Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Anpassung der Fahrpedalcharakteristik bei einem Kraftfahrzeug, bei dem während eines Fahrbetriebs eine den Zusammenhang zwischen Fahrpedalweg und einem angeforderten Motorsolldrehmoment beschreibende Fahrpedalkennlinie angepasst wird. Die Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung, die zur Durchführung des Verfahrens ausgebildet ist.
Bei heutigen Kraftfahrzeugen wird die Drehmomentansteuerung des Antriebsmotors üblicherweise elektronisch geregelt. Eine mechanische Kopplung zwischen Fahrpedal und Antriebsmotor entfällt. Hierzu ist, wie in
Typischerweise sind auf der Recheneinheit 40 vorab bestimmte Fahrpedalkennlinien abgelegt, die dem Fahrpedalweg 2 ein Motorsolldrehmoment 8 zuordnen. Die Fahrpedalkennlinien können dabei situationsabhängig oder fahrerinitiiert an Zielkriterien hinsichtlich Agilität, Dosierbarkeit, Sicherheit und Kraftstoffverbrauch angepasst werden. Ein entsprechendes Verfahren ist beispielsweise aus der
Die Offenlegungsschrift
Ist der Antriebsmotor als Verbrennungskraftmaschine ausgeführt, geht dieses Verfahren zu Lasten des Motorwirkungsgrads. Insbesondere für schwere Nutzfahrzeuge, die ein deutlich geringes Verhältnis von Motorleistung zur Fahrzeugmasse aufweisen, zeichnet sich eine wirtschaftliche Fahrweise durch Beschleunigungsmanöver mit hohem Motorwirkungsgrad aus. Da Verbrennungskraftmaschinen typischerweise einen hohen Motorwirkungsgrad bei hohen Motordrehmomenten nahe der Volllastkennlinie erreichen, wäre in diesem Fall eine progressivere Fahrpedalkennlinie sinnvoller.
Aus der Offenlegungsschrift
Aus der Offenlegungsschrift
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, ein verbessertes Verfahren zur Anpassung der Fahrpedalcharakteristik in einem Fahrzeug bereitzustellen, mit dem Nachteile herkömmlicher Techniken vermieden werden können. Die Aufgabe der Erfindung ist es insbesondere, ein derartiges Verfahren bereitzustellen, das eine verbrauchsoptimale und/oder motorwirkungsgradoptimale Fahrweise unterstützt bzw. mit dem der Antriebsmotor bei manueller Fahrweise in einem möglichst effizienten Kennfeldbereich betrieben werden kann.
Diese Aufgaben werden durch Verfahren und Vorrichtungen mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen und Anwendungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen und werden in der folgenden Beschreibung unter teilweiser Bezugnahme auf die Figuren näher erläutert.
Gemäß einem ersten Gesichtspunkt der Erfindung wird ein Verfahren zur Anpassung der Fahrpedalcharakteristik bei einem Kraftfahrzeug bereitgestellt, bei dem während eines Fahrbetriebs eine den Zusammenhang zwischen Fahrpedalweg und einem angeforderten Motorsolldrehmoment des Antriebsmotors beschreibende Fahrpedalkennlinie angepasst wird.
Das Verfahren umfasst die Bestimmung eines Motorwunschdrehmoments, insbesondere eines Motorwunschdrehmoments, das einen verbrauchsoptimierten Betrieb des Kraftfahrzeugs und/oder einen hohen Motorwirkungsgrad ermöglicht, falls es als Motorsolldrehmoment momentan angefordert werden würde. Das Motorwunschdrehmoment entspricht daher einem momentanen Wert für ein Motorsolldrehmoment, der als Motordrehmomentvorgabe für den Antriebsmotor aus Motorwirkungsgrad- und/oder Verbrauchsgesichtspunkten erwünscht, d. h. besonders vorteilhaft wäre. Das momentane Motorwunschdrehmoment ist von dem momentanen Motorsolldrehmoment, das durch den aktuellen Fahrpedalweg und die aktuelle Kennlinie festgelegt ist, zu unterscheiden. Die Bestimmung des Motorwunschdrehmoments erfolgt vorzugsweise fortlaufend im Fahrbetrieb, so dass in kurzen Zeitabständen jeweils ein momentanes Motorwunschdrehmoment ermittelt wird.
Um es dem Fahrer des Kraftfahrzeugs bei manueller Fahrweise, bei der der Fahrer durch Vorgabe eines Fahrpedalwegs ein Motorsolldrehmoment anfordert, zu erleichtern, das Kraftfahrzeug verbrauchsoptimiert und/oder motorwirkungsgradoptimiert zu betreiben, kann die Fahrpedalkennlinie in Abhängigkeit von dem bestimmten Motorwunschdrehmoment angepasst werden. Die Anpassung erfolgt dabei derart, dass die angepasste Fahrpedalkennlinie in einem Bereich der Kennlinie, der ein dem bestimmten Motorwunschdrehmoment entsprechendes Motorsolldrehmoment enthält, einen im Vergleich zur unangepassten Fahrpedalkennlinie abgeflachten Verlauf aufweist bzw. in diesem Bereich degressiv modifiziert ist. Mit anderen Worten ist eine durchschnittliche Steigung der modifizierten Kennlinie in einem den Wert des Motorwunschdrehmomentes umgebenden Bereich geringer als die Steigung der ursprünglichen (nicht angepassten) Kennlinie in diesem Bereich. Durch diese Anpassung der Kennlinie vergrößert sich der Bereich des Fahrpedalwegs, dem die Fahrpedalkennlinie ein Motorsolldrehmoment zuordnet, das dem Motorwunschdrehmoment entspricht oder nahe an diesem liegt. Der Fahrer kann so leichter einen Betriebspunkt des Antriebsmotors ansteuern, indem dieser mit hohem Wirkungsgrad und/oder einer hohen Verbrauchseffizienz betrieben wird.
Mittels des erfindungsgemäßen Verfahren wird die Kennlinie somit im Fahrbetrieb fortlaufend oder zumindest regelmäßig so angepasst, dass über einen weiten Fahrpedalweg, d. h. zumindest über einen weiteren Fahrpedalweg als bei unangepasster Kennlinie, ein Motorsolldrehmoment gestellt wird, das zu einem hohen Motorwirkungsgrad und/oder einer hohen Verbrauchseffizienz führt.
Das Motorwunschdrehmoment kann in Abhängigkeit von mindestens einem Betriebsparameter des Kraftfahrzeugs, insbesondere in Abhängigkeit von dem Wirkungsgrad des Antriebsmotors, vorzugsweise mit Hilfe vorab bestimmter Kennfelder ermittelt werden.
Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausführungsform wird das Motorwunschdrehmoment in Abhängigkeit von einer momentanen Motordrehzahl und einer vorab bestimmten Kennlinie bestimmt, wobei die Kennlinie jeder Motordrehzahl dasjenige Motordrehmoment zuordnet, für das der spezifische Verbrauch minimal und/oder der Motorwirkungsgrad maximal ist. Diese Kennlinie wird im Stand der Technik auf als Bemin-Linie bezeichnet. Diese Variante bietet den Vorteil, dass das für den jeweiligen Betriebszustand aktuelle Motorwunschdrehmoment mit geringem rechnerischen Aufwand bestimmt werden kann und mittels einer derart angepassten Kennlinie es dem Fahrer erleichtert wird, über den Fahrpedalweg ein Motorsolldrehmoment anzufordern, das zu einem hohem Motorwirkungsgrad führt.
Das Motorwunschdrehmoment kann jedoch auch in Abhängigkeit von einer Streckeninformation betreffend einen vorausliegenden Streckenabschnitt des Kraftfahrzeugs bestimmt werden. Die Streckeninformation kann beispielsweise ein Höhenprofil oder einen erwarteten Geschwindigkeitsverlauf auf dem vorausliegenden Streckenabschnitt angeben.
Erfindungsgemäß wird in Abhängigkeit von einer vorausschauenden Streckeninformation für einen vorausliegenden Streckenabschnitt des Kraftfahrzeugs eine Motorsolldrehmomenttrajektorie für den vorausliegenden Streckenabschnitt und/oder Zeithorizont bestimmt, die unter Berücksichtigung vorgegebener Randbedingungen den Kraftstoffverbrauch minimiert. Ferner wird das Motorwunschdrehmoment in Abhängigkeit von der bestimmten Motorsolldrehmomenttrajektorie festgelegt. Das momentane Motorwunschdrehmoment entspräche dann jeweils dem Wert der Motordrehmomenttrajektorie, die der aktuellen Fahrposition zugeordnet ist. Eine Randbedingung kann beispielsweise eine zeitliche Randbedingung sein, z. B. in Form einer Mindestzeit, in der der vorausliegende Streckenabschnitt durchfahren werden soll.
Diese Variante bietet den Vorteil, dass vorausliegende Streckeninformationen berücksichtigt werden, so dass der Gesamtverbrauch über den vorausliegenden Streckenabschnitt besser optimiert werden kann. Auf diese Weise kann beispielsweise ein Motorwunschdrehmoment vorgegeben werden, das aus Motorwirkungsgradgesichtspunkten zum aktuellen Zeitpunkt zwar nicht optimal ist, aber im Hinblick auf den prädizierten optimalen Motordrehmomentverlauf beim Durchfahren der Strecke insgesamt zu einem verbrauchsoptimalen Betrieb des Antriebsmotors führen würde.
Verfahren zur prädiktiven verbrauchsoptimierten Bestimmung einer Motorsolldrehmomenttrajektorie, d. h. zur Vorausberechnung eines auf dem vorausliegendem Streckenabschnitt aus Verbrauchsgesichtspunkten optimierten Verlaufs des Motordrehmoments, sind an sich aus dem Stand der Technik bekannt und daher nicht näher erläutert, siehe beispielsweise
Gemäß einem weiteren Aspekt kann die angepasste Kennlinie im Bereich des abgeflachten Verlaufs einen plateauartigen Verlauf aufweisen. Die Kennlinie weist somit in dem Bereich um das Motorwunschdrehmoment keine oder nur eine kleine Steigung auf.
Ferner kann zumindest ein Teil des abgeflachten Verlaufs in einem Bereich zwischen 30 % und 80 % des Fahrpedalwegs liegen. Ferner kann der abgeflachte Verlauf zumindest einen Bereich von 50 % bis 60 % des Fahrpedalwegs umfassen und/oder nicht den Bereich von 0 % bis 30 % umfassen, so dass der Fahrer bei geringen Fahrpedalauslenkungen weiterhin die Möglichkeit hat, die Fahrzeugbeschleunigung gefühlvoll zu dosieren. Ferner kann der Bereich des abgeflachten Verlaufs mindestens 15 %, weiter vorzugsweise mindestens 30 % des Fahrpedalwegs umfassen.
Insgesamt kann die angepasste Kennlinie einen S-förmigen Verlauf aufweisen, insbesondere mit einem degressiv ausgelegten ersten Abschnitt bei kleinen Fahrpedalwegen, einem mittleren progressiv ausgelegten Abschnitt und einem plateauartigen Endabschnitt, der den Wert des Fahrerwunschmoments umfasst.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsvariante erstreckt sich der abgeflachte Bereich, insbesondere der plateauartige Verlauf, bis zum Endbereich des Fahrpedalwegs, d. h. bis zu 100 % des Fahrpedalwegs, so dass das Motorsolldrehmoment auf das Motorwunschdrehmoment begrenzt ist. Diese Variante bietet den Vorzug, dass der Motor auch bei hoher Fahrpedalauslenkung mit hohem Motorwirkungsgrad betrieben wird.
Die Anpassung der Fahrpedalkennlinie muss dabei nicht kontinuierlich wirksam sein, sondern kann in geeigneten Situationen aktiviert werden und wieder deaktiviert werden, wenn keine geeignete Situation mehr vorliegt.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist die Anpassung der Fahrpedalkennlinie in Abhängigkeit von einer Situationserkennung des Fahrzeugs und/oder der Umgebung aktivierbar und/oder deaktivierbar. Generell soll die Anpassung der Fahrpedalkennlinie nicht in Fahrsituationen erfolgen, in denen eine stärkere Beeinträchtigung des Fahrverhaltens vermieden werden soll, z. B. in kritischen Fahrsituationen.
Es ist insbesondere vorteilhaft, die Fahrpedallinie in Beschleunigungssituationen, nicht jedoch bei Konstantfahrt oder Verzögerungsfahrt anzupassen. Eine vorteilhafte Variante dieser Ausführungsform sieht daher vor, dass die Situationserkennung ermittelt, ob eine Beschleunigungssituation vorliegt und/oder ob eine Beschleunigungssituation bevorsteht, d. h. wahrscheinlich in Kürze erfolgt. Die Anpassung der Fahrpedalkennlinie wird gemäß dieser Variante aktiviert, falls eine Beschleunigungssituation vorliegt oder bevorsteht.
Beispielsweise kann eine Beschleunigungssituation vorliegen bzw. erkannt werden, wenn eine Fahrzeuglängsbeschleunigung einen vorgegebenen Schwellenwert überschreitet und eine Fahrzeuggeschwindigkeit eine vorgegebene Mindestgeschwindigkeit, z. B. 30 km/h, überschreitet. Die Mindestgeschwindigkeit stellt hierbei sicher, dass eine Kennlinienanpassung nicht bei Beschleunigungsvorgängen beim Anfahren, Rangieren etc. vorgenommen wird, da hier eine möglichst hohe Dosierbarkeit über das Fahrpedal erwünscht ist.
Ferner kann eine bevorstehende Beschleunigungssituation daran erkannt werden, dass eine aktuelle Fahrzeuggeschwindigkeit um mehr als einen vorgegebenen Differenzschwellenwert unterhalb einer Richtgeschwindigkeit oder Höchstgeschwindigkeit für einen Straßentyp, auf dem das Kraftfahrzeug momentan fährt, liegt. In diesem Fall ist es wahrscheinlich, dass der Fahrer zeitnah versuchen wird, auf die Richtgeschwindigkeit oder Höchstgeschwindigkeit zu beschleunigen.
Gemäß einem zweiten Gesichtspunkt der Erfindung wird eine Vorrichtung zur Anpassung der Fahrpedalcharakteristik bei einem Kraftfahrzeug bereitgestellt, die ausgebildet ist, während eines Fahrbetriebs eine den Zusammenhang zwischen Fahrpedalweg und einem angeforderten Motorsolldrehmoment beschreibende Fahrpedalkennlinie anzupassen. Erfindungsgemäß ist die Vorrichtung ausgebildet, das Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche auszuführen. Zur Vermeidung von Wiederholungen sollen rein verfahrensgemäß offenbarte Merkmale auch als funktionale Merkmale der Vorrichtung und somit als vorrichtungsgemäß offenbart gelten und beanspruchbar sein.
Die Erfindung betrifft ferner ein Kraftfahrzeug, insbesondere ein Nutzfahrzeug, mit einer Vorrichtung wie in diesem Dokument offenbart.
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden im Folgenden unter Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:
Gleiche oder funktional äquivalente Elemente sind in allen Figuren mit denselben Bezugszeichen bezeichnet.
Das Fahrpedal ist in an sich bekannter Weise mit einem Pedalwertgeber 1 ausgerüstet, der den vom Fahrer eingestellten Fahrpedalweg 2 ermittelt. Eine programmtechnisch eingerichtete Steuereinheit 40 empfängt fortlaufend im Fahrbetrieb den aktuell gestellten Fahrpedalweg 2 und steuert die Drehmomentansteuerung des Antriebsmotors elektronisch. In der Recheneinheit ist mindestens eine vorab bestimmte Fahrpedalkennlinie hinterlegt, die jedem Wert des Fahrpedalwegs ein entsprechendes Motorsolldrehmoment 8 zuordnet, das als Momentsolldrehmomentanforderung an den Antriebsmotor 9 übermittelt wird. Hierzu können noch zusätzliche Fahrzeugdaten 3 verwendet werden.
Die Steuereinheit 40 kann die mindestens eine hinterlegte Fahrpedalkennlinie anpassen. Die Anpassung der Fahrpedalkennlinie ist jedoch nur in geeigneten Fahrsituationen aktiviert, ansonsten deaktiviert. Hierzu ist die Steuereinheit 40 eingerichtet, entsprechend geeignete Fahrsituationen zu erkennen und die Anpassung der Fahrpedalkennlinie zu aktivieren, solange eine geeignete Fahrsituation vorliegt, und zu deaktivieren, falls keine geeignete Fahrsituation mehr vorliegt. Diese Funktionalität ist mit dem Bezugszeichen 6 gekennzeichnet und wird weiter unten noch detaillierter beschrieben.
Ist die Anpassung der Fahrpedalkennlinie durch die Situationserkennung 6 aktiviert, ist die Steuereinheit 40 eingerichtet, im Fahrbetrieb fortlaufend einen aktuellen Wert für ein Motorwunschdrehmoment 12 zu bestimmen. Diese Funktionalität der Steuereinheit ist in
Im Fahrbetrieb empfängt die Steuereinheit 40 über die Eingangsdaten 3 fortlaufend die aktuelle Motordrehzahl n und bestimmt aus der Motordrehzahl n den zugeordneten Punkt P auf der Bemin-Kennlinie 11 bzw. das entsprechende aktuelle Motorwunschdrehmoment 12.
Anschließend erfolgt eine Anpassung der hinterlegten Fahrpedalkennlinie in Abhängigkeit von dem bestimmten Motorwunschdrehmoment 12. Diese Funktionalität der Steuereinheit ist mit dem Bezugszeichen 7 bezeichnet. Hierbei wird die ursprüngliche, d. h. nicht angepasste hinterlegte Fahrpedalkennlinie (nicht gezeigt) im Fahrbetrieb so angepasst, der der Bereich der Kennlinie um den Wert des Motorwunschdrehmoments einen im Vergleich zur unangepassten Fahrpedalkennlinie abgeflachten Verlauf 15 aufweist. Das rechte Diagramm der Figur 2 zeigt die angepasste Kennlinie. Das bestimmte Motorwunschdrehmoment 12 liegt mittig in einem Bereich b1, der nun einen im Vergleich zur unangepassten Kennlinie abgeflachten Verlauf 15 der Kennlinie 14 aufweist. Der dem Motorwunschdrehmoment 12 zugeordnete Fahrpedalweg ist mit dem Bezugszeichen 13 bezeichnet. Die Bereich b1 links und rechts vom Motorwunschdrehmoment 12 zeichnet sich durch eine geringe Steigung aus, insbesondere durch eine geringere Steigung als vor der Anpassung der Kennlinie. Der dem bestimmten Motorwunschdrehmoment 12 zugeordnete Fahrpedalweg 13 ist ca. mittig im abgeflachten Bereich b1 angeordnet. Dadurch kann der Fahrer über einen weiten Fahrpedalwegbereich b1 eine Motorsolldrehmomentvorgabe 8 erzeugen, die nahe am Motorwunschdrehmoment 12 ist. Dadurch wird eine motorwirkungsgradoptimierte Fahrweise unterstützt. Bei hohen Fahrpedalwegen steigt die Kennlinie wieder stärker an, so dass hier das volle Motordrehmoment (100 %) angefordert werden kann.
Alternativ kann die Fahrpedalkennlinienanpassung auch so ausgelegt sein, dass das maximal anforderbare Motorsolldrehmoment 8 auf das Motorwunschdrehmoment 12 begrenzt ist, was in
Da fortlaufend eine aktuelle Motordrehzahl n ermittelt wird und damit fortlaufend ein neues Motorwunschdrehmoment 12, wird somit die Fahrpedalkennlinie 14 bzw. 14a fortlaufend angepasst, so dass sich der abgeflachte Bereich 15, 15a der Kennlinie fortlaufend verschiebt.
Vorstehend wurde bereits erwähnt, dass die Fahrpedalkennlinienanpassung nur während bestimmter Fahrsituationen erfolgt, die mittels einer Situationserkennung 6 erkannt werden. Die Situationserkennung 6 ermöglicht die gezielte Anpassung der Fahrpedalkennlinie während besonders vorteilhaften Situationen und verhindert, dass die Fahrpedalkennlinie in Situationen angepasst wird, bei denen eine Beeinträchtigung des Fahrverhaltens zu erwarten ist.
Insbesondere ist es vorteilhaft, die Fahrpedalkennlinie in Beschleunigungssituationen anzupassen. Die Erkennung der Beschleunigungssituation kann direkt aus Fahrzeugdaten erfolgen. Beispielsweise kann die zeitliche Entwicklung der Fahrzeuggeschwindigkeit beobachtet oder/und die Bedieneingaben des Fahrers ausgewertet werden, um z. B. daraus abzuleiten, dass eine Fahrzeuglängsbeschleunigung vorliegt, die einen vorgegebenen Beschleunigungsschwellenwert überschreitet.
Alternativ können aus Umgebungsbedingungen Wahrscheinlichkeiten für eine zukünftige Beschleunigungssituation abgeleitet werden. Wird beispielsweise der Straßentyp bestimmt, auf dem sich das Fahrzeug aktuell befindet, kann eine für diesen Straßentyp typische Richtgeschwindigkeit mit der aktuellen Fahrzeuggeschwindigkeit verglichen werden. Weichen die beiden Geschwindigkeiten erheblich voneinander ab, so ist eine Beschleunigungssituation wahrscheinlich.
Ebenfalls kann die Begrenzung des Motorsolldrehmoments auf das Motorwunschdrehmoment gemäß dem in
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