DE102018005948A1 - Verfahren zum Betreiben eines Kraftfahrzeuges - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Fahrzeugs (10) mit zumindest einem Antriebssystem (12) und mit zumindest einer Steuer- und/oder Regeleinheit (14), welche zumindest zur Verarbeitung und Analyse von Informationen über die vorausliegende Strecke und zur Steuerung und/oder Regelung zumindest eines Aktors vorgesehen ist, wobei in der Steuer- und/oder Regeleinheit (14) folgende Verfahrensschritte vorgenommen werden: (a) Erfassen von zumindest einem vorausliegenden Streckenparameter, (b) Erzeugen einer Streckenprädiktion aus dem zumindest einen Streckenparameter, (c) Erzeugen von zumindest einem Eingangsparameter (16) aus der Streckenprädiktion oder Erzeugen von zumindest einem Ersatzeingangsparameter, falls für den Eingangsparameter (16) kein entsprechender Streckenparameter zur Verfügung steht, und (d) Verarbeitung des zumindest einen Eingangsparameters (16) mittels zumindest eines Fahrzeugmodells (18) und zumindest eines Kühlkreislaufmodells (20), Erzeugen von zumindest einem Ausgangsparameter (22) mittels zumindest einer Ansteuerfunktion (24), wobei der Ausgangsparameter (22) zur Steuerung und/oder Regelung von wenigstens einem Betriebsparameter zumindest eines Aktors des Antriebssystems (12) vorgesehen ist, und Steuern und/oder Regeln des zumindest einen Aktors auf den entsprechenden Ausgangsparameter (22).

Description

• Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Fahrzeugs nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
• Aus der DE 10 2014 004 817 A1 ist bereits ein Verfahren zum Betreiben eines Fahrzeugs mit zumindest einem Antriebssystem und mit zumindest einer Steuer- und/oder Regeleinheit, welche zumindest zur Verarbeitung und Analyse von Informationen über die vorausliegende Strecke und zur Steuerung und/oder Regelung zumindest eines Aktors vorgesehen ist, bekannt. Im Stand der Technik wird die vor dem Fahrzeug befindliche Strecke analysiert und in Szenarien eingeteilt. Diese Szenarien bestimmen eine globale Vorgabe, beispielsweise eine Solltemperatur eines Kühlmittels, angepasst an ein erkanntes Szenario. Es kann allerdings keine genaue und effiziente Vorhersage der Betriebsparameter gemacht werden, um prädiktiv genau die minimal notwendige Ansteuerung von Aktoren vorzunehmen. Auch kann nicht auf ein Verlassen der Route oder spontane Fahrmanöver eingegangen werden. Des Weiteren ist keine Prädiktion von Betriebsparametern ohne Navigationsdaten möglich.
• Die Aufgabe der Erfindung besteht insbesondere darin, ein verbessertes Verfahren zum Betreiben eines Fahrzeugs bereitzustellen, insbesondere hinsichtlich einer Energieeffizienz und einer hohen Lebensdauer von Bauteilen. Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst, während vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung den Unteransprüchen entnommen werden können.
• Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zum Betreiben eines Fahrzeugs mit zumindest einem Antriebssystem und mit zumindest einer Steuer- und/oder Regeleinheit, welche zumindest zur Verarbeitung und Analyse von Informationen über die vorausliegende Strecke und zur Steuerung und/oder Regelung zumindest eines Aktors vorgesehen ist.
• Es wird vorgeschlagen, dass in der Steuer- und/oder Regeleinheit folgende Verfahrensschritte vorgenommen werden:
1. (a) Erfassen von zumindest einem vorausliegenden Streckenparameter,
2. (b) Erzeugen einer Streckenprädiktion aus dem zumindest einen Streckenparameter,
3. (c) Erzeugen von zumindest einem Eingangsparameter aus der Streckenprädiktion oder Erzeugen von zumindest einem Ersatzeingangsparameter, falls für den Eingangsparameter kein entsprechender Streckenparameter zur Verfügung steht, und
4. (d) Verarbeitung des zumindest einen Eingangsparameters mittels zumindest eines Fahrzeugmodells und zumindest eines Kühlkreislaufmodells, Erzeugen von zumindest einem Ausgangsparameter mittels zumindest einer Ansteuerfunktion, wobei der Ausgangsparameter zur Steuerung und/oder Regelung von wenigstens einem Betriebsparameter zumindest eines Aktors des Antriebssystems vorgesehen ist, und Steuern und/oder Regeln des zumindest einen Aktors auf den entsprechenden Ausgangsparameter.
• Vorzugsweise werden die beanspruchen Verfahrensschritte (a) bis (d) gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren in der angegebenen Reihenfolge durchgeführt. Bevorzugt folgen die Verfahrensschritte direkt aufeinander. Es wäre jedoch auch denkbar, dass zwischen den einzelnen Verfahrensschritten weitere Verfahrensschritte ausgeführt werden, die nicht weiter aufgeführt sind. Die Aufzählung der Verfahrensschritte soll daher nicht abschließend verstanden werden.
• Das Fahrzeug umfasst zumindest ein Antriebssystem. Das Fahrzeug umfasst zumindest eine Steuer- und/oder Regeleinheit, welche insbesondere zumindest zur Verarbeitung und Analyse von Informationen über die vorausliegende Strecke und zur Steuerung und/oder Regelung zumindest eines Aktors vorgesehen ist. Vorzugsweise umfasst das Fahrzeug zumindest eine Kommunikationseinheit, die zum Senden und/oder Empfangen von Daten vorgesehen ist. Ein Antriebssystem umfasst wenigstens einen Motor, insbesondere zumindest einen Verbrennungsmotor und/oder zumindest einen Elektromotor. Ein Antriebssystem mit zumindest einem Elektromotor umfasst ein Batteriesystem. Ein Antriebsystem umfasst ein Kühlkreislaufsystem. Vorzugsweise wird eine optimale Betriebstemperatur für Bauteile und/oder Kühlmittel eines Kühlkreislaufsystems während einer Fahrt gesteuert und/oder geregelt. Besonders bevorzugt wird eine optimale Betriebstemperatur für Bauteile und/oder Kühlmittel eines Kühlkreislaufsystems während einer Fahrt prädiktiv vorkonditioniert. Vorzugsweise umfasst das Fahrzeug eine Sensorik, die zumindest zur Ermittlung des aktuellen Fahrzeugstandorts und zumindest zur Ermittlung von zumindest einem aktuellen Wert von wenigstens einem Betriebsparameter vorgesehen ist. Unter einem „Antriebssystem“ soll insbesondere ein System zum Antrieb eines Fahrzeugs verstanden werden, wobei der Antrieb verbrennungsbasiert und/oder elektrisch erfolgen kann. Unter einer „Steuer- und/oder Regeleinheit“ soll insbesondere eine Einheit mit zumindest einem elektronischen Steuergerät verstanden werden. Unter einem elektronischen „Steuergerät“ soll insbesondere eine Einheit mit einer Prozessoreinheit und mit einer Speichereinheit sowie mit einem in der Speichereinheit gespeicherten Betriebsprogramm verstanden werden. Grundsätzlich kann die Steuer- und/oder Regeleinheit mehrere untereinander verbundene Steuergeräte aufweisen, die vorzugsweise dazu vorgesehen sind, über ein Bus-System, wie insbesondere ein CAN-Bus-System, miteinander zu kommunizieren.
• In einem ersten Verfahrensschritt (a) wird zumindest ein vorausliegender Streckenparameter erfasst. Zur Erfassung von zumindest einem Streckenparameter werden insbesondere Streckendaten, Fahrerdaten und/oder Fahrzeugdaten aus einem Navigationssystem des Fahrzeugs, einem Steuergerät, einer Sensorik und/oder einer entfernten Datenbank abgerufen. Aus einem Navigationssystem des Fahrzeugs werden vorzugsweise ADAS-Daten abgerufen. Unter einem „Streckenparameter“ soll insbesondere ein Parameter zur Beschreibung eines Streckenpunkts eines vor dem Fahrzeug liegenden Streckenverlaufs verstanden werden. Vorzugsweise beschreibt ein Streckenparameter einen aktuellen und/oder zukünftigen Parameter einer vor dem Fahrzeug liegenden Strecke. Insbesondere kann ein Streckenparameter eine Steigung, eine Geschwindigkeitsbegrenzung, ein Kurvenradius oder eine Straßenklasse sein. Unter einer „entfernten Datenbank“ soll insbesondere eine digitale Datenbank außerhalb eines Fahrzeugs verstanden werden, insbesondere eine auf einem externen Server hinterlegte Datenbank. Mittels einer Kommunikationseinheit kann das Fahrzeug zumindest Streckenparameter von einer entfernten Datenbank abrufen. Falls in einem ersten Verfahrensschritt (a) ein Streckenparameter nicht zur Verfügung steht, wird vorzugsweise ein Ersatzstreckenparameter erzeugt. Unter einem „Ersatzstreckenparameter“ soll insbesondere ein Ersatzwert für einen Streckenparameter verstanden werden, für den kein Wert erfasst werden konnte. Der Ersatzwert kann insbesondere als ein voreingestellter Standardwert festgelegt sein.
• In einem zweiten Verfahrensschritt (b) wird eine Streckenprädiktion aus dem zumindest einen Streckenparameter erzeugt. Unter einer „Streckenprädiktion“ soll insbesondere ein Datensatz verstanden werden, in dem Daten über Betriebspunkte einer vorausliegenden Strecke des Fahrzeugs gesammelt verfügbar sind. Vorzugsweise ist die Streckenprädiktion dabei abhängig von einem vorausliegenden Streckenverlauf. Bevorzugt umfasst die Streckenprädiktion zumindest Daten zu Betriebspunkten des Fahrzeugs in vorausliegenden Streckenabschnitten und/oder Streckenpunkten. Vorzugsweise sind die Daten in der Streckenprädiktion nach einem Streckenparameter geordnet, wobei die Werte des Streckenparameters für alle definierten vorausliegenden Streckenabschnitte und/oder Streckenpunkte verfügbar sind. Falls in einem ersten Verfahrensschritt (a) ein Streckenparameter nicht zur Verfügung steht, wird der entsprechende Ersatzstreckenparameter vorzugsweise zur Erzeugung einer Streckenprädiktion in einem zweiten Verfahrensschritt (b) verwendet.
• In einem dritten Verfahrensschritt (c) wird zumindest ein Eingangsparameter aus der Streckenprädiktion erzeugt oder zumindest ein Ersatzeingangsparameter, falls für den Eingangsparameter kein entsprechender Streckenparameter zur Verfügung steht. Dabei soll unter einem „Eingangsparameter“ insbesondere zumindest ein Wert aus der Streckenprädiktion verstanden werden, der einen aktuellen und/oder zukünftigen Betriebspunkt des Fahrzeugs beschreibt. Ein Streckenparameter kann auch einem aktuellen Fahrzeugparameter entsprechen. Ein Eingangsparameter kann als ein Vektor ausgebildet sein, der zumindest für einen aktuellen und einen zukünftigen Zeitpunkt einen Wert für einen Streckenparameter enthält. Ein Eingangsparameter kann auch als ein Vektor ausgebildet sein, der zumindest für einen Wert für einen aktuellen Fahrzeugparameter enthält. Unter einem „Ersatzeingangsparameter“ soll insbesondere ein Ersatzwert für einen Eingangsparameter verstanden werden, für den kein Wert in der Streckenprädiktion verfügbar ist. Der Ersatzwert kann insbesondere als ein voreingestellter Standardwert festgelegt sein.
• In einem vierten Verfahrensschritt (d) wird zumindest ein Eingangsparameter mittels zumindest eines Fahrzeugmodells und zumindest eines Kühlkreislaufmodells verarbeitet. Unter einem „Fahrzeugmodell“ soll insbesondere ein Algorithmus verstanden werden, mittels dem zumindest ein prädiktiver Fahrzeugparameter berechnet werden kann. Das Fahrzeugmodell wird insbesondere von dem zumindest einen Eingangsparameter gespeist. Unter einem „prädiktiven Fahrzeugparameter“ soll insbesondere ein erwarteter Wert für eine Motordrehzahl, ein Motordrehmoment oder eine Fahrzeuggeschwindigkeit verstanden werden. Vorzugsweise umfasst das Fahrzeugmodell ein Fahrermodell. Dabei soll unter einem „Fahrermodell“ ein Algorithmus verstanden werden, mittels dem Einflüsse eines Fahrers auf die Fahrt, insbesondere Veränderungen der Fahrzeuggeschwindigkeit, in einem Fahrzeugmodell berücksichtigt werden können. Vorzugsweise übermittelt die Steuer- und/oder Regeleinheit die in einem Fahrzeugmodell berechneten prädiktiven Fahrzeugparameter an zumindest ein Kühlkreislaufmodell. Unter einem „Kühlkreislaufmodell“ soll insbesondere ein Algorithmus verstanden werden, mittels dem zumindest ein prädiktiver Kühlkreislaufparameter berechnet werden kann. Das Kühlkreislaufmodell wird nach einem Fahrzeugmodell verarbeitet. Das Kühlkreislaufmodell wird insbesondere von dem zumindest einen prädiktiven Fahrzeugparameter gespeist. Unter einem „prädiktiven Kühlkreislaufparameter“ soll insbesondere ein erwarteter Wert für eine Temperatur eines Kühlmittels innerhalb eines Kühlkreislaufsystems verstanden werden. Vorzugsweise wird das Kühlkreislaufmodell zur Berechnung der Temperatur eines Kühlmittels vor und nach einem Bauteil des Kühlkreislaufsystems verwendet. Besonders bevorzugt wird das Kühlkreislaufmodell zur Berechnung der prädiktiven Temperatur eines Kühlmittels vor und nach jedem Bauteil des Kühlkreislaufsystems verwendet. Vorzugsweise übermittelt die Steuer- und/oder Regeleinheit die in einem Kühlkreislaufmodell berechneten prädiktiven Kühlkreislaufparameter an zumindest eine Ansteuerfunktion. Vorzugsweise wird insbesondere mittels eines Fahrzeugmodells und eines Kühlkreislaufmodells die vor dem Fahrzeug liegende Strecke während einer Fahrt erarbeitet und analysiert. Vorzugsweise werden zumindest Daten zu Betriebspunkten des Fahrzeugs, Kühlkreislaufzuständen, insbesondere Betriebsparameter wie Temperaturen, und Kühlkreislaufsystemaktorzuständen, insbesondere mit geplanten Stellpositionen für zumindest einen Aktor, verarbeitet. In dem vierten Verfahrensschritt (d) wird weiterhin zumindest ein Ausgangsparameter mittels zumindest einer Ansteuerfunktion erzeugt, wobei der Ausgangsparameter zur Steuerung und/oder Regelung von wenigstens einem Betriebsparameter zumindest eines Aktors des Antriebssystems vorgesehen ist. Dabei soll unter einer „Ansteuerfunktion“ insbesondere ein Algorithmus verstanden werden, mittels dem zumindest ein Ausgangsparameter berechnet werden kann. Vorzugsweise wird eine Ansteuerfunktion zur Erzeugung zumindest eines Ausgangsparameters verwendet. Eine Ansteuerfunktion wird nach einem Kühlkreislaufmodell verarbeitet. Die Ansteuerfunktion wird insbesondere von dem zumindest einen prädiktiven Kühlkreislaufparameter gespeist. Unter einem „Ausgangsparameter“ soll insbesondere ein Wert verstanden werden, der dazu vorgesehen ist einen Betriebsparameter eines Bauteils, insbesondere eines Aktors, auf diesen Wert zu regeln und/oder zu steuern. Vorzugsweise ist ein Ausgangsparameter eine Drehzahl und/oder eine Stellposition eines Aktors. Dabei soll unter einem „Aktor“ insbesondere ein steuerbares und/oder regelbares Bauteil eines Antriebssystems verstanden werden, das dazu vorgesehen ist, ein Steuer- und/oder Regelsignal der Steuer- und/oder Regeleinheit in eine mechanische Bewegung umzusetzen und damit zumindest einen Prozess des Antriebssystems zu beeinflussen. Ein Aktor kann insbesondere als ein Ventil, ein Ventilator oder eine Pumpe, insbesondere eine Kühlmittelpumpe, ausgebildet sein. In dem vierten Verfahrensschritt (d) wird weiterhin zumindest ein Aktor auf den entsprechenden Ausgangsparameter gesteuert und/oder geregelt. Vorzugsweise wird das erfindungsgemäße Verfahren während eines Betriebs des Fahrzeugs nach Abschluss des vierten Verfahrensschritts (d) in einem definierten Intervall beginnend mit dem ersten Verfahrensschritt (a) wiederholt.
• Vorteilhaft ist eine Zielführung im Navigationsgerät für eine Streckenprädiktion nicht zwingend erforderlich. Ohne eine Zieleingabe im Navigationsgerät wird vorzugsweise die wahrscheinlichste Route des Fahrzeugs angenommen. Besonders vorteilhaft sind Streckenparameter für eine Streckenprädiktion nicht zwingend erforderlich. Ohne Streckendaten kann ein Ersatzwert für einen Streckenparameter verwendet werden. Die Auswirkungen von spontanen Abweichungen vom Fahrstil des Fahrers, insbesondere spontane Beschleunigungen und/oder Verzögerungen, und/oder Abweichungen von der Route können durch den Einsatz eines Fahrermodells besonders vorteilhaft in die Streckenprädiktion einfließen. Mit dem Verfahren ist ein ganzheitlicher prädiktiver Steuerungs- und Regelungsansatz mit und ohne Streckendaten vorteilhaft möglich, welcher auf zumindest einem Fahrzeugmodell, insbesondere mit zumindest einem Fahrermodell, zumindest einem Kühlkreislaufmodell und zumindest einer Ansteuerfunktion basiert. Die Steuerung und/oder Regelung kann prädiktiv und im aktuellen Zeitpunkt arbeiten. Das Verfahren kann vorteilhaft insbesondere für den Anwendungsbereich des Thermomanagements eines Fahrzeugs mit Verbrennungsmotor und/oder Elektromotor verwendet werden. Unter einem „Thermomanagement“ sollen insbesondere alle Maßnahmen beschrieben werden, die das Kühlkreislaufsystem eines Fahrzeugs betreffen. Vorteilhaft kann durch eine prädiktive Steuerung und/oder Regelung in allen Fahrsituationen eine möglichst optimale Temperatur der Bauteile des Antriebssystems, insbesondere des Kühlkreislaufsystems und des Antriebsstrangs, eingestellt werden. Dies führt zu einem energieeffizienten und bedarfsgerechten Betrieb des Fahrzeugs, insbesondere des Kühlkreislaufsystems. Das Verfahren wirkt sich besonders vorteilhaft aus, wenn zumindest ein Bauteil des Antriebssystems eine bestimmte Betriebstemperatur und/oder ein Temperaturfenster zur Ausführung seiner bestimmungsgemäßen Funktion benötigt. Vorzugsweise wird die Betriebstemperatur oder das Temperaturfenster des Bauteils des Antriebssystems während des Betriebs des Fahrzeugs nicht unterschritten oder überschritten. Unter einem „Temperaturfenster“ soll insbesondere ein Wertebereich zwischen zwei verschiedenen Temperaturen verstanden werden. Unter einem „Bauteil des Antriebssystems, das eine bestimmte Betriebstemperatur und/oder ein Temperaturfenster zur Ausführung seiner bestimmungsgemäßen Funktion benötigt“ soll insbesondere ein Batteriesystem eines Fahrzeugs verstanden werden. Durch das Verfahren kann insbesondere eine vorteilhafte Betriebstemperatur eines Antriebssystems erreicht werden. Durch das Verfahren kann besonders vorteilhaft erreicht werden, dass die Betriebstemperatur oder das Temperaturfenster von Bauteilen nicht unterschritten oder überschritten wird. Damit kann insbesondere eine vorteilhaft lange Lebensdauer eines Bauteils erreicht werden. Des Weiteren kann damit eine vorteilhaft optimale Energieverfügbarkeit und Energieeffizienz eines Batteriesystems erreicht werden.
• Des Weiteren wird vorgeschlagen, dass zum Erzeugen einer Streckenprädiktion zusätzlich zumindest ein aktueller Fahrzeugparameter verwendet wird. Vorzugsweise wird die Streckenprädiktion um die im Fahrzeug zum aktuellen Zeitpunkt verfügbaren Daten aus dem zumindest einen Steuergerät erweitert. Besonders bevorzugt wird ein Kühlkreislaufmodell von zumindest einem aktuellen Fahrzeugparameter gespeist. Unter einem „aktuellen Fahrzeugparameter“ soll insbesondere ein aktueller Betriebsparameter des Fahrzeugs, insbesondere ein durch eine Sensorik ermittelter Wert für eine Motordrehzahl, ein Motordrehmoment oder eine Fahrzeuggeschwindigkeit, verstanden werden. Vorteilhaft kann durch zumindest einen aktuellen Fahrzeugparameter eine optimale Bauteil- und Kühlmitteltemperatur von Bauteilen des Kühlkreislaufsystems prädiziert und eingestellt werden. Besonders vorteilhaft kann durch zumindest einen aktuellen Fahrzeugparameter eine optimale Bauteil- und Kühlmitteltemperatur von Bauteilen des Kühlkreislaufsystems mit und ohne vorhandene Streckendaten prädiziert und eingestellt werden.
• Ferner wird ein Fahrzeug mit zumindest einem Antriebssystem und mit zumindest einer Steuer- und/oder Regeleinheit, welche zumindest zur Verarbeitung und Analyse von Informationen über die vorausliegende Strecke und zur Steuerung und/oder Regelung zumindest eines Aktors vorgesehen ist, zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens vorgeschlagen.
• Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Figurenbeschreibung. In den Figuren ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Die Figuren, die Figurenbeschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen.
• Dabei zeigen:
• 1 ein Fahrzeug zur Durchführung eines Verfahrens zum Betreiben eines Fahrzeugs,
• 2 eine schematische Darstellung des Ablaufs des erfindungsgemäßen Verfahrens,
• 3 eine schematische Darstellung der Zusammenhänge von Fahrzeugmodell, Kühlkreislaufmodell und Ansteuerfunktion,
• 4 ein Diagramm mit einem prädizierten Verlauf der Motorausgangstemperatur über der Zeit im oberen Bereich und einem Verlauf der prozentualen Leistung der Kühlmittelpumpe über derselben Zeit im unteren Bereich,
• 5 ein Diagramm mit einem Verlauf der aktuellen Fahrzeuggeschwindigkeit und einem Verlauf der prädizierten Fahrzeuggeschwindigkeit über der Zeit im oberen Bereich und einem prädizierten prozentualen Verlauf eines Fehlers über derselben Zeit im unteren Bereich.
• 1 zeigt ein Fahrzeug 10 mit einem Antriebssystem 12, einer Steuer- und/oder Regeleinheit 14, einer Kommunikationseinheit 26 und einer Sensorik 28. Das Antriebssystem 12 umfasst einen Verbrennungsmotor 30, einen Elektromotor 32, ein Batteriesystem 34, ein Kühlkreislaufsystem 36 und ein Getriebe 38. Der Verbrennungsmotor 30 und der Elektromotor 32 sind zu einem Hybridantrieb gekoppelt. Grundsätzlich kann das Fahrzeug 10 auch nur mit einem Verbrennungsmotor 30 oder einem Elektromotor 32 ausgestattet sein. Die Steuer- und/oder Regeleinheit 14 ist insbesondere zumindest zur Verarbeitung und Analyse von Informationen über die vorausliegende Strecke und zur Steuerung und/oder Regelung zumindest eines Aktors des Kühlkreislaufsystems 36 vorgesehen. Die Kommunikationseinheit 26 ist zum Senden und/oder Empfangen von Daten vorgesehen. Die Anordnung der in 1 gezeigten Bauteile des Fahrzeugs 10 ist beispielhaft. Grundsätzlich ist auch eine andere dem Fachmann sinnvoll erscheinende Anordnung der Bauteile des Fahrzeugs 10 denkbar. Das Fahrzeug 10 ist zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Betreiben eines Fahrzeugs 10 vorgesehen.
• Die 2 bis 5 zeigen ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Betreiben eines Fahrzeugs 10.
• 2 zeigt schematisch den Ablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Betreiben eines Fahrzeugs 10. In einem ersten Verfahrensschritt a erfolgt ein Erfassen von zumindest einem vorausliegenden Streckenparameter. Zur Erfassung von zumindest einem Streckenparameter werden insbesondere Streckendaten, Fahrerdaten und/oder Fahrzeugdaten aus einem Navigationssystem des Fahrzeugs 10, einem Steuergerät, einer Sensorik 28 und/oder einer entfernten Datenbank abgerufen. Aus einem Navigationssystem des Fahrzeugs werden vorzugsweise ADAS-Daten abgerufen. Auf einen ersten Verfahrensschritt a folgt ein zweiter Verfahrensschritt b. In einem zweiten Verfahrensschritt b erfolgt ein Erzeugen einer Streckenprädiktion aus dem zumindest einen Streckenparameter. Vorzugsweise ist die Streckenprädiktion dabei abhängig von einem vorausliegenden Streckenverlauf. Bevorzugt umfasst die Streckenprädiktion zumindest Daten zu Betriebspunkten des Fahrzeugs 10 in vorausliegenden Streckenabschnitten und/oder Streckenpunkten. Auf einen zweiten Verfahrensschritt b folgt ein dritter Verfahrensschritt c. In einem dritten Verfahrensschritt c erfolgt ein Erzeugen von zumindest einem Eingangsparameter 16 aus der Streckenprädiktion oder ein Erzeugen von zumindest einem Ersatzeingangsparameter, falls für den Eingangsparameter 16 kein entsprechender Streckenparameter zur Verfügung steht. Ein Eingangsparameter 16 kann als ein Vektor ausgebildet sein, der zumindest für einen aktuellen und einen zukünftigen Zeitpunkt einen Wert für einen Streckenparameter enthält. Auf einen dritten Verfahrensschritt c folgt ein vierter Verfahrensschritt d. In einem vierten Verfahrensschritt d erfolgt eine Verarbeitung des zumindest einen Eingangsparameters 16 mittels zumindest eines Fahrzeugmodells 18 und zumindest eines Kühlkreislaufmodells 20, ein Erzeugen von zumindest einem Ausgangsparameter 22 mittels zumindest einer Ansteuerfunktion 24, wobei der Ausgangsparameter 22 zur Steuerung und/oder Regelung von wenigstens einem Betriebsparameter zumindest eines Aktors des Antriebssystems 12 vorgesehen ist, und ein Steuern und/oder Regeln des zumindest einen Aktors auf den entsprechenden Ausgangsparameter 22. Das erfindungsgemäße Verfahren wird während eines Betriebs des Fahrzeugs 10 nach Abschluss des vierten Verfahrensschritts d in einem definierten Intervall beginnend mit dem ersten Verfahrensschritt a wiederholt. Grundsätzlich wäre es jedoch auch denkbar, dass zwischen den einzelnen Verfahrensschritten weitere Verfahrensschritte ausgeführt werden, die nicht weiter aufgeführt sind. Die Aufzählung der Verfahrensschritte soll daher nicht abschließend verstanden werden.
• 3 zeigt schematisch den Zusammenhang zwischen einem in Verfahrensschritt d verwendeten Fahrzeugmodell 18, einem Kühlkreislaufmodell 20 und einer Ansteuerfunktion 24. Zudem zeigt 3, welche Daten zwischen Fahrzeugmodell 18, Kühlkreislaufmodell 20 und Ansteuerfunktion 24 übermittelt werden. Das Fahrzeugmodell 18 wird von Eingangsparametern 16 gespeist. Vorzugsweise umfasst das Fahrzeugmodell 18 ein Fahrermodell. Das Fahrzeugmodell 18 wird zur Berechnung von prädiktiven Fahrzeugparametern 40, insbesondere einer Motordrehzahl, eines Motordrehmoments oder einer Fahrzeuggeschwindigkeit, verwendet. Das Fahrzeugmodell 18 gibt prädiktive Fahrzeugparameter 40 aus. Die Steuer- und/oder Regeleinheit 14 übermittelt die in einem Fahrzeugmodell 18 berechneten prädiktiven Fahrzeugparameter 40 an zumindest ein Kühlkreislaufmodell 20. Das Kühlkreislaufmodell 20 wird nach einem Fahrzeugmodell 18 verarbeitet. Das Kühlkreislaufmodell 20 wird von prädiktiven Fahrzeugparametern 40 gespeist. Das Kühlkreislaufmodell 20 wird zusätzlich von aktuellen Fahrzeugparametern 40 gespeist. Insbesondere wird das Kühlkreislaufmodell 20 zur Berechnung der prädiktiven Temperatur eines Kühlmittels vor und nach jedem Bauteil des Kühlkreislaufsystems 36 verwendet. Das Kühlkreislaufmodell 20 gibt prädiktive Kühlkreislaufparameter 42 aus. Die Steuer- und/oder Regeleinheit 14 übermittelt die in einem Kühlkreislaufmodell 20 berechneten prädiktiven Kühlkreislaufparameter an zumindest eine Ansteuerfunktion 24. Die Ansteuerfunktion 24 wird zur Erzeugung zumindest eines Ausgangsparameters 22 verwendet. Eine Ansteuerfunktion 24 wird nach einem Kühlkreislaufmodell 20 verarbeitet. Die Ansteuerfunktion 24 wird von prädiktiven Kühlkreislaufparametern 42 gespeist. Die Ansteuerfunktion 24 gibt Ausgangsparameter 22 aus. Insbesondere ist ein Ausgangsparameter 22 eine Drehzahl und/oder eine Stellposition eines Aktors. Ein Aktor kann insbesondere als ein Ventil, ein Ventilator oder eine Pumpe, insbesondere eine Kühlmittelpumpe, ausgebildet sein. Mittels eines Fahrzeugmodells 18 und eines Kühlkreislaufmodells 20 wird die vor dem Fahrzeug 10 liegende Strecke während einer Fahrt erarbeitet und analysiert. Vorzugsweise werden zumindest Daten zu Betriebspunkten des Fahrzeugs 10, Kühlkreislaufzuständen, insbesondere Betriebsparameter wie Temperaturen, und Kühlkreislaufsystemaktorzuständen, insbesondere mit geplanten Stellpositionen für zumindest einen Aktor, verarbeitet.
• Das Kühlkreislaufmodell 20 wird in der Steuer- und/oder Regeleinheit 14 aufgerufen und für jeden Eintrag des Eingangsvektors eines Eingangsparameters 16 mindestens einmal berechnet. Damit wird beispielsweise für einen Prädiktionszeitraum ein Vektor mit diskreten Stützstellen erzeugt, um die prädiktiven Temperaturen, insbesondere für Bauteile und/oder Kühlmittel, komplett abzubilden.
• Da die Eingangsparameter 16 für das Fahrzeugmodell 18 in einem anderen Aktualisierungsintervall zur Verfügung stehen können, ermöglicht eine eigenständige Iteration der Berechnung des Fahrzeugmodells 18 eine vorteilhafte Reduktion des Berechnungsaufwands in der Steuer- und/oder Regeleinheit 14. Die Prädiktion von Kühlkreislaufsystemaktorzuständen kann mit dem Kühlkreislaufmodell 20 eine Einheit bilden. Damit kann die Rechenlast vorteilhaft über die Vektorlänge skaliert und je nach Situation dynamisch variiert werden.
• Vorteilhaft ist der Aufbau von Fahrzeugmodell 18 und Kühlkreislaufmodell 20 unabhängig von der Iteration der Berechnung. Da sich das Kühlkreislaufsystem 36, insbesondere einzelne Kühlkreisläufe, je nach Konfiguration des Fahrzeugs 10 unterscheiden können, ist die Beherrschung der Variantenvielfalt damit vorteilhaft erleichtert. Es können beispielsweise verschiedene Inhalte des Kühlkreislaufmodells 20 je nach Verbau des Kühlkreislaufsystems 36 hinzugefügt oder entfernt werden. Besonders vorteilhaft muss der Quellcode des Kühlkreislaufmodells 20 nicht verändert werden. Vorteilhaft bleibt die Ansteuerfunktion 24 unverändert, da sich die prädiktiven Kühlkreislaufparameter 42 als übermittelte Parameter nicht ändern.
• 4 zeigt ein Diagramm mit einem durch den Verfahrensschritt d prädizierten Verlauf 44 der Motorausgangstemperatur über der Zeit im oberen Bereich 46 und einem Verlauf 48 der prädizierten prozentualen Leistung der Kühlmittelpumpe über derselben Zeit im unteren Bereich 50. Im oberen Bereich 46 und im unteren Bereich 50 ist die Zeit auf der Abszisse 52 aufgetragen. Im oberen Bereich 46 ist die Motorausgangstemperatur auf der Ordinate 54 aufgetragen. Im unteren Bereich 50 ist die prozentuale Leistung der Kühlmittelpumpe auf der Ordinate 56 aufgetragen. Das Fahrzeug 10 befindet sich gegenwärtig im aktuellen Zeitpunkt 58. Im oberen Abschnitt von 4 ist ein prädiktiver Verlauf 44 der Motorausgangstemperatur über der Zeit abgebildet. Dabei wird entlang des gesamten prädiktiven Verlaufs 44 der Motorausgangstemperatur geprüft, ob die Temperatur den Zielbereich 60 zwischen einer unteren Temperaturgrenze 62 und einer oberen Temperaturgrenze 64 nach oben verlässt. Beim Eintreten dieses Falls wird die Fläche 66, 68, 70 zwischen der oberen Temperaturgrenze 64 des Zielbereichs 60 und dem prädizierten Temperaturverlauf berechnet. Ist dieses Ergebnis größer als ein vorher definierter Wert, wie beispielsweise bei der Fläche 70, wird die Prädiktion des Aktors, wie beispielsweise der Kühlmittelpumpe, angepasst. Damit wird vermieden, dass bei jeder kleinen Temperaturspitze Energie für die Kühlmittelpumpe verbraucht wird, obwohl dies für den Bauteilschutz des Motors in diesen Fällen nicht nötig ist. Im Gegensatz zu den aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren kann durch die vorausschauende Kenntnis, dass es sich nur um geringe Temperaturspitzen ohne Relevanz handelt, wie beispielsweise bei der Fläche 66 und der Fläche 68, ein unnötiges Betreiben eines Aktors vorteilhaft vermieden werden. Dies ist ein Hauptvorteil des prädiktiven modellbasierten Verfahrens, da im konventionellen Betrieb meist zu häufig gekühlt wird, weil keine Abschätzung der Dringlichkeit gemacht werden kann.
• Mit dem Ergebnis der Fläche „A“ 70 und der Abtastzeit „T“ wird die zeitliche Prädiktionsverschiebung 72 nach Gleichung (1) berechnet. Mit dem Faktor „f“ kann ein Langzeitwert, beispielsweise die bisher eingetragene Wärme in einen Motor, berücksichtigt werden. Damit kann im Falle eines hohen Wärmeeintrags die Prädiktion des entsprechenden Aktors weiter in Richtung des aktuellen Zeitpunkts 58 verschoben werden. Mit der Verschiebung der Ansteuerung 74 eines Aktors in Richtung des aktuellen Zeitpunkts 58 kann die thermische Trägheit des Kühlkreislaufsystems 36 vorteilhaft ausgeglichen werden. Besonders vorteilhaft ermöglicht die Verschiebung der Ansteuerung 74 eines Aktors in Richtung des aktuellen Zeitpunkts 58, dass bevor sich eine akute Anforderung an den Aktor ergibt, bereits eine Änderung im System vorgenommen wurde. Durch ein zeitliches Vorziehen der Ansteuerung 74 eines Aktors entsteht dadurch ein energetischer Vorteil. $$\mathrm{\Delta }\text{t}=\text{A}\cdot \text{f}\cdot \text{T}$$

  
• Das Kühlkreislaufmodell 20 wird in einem definierten Rechentakt berechnet. Der Rechentakt kann einem Vielfachen der Aktualisierung von Eingangsparametern 16 entsprechen. Damit kann eine Iteration 76 um den Betrag dieses Vielfachen durchgeführt werden, bis die Eingangsparameter 16 erneuert werden. Dies erlaubt eine Optimierung der Ansteuerung eines Aktors, da der Ausgangsparameter 22 nach jedem Rechentakt um einen definierten Wert verringert oder erhöht werden kann. Bei jeder neuen Berechnung nach einer Aktualisierung von Eingangsparametern 16 wird der gesamte prädizierte Verlauf der Kühlmitteltemperaturen, einschließlich der aus der Iteration möglicherweise veränderten Ansteuerung 74 der Kühlmittelpumpe, neu ermittelt. Somit wird die Fläche 70 möglicherweise reduziert und die Fläche 70 kann unter die obere Temperaturgrenze 64 fallen.
• Durch einen erhöhten Rechentakt kann das Verfahren vorteilhaft schnell auf veränderte Randbedingungen eingehen. Ändert der Fahrer das prädizierte Fahrverhalten durch Abweichen von der prognostizierten Route oder wird eine plötzliche Beschleunigung oder Verzögerung durchgeführt, geht die Veränderung der Eingangsparameter 16 in die sich neu ergebenden Prädiktion ein und die Erwartung der Kühlmitteltemperatur sowie der Ansteuerung des Aktors wird neu berechnet für den aktuellen Zeitpunkt 58 und die sich neu ergebende Prädiktion. Gemessene Betriebsparameter aus der Steuer- und/oder Regeleinheit 14, wie beispielsweise Motordrehzahl, Motordrehmoment oder Fahrzeuggeschwindigkeit, können für die erste Stützstelle des Kühlkreislaufmodells 20 verwendet werden. Damit kann das Kühlkreislaufmodell 20 vorteilhaft auf Beschleunigungen und Verzögerungen des Fahrzeugs 10 besser und schneller reagieren.
• Das Verfahren kann grundsätzlich zur Steuerung und/oder Regelung aller Aktoren eines Antriebssystems 12, insbesondere eines Kühlkreislaufsystems 36, einzeln und/oder in Kombination angewandt werden. Das erfindungsgemäße Verfahren kann grundsätzlich für alle Temperaturen, insbesondere Temperaturen im Kühlkreislaufsystem 36 und besonders bevorzugt Temperaturen von Bauteilen und/oder Kühlmitteln und/oder deren Kombination, angewandt werden.
• 5 zeigt ein Diagramm mit einem Verlauf 78 der aktuellen Fahrzeuggeschwindigkeit und einem Verlauf 80 der in Verfahrensschritt d prädizierten Fahrzeuggeschwindigkeit über der Zeit im oberen Bereich 82 und einem prozentuale Verlauf 84 eines Fehlers über derselben Zeit im unteren Bereich 86. Im oberen Bereich 82 und im unteren Bereich 86 ist die Zeit auf der Abszisse 88 aufgetragen. Im oberen Bereich 82 ist die Fahrzeuggeschwindigkeit auf der Ordinate 90 aufgetragen. Im unteren Bereich 86 ist der prozentuale Fehler auf der Ordinate 92 aufgetragen. Wird die Abweichung der Prädiktion von der Realität als zu hoch eingestuft, kann ein Abbruchkriterium erstellt werden. Als entscheidender Hinweis für eine fehlerhafte Prädiktion dient dabei die Abweichung der aktuellen Fahrzeuggeschwindigkeit von der prädizierten Fahrzeuggeschwindigkeit. Für die verschiedenen Geschwindigkeitsstufen werden eine obere Fehlerschranke 94 und eine untere Fehlerschranke 96 eines zulässigen Bereichs 98 definiert.
• Dabei ist der relative zulässige Bereich 98 im Vergleich zwischen den prädizierten Fahrzeuggeschwindigkeiten immer gleich groß, während absolut betrachtet bei höheren erwarteten Fahrzeuggeschwindigkeiten auch ein größerer zulässiger Bereich 98 verwendet wird. Überschreitet die aktuelle Fahrzeuggeschwindigkeit eine Fehlerschranke 94, 96, wird über einen Zähler die Dauer des Verlassens aus dem zulässigen Bereich 98 berechnet. Ist ein definierter Grenzwert 100 erreicht, erfolgt ein Abbruch 102 der Prädiktion. Bewegt sich die aktuelle Fahrzeuggeschwindigkeit wieder in den zulässigen Bereich 98 zurück, erfolgt eine Fortsetzung 104 der Prädiktion. Wenn die Prädiktion abgebrochen wird, wird eine Ersatzprädiktion durchgeführt. Für die Ersatzprädiktion wird in der dargestellten Ausführungsform aus dem zumindest einen prädiktiven Fahrzeugparameter 40 mittels Gleichung (2) und Gleichung (3) ein exponentiell gewichteter Durchschnitt bestimmt, der an ein Kühlkreislaufmodell 20 übermittelt wird. Alternativ sind aber auch andere Mittelwertbildungen oder Filter wie z.B. ein Tiefpassfilter denkbar. $${\text{y}}_{\text{n}}={\mathrm{\alpha }}_{\text{gm}}\cdot {\text{x}}_{\text{n}}+1-\left({\mathrm{\alpha }}_{\text{gm}}\right)\cdot {\text{y}}_{\text{n}-1}$$

  

  $${\mathrm{\alpha }}_{\text{gm}}=1/\text{n}$$

  
• Die Berechnung des exponentiell gewichteten Durchschnitts „y_n“ ist mit Gleichung (2) unter Verwendung eines Gewichtungsfaktors „α_gm“ allgemein formuliert. Durch „y_n-1“ wird das Ergebnis des vorherigen Zeitschritts von „y_n“ in die Berechnung einbezogen. Mit „x_n“ fließt der aktuelle Eingangswert in die Berechnung ein. Der Gewichtungsfaktor „α_gm“ ist wie in Gleichung (3) gezeigt aus dem Kehrwert der definierten Zählvariable „n“ berechnet. Dies hat den Vorteil, dass der berechnete exponentiell gewichtete Durchschnitt „y_n“ zu Beginn bei niedriger Zählvariable eine schnelle Reaktion zeigt, da die aktuellen Eingangswerte „x_n“ stärker gewichtet werden. Mit steigender Zählvariable „n“ steigt dann die glättende Wirkung durch eine höhere Gewichtung der bereits berechneten Ergebnisse „y_n-1“. Mit dem exponentiell gewichteten Durchschnitt wird eine Prädiktion der Kühlmitteltemperaturen mittels des Kühlkreislaufmodells 20 durchgeführt ohne wirkliche prädiktive Daten zu verarbeiten. Dies ist ein weiterer Vorteil der zuvor beschriebenen Iteration 76. Durch eine Umschaltung von prädiktiven Fahrzeugparametern 40 auf Daten mit exponentiell gewichtetem Durchschnitt kann vorteilhaft eine Ersatz-Ansteuerung von Aktoren erfolgen.
• Bezugszeichenliste

a

Verfahrensschritt

b

Verfahrensschritt

c

Verfahrensschritt

d

Verfahrensschritt

10

Fahrzeug

12

Antriebssystem

14

Steuer- und/oder Regeleinheit

16

Eingangsparameter

18

Fahrzeugmodell

20

Kühlkreislaufmodell

22

Ausgangsparameter

24

Ansteuerfunktion

26

Kommunikationseinheit

28

Sensorik

30

Verbrennungsmotor

32

Elektromotor

34

Batteriesystem

36

Kühlkreislaufsystem

38

Getriebe

40

prädiktiver Fahrzeugparameter

42

prädiktiver Kühlkreislaufparameter

44

Verlauf

46

oberer Bereich

48

Verlauf

50

unterer Bereich

52

Abszisse

54

Ordinate

56

Ordinate

58

aktueller Zeitpunkt

60

Zielbereich

62

untere Temperaturgrenze

64

obere Temperaturgrenze

66

Fläche

68

Fläche

70

Fläche

72

Prädiktionsverschiebung

74

Ansteuerung

76

Iteration

78

Verlauf

80

Verlauf

82

oberer Bereich

84

Verlauf

86

unterer Bereich

88

Abszisse

90

Ordinate

92

Ordinate

94

obere Fehlerschranke

96

untere Fehlerschranke

98

zulässiger Bereich

100

Grenzwert

102

Abbruch

104

Fortsetzung

• ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
• Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
• Zitierte Patentliteratur
• DE 102014004817 A1 [0002]

Claims (3)

1. Verfahren zum Betreiben eines Fahrzeugs (10) mit zumindest einem Antriebssystem (12) und mit zumindest einer Steuer- und/oder Regeleinheit (14), welche zumindest zur Verarbeitung und Analyse von Informationen über die vorausliegende Strecke und zur Steuerung und/oder Regelung zumindest eines Aktors vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass in der Steuer- und/oder Regeleinheit (14) folgende Verfahrensschritte vorgenommen werden: (a) Erfassen von zumindest einem vorausliegenden Streckenparameter, (b) Erzeugen einer Streckenprädiktion aus dem zumindest einen Streckenparameter, (c) Erzeugen von zumindest einem Eingangsparameter (16) aus der Streckenprädiktion oder Erzeugen von zumindest einem Ersatzeingangsparameter, falls für den Eingangsparameter (16) kein entsprechender Streckenparameter zur Verfügung steht, und (d) Verarbeitung des zumindest einen Eingangsparameters (16) mittels zumindest eines Fahrzeugmodells (18) und zumindest eines Kühlkreislaufmodells (20), Erzeugen von zumindest einem Ausgangsparameter (22) mittels zumindest einer Ansteuerfunktion (24), wobei der Ausgangsparameter (22) zur Steuerung und/oder Regelung von wenigstens einem Betriebsparameter zumindest eines Aktors des Antriebssystems (12) vorgesehen ist, und Steuern und/oder Regeln des zumindest einen Aktors auf den entsprechenden Ausgangsparameter (22).
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zum Erzeugen einer Streckenprädiktion zusätzlich zumindest ein aktueller Fahrzeugparameter verwendet wird.
3. Fahrzeug (10) mit zumindest einem Antriebssystem (12) und mit zumindest einer Steuer- und/oder Regeleinheit (14), welche zumindest zur Verarbeitung und Analyse von Informationen über die vorausliegende Strecke und zur Steuerung und/oder Regelung zumindest eines Aktors vorgesehen ist, zur Durchführung eines Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2.

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