DE102010013036A1 - Method for optimizing fuel consumption of vehicle, involves controlling switching process by control device according to additional consumption of characteristic map of internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Optimierung des Kraftstoffverbrauchs eines Fahrzeugs nach der im Oberbegriff von Anspruch 1 näher definierten Art.The invention relates to a method for optimizing the fuel consumption of a vehicle according to the closer defined in the preamble of claim 1.
Aus der deutschen Offenlegungsschrift
Aus dem allgemeinen Stand der Technik sind weitere Verfahren bekannt, welche sich dabei schwerpunktmäßig auf Schaltprogramme für automatisierte Gangwechsel- beziehungsweise Schaltgetriebe oder Automatgetriebe konzentrieren. Um einen möglichst geringen Kraftstoffverbrauch zu erzielen und gleichzeitig die Fahrleistungen nicht einzuschränken, wird dabei versucht, die Getriebe so zuschalten, dass über die Zeit ein möglichst niedriges durchschnittliches Drehzahlniveau der Brennkraftmaschine erreicht wird. Da die Fahrleistungsanforderung weiterhin Vorrang hat, werden hier die Fahrleistungen des mit dem Verfahren genutzten Fahrzeugs nicht eingeschränkt, allerdings lässt sich das Optimierungspotential für die Kraftstoffverbrauchsreduzierung nicht vollkommen ausschöpfen.Other methods are known from the general state of the art, which focus on switching programs for automated gearshift or manual transmissions or automatic transmissions. In order to achieve the lowest possible fuel consumption and at the same time not restrict the performance, it is trying to turn on the transmission so that over time the lowest possible average speed level of the engine is achieved. Since the driving performance requirement still prevails, the driving performance of the vehicle used in the method is not limited here, but the optimization potential for fuel consumption reduction can not be fully exploited.
Es ist daher die Aufgabe der hier vorliegenden Erfindung ein Verfahren zur Optimierung des Kraftstoffverbrauchs eines Fahrzeugs anzugeben, welches die genannten Nachteile vermeidet und einen minimalen Kraftstoffverbrauch bei gleichzeitig hohem Niveau der Fahrleistung ermöglicht.It is therefore an object of the present invention to provide a method for optimizing the fuel consumption of a vehicle, which avoids the disadvantages mentioned and allows a minimum fuel consumption while maintaining a high level of driving performance.
Erfindungsgemäß wird dieser Aufbau durch die Merkmale im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.According to the invention, this structure is achieved by the features in the characterizing part of claim 1. Advantageous embodiments and further developments are specified in the dependent claims.
Die Grundidee der hier vorliegenden Erfindung ist die, dass sich dem Erfinder gezeigt hat, dass ein möglicht niedriges durchschnittliches Drehzahlniveau der Brennkraftmaschine hinsichtlich des Kraftstoffverbrauchs bei freier Leistungsanforderung durch den Fahrer nicht optimal ist. Vielmehr ist es seine Idee, dass zum Lösen der oben genannten Aufgabe über eine Steuerungseinrichtung die Schaltvorgänge nicht nur in Abhängigkeit der Fahrleistungsanforderung gesteuert werden, sondern zusätzlich in Abhängigkeit eines Verbrauchskennfelds der Brennkraftmaschine. Die Steuerung erfolgt dabei so, dass für die jeweilige Fahrleistungsanforderung die Schaltvorgänge so gesteuert werden, dass der Betriebspunkt der Brennkraftmaschine während des Betriebs derselben eine möglichst lange Aufenthaltsdauer in Bereichen des Verbrauchskennfelds, eines sogenannten Muschelkennfeldes oder Muscheldiagramms, aufweist, welche hinsichtlich des Kraftstoffverbrauchs möglichst günstig sind. Es wird also nicht einfach ein möglichst niedriges durchschnittliches Drehzahlniveau angestrebt, sondern es wird über die Steuerungseinrichtung eine aktive Steuerung der Schaltvorgänge ermöglicht, welche die Brennkraftmaschine beziehungsweise den aktuellen Betriebspunkt der Brennkraftmaschine in Abhängigkeit der Leistungsanforderung in dem Verbrauchskennfeld jeweils in den Bereichen hält, in denen ein minimaler Verbrauch möglich wird. Das erfindungsgemäße Verfahren erlaubt so einen minimalen Kraftstoffverbrauch, welcher gegenüber den Verfahren aus dem Stand der Technik weiter reduziert ist, ohne die Fahrleistungen einzuschränken. Mit Fahrleistungen auf höchstem Niveau wird also ein sehr ökonomischer Betrieb hinsichtlich des Kraftstoffverbrauchs realisiert.The basic idea of the present invention is that the inventor has shown that a possible low average speed level of the internal combustion engine is not optimal in terms of fuel consumption with free power requirement by the driver. Rather, it is his idea that to solve the above task via a control device, the switching operations are controlled not only in dependence on the driving power requirement, but also in dependence on a consumption map of the internal combustion engine. The control takes place in such a way that the switching operations are controlled for the respective driving power requirement such that the operating point of the internal combustion engine has as long a residence time as possible in areas of the consumption map, a so-called shell characteristic map or shell diagram, which are as favorable as possible in terms of fuel consumption , It is therefore not just the lowest possible average speed level sought, but it is possible via the controller active control of the switching operations, which holds the engine or the current operating point of the internal combustion engine depending on the power requirement in the consumption map in each case in which minimum consumption becomes possible. The inventive method thus allows a minimum fuel consumption, which is further reduced compared to the method of the prior art, without restricting the performance. With driving performance at the highest level, therefore, a very economical operation in terms of fuel consumption is realized.
Das Verbrauchskennfeld der jeweiligen Brennkraftmaschine kann nun ein empirisch ermittelt und hinterlegtes oder ein aus einer Simulation stammendes hinterlegtes Verbrauchskennfeld sein, welches in die Steuereinrichtung gespeichert ist. In einer besonders günstigen und vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann es jedoch auch vorgesehen sein, dass das Verbrauchskennfeld anhand von Daten, welche in einem elektronischen Steuerungssystem des Fahrzeugs vorliegen, während des Fahrzeugbetriebs automatisch erfasst und gespeichert wird.The consumption map of the respective internal combustion engine can now be an empirically determined and stored or derived from a simulation stored consumption map, which is stored in the control device. In a particularly favorable and advantageous development of the method according to the invention, however, provision may also be made for the consumption map to be automatically recorded and stored during vehicle operation on the basis of data which is present in an electronic control system of the vehicle.
In dieser Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es also möglich, ein für die jeweilige Brennkraftmaschine charakteristisches Verbrauchskennfeld während einer ersten Betriebsphase des Fahrzeugs beziehungsweise der Brennkraftmaschine zu erfassen und in die Steuerungseinrichtung zu speichern. Die Steuerungseinrichtung lernt also während des Betriebs des Fahrzeugs dessen charakteristisches und spezifisches Verbrauchskennfeld. Wird nun das oben beschriebene Verfahren mit diesem so erfassten Verbrauchskennfeld angewandt, so wird speziell für diese eine Brennkraftmaschine entsprechend ihrem Alterungszustand, ihrem bisherigen Betrieb und Ähnlichem die optimale Verbrauchsstrategie möglich.In this embodiment of the method according to the invention, it is thus possible to detect a consumption characteristic field characteristic of the respective internal combustion engine during a first operating phase of the vehicle or of the internal combustion engine and to store it in the control device. The control device thus learns during the operation of the vehicle whose characteristic and specific consumption map. Now, if the method described above is applied with this consumption map thus detected, an internal combustion engine corresponding to its state of aging, especially for this their previous operation and the like, the optimal consumption strategy possible.
Dabei ist es in einer sehr vorteilhaften Weiterbildung dieser Idee des erfindungsgemäßen Verfahrens vorgesehen, dass nicht erfasste Punkte des Verbrauchskennfeldes anhand von benachbarten Punkten durch Interpolation ermittelt werden.It is provided in a very advantageous development of this idea of the method according to the invention that not detected points of the consumption map are determined by means of adjacent points by interpolation.
In dieser Weiterbildung der Idee ist es vorgesehen, dass, sobald einzelne Daten gemessen sind, dazwischenliegende Daten durch Interpolation ermittelt beziehungsweise abgeschätzt werden. Damit kann bereits sehr früh der Betrieb des Verfahrens zur Optimierung des Kraftstoffverbrauchs gestartet werden, ohne dass das komplette Kennfeld in diesem Betriebszustand bereits vollkommen erfasst und gespeichert ist.In this development of the idea, it is provided that, as soon as individual data are measured, intervening data are determined or estimated by interpolation. In this way, the operation of the method for optimizing fuel consumption can be started very early, without the complete map having already been completely recorded and stored in this operating state.
In einer entsprechend vorteilhaften Weiterbildung dieser Idee ist es außerdem vorgesehen, dass das gespeicherte Verbrauchskennfeld bei Bedarf und/oder neuen vorliegenden Daten ergänzt und/oder angepasst wird.In a correspondingly advantageous further development of this idea, provision is also made for the stored consumption map to be supplemented and / or adapted if necessary and / or new available data.
Das Verbrauchskennfeld kann also während des Betriebs des Fahrzeugs kontinuierlich fortgeschrieben werden, sodass die Qualität des Verbrauchskennfelds immer besser wird und gegebenenfalls interpolierte Werte nach und nach durch gemessene Werte ersetzt werden können. Dieses ständige Fortschreiben beziehungsweise selbstlernende Generieren des Verbrauchskennfelds in dem Fahrzeug erlaubt es außerdem, auf sich langsam ändernde Zustände der Brennkraftmaschine ideal zu reagieren, beispielsweise auf einen zunehmenden Verschleiß oder dergleichen. Selbst dann kann weiterhin mit dem hinsichtlich des Kraftstoffverbrauchs optimalen Wert der jeweiligen Brennkraftmaschine bei höchst möglichen Fahrleistungen gefahren werden.The consumption map can therefore be continuously updated during operation of the vehicle, so that the quality of the consumption map is getting better and better and interpolated values can be gradually replaced by measured values. This continuous updating or self-learning generation of the consumption map in the vehicle also makes it possible to respond ideally to slowly changing conditions of the internal combustion engine, for example to an increasing wear or the like. Even then, it is still possible to drive with the optimum value of the respective internal combustion engine with regard to fuel consumption at the highest possible driving performance.
In einer entsprechenden Weiterbildung des Verfahrens ist es außerdem vorgesehen, dass wenn mehrere Daten für einen Punkt des Verbrauchskennfelds vorliegen und dieser Punkt durch Mittelwertbildung ermittelt wird. Diese Mittelwertbildung erlaubt es eventuelle Messungenauigkeiten über einen längeren Zeitraum hinweg weitgehend zu glätten und ermöglicht es dem Verbrauchskennfeld, sich kontinuierlich an eine gegebenenfalls verändernde Brennkraftmaschine anzupassen, ohne dass die Anpassung ruckartig erfolgt. Auch dies dient letztlich dem optimalen Betrieb der Brennkraftmaschine beziehungsweise der Optimierung des Kraftstoffverbrauchs für dieselbe mit einer sehr speziellen Anpassung an die jeweilige Brennkraftmaschine und gegebenenfalls ihre „Betriebs”-Vorgeschichte.In a corresponding development of the method, it is also provided that if there is more data for one point of the consumption map and this point is determined by averaging. This averaging makes it possible to largely smooth out possible measurement inaccuracies over a longer period of time and allows the consumption map to continuously adapt to an optionally changing internal combustion engine, without the adjustment takes place jerkily. This also ultimately serves the optimal operation of the internal combustion engine or the optimization of the fuel consumption for the same with a very special adaptation to the respective internal combustion engine and, where appropriate, their "operational" history.
Die Mittelwertbildung kann dabei entweder als einfache Mittelwertbildung ausgeführt werden, oder es kann eine gewichtete Mittelwertbildung eingesetzt werden. Die Gewichtung kann beispielsweise so erfolgen, dass zeitlich später erfasste Werte höher gewichtet werden als zeitlich früher erfasste, um Alterung oder Ähnliches bei der Brennkraftmaschine zu berücksichtigen. Außerdem kann die Gewichtung auch über andere gemessene Parameter erfolgen oder beispielsweise über extern einstellbare Parameter wie ein Öko-Fahrprogramm, ein sportliches Fahrprogramm oder dergleichen angepasst werden.The averaging can either be performed as a simple averaging, or a weighted averaging can be used. The weighting may, for example, be such that values recorded later in time are weighted higher than those recorded earlier in time in order to take account of aging or the like in the internal combustion engine. In addition, the weighting can also take place via other measured parameters or be adapted, for example, via externally adjustable parameters such as an eco-driving program, a sporty driving program or the like.
In einer weiteren sehr günstigen und vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es außerdem vorgesehen, dass die Daten eines Datenbussystems, insbesondere eines CAN-Bus genutzt werden. Im Bereich eines Datenbusses, wie er in modernen Fahrzeugen üblich ist, liegt eine Vielzahl von Informationen vor. Daher stehen die Informationen wie beispielsweise Drehzahlen, Drehmomente und Kraftstoffverbräuche zum aktuellen Zeitpunkt für den Betrieb der Brennkraftmaschine beziehungsweise des mit ihr ausgestatteten Fahrzeugs zur Verfügung. Ohne zusätzlichen Aufwand hinsichtlich der Sensorik oder dergleichen kann so aus den im Datenbussystem, insbesondere eines CAN-Bus, vorliegenden Daten in der oben genannten Art und Weise das Verbrauchskennfeld generiert werden. Die Daten können dabei jeweils zumindest den momentanen Kraftstoffverbrauch und die momentane Drehzahl, und insbesondere das momentane Drehmoment, umfassen. Aus diesen Daten lässt sich schnell und zuverlässig das Verbrauchskennfeld in der oben genannten Art ermitteln. Sobald die Steuerungseinrichtung dieses Verbrauchskennfeld ganz oder zu einem ausreichenden Teil erlernt hat, kann dann durch die eingangs beschriebene Schaltstrategie angepasst auf das jeweilige motorspezifische Verbrauchskennfeld eine Optimierung des Kraftstoffverbrauchs erreicht werden.In a further very favorable and advantageous embodiment of the method according to the invention, it is additionally provided that the data of a data bus system, in particular of a CAN bus, be used. In the area of a data bus, as is customary in modern vehicles, there is a large amount of information. Therefore, the information such as speeds, torques and fuel consumption at the current time for the operation of the internal combustion engine or the vehicle equipped with it are available. Without additional effort in terms of sensors or the like, the consumption map can be generated from the data present in the data bus system, in particular a CAN bus, in the above-mentioned manner. In each case, the data may include at least the instantaneous fuel consumption and the instantaneous rotational speed, and in particular the instantaneous torque. From these data can be quickly and reliably determine the consumption map in the above manner. As soon as the control device has completely or partially learned this consumption map, optimization of the fuel consumption can then be achieved by the switching strategy described in the introduction adapted to the respective engine-specific consumption map.
Das erfindungsgemäße Verfahren lässt sich dabei insbesondere in allen Arten von Fahrzeugen einsetzen, welche mit entsprechenden Getrieben und für die Getriebe genutzten Schaltprogrammen arbeiten. Prinzipiell wäre das Verfahren auch auf manuelles Schalten erweiterbar, sodass nicht das Schalten selbst gesteuert wird, sondern lediglich eine Schaltempfehlung an den Fahrer des Fahrzeugs ausgegeben wird. Kommt er dieser Schaltempfehlung dann jedoch nicht nach, wird der Verbrauchsvorteil sehr schnell schrumpfen, sodass die bevorzugte Anwendung in Fahrzeugen mit vorgebaren Schaltprogrammen liegt. Hierbei können insbesondere Nutzfahrzeuge, Omnibusse und dergleichen in Betracht kommen.The inventive method can be used in particular in all types of vehicles, which work with appropriate gearboxes and used for the transmission switching programs. In principle, the method would also be extendable to manual switching, so that not the shift itself is controlled, but only a switching recommendation is issued to the driver of the vehicle. However, if he does not comply with this recommendation, the fuel consumption will shrink very quickly, so that the preferred application is in vehicles with vorgebaren switching programs. In this case, in particular commercial vehicles, buses and the like may be considered.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann, da der Aufwand hinsichtlich Sensorik und dergleichen sehr klein beziehungsweise nicht vorhanden ist, sehr einfach in Neufahrzeuge über eine Softwareanpassung eines elektronischen Steuerungssystems beziehungsweise der Steuereinrichtung erfolgen. Auch eine Anpassung beziehungsweise Implementation in bestehende Fahrzeuge kann einfach und kostengünstig durch ein Softwareupdate der elektronischen Steuerung beziehungsweise der Steuereinrichtung vorgenommen werden.The inventive method can, since the effort in terms of sensors and the like is very small or not present, very easy in new vehicles via a software adaptation of an electronic control system or the control device. An adaptation or implementation in existing vehicles can be made easily and inexpensively by a software update of the electronic control or the control device.
Das Verfahren zur Optimierung des Kraftstoffverbrauchs lässt sich dabei bei allen Fahrzeugen einsetzen, welche ganz oder zumindest teilweise von einer Brennkraftmaschine angetrieben werden. Die Brennkraftmaschine liefert also entweder die gesamte Fahrleistung oder beispielsweise bei einem Hybridantrieb einen Teil der Fahrleistung. Der Aufbau kann dann entweder hinsichtlich der gesamten Fahrleistung oder des durch die Brennkraftmaschine gelieferten Teils der Fahrleistung hinsichtlich des Kraftstoffverbrauchs optimiert werden, ohne dabei die Fahrleistungen einzuschränken. Der Aufbau bietet sich also insbesondere für direkt über eine Brennkraftmaschine angetriebene Fahrzeuge oder Fahrzeuge mit einem Antriebsstrang, welcher als sogenannter Parallelhybrid ausgebildet ist, an.The method for optimizing fuel consumption can be used in all vehicles that are wholly or at least partially driven by an internal combustion engine. The internal combustion engine thus supplies either the entire driving performance or, for example in a hybrid drive, a part of the driving performance. The structure can then be optimized in terms of fuel consumption either in terms of the total mileage or of the part of the mileage delivered by the internal combustion engine, without restricting the driving performance. The structure thus offers itself in particular for vehicles or vehicles driven directly by an internal combustion engine with a drive train which is designed as a so-called parallel hybrid.
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| R119 | Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee |