasserfahrzeug oder Luftfahrzeug. Vorzugsweise ist dieses ein Personenkraftwagen, Lastkraftwagen, Bus oder Kraftrad. Die Erfindung basiert insbesondere auf dem Ansatz, das Gesamtfahrzeugverhalten, insbesondere die Fahrbarkeit des Kraftfahrzeugs, in einer reinen Simulation analysierbar und optimierbar zu machen. Der Fahrbetrieb des Kraftfahrzeugs wird hierbei durch ein Modell simuliert, so dass weder Messungen an einem realen Kraftfahrzeug noch an einem Prüfstand ausgeführt werden, um Werte von zu beobachtenden Größen zu erhalten.
Das Modell, welches das Kraftfahrzeug abbildet, ist hierbei entweder ein vollständig Funktions-basiertes Modell oder weist wenigstens für jene Komponente, welche in einem Verfahrensdurchlauf ausgelegt werden soll, ein Funktions-basiertes Teilmodell auf, welches diese Komponente abbildet. In diesem Fall können weitere Komponenten des Fahrzeugs auch als Kennfeld-basiertes Teilmodell in dem Modell enthalten sein, um die Simulation durchzuführen.
Vorzugsweise werden die Werte der simulierten Größe in Beziehung zu einem Fahrbetriebszustand, insbesondere einem Fahrzustand, des Kraftfahrzeugs gesetzt. Daher wird erfindungsgemäß ein Fahrbetriebszustand-Parameter anhand der mittels des Modells simulierten Größen bestimmt. Auf diese Weise lassen sich Aussagen über das Gesamtfahrzeugverhalten zusätzlich verbessern.
Werte der simulierten Größen und gegebenenfalls des jeweiligen Fahrbetriebszustand- Parameters werden daraufhin vorzugsweise ausgegeben, beispielsweise um einem Benutzer über eine Benutzerschnittstelle angezeigt zu werden oder um einem Modellbildungs-Algorithmus bereitgestellt zu werden, welcher das Modell, insbesondere die Funktions-basierten Bestandteile des Modells verändern, insbesondere weiter optimieren, kann. Auf diese Weise können mittels der Erfindung Modelle einzelner Komponenten oder eines ganzen Kraftfahrzeugs in Bezug auf bestimmte Kriterien unter Vorgabe von Randbedingungen optimiert werden. Auf der Grundlage des erhaltenen Modells können dann die einzelnen Komponenten oder das ganze Fahrzeug ausgelegt werden.
Insbesondere können dadurch gleiche Werte oder Wertekonstellationen von Größen in Abhängigkeit von dem jeweils vorliegenden Fahrbetriebszustands-Parameter unterschiedlich bewertet werden. In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist der Fahrbetriebszustands-Parameter durch wenigstens eine vorgegebene Bedingung in Bezug auf die wenigstens eine Stell-Größe und/oder wenigstens eine simulierte Größe definiert. Das Abprüfen einer Bedingung ermöglicht es insbesondere, Fahrbetriebszustände oder Fahrzustände vorzudefinieren und nur dann einen Fahrbetriebszustands-Parameter auszugeben, wenn ein solcher vordefinierter Fahrbetriebszustand oder Fahrzustand tatsächlich vorliegt. Auch wird in diesem Fall das Verfahren vorzugsweise nur dann fortgesetzt, wenn ein vordefinierter Fahrbetriebszustand oder Fahrzustand vorliegt, insbesondere wird nur in diesem Fall ein Bewertungs-Parameter berechnet. Hierdurch kann die belegte Speicherkapazität und Rechenkapazität einer Datenverarbeitungseinrichtung eingespart werden.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt der Arbeitsschritt des Simulierens für Variationspunkte eines Versuchsplans, insbesondere eines statistischen Versuchsplans, welche die Werte der Eingangsgrößen bzw. Stell- Größen des Modells vorgeben. Die Anwendung eines statistischen Versuchsplans, welcher anhand von bekannten mathematischen Methoden erzeugt werden kann, ermöglicht eine wesentliche Reduzierung der Anzahl an Variationspunkten, welche für eine Simulation des Fahrbetriebs des Kraftfahrzeugs nötig sind, insbesondere in Bezug auf eine sogenannte Rastervermessung.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung weist das erfindungsgemäße Verfahren des
Weiteren folgende Arbeitsschritte auf:
Ermitteln eines Werts wenigstens eines Bewertungs-Parameters, der das Gesamtfahrzeugverhalten des Kraftfahrzeugs angibt, auf der Grundlage einer ZuOrdnungsvorschrift, insbesondere einer Funktion, in Abhängigkeit der wenigstens einen ausgegebenen simulierten Größe und des Fahrbetriebszustands-Parameters; und
Ausgeben des Werts des wenigstens einen Bewertungs-Parameters. Entsprechend weist in einer vorteilhaften Ausgestaltung das erfindungsgemäße System auf: Mittel, eingerichtet zum Ermitteln wenigstens eines Bewertungs-Parameters, der das Gesamtfahrzeugverhalten des Kraftfahrzeugs angibt, auf der Grundlage einer ZuOrdnungsvorschrift, insbesondere einer Funktion, in Abhängigkeit der wenigstens einen ausgegebenen simulierten Größe und des Fahrbetriebszustands-Parameters und wobei die Mittel zum Ausgeben des Weiteren eingerichtet sind, den wenigstens einen Bewertungs-Parameters auszugeben.
Das Anwenden eines Bewertungs-Algorithmus, welcher von der simulierten Größe und dem Fahrbetriebszustands-Parameter abhängt, wobei vorzugsweise jeweils der Wert des Fahrbetriebszustands-Parameters betrachtet wird, welcher bei einem Auftreten eines Wertes der wenigstens einen simulierten Größe vorliegt, ermöglicht eine Quantifizierung des Gesamtfahrzeugverhaltens des simulierten Kraftfahrzeugs anhand eines, vorzugsweiseobjektivierten, Bewertungsmaßstabs, beispielsweise Noten.
Die ZuOrdnungsvorschrift, welche insbesondere eine Funktion oder eine Zuordnungstabelle sein kann, ordnet hierbei vorzugsweise in Abhängigkeit der simulierten Größe und des Fahrbetriebszustands-Parameters dem Gesamtfahrzeugverhalten einen Wert eines Bewertungs-Parameters zu. Die ZuOrdnungsvorschrift kann hierbei vorzugsweise auf allgemein anerkannten Zusammenhängen beruhen oder auch auf Abhängigkeiten, welche anhand eines oder vorzugsweise einer Vielzahl von Referenzfahrzeugen aufgestellt wurden. Insbesondere kann die ZuOrdnungsvorschrift dabei subjektive Empfindungen eines Fahrzeuginsassen berücksichtigen, welche sich aus verschiedenen Konstellationen von simulierter Größe und Fahrbetriebszustands-Parameter ergeben.
Ein wichtiger Gesichtspunkt ist hierbei insbesondere, dass die simulierten Größen in Abhängigkeit von dem Fahrbetriebszustands-Parameter, d.h. insbesondere dem vorliegenden Fahrzustand, unterschiedlich beurteilt werden, um den Bewertungs- Parameter, der das Gesamtfahrzeugverhalten des Fahrzeugs angibt, zu bestimmen. Durch das Herstellen dieses Zusammenhangs kann eine Aussage darüber getroffen werden, ob die Werte oder ein Verlauf der wenigstens einen zur Bewertung herangezogenen simulierten Größe gut oder schlecht sind. Insbesondere dann, wenn für die zu bewertende Eigenschaft des Kraftfahrzeugs im Rahmen des Gesamtfahrzeugverhaltens ein subjektives Empfinden eines Fahrzeuginsassen maßgeblich ist, können auf diese Weise sehr gute Übereinstimmungen zwischen Beurteilungen durch Versuchspersonen und dem erfindungsgemäßen Verfahren erreicht werden.
Werden nach dem erfindungsgemäßen Verfahren und System dagegen Kriterien bewertet, welche nicht vom subjektiven Empfinden eines Fahrzeuginsassen abhängen, ist die Umwandlung der simulierten Größe in Abhängigkeit von dem Fahrzustands-Parameter in einen, vorzugsweise objektiven, Bewertungs-Parameter relativ einfach. Dies ist zum Beispiel der Fall für die Kriterien Emission und Effizienz.
Für Kriterien, welche dagegen vom subjektiven Empfinden eines Fahrzeuginsassen abhängen, wie zum Beispiel Fahrbarkeit, Sicherheitsgefühl, Fahrkomfort, Agilität, ist es vorzugsweise notwendig, eine Beziehung zwischen den simulierten Größen, den Fahrbetriebszuständen und der Empfindung des jeweiligen Insassen herzustellen. Vorzugsweise ist hierfür eine Trainingsphase für das zweite Modul des Systems vorgesehen, welche dem in der eingangs erwähnten EP 0 846 945 B1 beschriebenen Systemtraining wenigstens im Wesentlichen ähnlich ist.
Bei dem Systemtraining wird in einem ersten Arbeitsschritt ein Fahrzeuginsasse, insbesondere ein Versuchsfahrer, im realen Fahrzeug einem Testbetrieb unterzogen, wobei an sich kein vordefinierter Fahrzyklus eingehalten werden muss. Vorzugsweise entspricht der im Versuch durchgeführte Fahrzyklus im Wesentlichen einem normalen Fahrbetrieb. Antriebsbezogene und fahrzeugbezogene Daten werden dabei vorzugsweise als Zeitreihen während des Fahrbetriebs aufgezeichnet. Antriebsbezogene Daten sind insbesondere Motordrehzahl, Motordrehmoment, angeforderte Leistung, bei einer Brennkraftmaschine insbesondere Drosselklappen- bzw. Gaspedalstellung, Saugrohrunterdruck, Kühlmitteltemperatur, Zündzeitpunkt, Einspritzmenge, Lambdawert, Abgasrückführrate und Abgastemperatur. Fahrzeugbezogene Daten sind insbesondere Fahrzeuggeschwindigkeit, Fahrzeuglängsbeschleunigung, Fahrzeugquerbeschleunigung, Rollen, Wanken, Nicken. In einem zweiten Arbeitsschritt werden anhand von zuvor definierten Bedingungen verschiedene Fahrbetriebszustände, insbesondere über die Ausgabe eines Fahrbetriebszustands-Parameters, bekannt.
Beispielsweise kann mit„Tip-in" ein Fahrzustand als Fahrbetriebszustand definiert werden, bei dem, ausgehend von einem Zustand niedriger Drehzahl und kleiner Last, eine plötzliche Öffnung der Drosselklappe erfolgt. Für jeden zu unterscheidenden Fahrbetriebszustand sind Bedingungen definiert, in diesem Fall für die Messgrößen, bei deren Auftreten auf das Vorliegen des jeweils durch diese Bedingungen definierten Fahrbetriebszustands geschlossen wird.
Die Bedingungen sind hierbei identisch mit jenen Bedingungen, welche später bei dem erfindungsgemäßen Verfahren den Fahrbetriebszustands-Parameter bzw. die Fahrbetriebszustände festlegen.
Bei einer Analyse der aufgezeichneten Messdaten aus Messreihen der Messgrößen kann daher einzelnen Zeitpunkten das Vorliegen eines bestimmten Fahrbetriebszustands zugeordnet werden. Beispielsweise kann auf diese Weise bestimmt werden, zu welchen Zeitpunkten der Versuchsfahrt ein Tip-in im Fahrbetriebszustand vorgelegen hat. Zu jedem dieser Zeitpunkte wird vorzugsweise auf Basis einer oder mehrerer gemessener Größen ein Bewertungs-Parameter definiert.
Um bei dem Systemtraining den Zusammenhang zwischen dem Bewertungs-Parameter und dem subjektiven Empfinden eines Insassen des Kraftfahrzeugs herzustellen, werden die Versuchspersonen vorzugsweise über das Gesamtfahrzeugverhalten des Fahrzeugs befragt. Der Bewertungs-Parameter wird vorzugsweise dann in der Weise festgelegt bzw. korreliert, dass er die Bewertung durch die Versuchsperson oder -personen möglichst gut wiedergibt. Hierbei werde Aussagen von mehreren Versuchspersonen über das Gesamtfahrverhalten des Kraftfahrzeugs vorzugsweise mit statistischen Mitteln ausgewertet.
Eine auf diese Weise erhaltene ZuOrdnungsvorschrift kann vorzugsweise zur Ermittlung des Bewertungs-Parameters eingesetzt werden. In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung weist das erfindungsgemäße Verfahren des
Weiteren folgende Arbeitsschritte auf:
Abgleichen der Werte wenigstens einer simulierten Größe für den jeweiligen Fahrbetriebszustands-Parameter oder des Werts des wenigstens einen Bewertungs- Parameters mit einem vorgegebenen Sollwert-Bereich, insbesondere mit Zielwerten für eine Auslegung des Kraftfahrzeugs; und
Verändern von wenigstens einem Funktions-Parameter der zur Simulation benutzten Funktion des wenigstens einen Teilmodells auf der Grundlage des Abgleichens, falls die Werte der wenigstens einen simulierten Größe oder der Wert des wenigstens einen Bewertungs-Parameters außerhalb des Sollwert-Bereichs liegt/liegen, wobei das Verfahren vorzugsweise erneut den Arbeitsschritt des Simulierens des Fahrbetriebs ausführt; oder
Ausgeben eines Werts des wenigstens einen Funktions-Parameters der zur Simulation benutzten Funktion des wenigstens einen Teilmodells, falls die Werte der wenigstens einen simulierten Größe oder der Wert des wenigstens einen Bewertungs-Parameters innerhalb des Sollwert-Bereichs liegt/liegen.
Entsprechend weist in einer vorteilhaften Ausgestaltung das erfindungsgemäße System auf:
Mittel, eingerichtet zum Abgleichen der Werte wenigstens einer simulierten Größe für den jeweiligen Fahrbetriebszustands-Parameter oder des Werts des wenigstens einen Bewertungs-Parameters mit einem vorgegebenen Sollwert-Bereich, insbesondere mit Zielwerten für eine Auslegung des Kraftfahrzeugs;
Mittel, eingerichtet zum Verändern von wenigstens einem Funktions-Parameter der zur Simulation benutzten Funktion des wenigstens einen Teilmodells auf der Grundlage des Abgleichens, falls die Werte der wenigstens einen simulierten Größe oder der Wert des wenigstens einen Bewertungs-Parameters außerhalb des Sollwert-Bereichs liegt/liegen, wobei das Verfahren vorzugsweise erneut den Arbeitsschritt des Simulierens des Fahrbetriebs ausführt; und Mittel zum Ausgeben eines Werts des wenigstens einen Funktions-Parameters der zur Simulation benutzten Funktion des wenigstens einen Teilmodells, falls die Werte der wenigstens einen simulierten Größe oder der Wert des wenigstens einen Bewertungs- Parameters innerhalb des Sollwert-Bereichs liegt/liegen.
Diese vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ermöglicht es, die zum Simulieren benutzte Funktion bzw. das Teilmodell einer Komponente des Kraftfahrzeugs bezüglich der für das Gesamtfahrzeugverhalten maßgeblichen Kriterien, insbesondere automatisiert, zu optimieren. Hierfür werden die Werte der simulierten Größen unter Berücksichtigung des jeweils vorliegenden Wertes des Fahrbetriebszustands- Parameters mit einem Sollwert-Bereich, welcher beispielsweise anhand eines Referenzfahrzeugs festgelegt wurde, verglichen.
Alternativ oder zusätzlich kann ein Bewertungs-Parameter, in dem eine objektivierte Bewertung beispielsweise anhand einer Vielzahl von Referenzfahrzeugen bereits enthalten ist, mit einem Sollwert-Bereich für diesen Bewertungs-Parameter verglichen werden. Der jeweilige Sollwert-Bereich gibt hierbei Zielwerte für die Auslegung der wenigstens einen Komponente des Kraftfahrzeugs wieder.
Erreichen die simulierten Ergebnisse noch nicht die gewünschten Zielwerte, so wird die zum Simulieren benutzte Funktion bzw. das Teilmodell der Komponente des Kraftfahrzeugs verändert, insbesondere indem Funktions-Parameter bzw. Koeffizienten der zum Simulieren benutzten Funktion des wenigstens einen Teilmodells verändert werden. Hierfür werden insbesondere Optimierungs-Algorithmen eingesetzt, wie sie im Stand der Technik bekannt sind.
Vorzugsweise gehen in einem solchen Optimierungs-Algorithmus die Werte der wenigstens einen simulierten Größe in Abhängigkeit des Fahrbetriebszustands-Parameters und/oder die Werte des Bewertungs-Parameters und die Funktions-Parameter bzw. Koeffizienten der zur Simulation benutzten Funktion als Variablen ein. Die Abhängigkeit der Variablen wird dann durch polynomische Modelle abgebildet und gegebenenfalls durch verschiede Arten von neuronalen Netzwerk-Algorithmen erweitert, insbesondere um Wechselbeziehungen zwischen einzelnen polynomischen Modellen zu berücksichtigen. Vorzugsweise geben diese Modell-Algorithmen nicht nur lokale Modelle, sondern globale Modelle an. Die globalen Modell-Algorithmen beschreiben dann das Verhalten der auszulegenden Komponente über den gesamten Betriebsbereich in Abhängigkeit von den Funktions- Parametern der simulierten Funktion. Vorzugsweise wird anhand dieser globalen Modell- Algorithmen ein (weiterer) Versuchsplan erstellt, welcher Variationspunkte in Bezug auf die Funktions-Parameter der zum Simulieren benutzten Funktion oder Funktionen angibt.
Anhand dieses Versuchsplans wird dann erneut der Arbeitsschritt des Simulierens des Fahrbetriebs ausgeführt und das Verfahren kann in dieser Weise iterativ fortgesetzt werden.
Vorzugsweise können in den zur Optimierung verwendeten Modell-Algorithmus andere oder weitere Randbedingungen als das Kriterium des Gesamtfahrzeugverhaltens eingehen, beispielsweise gesetzliche Sicherheitsvorgaben, zum Beispiel Mindestabstände im Straßenverkehr oder auch gesetzliche Emissionsvorgaben.
Liegen die Werte der simulierten Größen in Abhängigkeit des Fahrbetriebszustands- Parameters oder der Wert des Bewertungs-Parameters innerhalb des Korridors für die Zielwerte, so wird die zum Simulieren benutzte Funktion des Teilmodells der Fahrzeugkomponente ausgegeben, insbesondere wird hierbei ein Hinweis ausgegeben, dass das Gesamtfahrzeugverhalten des Kraftfahrzeugs mit der zum Simulieren benutzten Funktion die vorgegebenen Zielwerte erfüllt.
Hiernach kann die Komponente des Kraftfahrzeugs, welche durch das funktionsbasierte Teilmodell repräsentiert wird, in der Weise ausgelegt bzw. konstruiert werden, dass der Betrieb der Komponente die zum Simulieren benutzte Funktion wiedergibt.
Die erfindungsgemäße simulationsgestützte Methodik erlaubt es, sehr früh in der Konzept- und Auslegungsphase eines neuen Kraftfahrzeugs, in der noch keine zu testenden Fahrzeugversuchsträger verfügbar sind, gezielt auslegungsrelevante Gesamtfahrzeugeigenschaften ausreichend genau vorherzusagen. Zusätzlich kann durch die Anwendung eines Optimierungs-Algorithmus, insbesondere im Zusammenhang mit einer Auslegungszielmetrik, d.h. einem Bewertungs-Parameter, ein Hardware-Lastenheft für auslegungsrelevante Kraftfahrzeug- und Motorkomponenten generiert werden. Die erfindungsgemäße simulationsgestützte Methodik kann dabei insbesondere dadurch umgesetzt werden, dass Kennfeld-basierte Modelle, welche normalerweise zur Simulation eines Kraftfahrzeugs bzw. dessen Komponenten eingesetzt werden, wenigstens teilweise durch Funktions-basierte Modelle ersetzt werden. Zum Beispiel wird für eine Brennkraftmaschine das aktuell an der Kurbelwelle anliegende Motordrehmoment, welches in einem Kennfeld-basierten Modell normalerweise in jedem Simulationszeitschritt in Abhängigkeit von Last bzw. Fahrpedalstellung und Motordrehzahl angegeben ist, erfindungsgemäß durch ein entsprechendes Funktions-basiertes Modell wiedergegeben.
Mit einem solchen erfindungsgemäßen Funktions-basierten bzw. parametrischen Drehmomentmodell können die stationären und transienten Drehmomentcharakteristiken einer Brennkraftmaschine, insbesondere einer aufgeladenen Brennkraftmaschine, über mathematische Funktionen mit wenigen Funktions-Parametern abgebildet werden. Hierdurch lassen sich insbesondere auch transiente Fahrbetriebszustände des Kraftfahrzeugs, wie Volllastbeschleunigung, Low-end-Torque, Tip-in (positiver Lastwechsel), Tip-out (negativer Lastwechsel), Beschleunigung etc., ausreichend genau simulieren.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt das Verändern auf der Grundlage eines Optimierungs-Algorithmus und der wenigstens eine Funktions-Parameter der zum Simulieren benutzten Funktion in dem Optimierungs- Algorithmus wird als Stell-Größe der Komponente oder des Kraftfahrzeugs, insbesondere einzige Stell-Größe bzw. Größen, behandelt.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung weist das erfindungsgemäße Verfahren des
Weiteren folgenden Arbeitsschritt auf:
Generieren eines weiteren Versuchsplans, welcher Variationspunkte in Bezug auf den wenigstens einen Funktions-Parameter der zum Simulieren benutzen Funktion aufweist, insbesondere auf der Grundlage eines Optimierungs-Algorithmus, wobei der Arbeitsschritt des Simulierens auf der Grundlage des weiteren Versuchsplans erfolgt. Entsprechend weist in einer vorteilhaften Ausgestaltung das erfindungsgemäße System auf: Mittel, eingerichtet zum Generieren eines weiteren Versuchsplans, welcher Variationspunkte in Bezug auf den wenigstens einen Funktions-Parameter der zum Simulieren benutzen Funktion aufweist, insbesondere auf der Grundlage eines Optimierungs-Algorithmus, wobei der Arbeitsschritt des Simulierens auf der Grundlage des weiteren Versuchsplans erfolgt.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung weist das erfindungsgemäße Verfahren des
Weiteren folgenden Arbeitsschritt auf:
Definieren eines zweiten Lastenhefts für die wenigstens eine Komponente und/oder das Kraftfahrzeug auf der Grundlage der zum Simulieren benutzen Funktion bzw. des Werts deren wenigstens einen Funktions-Parameters.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung weist das erfindungsgemäße Verfahren des
Weiteren folgenden Arbeitsschritt auf:
Verändern einer Konstruktion und/oder einer Steuerung oder Regelung der Komponente und/oder das Kraftfahrzeug auf der Grundlage der zum Simulieren benutzen Funktion bzw. des Werts deren wenigstens einen Funktions-Parameters.
Weitere Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens beziehen sich insbesondere auf eine Ausführungsform, bei welcher die Komponente eine Antriebsvorrichtung, insbesondere eine Brennkraftmaschine ist. Dementsprechend weist das erfindungsgemäße Verfahren des Weiteren die folgenden vorteilhaften Ausgestaltungen auf:
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist das Teilmodell ein Drehmomentmodell der Antriebsvorrichtung, insbesondere einer Brennkraftmaschine, des Kraftfahrzeugs, wobei das Teilmodell wenigstens eines der folgenden Untermodelle aufweist:
Volllastmodell, welches auf einer Vollast-Funktion basiert;
Teillastmodell, welches auf einer Teillast-Funktion basiert; Drehmomentgradientenmodell, welches auf einer Drehmomentgradienten-Funktion basiert; und
Saugmomentmodell, welches auf einer Saugmoment-Funktion basiert.
Um den Betrieb einer Antriebsvorrichtung vollständig abzubilden, ist es notwendig, die stationäre und transiente Drehmomentcharakteristik abzubilden. Dies wird mittels des Volllastmodells und des Teillastmodells erreicht. Des Weiteren muss der transiente Drehmomentaufbau, zum Beispiel nach einer sprunghaften Änderung der Last bzw. Fahrpedalstellung, gebildet werden, was durch das Drehmomentgradientenmodell erreicht wird.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens weist das Drehmomentmodell wenigstens das Volllastmodell auf und die Volllast-Funktion beschreibt eine Volllast-Kennlinie durch drei Teilfunktionen:
Volllast-Funktion bei niedriger Drehzahl;
Volllast-Funktion bei mittlerer Drehzahl; und
Volllast-Funktion bei maximaler Leistung.
Die Volllast-Kennlinie, insbesondere die Volllast-Kennlinie einer Brennkraftmaschine, ist nicht vollständig differenzierbar, sondern weist Knicke auf, so dass diese sich vorzugsweise vollständig vorzugsweise durch Aufteilen in drei verschiedene Funktionsbereiche darstellen lässt. Dies wird erfindungsgemäß durch die Bereiche niedrige Drehzahl, mittlere Drehzahl und maximale Leistung erreicht, wobei bei niedriger Drehzahl und mittlerer Drehzahl die Volllast-Funktion über das Drehmoment angenähert wird, während vorzugsweise bei maximaler Leistung die Funktion über die Leistungskurve angenähert wird. Die Funktionen für jeden Teilbereich können vorzugsweise durch nur zwei Funktions-Parameter definiert werden.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Teillast-Funktion auf der Grundlage der Volllast-Funktion und einer Pedalkennlinien- Funktion berechnet, welche einen Zusammenhang zwischen der Variablen Drehmoment und der Variablen„Pedal- bzw. Drosselklappenstellung" angibt. Auch diese Funktion kann lediglich über zwei Funktions-Parameter definiert werden. In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens weist die Pedalkennlinien-Funktion einen ersten Funktions-Parameter und einen zweiten Funktions- Parameter auf, welche beide drehzahlabhängig sind und wobei der erste Funktions- Parameter einen Faktor und der zweite Funktions-Parameter einen Offset angibt. Hierdurch ergibt sich eine besonders einfache Struktur der Pedalkennlinien-Funktion, welche den Einsatz in einem Optimierungs-Algorithmus vereinfacht.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens weist die Drehmomentgradienten-Funktion einen linearen und einen kubischen Anteil auf, wobei ein Funktions-Parameter die Richtung des linearen und des kubischen Anteils angibt. Auch die Drehmomentgradienten-Funktion lässt sich somit ebenfalls mit lediglich drei Funktions- Parametern beschreiben.
Hierbei ist zu beachten, dass eine geringe Anzahl an Funktions-Parametern auch eine geringe Anzahl an zu verändernden Variablen in einem polynominalen Modell eines Optimierungs-Algorithmus bedeutet. Auf diese Weise kann schon durch die Modellierung die Zahl von Variationspunkten eines Versuchsplans so gering wie möglich gehalten werden.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens gibt das wenigstens eine Teilmodell jeweils den stationären und/oder den transienten Betrieb der wenigstens einen Komponente an.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist die wenigstens eine Komponente eine Brennkraftmaschine, ein Aufladungssystem, ein Lenkungssystem, ein Antriebsstrang, ein Fahrwerksystem, ein Getriebesystem oder ein Fahrerassistenzsystem .
In einer vorteilhaften Ausgestaltung werden ein oder mehrere, insbesondere alle, Schritte des Verfahrens vollständig oder teilweise automatisiert durchgeführt, insbesondere durch das System bzw. seine Mittel. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen, insbesondere in Bezug auf den dritten und vierten Aspekt der Erfindung, werden nachfolgend angegeben:
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung weist das Verfahren des Weiteren folgenden Arbeitsschritt auf:
- Ermitteln eines Fahrbetriebszustands-Parameters, welcher in Bezug auf einen oder mehrere Werte wenigstens einer simulierten Größe und/oder wenigstens einer Stell-Größe definiert ist und geeignet ist, wenigstens einen Fahrbetriebszustand, insbesondere einen Fahrzustand, des Kraftfahrzeugs zu charakterisieren; wobei die Werte der wenigstens einen simulierten Größe im Zusammenhang mit dem jeweils zugehörigen Fahrbetriebszustands-Parameter ausgegeben werden.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens weist das Teilmodell, welches auf einer Funktion basiert, wenigstens einen Funktions-Parameter auf, durch dessen Veränderung der simulierte Fahrbetrieb des Kraftfahrzeugs veränderbar ist.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens ist der Fahrbetriebszustands- Parameter durch wenigstens eine vorgegebene Bedingung in Bezug auf die wenigstens eine Stell-Größe und/oder wenigstens eine simulierte Größe definiert.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens erfolgt der Arbeitsschritt des Simulierens für Variationspunkte eines Versuchsplans, insbesondere eines statistischen Versuchsplans.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung weist das Verfahren des Weiteren folgende Arbeitsschritte auf:
- Ermitteln eines Werts wenigstens eines Bewertungs-Parameters, der das Gesamtfahrzeugverhalten des Kraftfahrzeugs angibt, auf der Grundlage einer ZuOrdnungsvorschrift, insbesondere einer Funktion, in Abhängigkeit der wenigstens einen ausgegebenen simulierten Größe und/oder Fahrbetriebszustands-Parameters; und
Ausgeben des Werts des wenigstens einen Bewertungs-Parameters.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung weist das Verfahren des Weiteren folgende Arbeitsschritte auf:
- Bereitstellen eines ersten Lastenhefts in Bezug auf den Fahrbetrieb des Kraftfahrzeugs, welches wenigstens einen Sollwert-Bereich wenigstens einer simulierten Größe, insbesondere für den jeweiligen Fahrbetriebszustands- Parameter, oder des Werts des wenigstens einen Bewertungs-Parameters, welche Zielwerten für Kriterien zur Auslegung des Kraftfahrzeugs, vorzugsweise ein Gesamtfahrzeugverhalten, weiter vorzugsweise eine Fahrbarkeit, entsprechen.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung weist das Verfahren des Weiteren folgenden Arbeitsschritt auf:
- Optimieren des Teilmodells, welches auf einer Funktion basiert, in Bezug auf einen Sollwert-Bereich wenigstens einer simulierten Größe, insbesondere für den jeweiligen Fahrbetriebszustands-Parameter, oder des wenigstens einen Bewertungs-Parameter, welche Zielwerten für Kriterien zur Auslegung des Kraftfahrzeugs, vorzugsweise für ein Gesamtfahrzeugverhalten, weiter vorzugsweise für eine Fahrbarkeit, entsprechen.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung weist das Verfahren des Weiteren folgende Arbeitsschritte auf:
- Abgleichen der Werte wenigstens einer simulierten Größe, insbesondere für den jeweiligen Fahrbetriebszustands-Parameter, oder des Werts des wenigstens einen Bewertungs-Parameters mit einem vorgegebenen Sollwert-Bereich, insbesondere mit Zielwerten für Kriterien zur Auslegung des Kraftfahrzeugs; und - Verändern von wenigstens einem Funktions-Parameter der zur Simulation benutzten Funktion des wenigstens einen Teilmodells auf der Grundlage des Abgleichens, falls die Werte der wenigstens einen simulierten Größe oder der Wert des wenigstens einen Bewertungs-Parameters außerhalb des Sollwert- Bereichs liegt/liegen, wobei das Verfahren vorzugsweise erneut den Arbeitsschritt des Simulierens des Fahrbetriebs ausführt; oder
- Ausgeben eines Werts des wenigstens einen Funktions-Parameters der zur Simulation benutzten Funktion des wenigstens einen Teilmodells, falls die Werte der wenigstens einen simulierten Größe oder der Wert des wenigstens einen Bewertungs-Parameters innerhalb des Sollwert-Bereichs liegt/liegen.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens erfolgt das Verändern auf der Grundlage eines Optimierungs-Algorithmus und der wenigstens eine Funktions-Parameter der zum Simulieren benutzten Funktion in dem Optimierungs-Algorithmus wird als Stell- Größe der Komponente oder des Kraftfahrzeugs, insbesondere einzige Stell-Größe bzw. Größen, behandelt.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung weist das Verfahren des Weiteren folgenden Arbeitsschritt auf:
- Generieren eines weiteren Versuchsplans, welcher Variationspunkte in Bezug auf den wenigstens einen Funktions-Parameter der zum Simulieren benutzen Funktion aufweist, insbesondere auf der Grundlage eines Optimierungs- Algorithmus, wobei ein Arbeitsschritt des Simulierens auf der Grundlage des weiteren Versuchsplans erfolgt.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung weist das Verfahren des Weiteren folgenden Arbeitsschritt auf:
- Definieren eines zweiten Lastenhefts für die wenigstens eine Komponente und/oder das Kraftfahrzeug auf der Grundlage der zum Simulieren benutzen Funktion bzw. des Werts deren wenigstens einen Funktions-Parameters. In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens charakterisiert das wenigstens eine Teilmodell eine Vorrichtung des Fahrzeugs, des Weiteren folgende Arbeitsschritte aufweisend:
- Entwerfen oder Verändern einer Konstruktion und/oder einer Steuerung oder Regelung der Komponente und/oder das Kraftfahrzeug auf der Grundlage der zum Simulieren benutzen Funktion bzw. des Werts deren wenigstens einen Funktions-Parameters.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens ist das wenigstens eine Teilmodell ein Drehmomentmodell einer Antriebsvorrichtung, insbesondere einer Brennkraftmaschine, des Kraftfahrzeugs, und das Teilmodell weist wenigstens eines der folgenden Untermodelle auf:
- Volllastmodell, welches auf einer Vollast-Funktion basiert;
- Drehmomentgradientenmodell, welches auf einer Drehmomentgradienten- Funktion basiert;
- Teillastmodell , welches auf einer Teillast-Funktion basiert;
- Saugmomentmodell, welches auf einer Saugmoment-Funktion basiert.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens weist das Drehmomentmodell wenigstens das Volllastmodell auf und die Vollast-Funktion beschreibt eine Vollastkennlinie durch drei Teilfunktionen:
- Volllastfunktion bei niedriger Drehzahl;
- Volllastfunktion bei mittlerer Drehzahl;
- Vollastfunktion bei maximaler Leistung.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens gibt die Teillastfunktion auf der Grundlage der Volllastfunktion und einer Pedalkennlinien-Funktion berechnet wird, welche einen Zusammenhang zwischen einer Variablen„Drehmoment" und einer Variablen„Pedalbzw. Drosselklappenstellung" an.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahren weist die Pedalkennlinien- Funktion einen ersten Funktions-Parameter und einen zweiten Funktions-Parameter auf, welche beide drehzahlabhängig sind, und wobei der erste Funktions-Parameter einen Faktor und der zweite Funktions-Parameter einen Offset angibt.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens weist die Drehmomentgradienten- einen linearen und einem kubischen Anteil aufweist, wobei ein Funktions-Parameter die Gewichtung des linearen und des kubischen Anteils angibt.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens wird der Fahrbetriebszustands-Parameter und/oder der Bewertungs-Parameter in Abhängigkeit eines Fahrzeug-Parameters, vorzugsweise Masse und/oder Motorcharakteristik des Kraftfahrzeugs, insbesondere maximale Leistung, maximales Drehmoment und/oder maximale Drehzahl, ermittelt.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens das Modell als weiteres Teilmodell ein Fahrzeugmodell auf, welches eingerichtet ist, ein Fahrverhalten des Kraftfahrzeugs wenigstens teilweise zu charakterisieren.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung weist das Verfahren des Weiteren folgenden Arbeitsschritt auf:
- Bereitstellen von Fahrzeug-Parametern in Bezug auf das Kraftfahrzeug, auf deren Grundlage der Fahrbetrieb des Kraftfahrzeugs, insbesondere mittels eines Fahrzeugmodells, simuliert wird;
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Systems weist das zweite Modul des Weiteren auf: - Mittel, eingerichtet zum Ermitteln eines Fahrbetriebszustands-Parameters, welcher in Bezug auf einen oder mehrere Werte wenigstens einer simulierten Größe und/oder wenigstens einer Stell-Größe definiert ist und geeignet ist, wenigstens einen Fahrbetriebszustand, insbesondere einen Fahrzustand, des Kraftfahrzeugs zu charakterisieren, wobei die Werte der wenigstens einen simulierten Größe im Zusammenhang mit dem jeweils zugehörigen Fahrbetriebszustands-Parameter ausgegeben werden.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Systems weist das Teilmodell, welches auf einer Funktion basiert, wenigstens einen Funktions-Parameter auf, durch dessen Veränderung der simulierte Fahrbetrieb des Kraftfahrzeugs veränderbar ist.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Systems ist die erste Datenschnittstelle eingerichtet, Fahrzeug-Parameter, Werte der wenigstens einen Stell-Größe und/oder der wenigstens einen simulierten Größe aus dem ersten Modul an das zweite Modul bereitzustellen und Werte eines Funktions-Parameters und Variationspunkte von dem zweiten Modul an das erste Modul bereitzustellen.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Systems weist das zweite Modul des Weiteren auf:
- Mittel, eingerichtet zum Ermitteln wenigstens eines Bewertungs-Parameters, der das Gesamtfahrzeugverhalten des Kraftfahrzeugs angibt, auf der Grundlage einer ZuOrdnungsvorschrift, insbesondere einer Funktion, in Abhängigkeit der wenigstens einen ausgegebenen simulierten Größe und/oder des Fahrbetriebszustands-Parameters und wobei die Mittel zum Ausgeben des Weiteren eingerichtet sind, den wenigstens einen Bewertungs-Parameters auszugeben.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Systems weist das zweite Modul des Weiteren aufweist: - Mittel zum Bereitstellen eines ersten Lastenhefts in Bezug auf den Fahrbetrieb des Kraftfahrzeugs, welches wenigstens einen Sollwert-Bereich wenigstens einer simulierten Größe, insbesondere für den jeweiligen Fahrbetriebszustands- Parameter, oder des Werts des wenigstens einen Bewertungs-Parameter, welche Zielwerten für Kriterien zur Auslegung des Kraftfahrzeugs, vorzugsweise ein Gesamtfahrzeugverhalten, weiter vorzugsweise eine Fahrbarkeit, entsprechen.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Systems weist das zweite Modul des Weiteren aufweist:
- Mittel zum Optimieren des Teilmodells, welches auf einer Funktion basiert, in Bezug auf einen Sollwert-Bereich wenigstens einer simulierten Größe, insbesondere für den jeweiligen Fahrbetriebszustands-Parameter, oder des Werts des wenigstens einen Bewertungs-Parameters, welche Zielwerten für Kriterien zur Auslegung des Kraftfahrzeugs, vorzugsweise ein Gesamtfahrzeugverhalten, weiter vorzugsweise eine Fahrbarkeit, entsprechen.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Systems weist das zweite Modul des Weiteren aufweist:
- Mittel, eingerichtet zum Abgleichen der Werte der wenigstens einen ausgegebenen simulierten Größe für den jeweiligen Fahrbetriebszustands- Parameter mit einem vorgegebenen Sollwert-Bereich, insbesondere mit Zielwerten für Kriterien zur Auslegung des Kraftfahrzeugs;
- Mittel, eingerichtet zum Verändern von wenigstens einem Funktions-Parameter der zur Simulation benutzten Funktion des wenigstens einen Teilmodells auf der Grundlage des Abgleichens, falls die Werte der wenigstens einen ausgegebenen simulierten Größe außerhalb des Sollwert-Bereichs liegt/liegen, wobei vorzugsweise erneut der Arbeitsschritt des Simulierens des Fahrbetriebs ausgeführt wird; und - Mittel zum Ausgeben eines Werts des wenigstens einen Funktions-Parameters, falls die Werte der wenigstens einen ausgegebenen simulierten Größe innerhalb des Sollwert-Bereichs liegt/liegen.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung umfasst das System des Weiteren ein drittes Modul, wobei das dritte Modul mit dem zweiten Modul über eine zweite Datenschnittstelle und mit dem ersten Modul über eine dritte Datenschnittstelle verbunden ist und aufweist:
- Mittel, eingerichtet zum Abgleichen des wenigstens einen Bewertungs- Parameters mit einem vorgegebenen Sollwert-Bereich, insbesondere mit Zielwerten für Kriterien zur Auslegung des Kraftfahrzeugs;
- Mittel, eingerichtet zum Verändern von wenigstens einem Funktions-Parameter der zur Simulation benutzten Funktion des wenigstens einen Teilmodells auf der Grundlage des Abgleichens, falls der wenigstens eine Bewertungs-Parameter außerhalb des Sollwert-Bereichs liegt/liegen, wobei vorzugsweise erneut der Arbeitsschritt des Simulierens des Fahrbetriebs ausgeführt wird; und
- Mittel zum Ausgeben eines Werts des wenigstens einen Funktions-Parameters, falls der wenigstens einen Bewertungs-Parameter innerhalb des Sollwert- Bereichs liegt/liegen.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Systems ist die zweite Datenschnittstelle eingerichtet ist Werte des Bewertungs-Parameter aus dem zweiten Modul an das dritte Modul bereitzustellen und die dritte Datenschnittstelle ist eingerichtet, Werte des Funktions- Parameter und Variationspunkte aus dem dritten Modul an das erste bereitzustellen.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Systems weist das zweite Modul oder das dritte Modul des Weiteren auf:
- Mittel, eingerichtet zum Generieren eines Versuchsplans, welcher Variationspunkte in Bezug auf den wenigstens einen Funktions-Parameter der zum Simulieren benutzen Funktion aufweist, insbesondere auf der Grundlage eines Optimierungs-Algorithmus, wobei ein Arbeitsschritt des Simulierens auf der Grundlage des weiteren Versuchsplans erfolgt.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele, insbesondere im Zusammenhang mit den Figuren.
Hierzu zeigt wenigstens teilweise schematisiert:
Figur 1 ein erstes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Systems;
Figur 2 ein zweites Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Systems;
Figuren 3 bis 6 eine erfindungsgemäße Unterteilung einer Volllast-Kennlinie einer
Brennkraftmaschine in drei Bereiche;
Figur 7 eine Volllast-Kennlinie mit angelegter Näherungsfunktion;
Figur 8 eine Drehmomentgradienten-Näherungsfunktion;
Figuren 9 und 10 eine Pedalkennlinien-Näherungsfunktion eines Teillast-Modells;
Figur 11 eine Volllast-Kennlinie mit angelegter Teillast-Näherungsfunktion; und
Figur 12 ein Flussdiagramm eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen
Verfahrens.
Anhand der Figuren 1 und 12 wird im Folgenden ein erstes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Systems 10 zur simulationsbasierten Analyse und/oder Optimierung eines Kraftfahrzeugs und ein zugehöriges erfindungsgemäßes Verfahren 100 erläutert.
Das erfindungsgemäße System 10 weist hierbei vorzugsweise drei Module 1 1 , 12, 13 auf, welche über Datenschnittstellen zur Datenübertragung jeweils verbunden sind. Insbesondere werden dabei, wie in Fig. 1 durch die Pfeile angedeutet, Daten von dem ersten Modul 1 1 zu dem zweiten Modul 12 über eine erste Datenschnittstelle 14 übergeben, von dem zweiten Modul 12 zu dem dritten Modul 13 über eine zweite Datenschnittstelle 15 und von dem dritten Modul 13 wiederum zu dem ersten Modul 1 1 über eine dritte Datenschnittstelle 16.
In dem ersten Modul 1 1 ist ein Modell M hinterlegt, mit welchem der Fahrbetrieb eines Kraftfahrzeugs 1 simuliert werden kann. Dieses Modell M kann, wie mit dem Pfeil angedeutet, über eine Schnittstelle von außen in das Modul 1 1 eingelesen oder eingeschrieben werden. Vorzugsweise kann das Modell M aber auch aus dem Modul 1 1 wieder ausgelesen werden.
Um einen Arbeitsschritt des Simulierens S101 erstmalig auszuführen, ist in dem ersten Modul 1 1 vorzugsweise ein vorbestimmter Fahrzyklus hinterlegt, welcher eine Abfolge von Fahrbetriebszuständen für das Kraftfahrzeug 1 darstellt. Dieser Fahrzyklus wird vorzugsweise auf der Grundlage der Erfahrungen von Versuchsingenieuren erstellt und umfasst Lastpunkte, welche erfahrungsgemäß zur Kalibrierung eines Kraftfahrzeugs 1 , im vorliegenden Ausführungsbeispiel des Antriebs bzw. der Brennkraftmaschine des Kraftfahrzeugs 1 , benötigt werden.
Zur Simulation des Betriebs der Brennkraftmaschine 1 verfügt das Modell M über ein Teilmodell. Dieses Teilmodell ist Funktions-basiert, d.h., es wird durch eine Funktion beschrieben, welche Funktions-Parameter, insbesondere Koeffizienten, und Variablen, insbesondere Stell-Größen wie beispielsweise die Drehzahl und die Gaspedalstellung, aufweist. Die Funktion gibt hierbei eine ZuOrdnungsvorschrift wieder, welche einer Konstellation von Werten von Stell-Größen einen Wert einer oder mehrerer simulierter Größen kontinuierlich zuordnet.
Vorzugsweise beschreiben weitere Teilmodelle des Modells M die Funktion von weiteren Komponenten des Fahrzeugs. Sollen diese weiteren Komponenten nicht ebenfalls mit dem erfindungsgemäßen Verfahren 100 analysiert oder optimiert werden, so können die weiteren Teilmodelle vorzugsweise Kennfeld-basiert sein, d.h., die diesen Teilmodellen inhärente ZuOrdnungsvorschrift ist nicht als Funktion, sondern als Kennfeld hinterlegt, welches einer Konstellation von Werten von Stell-Größen in jedem Simulationszeitschritt diskret einen Wert einer oder mehrerer simulierter Größen zuordnet.
Insbesondere kann das Modell M als weiteres Teilmodell ein Fahrzeugmodell aufweisen, welches eingerichtet ist, ein Fahrverhalten des Kraftfahrzeugs 1 zu simulieren. Die Fahrzeug-Parameter, welche in ein solches Fahrzeugmodell eingehen, sind insbesondere das Gewicht und/oder die Abmessung bzw. der Schwerpunkt des Fahrzeugs.
Ein Fahrzeugmodell wird in an sich bekannter Weise erstellt, um einen Fahrbetrieb simulieren zu können. Das erste Modul 12 simuliert dabei vorzugsweise ein Zwei- oder Mehr-Massen-Schwinger, um die Masse des Kraftfahrzeugs 1 , die Steifigkeit des Antriebsstrangs und das Übertragungsverhalten der Reifen wiederzugeben. Weiter vorzugsweise kann auch die Dämpfung auf der Grundlage des Fahrzeugmodells simuliert werden. Die Dämpfungswerte hängen insbesondere vom Betriebszustand des Fahrzeugs ab.
Des Weiteren kann ein solches Fahrzeugmodell weitere Untermodelle aufweisen, wie beispielsweise ein Reifenmodell, ein Radaufhängungsmodell (Feder/Dämpfer), ein Fahrwerksgeometriemodell, ein Fahrwiderstandsmodell, ein Lenkungsmodell, ein Kupplungsmodell, ein Getriebemodell und/oder ein Elastizitätsmodell (Mehrmassensystem bzw. Mehrmassenschwinger).
Mit dem Arbeitsschritt des Simulierens S101 werden Werte von simulierten Größen des Modells M erzeugt, indem der vorbestimmte Fahrzyklus mit dem durch das Modell M charakterisierte Fahrzeug 1 ausgeführt wird. Die anfänglichen Werte der Funktions- Parameter bzw. Koeffizienten der zum Simulieren benutzen Funktion werden hierbei vorzugweise auf der Grundlage von Erfahrungen eines Versuchsingenieurs gewählt. Weiter vorzugsweise können diese auch anfänglich, wie weiter unten in Bezug auf spätere Iterationen ausgeführt, durch das dritte Modul 13 vorgegeben werden, vorzugsweise in Form von Variationspunkten einer Versuchsplanung. Eine solche Simulation des Fahrbetriebs des Kraftfahrzeugs 1 kann insbesondere mit dem System AVL VSM™ der Anmelderin durchgeführt werden. Wenigstens eine der simulierten Größen ist hierbei geeignet, insbesondere im Zusammenspiel mit anderen simulierten Größen, um ein Gesamtfahrzeugverhalten des Fahrzeugs 1 zu charakterisieren bzw. anhand dieser Größe eine Bewertung des Gesamtfahrzeugverhaltens vorzunehmen. Insbesondere umfasst das Gesamtfahrzeugverhalten wenigstens die Fahrbarkeit. In diesem Fall dient das Gesamtfahrzeugverhalten, insbesondere die Fahrbarkeit, als ein Kriterium zur Auslegung des Fahrzeugs 1
Die simulierten Größen werden vorzugsweise an das zweite Modul 12 weitergereicht. Das zweite Modul 12 ist hierbei vorzugsweise in der Lage, die Werte der simulierten Größen auf das Vorliegen einer vorgegebenen Bedingung abzuprüfen S102. Eine solche Bedingung ist insbesondere eine Konstellation der Werte mehrerer simulierter Größen und/oder auch der Verlauf von Werten einer oder mehrerer Größen. Wird eine solche Bedingung erfüllt, so stellt das zweite Modul 12 einen Fahrbetriebszustand fest und ermittelt hierfür einen Fahrbetriebszustands-Parameter.
Alternativ ist der Fahrbetriebszustands-Parameter auf einen oder mehrere Werte wenigstens einer simulierten Größe oder wenigstens einer Stell-Größe definiert, stellt jedoch keinen separaten Wert dar, sondern ist im Wesentlichen eine Zuordnung von Werten wenigstens einer simulierten Größe, welche das Gesamtfahrzeugverhalten des Fahrzeugs charakterisiert, zu den Werten wenigstens einer simulierten Größe und/oder wenigstens einer Stell-Größe, welche den Fahrbetriebszustand charakterisieren.
Zusätzlich zu simulierten Größen können zur Definition des Fahrbetriebszustands- Parameters auch Stell-Größen des Modells M herangezogen werden. Ein Beispiel hierfür ist die Gaspedal- bzw. Drosselklappenstellung, von deren Wert auf einen Fahrbetriebszustand geschlossen werden kann.
Der Fahrbetriebszustands-Parameter ist hierbei vorzugsweise ein numerischer Wert oder eine Konstellation von numerischen Werten oder auch durch einen Begriff definiert, welcher dem Wert oder den Werten zugeordnet wird. Zur Ermittlung des Fahrbetriebszustands-Parameters kann in dem zweiten Modul 12 insbesondere eine Datenbank vorgesehen sein, anhand welcher durch Abgleich von Werten der simulierten und/oder Stell-Größen der momentane Fahrbetriebszustands anhand des Fahrbetriebszustands-Parameters bestimmt werden kann.
Der Datenaustausch zwischen dem ersten Modul 1 1 und dem zweiten Modul 12 findet hierbei vorzugsweise über die erste Schnittstelle 14 statt, welche Software- und/oder hardwaremäßig ausgebildet sein kann.
In den vorliegenden Ausführungsbeispielen werden die Werte der wenigstens einen simulierten Größe, welche das Gesamtfahrzeugverhalten charakterisiert im Zusammenhang mit dem jeweils vorliegenden Fahrbetriebszustands-Parameter ausgegeben. Vorzugsweise werden die Werte hierbei direkt an ein drittes Modul 13 ausgegeben, welches insbesondere zur Anwendung eines Optimierungs-Algorithmus auf die beim Simulieren ermittelten Ergebnisse dient.
Weiter vorzugsweise werden die Werte an einen Bewertungs-Algorithmus innerhalb des zweiten Moduls 12 ausgegeben, mit welchem die für das Kraftfahrzeug 1 ermittelten simulierten Größen, welche das Gesamtfahrzeugverhalten ausdrücken, vorzugsweise objektiviert, bewertet werden können. Hierfür kommt insbesondere eine ZuOrdnungsvorschrift zwischen wenigstens einer simulierten Größe, durch welche das Gesamtfahrzeugverhalten charakterisierbar ist, und des Fahrbetriebszustands-Parameters zu dem Bewertungs-Parameter zum Einsatz, in welche die Bewertung eines oder einer Vielzahl von Kraftfahrzeugen durch menschliche Versuchsfahrer, insbesondere in Bezug auf Referenzfahrzeuge, eingeht. Das Aufstellen einer solchen ZuOrdnungsvorschrift zum Ordnen eines Bewertungs-Parameters in Abhängigkeit einer simulierten Größe, durch welche das Gesamtfahrzeugverhalten charakterisierbar ist, wird anhand eines Ausführungsbeispiels in Bezug auf den Fahrbetriebszustand im Folgenden erläutert. Hier anbei handelt es sich um einen Tip-in im zweiten Gang, also ein Beschleunigungsvorgang mit zunehmender Drosselklappenöffnung.
Ein Ausführungsbeispiel für das Aufstellen einer ZuOrdnungsvorschrift zum Zuordnen eines Bewertungs-Parameters zu einem jeweiligen Fahrbetriebszustands-Parameter bzw. Fahrbetriebszustand wird im Folgenden anhand des Fahrbetriebszustands eines sogenannten Tip-in im zweiten Gang, also einem Beschleunigungsvorgang mit zunehmender Drosselklappenöffnung, erläutert.
In einem realen Fahrbetrieb mit einer Versuchsperson als Fahrzeuginsassen wird zunächst für einen Fahrbetriebszustand Tip-in die Drosselklappenstellung, die Motordrehzahl und die Längsbeschleunigung zeitabhängig gemessen. Parallel hierzu werden die subjektiven Empfindungen der Versuchsperson erfasst, beispielsweise indem die Versuchsperson ihre subjektive Empfindung durch eine Bewertung über eine Benutzerschnittstelle eingibt. Als Bewertungskriterien kann vorzugsweise eine zehnteilige Skala von ausgezeichnet = 10 bis äußerst schlecht = 1 dienen.
In Echtzeit oder nach Aufzeichnen eines Datensatzes wird eine Auswertung der Drehzahl n und der Längsbeschleunigung durchgeführt. Vorzugsweise wird dabei eine Fast Fourier Transformation (FFT) der Drehzahl n und der Längsbeschleunigung berechnet. Des Weiteren wird vorzugsweise ein Maximalwert von Ruckelschwingung im Frequenzbereich zwischen 2 und 8 Hertz sowie die Frequenz, bei der der Maximalwert auftritt, nach folgender Gleichung berechnet:
Figure imgf000036_0001
st stellt hierbei den imaginären Anteil und a(t) den zeitlichen Verlauf der Beschleunigung dar.
Hieraus wird eine Korrelation von subjektivem Empfinden der Versuchsperson und den FFT und den Maximalwerten von Ruckelschwingung nach folgender Gleichung durchgeführt:
Figure imgf000036_0002
c1 , c2 und c3 sind hierbei Parameter, aosc der Maximalwert der Ruckelschwingung im Bereich von 2 bis 8 Hertz und Dr der berechnete Bewertungs-Parameter, im vorliegenden Fall ein sogenannter Driveability-Index für das Kriterium Fahrbarkeit. Die Parameter cl , c2 und c3 können in einem selbstlernenden System vorzugsweise automatisch gefunden werden. Vorzugsweise werden hierfür Iterationsschleifen eingesetzt, in denen die Parameter so lange geändert werden, bis die Abweichung zwischen dem berechtigten Wert Dr und der subjektiven Beurteilung der Versuchsperson Dr subjektiv ein Minimum wird. Dies geschieht nach den folgenden Gleichungen:
Figure imgf000037_0001
Dabei stellen die Ausdrücke p,, q, und n Variationsschrittweiten dar. Die Variation von c1 , c2 und c3 wird so lange durchgeführt, bis die Differenz zwischen dem berechneten Bewertungs-Parameter Dr und dem subjektiven Bewertungs-Parameter Drsubj kleiner als ein vordefinierter Grenzwert ist.
Nach vollständigem Systemtraining kann die subjektive Beurteilung im Fahrzeug vollständig aus den Amplituden aosc der Ruckelschwingung nachgebildet werden. Die gefundenen Parameter c1 , c2, c3 bilden die subjektive Beurteilung nach.
Das gezeigte Ausführungsbeispiel zum Aufstellen der ZuOrdnungsvorschrift für den Bewertungs-Parameter ist nur eine von zahlreichen Möglichkeiten, diese ZuOrdnungsvorschrift zu erstellen. So kann die Iteration auch mit anderen aus der Mathematik bzw. Statistik bekannten Verfahren durchgeführt werden.
Alternativ kann die ZuOrdnungsvorschrift auch ein Vergleich einer simulierten Größe mit einem Sollwert-Bereich sein. Der Sollwert-Bereich entspricht in diesem Fall Zielwerten für ein Kriterium. Beispielsweise könnte hierbei ein bestimmter Kraftstoffverbrauch über einem Sollwert-Bereich als Zielwert vorgegeben werden. Der Kraftstoffverbrauch, welcher anhand des Modells M simuliert wird, kann dann mit dem Sollwert-Bereich verglichen werden und somit festgestellt werden, ob eine Überschreitung oder auch Unterschreitung vorliegt und eine Veränderung des Modells M bzw. der darin enthaltenen Funktions-Parameter notwendig macht. In diesem Fall ist der Optimierungs-Algorithmus vorzugsweise in dem zweiten Modul 12 vorgesehen, welcher dann direkt anhand der simulierten Größe, im vorliegenden Fall des simulierten Verbrauchs, zu dem Sollwert-Bereich als Zielwert einen neuen Versuchsplan bzw. einen Satz neuer Variationspunkte des Funktions-Parameters erstellt. Der Bewertungs-Parameter ist in diesem Fall der Verbrauch. Mit den neuerlichen Funktionsparametern wird dann in dem ersten Modul 1 1 wiederum die Simulation durchgeführt S101 .
Alternativ könnte ein solches Verhältnis von einem simulierten Kraftstoffverbrauch als simulierte Größe und dem dazugehörigen Sollwert-Bereich als Zielwerte auch in eine Bewertung umgewandelt werden, welche durch einen Zahlenwert, insbesondere Note, oder einen Begriff („zu niedrig", „zu hoch", „ok") als Bewertungs-Parameter ausgedrückt wird. Dieser Bewertungs-Parameter, welcher vorzugsweise von dem zweiten Modul 12 berechnet wird, wird dann vorzugsweise über die zweite Schnittstelle 15 an das dritte Modul 13 ausgegeben. Der in diesem Fall in dem dritten Modul 13 hinterlegte Optimierungs- Algorithmus rechnet dann, insbesondere auf der Grundlage eines Versuchsplans, Variationspunkte des Funktions-Parameters, um den Verbrauch zu optimieren.
Um den Bewertungs-Parameter auf der Grundlage der ZuOrdnungsvorschrift bestimmen zu können, ist vorzugsweise des Weiteren vorgesehen, dass dem zweiten Modul 12 Fahrzeug- Parameter in Bezug auf das von dem ersten Modul 1 1 simulierte Kraftfahrzeug 1 bereitgestellt werden. Dies sind vorzugsweise die Masse und die Motorcharakteristik, insbesondere maximale Leistung, maximales Drehmoment, Drehzahl bei maximaler Leistung, Drehzahl bei maximalem Drehmoment und maximale Drehzahl des simulierten Kraftfahrzeugs 1 . Weiter vorzugsweise werden diese Daten von dem ersten Modul 1 1 über die erste Datenschnittstelle 14 an das zweite Modul 12 übertragen.
Wie in dem unteren Diagramm in Figur 1 gezeigt, kann der Bewertungs-Parameter nicht nur eine einzelne Bewertung enthalten, sondern aus mehreren Bewertungen bestehen. In Fig. 1 besteht eine Gesamtbewertung für die Beschleunigung bei Volllast beispielsweise aus einem maximal erwarteten Moment, einer 90% Drehmomentschwelle, einer 90% Drehmomentspanne, einer Drehmomentfülligkeit, einer Drehfreudigkeit, einer erwarteten Beschleunigung und einer Referenzbeschleunigung. Dem zweiten Modul 12 können hierbei eine Vielzahl von Kriterien vorgegeben werden, anhand welcher die Bewertung bzw. das Ermitteln des Bewertungs-Parameters S104 für das Gesamtfahrzeugverhalten des Kraftfahrzeugs 1 durchgeführt werden soll. Beispiele für solche Kriterien sind beispielsweise Fahrbarkeit, Agilität, Fahrkomfort, Emission, Effizienz, NVH-Komfort, Drehfreudigkeit, Sicherheitsgefühl und Funktion der Fahrassistenzsysteme. Eine besonders treffende Bewertung des Gesamtfahrzeugverhaltens kann hierbei erreicht werden, wenn diese Kriterien in einem ganzheitlichen Kontext bewertet werden.
Ein mittels der ZuOrdnungsvorschrift ermittelter Wert des Bewertungs-Parameters wird hierauf, alternativ zu wenigstens einer simulierten Größe im Zusammenhang mit dem Fahrbetriebszustands-Parameter, von dem zweiten Modul 12 über eine zweite Datenschnittstelle 15 an das dritte Modul 13 ausgegeben S105. Alternativ oder zusätzlich kann der Bewertungs-Parameter auch über eine Benutzerschnittstelle ausgegeben werden.
In dem dritten Modul 13 wird vorzugsweise ein Optimierungs-Algorithmus zur Verbesserung der Bewertung des Gesamtfahrzeugverhaltens ausgeführt. In diesem Bewertungs- Algorithmus gehen dabei Funktions-Parameter bzw. Koeffizienten der Funktion des wenigstens einem Teilmodells des Modells M als Variablen ein. Diese Variablen werden anhand des Optimierungs-Algorithmus variiert, um eine Optimierung des Bewertungs- Parameters bzw. des einen oder der mehreren Bewertungskriterien zu erreichen S107. Die Kriterien der Bewertung können hierbei vorzugsweise unterschiedlich gewichtet werden.
Weiter vorzugsweise gehen weitere Randbedingungen in den Optimierungs-Algorithmus ein. Dies können beispielsweise Eigenschaften sein, welche bei der Bewertung in dem zweiten Modul 12 nicht berücksichtigt wurden. Solche Randbedingungen können beispielsweise ein gewünschtes Drehmoment oder eine gewünschte Leistung sein oder auch Randbedingungen, die zwar nicht das Gesamtfahrzeugverhalten des Kraftfahrzeugs 1 charakterisieren, welche jedoch beispielsweise sicherheitsrelevant sind oder als Vorschrift vom Gesetzgeber vorgegeben sind.
Vorzugsweise wird vor dem Verändern der Funktions-Parameter der zur Simulation benutzten Funktion des wenigstens einen Teilmodells festgestellt, ob das Gesamtfahrzeugverhalten bereits eine gewünschte Bewertung erreicht hat S106. Hierfür werden insbesondere Werte der wenigstens einen simulierten Größe, durch welche das Gesamtfahrzeugverhalten charakterisierbar ist, für die jeweiligen, dazugehörigen Fahrbetriebszustands-Parameter mit einem Sollwertbereich, insbesondere mit Zielwerten für eine Auslegung des Kraftfahrzeugs 1 , verglichen. Alternativ oder zusätzlich kann auch der von dem zweiten Modul 12 ermittelte Bewertungs-Parameter mit einem Sollwertbereich verglichen werden.
Der Bewertungs-Algorithmus wird in diesem Fall nur dann ausgeführt, wenn ein Sollwert- Bereich noch nicht erreicht wurde. Wird dagegen der Sollwert-Bereich erreicht, wird der zuletzt benutzte Wert des wenigstens einen Funktions-Parameters der zum Simulieren benutzten Funktion des Teilmodells ausgegeben S109, wie nachfolgend erläutert wird.
Insbesondere werden die Funktions-Parameter der zum Simulieren benutzten Funktionen des Teilmodells in dem Optimierungs-Algorithmus als Stell-Größen der Komponente des Kraftfahrzeugs 1 bzw. der Funktion des Teilmodells dieser Komponente, insbesondere als einzige Stell-Größen, behandelt.
Die Funktions-Parameter werden dem dritten Modul 13 hierbei von dem ersten Modul 1 1 über die dritte Datenschnittstelle 16 bereitgestellt oder werden insbesondere von einem Nutzer vor Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens 100 in das bei der Aufstellung des Optimierungs-Algorithmus als Variable definiert.
Ist der Sollwert-Bereich der Bewertung noch nicht erreicht, so wird von dem dritten Modul 13 vorzugsweise ein Versuchsplan anhand des Optimierungs-Algorithmus erstellt S108, welcher weitere Variationspunkte in einem Variationsraum, welcher von dem wenigstens einen Funktions-Parameter der zum Simulieren benutzten Funktion des Teilmodells aufgespannt wird, aufweist. Hierauf wird in der Art einer iterativen Optimierung erneut der Fahrbetrieb des Kraftfahrzeugs 1 anhand dem modifizierten Teilmodell, d.h. mit veränderten Funktions-Parametern bzw. Koeffizienten, durchgeführt S101 '. Ein solcher Versuchsplan wird insbesondere anhand von statistischen Methoden aufgestellt und entspricht einem statistischen Versuchsplan (design of experiment). Variationspunkte eines solchen Versuchsplans sind beispielsweise in Fig. 1 dargestellte "design points".
Wird mit dem beim Abgleich in Bezug auf die Bewertung S106 dagegen festgestellt, dass die Bewertung bereits einen gewünschten Sollwert-Bereich in Bezug auf das Gesamtfahrzeugverhalten entspricht, so wird der Wert des wenigstens einen Funktions- Parameters bzw. Koeffizient der Funktion des Teilmodells ausgegeben S109.
Vorzugsweise kann der Wert oder die Werte über eine Benutzerschnittstelle ausgegeben werden, weiter vorzugsweise werden der Wert oder die Werte in die zum Simulieren benutzte Funktion eingesetzt.
Die auf diese Weise erhaltene Funktion gibt jene Betriebsweise der Komponente des Kraftfahrzeugs 1 an, welche diese haben müsste, um eine bestimmte Bewertung des Gesamtfahrzeugverhaltens des Kraftfahrzeugs 1 zu erreichen.
Unter Umständen bestehen hierbei Wechselwirkungen mit anderen Komponenten des Kraftfahrzeugs 1 . Um eine solche Wechselwirkung zu berücksichtigen, können vorzugsweise bekannte Strategien der Mehrvariablen-Optimierung zum Einsatz kommen.
Anhand der erhaltenen Funktion oder Funktionen kann nunmehr ein Lastenheft für die wenigstens eine Komponente des Kraftfahrzeugs 1 oder des gesamten Kraftfahrzeugs 1 erstellt werden S1 10a. Insbesondere können auf der Grundlage der erhaltenen Funktionen die Konstruktionen und/oder die Steuerung oder die Regelung der Komponente des Kraftfahrzeugs 1 angepasst werden S1 10b. Hierbei wird die jeweilige Komponente vorzugsweise in der Weise konstruiert, ausgelegt und gesteuert, dass der eine reale Betrieb die ausgegebene Funktion bzw. die Funktions-Parameter bzw. Koeffizienten widerspiegelt.
In einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel wird die wenigstens eine Komponente des Kraftfahrzeugs 1 oder das gesamte Kraftfahrzeug 1 nicht nur verändert, sondern vollständig auf das optimierte Teilmodell bzw. dessen Funktion hin optimiert. Beispielsweise kann ein Drehmomentmodell, wie es in den Figuren 3 bis 1 1 dargestellt wird, in Bezug auf verschiedenste Kriterien in Bezug auf den Fahrbetrieb eines Kraftfahrzeugs 1 optimiert werden. Um die gewünschten Zielwerte der Kriterien, wie zum Beispiel eine erwartete Beschleunigung und eine Referenzbeschleunigung oder eine gewisse Drehmomentfülligkeit oder Drehfreudigkeit, zu erreichen, kann es sich beispielsweise als notwendig herausstellen, eine Brennkraftmaschine eines Fahrzeugs elektrisch aufzuladen, das heißt den Turbolader zusätzlich oder ausschließlich mit einem Elektromotor zu betreiben oder gar einen zusätzlichen elektrischen Antrieb vorzusehen, um die gewünschten Leistungsparameter der Kriterien zu erreichen. Dies ermöglicht einen völlig neuen Entwicklungsansatz, bei welchem schon in frühen Stadien der Entwicklungsphase für die Entwicklungsingenieure Aussagen getroffen werden können, wie einzelne Komponenten eines Kraftfahrzeugs 1 mit definierten Fahrzeug-Parametern ausgelegt werden müssen, um später Kriterien in Bezug auf den Fahrbetrieb des Kraftfahrzeugs 1 zu erfüllen.
Beispielsweise kann durch den Technischen Vertrieb ein erstes Lastenheft aufgestellt werden, welches Zielwerte, insbesondere einen Sollwert-Bereich in Bezug auf ein Kriterium aufstellt, beispielsweise der vorher genannten Fahrdynamik-Parameter oder wenigstens eines Bewertungs-Parameters, welcher die Fahrdynamik repräsentiert. Anhand dieses Lastenhefts kann mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens ein zweites Lastenheft für eine Komponente ermittelt werden, welches wenigstens eine Grobauslegung der Komponente eines Kraftfahrzeugs 1 ermöglicht.
Fig. 2 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Systems 10.
Im Gegensatz zu dem ersten Ausführungsbeispiel weist das in Fig. 2 gezeigte System 10 nur ein erstes Modul 1 1 und ein zweites Modul 12 auf. Entsprechend gibt es auch nur die erste Datenschnittstelle 14, mit welcher Daten zwischen dem ersten Modul 1 1 und dem zweiten Modul 12 ausgetauscht werden können. Im Gegensatz zu dem ersten Ausführungsbeispiel wird, wie bereits im Zusammenhang mit dem ersten Ausführungsbeispiel erläutert, kein Bewertungs-Parameter berechnet. Vielmehr werden in dem Arbeitsschritt des Abgleichens S106 direkt die Werte der wenigstens einen simulierten Größe, durch welche das Gesamtfahrzeugverhalten charakterisierbar ist, für den jeweiligen Fahrbetriebszustands-Parameter mit einem Sollwert-Bereich für diesen Fahrbetriebszustands-Parameter verglichen.
Wird der gewünschte Sollwertbereich der Zielwerte nicht erreicht, so werden der oder die Funktions-Parameter der zur Simulation benutzten Funktionen unter Heranziehung von etwaigen Randbedingungen geändert, ohne eine Bewertung auf der Grundlage einer, vorzugsweise objektivierten, ZuOrdnungsvorschrift vorzunehmen.
Anhand der Fig. 3 bis 11 wird die Erstellung eines Funktions-basierten Motormodells oder auch Drehmomentmodells erläutert, welches als Teilmodell zur Abbildung der Betriebsweise einer Brennkraftmaschine in dem erfindungsgemäßen Verfahren 100 eingesetzt werden kann.
Insbesondere wird in Bezug auf die Fig. 3 bis 6 die Erstellung eines Funktions-basierten Untermodells M1 dargestellt, welches die Drehmomentcharakteristik einer aufgeladenen Brennkraftmaschine 1 im stationären und transienten Betriebsbereich abbildet.
Weitere Untermodelle des Funktions-basierten Teilmodells für den Motor sind ein Teillastmodell M3, siehe Fig., sowie ein Drehmomentgradientenmodell M2 und vorzugsweise auch ein Saugmomentmodell sowie gegebenenfalls weitere Untermodelle.
Im Stand der Technik werden zur Abbildung der Funktionsweise eines Motors üblicherweise Kennfeld-basierte Modelle verwendet. So wird zur Abbildung der Drehmomentcharakteristik im stationären und transienten Betrieb einer aufgeladenen Brennkraftmaschine ein Kennfeld eingesetzt, mit welchem das aktuell an der Kurbelwelle anliegende Motordrehmoment in jedem Zeitschritt einer Simulation in Abhängigkeit von Last bzw. Drosselklappenstellung und Motordrehzahl bestimmt wird. Zur Abbildung des instationären Drehmomentaufbaus, zum Beispiel nach einer sprunghaften Änderung der Last bzw. Fahrpedalstellung, werden wiederum Kennfelder für das Saugmoment und für den Drehmomentgradienten aufgrund des Ladedruckaufbaus des Turboladers in Abhängigkeit von den Eingangs-Parametern Fahrpedalstellung, Drehzahl und Last zum Zeitpunkt der Laständerung verwendet. Ein spontan erreichbares Drehmoment einer aufgeladenen Brennkraftmaschine, die sogenannte schnelle Drehmomentverfügbarkeit, wird mit einem Saugmomentkennfeld modelliert, während der wesentlich langsamere Drehmomentaufbau ausgehend vom Saugmoment bis zum Erreichen des stationären Drehmoments mit einem Drehmomentgradientenkennfeld betriebspunktabhängig abgebildet wird.
Mit einem aus diesen Kennfeld-basierten Untermodellen bestehenden Motormodell lassen sich grundsätzlich bewertungsrelevante transiente Fahrbetriebszustände wie beispielsweise Volllastbeschleunigung, Low-end Torque, Drehfreude, positiver Lastwechsel (Tip-in), Beschleunigungs- und Durchzugsvermögen eines Kraftfahrzeugs 1 ausreichend genau simulieren.
Um ein solches Kennfeld-basiertes Motormodell einer automatisierten Optimierung mittels eines Optimierungs-Algorithmus zugänglich zu machen, werden erfindungsgemäß einzelne Untermodelle des Kennfeld-basierten Motormodells oder sogar alle Untermodelle durch Funktions-basierte Untermodelle ersetzt.
Hierdurch kann die Anzahl der zu variierenden Variablen, also der Funktions-Parameter bzw. Koeffizienten der Untermodelle, für einen effizienten Optimierungsprozess wesentlich reduziert werden und die Funktions-Parameter bzw. Koeffizienten der einzelnen Untermodelle können, insbesondere im Rahmen einer Variablenoptimierung, unabhängig voneinander verändert werden.
Durch den Einsatz von Untermodellen kann insbesondere die Drehmomentcharakteristik der Brennkraftmaschine im stationären und transienten Betrieb über mathematische Funktionen mit wenigen Funktions-Parametern bzw. Koeffizienten abgebildet werden.
Volllastmodell M1
Um ein Volllastmodell M1 zu bilden, wie in Fig. 3 gezeigt, wird die Volllastkennlinie einer Brennkraftmaschine innerhalb eines Drehzahlbands der Brennkraftmaschine in drei getrennten Segmenten betrachtet. Die drei Drehzahlsegmente sind in Fig. 3 mit drei verschiedenen Schraffuren gekennzeichnet. Das Segment bis etwa 2000 Umdrehungen pro Minute kann als Volllastsegment bei niedriger Drehzahl, das Segment bis etwa 5200 Umdrehungen pro Minute als Volllastsegment bei mittlerer Drehzahl und das Segment bis etwa 7000 Umdrehungen pro Minute als Volllastsegment bei maximaler Leistung bezeichnet werden.
Diese Einteilung wurde in diesem Fall in der Weise gewählt, um dem üblichen Verhalten moderner aufgeladener Brennkraftmaschinen, insbesondere Ottomotoren, möglichst gut zu entsprechen. Vorzugsweise sind aber auch andere Einteilungen möglich, welche sich zur Abbildung des Betriebs anderer Motoren besser eignen.
Die einzelnen Segmente der Volllastkennlinie werden hierbei über den drehzahlabhängigen Verlauf von Drehmoment oder Leistung beschrieben.
Anhand der Fig. 4 bis 6 wird eine detaillierte Beschreibung der einzelnen Segmente mit den jeweils beschriebenen Funktions-Parametern und mathematischen Formeln geliefert. Dabei werden in den Formeln allgemeine Formelzeichen wie folgt verwendet:
M = Drehmoment in Nm
P .. = Leistung in kW
n .. = Drehzahl in min"1
Volllastseqment bei niedriger Drehzahl
Das Drehmoment in diesem Segment wird durch folgende Funktion VF1 beschrieben:
Figure imgf000045_0001
Die Leistung ergibt sich dann entsprechend wie folgt:
π■ n
Pi (n) = i (n) *
30000
Hierbei sind die einzelnen Funktions-Parameter wie folgt definiert:
Drehmoment bei 1000min"
Drehmomentanstieg in diesem Segment In Abhängigkeit der Werte dieser Funktions-Parameter M100o und kMi verändert sich die Lage und Steigung der Näherungsfunktion an die Volllastkennlinie, wie in Fig. 4 dargestellt ist.
Volllastseqment bei mittlerer Drehzahl
Das Drehmoment in diesem Segment kann durch folgende Funktion VF2 beschrieben werden:
n— nM ,
M2(n) = MMAX + - QÖÖ~ '
Hierbei sind die einzelnen Funktions-Parameter in diesem Segment wie folgt definiert:
Mmax = maximales Drehmoment
nM = Drehzahl bei maximalem Drehmoment
k|VI2 = Drehmomentanstieg in diesem Segment
Da bei positiven Werten des Funktions-Parameters M2 und bei Drehzahlen größer als nM mit dieser Formel rechnerisch Drehmomente möglich sind, die größer als das definierte maximale Drehmoment sind, wird das Ergebnis auf Mmax begrenzt. Die sich hieraus ergebene Funktion für das Drehmoment in diesem Bereich ist wie folgt:
M2 (n) = min( 2(n), max)
Basierend auf dieser Funktion wird, analog zu dem niedrigen Drehzahlsegment, die Leistung wie folgt berechnet:
Ρ2(η) = Μ2 η) 30000
Die Näherungsfunktion an die Drehzahlkennlinie im zweiten Segment wird mit den Funktions-Parametern Mmax, nM und kM2 in Fig. 5 dargestellt. Volllastseqment bei maximaler Leistung
Im Unterschied zu dem niedrigen und dem mittleren Drehzahlsegment wird im maximalen Leistungssegment nicht die Drehmomentkennlinie, sondern die Leistungskennlinie durch eine Funktion mit Funktions-Parametern beschrieben.
Die Leistungskennlinie kann hierbei in diesem Segment durch die folgende Funktion VF3 beschrieben werden:
Figure imgf000047_0001
Hierbei sind die Funktions-Parameter in diesem Segment wie folgt definiert:
Pmax = maximale Leistung
nP = Drehzahl bei maximaler Leistung
kP1 = Steigung der Leistungskurve
kP2 = Krümmung der Leistungskurve
Wie in dem mittleren Drehzahlsegment werden auch hier bei positiven Werten des Funktions-Parameters kP1 und Drehzahlen größer als nP anhand der Funktion rechnerisch Leistungen möglich, die größer sind als die definierte maximale Leistung der Brennkraftmaschine. Daher wird auch in Bezug auf diese Funktion das Ergebnis auf Pmax begrenzt. Die Gesamtfunktion zur Abbildung der Leistungskennlinie in diesem Segment ergibt sich daher wie folgt:
P3(n) = min( 3(n), max)
Umgekehrt zu dem niedrigen und dem mittleren Drehzahlsegment wird nunmehr die Momentenkennlinie der Brennkraftmaschine 1 aus der Leistungskennlinie anhand der folgenden Formel berechnet:
30000
M3(n) = P3(n) - π■ n Die Näherungsfunktion an die Leistungskennlinie mit den Funktions-Parametern Pmax, nP, kP1 und kP2 wird im dritten Segment in Fig. 6 dargestellt.
Um das vollständige Funktions-basierte Drehmomentmodell zu erhalten, werden die Modellteile der einzelnen Segmente bzw. die den Modellteilen zugrunde liegenden Näherungsfunktionen zu einer Gesamtnäherungsfunktion zur Abbildung der gesamten Volllastkurve zusammengefügt.
Dies geschieht vorzugsweise über eine Identifikation von Schnittpunkten zwischen Näherungsfunktionen der einzelnen Segmente bzw. über das sogenannte Minimumprinzip: (n) = min( 1 (n), 2 (n), 3 (n))
Dieses Prinzip lässt sich anhand der grafischen Darstellung in Fig. 7, in welcher die einzelnen Näherungsfunktionen VF1 , VF2, VF3 der einzelnen Segmente dargestellt sind, sehr gut nachvollziehen.
Drehmomentqradientenmodell M2
Um das transiente Betriebsverhalten einer aufgeladenen Brennkraftmaschine zu definieren, wird Information darüber benötigt, wie schnell ein Turbolader einen Ladedruck aufbauen kann, der zur Bereitstellung eines hohen Drehmoments nötig ist. Die Abhängigkeit wird erfindungsgemäß als Drehmomentanstieg pro Zeiteinheit definiert und ist eine Funktion in Abhängigkeit von der jeweils vorliegenden Drehzahl.
Der Drehmomentgradient wird erfindungsgemäß daher vorzugsweise als Funktion der Drehzahl durch folgende Funktionen beschrieben:
_ n - 1000
X ~ 4000
y = x■ (1— prog) + x3 ■ prog Gradient(n) = y■ (grad5— grad^) + grad1
Die Drehmomentgradientenfunktion wird hierbei durch die folgenden Funktions-Parameter definiert: gradi = Drehmomentgradient bei 1000 min"1
grad5 = Drehmomentgradient bei 5000 min"1
prog = Progressionsfaktor
x, y = Hilfsvariablen
Die Hilfsvariablen x und y dienen lediglich zur Vereinfachung der Berechnung.
Der Funktions-Parameter„prog" der Drehmomentgradientenfunktion kann in einem Bereich von 0 bis 1 verstellt werden und beeinflusst in den obigen Funktionen, zu welchen Anteilen sich die Drehmomentgradientenfunktion aus einem linearen Anteil und einem kubischen Anteil zusammensetzt.
Eine erfindungsgemäße Näherungsfunktion für den Drehmomentgradienten wird in Fig. 8 dargestellt. Hierbei wird für jede Drehzahl der Wert des Drehmomentgradienten bei einem Pedalsprung von 0 auf 100% dargestellt. Ebenfalls in Fig. 8 sind die Funktions-Parameter gradi , grad5 und prog dargestellt. In Bezug auf den Funktions-Parameter prog ist auch anhand der Pfeile ersichtlich, wie eine Veränderung dieses Funktions-Parameters sich auf den Verlauf der Drehmomentgradientenfunktion auswirkt.
Teillastmodell M3
Der Teillastbereich einer aufgeladenen Brennkraftmaschine hängt insbesondere von der Pedalkennlinie der Brennkraftmaschine ab. Diese definiert den Zusammenhang zwischen einer Fahrpedalstellung und einem angeforderten Drehmoment.
Daher wird ein Funktions-basiertes Teillastmodell vorzugsweise ausgehend von einer Funktions-basierten Pedalkennlinie bestimmt. Eine solche funktions-basierte Pedalkennlinie ist ein Prozentwert, mit dessen Hilfe die Volllastkennlinie entsprechend der Pedalstellung skaliert werden kann. Die Funktions-basierte Pedalkennlinie wird erfindungsgemäß durch folgende Funktionen beschrieben:
Pedal sShape = 3 +—■ 2x - 1) + 1 ■ 50
Figure imgf000050_0001
offset = (1 - 2x - l)2) ■ shift
%Moment = Pedal■ linear + sShape■ (1 — linear) + offset
Das rechnerische Ergebnis gemäß dieser Funktion kann auch Werte unter 0% oder über 100% annehmen. Daher muss das Ergebnis auf einen gültigen Wertebereich begrenzt werden.
Eine reale Pedalkennlinie weist des Weiteren eine Drehzahlabhängigkeit auf. Aus diesem Grund werden die zwei Funktions-Parameter der Pedalkennlinienfunktion„linear" und„shift" als drehzahlabhängige Funktionen beschrieben. Hierfür werden die Werte der Funktions- Parameter bei drei verschiedenen Drehzahlen definiert und der Verlauf der Pedalkennlinienfunktion dann über ein quadratisches Polynom interpoliert.
Der Verlauf einer solchen Pedalkennlinienfunktion ist hierbei mit den Funktions-Parametern „shift" und„linear" in Fig. 9 dargestellt.
Das Funktions-basierte Pedalkennlinienmodell weist hierbei folgende Funktions-Parameter auf: linear = Linearität
shift = Shift
Durch die Pfeile in Fig. 9 ist angedeutet, wie sich die Näherungsfunktion der Pedalkennlinie verschiebt, wenn die Funktions-Parameter„shift" und„linear" jeweils verändert werden. Ein direktes Ansprechverhalten auf eine Fahrpedalstellung (gerade gestrichelte Linie) wird hierbei von einem Fahrer als eher sportlich empfunden, eine eher progressive Kurve niederer Drehmomentanforderung im unteren Fahrpedalstellungsbereich und hoher Drehmomentanforderung im oberen Fahrpedalstellungsbereich wird dagegen als eher gemütlich empfunden.
Die Drehzahlabhängigkeit der Funktions-Parameter der Pedalkennlinienfunktion ist in Fig. 10 dargestellt, wo der unterschiedliche Verlauf der Pedalkennlinienfunktion für unterschiedliche Drehzahlen dargestellt ist.
Fig. 11 zeigt schließlich ein erfindungsgemäßes Teillastmodell M3, welches aus dem erfindungsgemäßen Funktions-basierten Volllastkennlinienmodell und dem erfindungsgemäßen Funktions-basierten Pedalkennlinienmodell errechnet wurde.
Um eine bessere Fahrbarkeit zu erreichen, wird bei niedrigen Drehzahlen hierbei zur Berechnung der Teillastnäherungsfunktion vorzugsweise nicht das aktuelle Volllastdrehmoment, sondern das maximale Drehmoment skaliert. Andernfalls würden sich die Knicke der Volllastkennlinie bei etwa 2000 min"1 und 4000 min"1 auch in den Teillastkennlinien widerspiegeln.
Die dargestellten Untermodelle und deren Modellteile für Volllastmodelle M1 , Drehmomentgradientenmodelle M2 und Teillastmodelle M3 lassen sich entsprechend abgeändert auch auf nicht aufgeladene Brennkraftmaschinen übertragen. Andere Teilmodelle lassen sich entsprechend für andere Antriebsarten, beispielsweise Elektromotoren, und für andere Komponenten des Fahrzeugs, beispielsweise die Lenkung oder das Getriebe, Funktions-basiert erstellen, so dass diese mit dem erfindungsgemäßen Verfahren 100 optimiert werden können.
Darüber hinaus wird darauf hingewiesen, dass es sich bei den dargestellten Ausführungsbeispielen lediglich um Beispiele handelt, die den Schutzbereich, die Anwendung und den Aufbau der Erfindung in keiner Weise einschränken sollen. Vielmehr wird dem Fachmann durch die vorausgehende Beschreibung ein Leitfaden für die Umsetzung von mindestens einem Ausführungsbeispiel gegeben, wobei diverse Änderungen, insbesondere im Hinblick auf die Funktion und Anordnung der beschriebenen Bestandteile, vorgenommen werden können, ohne den Schutzbereich der Erfindung zu verlassen, wie er sich aus den Ansprüchen mit diesen äquivalenten Merkmalskombinationen ergibt.
Bezugszeichenliste
1 Kraftfahrzeug
10 System
1 1 erstes Modul
12 zweites Modul
13 drittes Modul
14 erste Schnittstelle
15 zweite Schnittstelle
16 dritte Schnittstelle
M Modell
M1 . M2. M3 Teilmodell

Claims

Patentansprüche
Verfahren (100) zur simulationsbasierten Analyse und/oder Optimierung eines Kraftfahrzeugs (1 ), folgende Arbeitsschritte aufweisend:
- Simulieren (S101 ) eines Fahrbetriebs des Kraftfahrzeugs (1 ) auf der Grundlage eines Modells (M) mit wenigstens einer Stell-Größe zur Gewinnung von Werten wenigstens einer simulierten Größe, welche geeignet ist, ein Gesamtfahrzeugverhalten, insbesondere eine Fahrbarkeit, des Kraftfahrzeugs (1 ) zu charakterisieren, wobei das Modell wenigstens ein Teilmodell, insbesondere ein Drehmomentmodell, aufweist und wobei das wenigstens eine Teilmodell auf einer Funktion basiert und vorzugsweise den Betrieb wenigstens einer Komponente, insbesondere einer Brennkraftmaschine, des Kraftfahrzeugs (1 ) charakterisiert; und
- Ausgeben (S103) der Werte der wenigstens einen simulierten Größe.
Verfahren (100) nach Anspruch 1 , des Weiteren folgenden Arbeitsschritt aufweisend:
- Ermitteln (S102) eines Fahrbetriebszustands-Parameters, welcher in Bezug auf einen oder mehrere Werte wenigstens einer simulierten Größe und/oder wenigstens einer Stell-Größe definiert ist und geeignet ist, wenigstens einen Fahrbetriebszustand, insbesondere einen Fahrzustand, des Kraftfahrzeugs (1 ) zu charakterisieren; wobei die Werte der wenigstens einen simulierten Größe im Zusammenhang mit dem jeweils zugehörigen Fahrbetriebszustands-Parameter ausgegeben werden.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Teilmodell, welches auf einer Funktion basiert, wenigstens einen Funktions-Parameter aufweist, durch dessen Veränderung der simulierte Fahrbetrieb des Kraftfahrzeugs (1 ) veränderbar ist. Verfahren (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Fahrbetriebszustands-Parameter durch wenigstens eine vorgegebene Bedingung in Bezug auf die wenigstens eine Stell-Größe und/oder wenigstens eine simulierte Größe definiert ist.
Verfahren (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Arbeitsschritt des Simulierens (S101 ) für Variationspunkte eines Versuchsplans, insbesondere eines statistischen Versuchsplans, erfolgt.
Verfahren (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, des Weiteren folgende Arbeitsschritte aufweisend:
- Ermitteln (S104) eines Werts wenigstens eines Bewertungs-Parameters, der das Gesamtfahrzeugverhalten des Kraftfahrzeugs (1 ) angibt, auf der Grundlage einer ZuOrdnungsvorschrift, insbesondere einer Funktion, in Abhängigkeit der wenigstens einen ausgegebenen simulierten Größe und/oder des Fahrbetriebszustands-Parameters; und
- Ausgeben (S105) des Werts des wenigstens einen Bewertungs-Parameters.
Verfahren (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, des Weiteren folgenden Arbeitsschritt aufweisend:
Bereitstellen eines ersten Lastenhefts in Bezug auf den Fahrbetrieb des Kraftfahrzeugs, welches wenigstens einen Sollwert-Bereich wenigstens einer simulierten Größe, insbesondere für den jeweiligen Fahrbetriebszustands- Parameter, oder des Werts des wenigstens einen Bewertungs-Parameters, welche Zielwerten für Kriterien zur Auslegung des Kraftfahrzeugs (1 ), vorzugsweise ein Gesamtfahrzeugverhalten, weiter vorzugsweise eine Fahrbarkeit, entsprechen.
Verfahren (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, des Weiteren folgenden Arbeitsschritt aufweisend: Optimieren (S106, S107, S108) des Teilmodells, welches auf einer Funktion basiert, in Bezug auf einen Sollwert-Bereich wenigstens einer simulierten Größe, insbesondere für den jeweiligen Fahrbetriebszustands-Parameter, oder des wenigstens einen Bewertungs-Parameter, welche Zielwerten für Kriterien zur Auslegung des Kraftfahrzeugs (1 ), vorzugsweise für ein Gesamtfahrzeugverhalten, weiter vorzugsweise für eine Fahrbarkeit, entsprechen.
Verfahren (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, des Weiteren folgende Arbeitsschritte aufweisend:
- Abgleichen (S106) der Werte wenigstens einer simulierten Größe, insbesondere für den jeweiligen Fahrbetriebszustands-Parameter, oder des Werts des wenigstens einen Bewertungs-Parameters mit einem vorgegebenen Sollwert- Bereich, insbesondere mit Zielwerten für Kriterien zur Auslegung des Kraftfahrzeugs (1 ); und
- Verändern (S107) von wenigstens einem Funktions-Parameter der zur Simulation benutzten Funktion des wenigstens einen Teilmodells auf der Grundlage des Abgleichens, falls die Werte der wenigstens einen simulierten Größe oder der Wert des wenigstens einen Bewertungs-Parameters außerhalb des Sollwert-Bereichs liegt/liegen, wobei das Verfahren (100) vorzugsweise erneut den Arbeitsschritt des Simulierens (S101 ) des Fahrbetriebs ausführt; oder
- Ausgeben (S109) eines Werts des wenigstens einen Funktions-Parameters der zur Simulation benutzten Funktion des wenigstens einen Teilmodells, falls die Werte der wenigstens einen simulierten Größe oder der Wert des wenigstens einen Bewertungs-Parameters innerhalb des Sollwert-Bereichs liegt/liegen.
0. Verfahren (100) nach Anspruch 9, wobei das Verändern (S107) auf der Grundlage eines Optimierungs-Algorithmus erfolgt und der wenigstens eine Funktions- Parameter der zum Simulieren benutzten Funktion in dem Optimierungs-Algorithmus als Stell-Größe der Komponente oder des Kraftfahrzeugs (1 ), insbesondere einzige Stell-Größe bzw. Größen, behandelt wird. Verfahren (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, des Weiteren folgenden Arbeitsschritt aufweisend:
- Generieren (S108) eines weiteren Versuchsplans, welcher Variationspunkte in Bezug auf den wenigstens einen Funktions-Parameter der zum Simulieren benutzen Funktion aufweist, insbesondere auf der Grundlage eines Optimierungs-Algorithmus, wobei ein Arbeitsschritt des Simulierens (S101 ) auf der Grundlage des weiteren Versuchsplans erfolgt.
Verfahren (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, des Weiteren folgenden Arbeitsschritt aufweisend:
- Definieren (S1 10a) eines zweiten Lastenhefts für die wenigstens eine Komponente und/oder das Kraftfahrzeug (1 ) auf der Grundlage der zum Simulieren benutzen Funktion bzw. des Werts deren wenigstens einen Funktions-Parameters.
Verfahren (100) nach Anspruch 1 1 oder 12, wobei das wenigstens eine Teilmodell eine Vorrichtung des Fahrzeugs (1 ) charakterisiert, des Weiteren folgende Arbeitsschritte aufweisend:
- Entwerfen oder Verändern (S1 10b) einer Konstruktion und/oder einer Steuerung oder Regelung der Komponente und/oder das Kraftfahrzeug (1 ) auf der Grundlage der zum Simulieren benutzen Funktion bzw. des Werts deren wenigstens einen Funktions-Parameters.
Verfahren (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das wenigstens eine Teilmodell ein Drehmomentmodell einer Antriebsvorrichtung, insbesondere einer Brennkraftmaschine, des Kraftfahrzeugs (1 ) ist, und wobei das Teilmodell wenigstens eines der folgenden Untermodelle aufweist:
- Volllastmodell (M1 ), welches auf einer Vollast-Funktion basiert; - Drehmomentgradientenmodell (M2), welches auf einer Drehmomentgradienten- Funktion basiert;
- Teillastmodell (M3), welches auf einer Teillast-Funktion basiert;
- Saugmomentmodell, welches auf einer Saugmoment-Funktion basiert.
5
15. Verfahren (100) nach Anspruch 14 wobei das Drehmomentmodell wenigstens das Volllastmodell (M1 ) aufweist und wobei die Vollast-Funktion (VF) eine Vollastkennlinie durch drei Teilfunktionen beschreibt:
- Volllastfunktion (VF1 ) bei niedriger Drehzahl; i o - Volllastfunktion (VF2) bei mittlerer Drehzahl;
- Vollastfunktion (VF3) bei maximaler Leistung.
16. Verfahren (100) nach Anspruch 14 oder 15, wobei die Teillastfunktion auf der Grundlage der Volllastfunktion und einer Pedalkennlinien-Funktion berechnet wird,
15 welche einen Zusammenhang zwischen einer Variablen „Drehmoment" und einer
Variablen„Pedal- bzw. Drosselklappenstellung" angibt.
17. Verfahren (100) nach Anspruch 16, wobei die Pedalkennlinien-Funktion einen ersten Funktions-Parameter (linear) und einen zweiten Funktions-Parameter (shift)
20 aufweist, welche beide drehzahlabhängig sind, und wobei der erste Funktions-
Parameter einen Faktor und der zweite Funktions-Parameter einen Offset angibt.
18. Verfahren (100) nach einem der Ansprüche 14 bis 17, wobei die Drehmomentgradienten-Funktion (DF) einen linearen und einem kubischen Anteil
25 aufweist, wobei ein Funktions-Parameter (prog) die Gewichtung des linearen und des kubischen Anteils angibt.
19. Verfahren (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Fahrbetriebszustands-Parameter und/oder der Bewertungs-Parameter in Abhängigkeit eines Fahrzeug-Parameters, vorzugsweise Masse und/oder Motorcharakteristik des Kraftfahrzeugs (1 ), insbesondere maximale Leistung, maximales Drehmoment und/oder maximale Drehzahl, ermittelt wird (S102; S104).
20. Verfahren (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Modell als weiteres Teilmodell ein Fahrzeugmodell aufweist, welches eingerichtet ist, ein Fahrverhalten des Kraftfahrzeugs (1 ) wenigstens teilweise zu charakterisieren.
21 . Verfahren (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, des Weiteren folgende Arbeitsschritte aufweisend:
Bereitstellen von Fahrzeug-Parametern in Bezug auf das Kraftfahrzeug (1 ), auf deren Grundlage der Fahrbetrieb des Kraftfahrzeugs (1 ), insbesondere mittels eines Fahrzeugmodells, simuliert wird;
22. Computerprogramm, das Anweisungen umfasst, welche, wenn sie von einem Computer ausgeführt werden, diesen dazu veranlassen, die Schritte eines Verfahrens gemäß einem der Ansprüche 1 bis 21 auszuführen.
23. Computer-lesbares Medium, auf dem ein Computerprogramm nach Anspruch 22 gespeichert ist.
24. System (10) zur simulationsbasierten Analyse und/oder Optimierung eines Kraftfahrzeugs, welches eingerichtet ist, ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 16 auszuführen und/oder ein erstes Modul (1 1 ) und ein zweites Modul (12) umfasst, welche über eine erste Datenschnittstelle (14) verbunden sind,
wobei das erste Modul (1 1 ) aufweist:
- Mittel, eingerichtet zum Simulieren (S101 ) eines Fahrbetriebs des Kraftfahrzeugs (1 ) auf der Grundlage eines Modells (M) mit wenigstens einer Stell-Größe zur Gewinnung von Werten wenigstens einer simulierten Größe, welche geeignet ist, ein Gesamtfahrzeugverhalten, insbesondere eine Fahrbarkeit, des Kraftfahrzeugs (1 ) zu charakterisieren, wobei das Modell wenigstens ein Teilmodell, insbesondere Drehmomentmodell, aufweist und wobei das wenigstens eine Teilmodell auf einer Funktion basiert und vorzugsweise den Betrieb wenigstens einer Komponente, insbesondere einer Brennkraftmaschine, des Kraftfahrzeugs (1 ) charakterisiert; und
wobei das zweite Modul (12) aufweist:
- Mittel, eingerichtet zum Ausgeben (S103) der Werte der wenigstens einen simulierten Größe.
25. System (10) nach Anspruch 24, wobei das zweite Modul (12) des Weiteren aufweist:
- Mittel, eingerichtet zum Ermitteln (S102) eines Fahrbetriebszustands- Parameters, welcher in Bezug auf einen oder mehrere Werte wenigstens einer simulierten Größe und/oder wenigstens einer Stell-Größe definiert ist und geeignet ist, wenigstens einen Fahrbetriebszustand, insbesondere einen Fahrzustand, des Kraftfahrzeugs (1 ) zu charakterisieren, wobei die Werte der wenigstens einen simulierten Größe im Zusammenhang mit dem jeweils zugehörigen Fahrbetriebszustands-Parameter ausgegeben werden.
26. System (10) nach Anspruch 24 oder 25, wobei das Teilmodell, welches auf einer Funktion basiert, wenigstens einen Funktions-Parameter aufweist, durch dessen Veränderung der simulierte Fahrbetrieb des Kraftfahrzeugs (1 ) veränderbar ist.
27. System (10) nach einem der Ansprüche 24 bis 26, wobei die erste Datenschnittstelle (14) eingerichtet ist, Fahrzeug-Parameter, Werte der wenigstens einen Stell-Größe und/oder der wenigstens einen simulierten Größe aus dem ersten Modul (1 1 ) an das zweite Modul (12) bereitzustellen und Werte eines Funktions-Parameters und Variationspunkte von dem zweiten Modul (12) an das erste Modul (1 1 ) bereitzustellen.
28. System (10) nach einem der Ansprüche 24 bis 27, wobei das zweite Modul (12) des Weiteren aufweist:
- Mittel, eingerichtet zum Ermitteln (S104) wenigstens eines Bewertungs- Parameters, der das Gesamtfahrzeugverhalten des Kraftfahrzeugs (1 ) angibt, auf der Grundlage einer ZuOrdnungsvorschrift, insbesondere einer Funktion, in Abhängigkeit der wenigstens einen ausgegebenen simulierten Größe und/oder des Fahrbetriebszustands-Parameters und wobei die Mittel zum Ausgeben des Weiteren eingerichtet sind, den wenigstens einen Bewertungs-Parameters auszugeben (S105).
29. System (10) nach einem der Ansprüche 24 bis 28, wobei das zweite Modul (12) des Weiteren aufweist:
Mittel zum Bereitstellen eines ersten Lastenhefts in Bezug auf den Fahrbetrieb des Kraftfahrzeugs, welches wenigstens einen Sollwert-Bereich wenigstens einer simulierten Größe, insbesondere für den jeweiligen Fahrbetriebszustands- Parameter, oder des Werts des wenigstens einen Bewertungs-Parameter, welche Zielwerten für Kriterien zur Auslegung des Kraftfahrzeugs (1 ), vorzugsweise ein Gesamtfahrzeugverhalten, weiter vorzugsweise eine Fahrbarkeit, entsprechen.
30. System (10) nach einem der Ansprüche 24 bis 29, wobei das zweite Modul (12) des Weiteren aufweist:
Mittel zum Optimieren (S106, S107, S108) des Teilmodells, welches auf einer Funktion basiert, in Bezug auf einen Sollwert-Bereich wenigstens einer simulierten Größe, insbesondere für den jeweiligen Fahrbetriebszustands-Parameter, oder des Werts des wenigstens einen Bewertungs-Parameters, welche Zielwerten für Kriterien zur Auslegung des Kraftfahrzeugs (1 ), vorzugsweise ein Gesamtfahrzeugverhalten, weiter vorzugsweise eine Fahrbarkeit, entsprechen.
31 . System (10) nach einem der Ansprüche 24 bis 29, wobei das zweite Modul (12) des Weiteren aufweist: - Mittel, eingerichtet zum Abgleichen (S106) der Werte der wenigstens einen ausgegebenen simulierten Größe für den jeweiligen Fahrbetriebszustands- Parameter mit einem vorgegebenen Sollwert-Bereich, insbesondere mit Zielwerten für Kriterien zur Auslegung des Kraftfahrzeugs (1 );
- Mittel, eingerichtet zum Verändern (S107) von wenigstens einem Funktions- Parameter der zur Simulation benutzten Funktion des wenigstens einen Teilmodells auf der Grundlage des Abgleichens, falls die Werte der wenigstens einen ausgegebenen simulierten Größe außerhalb des Sollwert-Bereichs liegt/liegen, wobei vorzugsweise erneut der Arbeitsschritt des Simulierens (S101 ) des Fahrbetriebs ausgeführt wird; und
- Mittel zum Ausgeben (S109) eines Werts des wenigstens einen Funktions- Parameters, falls die Werte der wenigstens einen ausgegebenen simulierten Größe innerhalb des Sollwert-Bereichs liegt/liegen.
System (10) nach einem der Ansprüche 24 bis 31 , welches des Weiteren ein drittes Modul (13) umfasst, wobei das dritte Modul (13) mit dem zweiten Modul (12) über eine zweite Datenschnittstelle (15) und mit dem ersten Modul (1 1 ) über eine dritte Datenschnittstelle (16) verbunden ist und aufweist:
- Mittel, eingerichtet zum Abgleichen (S106) des wenigstens einen Bewertungs- Parameters mit einem vorgegebenen Sollwert-Bereich, insbesondere mit Zielwerten für Kriterien zur Auslegung des Kraftfahrzeugs (1 );
- Mittel, eingerichtet zum Verändern (S107) von wenigstens einem Funktions- Parameter der zur Simulation benutzten Funktion des wenigstens einen Teilmodells auf der Grundlage des Abgleichens, falls der wenigstens eine Bewertungs-Parameter außerhalb des Sollwert-Bereichs liegt/liegen, wobei vorzugsweise erneut der Arbeitsschritt des Simulierens (S101 ) des Fahrbetriebs ausgeführt wird; und
- Mittel zum Ausgeben (S109) eines Werts des wenigstens einen Funktions- Parameters, falls der wenigstens einen Bewertungs-Parameter innerhalb des Sollwert-Bereichs liegt/liegen.
33. System (10) nach Anspruch 32, wobei die zweite Datenschnittstelle (14) eingerichtet ist Werte des Bewertungs-Parameter aus dem zweiten Modul (1 1 ) an das dritte Modul (12) bereitzustellen und die dritte Datenschnittstelle (14) eingerichtet ist Werte des Funktions-Parameter und Variationspunkte aus dem dritten Modul (1 1 ) an das erste Modul (12) bereitzustellen.
34. System (10) nach einem der Ansprüche 24 bis 33, wobei das zweite Modul (12) oder das dritte Modul (13) des Weiteren aufweist:
- Mittel, eingerichtet zum Generieren (S1 08) eines Versuchsplans, welcher Variationspunkte in Bezug auf den wenigstens einen Funktions-Parameter der zum Simulieren benutzen Funktion aufweist, insbesondere auf der Grundlage eines Optimierungs-Algorithmus, wobei ein Arbeitsschritt des Simulierens (101 ') auf der Grundlage des weiteren Versuchsplans erfolgt.
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