Beschreibung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung optimierter Betriebseinstellungen für Antriebsstrangkomponenten eines Nutzfahrzeugs.

Betriebseinstellungen für Antriebsstrangkomponenten eines Nutzfahrzeugs werden im Rahmen des Entwicklungsprozesses eines Nutzfahrzeugs festgelegt. Solche Betriebseinstellungen können beispielsweise Betriebseinstellungen für die Steuerung und/oder Regelung von Powertrain-Systemen und -Komponenten umfassen, wie z. B. entsprechende Betriebseinstellungen für den Verbrennungsmotor, eine Zuschaltung eines E-Motors, die Kühlung, das Getriebe und dessen Schaltapplikation, oder eine Leistungsverteilung zwischen Sattelzugmaschine und Auflieger/Anhänger bei Gespannen etc.

Aus der Praxis ist bekannt, entsprechende Betriebseinstellungen im Rahmen der Fahrzeugentwicklung unter Zuhilfenahme von Testfahrten zu optimieren. Hierbei werden Fahrzeugzustandsdaten und Fahrzeugumfelddaten, die sich während einer Testfahrt entlang einer Fahrstrecke ergeben, erfasst und gesammelt. Die Testfahrt wird nachfolgend von Entwicklungsingenieuren basierend auf den gesammelten Fahrzeugzustandsdaten und Fahrzeugumfelddaten anhand eines computerbasierten Fahrzeugmodells des Nutzfahrzeugs im Rahmen einer Simulation nachvollzogen, um die Betriebseinstellungen für die Antriebsstrangkomponenten zu bestimmen und zu optimieren.

Nachteilig hieran ist, dass die auf diese Weise bestimmten Betriebseinstellungen für die Teststrecke und das Fahrverhalten während der Testfahrt optimal sind, nicht aber notwendigerweise optimal sind für eine spätere tatsächliche Nutzung des Nutfahrzeugs.

So ist denkbar, dass ein Anwender das Fahrzeug im Rahmen der tatsächlichen Nutzung für andere Streckenprofile und/oder unter anderen Umweltbedingungen nutzt, als für die ursprüngliche Optimierung zu Grunde gelegt wurden. Ferner ist denkbar, dass sich das Fahrverhalten des späteren Fahrers stark vom Fahrverhalten unterscheidet, das für die ursprüngliche Optimierung, z. B. bei der Testfahrt, zu Grunde gelegt wurde. Zudem ist es möglich, dass unterschiedliche Flottenbetreiber von Nutzfahrzeugflotten unterschiedliche Ziele mit Ihrer Fahrzeugflotte verfolgen und entsprechend unterschiedliche Präferenzen und Anforderungen hinsichtlich der Betriebseinstellungen für Antriebsstrangkomponenten haben. Beispielweise können sich die Präferenzen und Anforderungen je nach Flottenbetreiber hinsichtlich der relativen Gewichtung von Energieeffizienz, durchschnittliche Fahrgeschwindigkeit, Tolerierung von Komponentenverschleiß und Fahrkomfort unterscheiden, was jeweils zu unterschiedlichen optimierten Betriebseinstellungen führen würde, z. B. zu einer unterschiedlichen Schaltapplikation eines automatisierten Getriebes. Entsprechend führt eine anfängliche Festlegung der Betriebseinstellungen dazu, dass diese nicht für unterschiedliche Anforderungen optimal sein können.

Es ist somit eine Aufgabe der Erfindung, eine verbesserte T echnik zur Bestimmung optimierter Betriebseinstellungen für Antriebsstrangkomponenten eines Nutzfahrzeugs bereitzustellen, mit der Nachteile herkömmlicher Techniken vermieden werden können.

Diese Aufgabe wird durch das Verfahren mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen und der Beschreibung angegeben.

Gemäß einem allgemeinen Gesichtspunkt der Erfindung wird ein Verfahren zur Bestimmung optimierter Betriebseinstellungen für Antriebsstrangkomponenten eines Kraftfahrzeugs bereitgestellt. Besonders bevorzugt ist das Kraftfahrzeug ein Nutzfahrzeug, beispielsweise ein Lastkraftwagen oder Omnibus. Mit anderen Worten kann es sich bei dem Fahrzeug um ein Fahrzeug handeln, das durch seine Bauart und Einrichtung zur Beförderung von Personen, zum Transport von Gütern oder zum Ziehen von Anhängerfahrzeugen ausgelegt ist. Vorzugsweise ist das Fahrzeug hierbei eine Sattelzugmaschine, d. h. ein Fahrzeug zum Ziehen eines Sattelaufliegers bzw. Trailers. Besonders bevorzugt handelt es sich bei dem Fahrzeug um eine Sattelzugmaschine ohne einen angekoppelten Sattelauflieger. Das Kraftfahrzeug kann verbrennungsmotorisch angetrieben sein. Alternativ oder zusätzlich kann das Kraftfahrzeug elektromotorisch angetrieben sein, z. B. batterieelektrisch oder brennstoffzellen-basiert angetrieben sein.

Das Verfahren ist vorzugsweise ein computerimplementiertes Verfahren. Die einzelnen Verfahrensschritte können hierbei von unterschiedlichen Recheneinheiten (Computern), die miteinander in Kommunikationsverbindung stehen, durchgeführt werden. Nachfolgend wird das Verfahren anhand eines hervorgehobenen Ausführungsbeispiels eines Nutzfahrzeugs beschrieben, wobei anstelle des beschriebenen Nutzfahrzeugs das Verfahren auch auf ein Kraftfahrzeug anwendbar ist, zumindest betreffend die nicht-nutzfahrzeugspezifischen Aspekte. Das Verfahren umfasst den Schritt einer Übermittlung von sich während einer Fahrt entlang einer Fahrstrecke ergebenden Fahrzeugzustandsdaten des Nutzfahrzeugs (nachfolgend auch kurz als Fahrzeug bezeichnet) und Fahrzeugumfelddaten an eine nutzfahrzeugexterne Recheneinheit.

Die Fahrzeugzustandsdaten und Fahrzeugumfelddaten werden vom Nutzfahrzeug während der Fahrt ermittelt und an die nutzfahrzeugexterne Recheneinheit übermittelt, z. B. drahtlos („over-the-air“) übermittelt. Fahrzeugzustandsdaten sind Daten, die den Zustand des Fahrzeugs während dieser Fahrt identifizieren und/oder charakterisieren und können Werte für antriebsstrangspezifische Betriebsparameter umfassen, was nachfolgend noch beschrieben wird. Anhand der Fahrzeugzustandsdaten kann detailliert der Fahrzeugzustand während der Fahrt nachvollzogen werden, während die Fahrzeugumfelddaten angeben, wo und unter welchen Umgebungsbedingungen (Außentemperatur etc.) die Fahrt stattgefunden hat. Die nutzfahrzeugexterne Recheneinheit kann ein Rechner (Zentralrechner) des Nutzfahrzeugherstellers sein.

Das Verfahren umfasst ferner den Schritt einer Verwendung der übermittelten Fahrzeugzustandsdaten und Fahrzeugumfelddaten durch die Recheneinheit zur Simulation der Fahrt entlang der Fahrstrecke anhand eines hinterlegten Fahrzeugmodells, um aktuelle Betriebseinstellungen für Antriebsstrangkomponenten des Nutzfahrzeugs zu bestimmen und/oder zu bewerten. Anders ausgedrückt können anhand von relevanten Fahrzeugzustandsdaten und Umgebungsdaten (Fahrzeugumfelddaten) die aktuellen Betriebseinstellungen des Nutzfahrzeugs, soweit noch nicht bekannt, mittels einer rechnergestützten Simulation unter Verwendung eines entsprechenden in der Recheneinheit hinterlegten Fahrzeugmodells bestimmt werden. Ferner können die aktuellen Betriebseinstellungen hinsichtlich festlegbarer Zielkriterien bewertet werden.

Das Verfahren umfasst ferner den Schritt einer Durchführung weiterer Simulationen der Fahrt entlang der Fahrstrecke durch die Recheneinheit anhand des hinterlegten Fahrzeugmodells, basierend auf Variationen der bestimmten aktuellen Betriebseinstellungen. Es folgt der Schritt einer Bestimmung optimierter Betriebseinstellungen für Antriebsstrangkomponenten des Nutzfahrzeugs basierend auf einer Bewertung der durchgeführten Simulationen hinsichtlich festlegbarer Zielkriterien. Die Bewertung der Simulationen umfasst eine Bewertung der variierten Betriebseinstellungen, vorzugsweise auch im Vergleich untereinander und zu den aktuellen Betriebseinstellungen, um auf diese Weise diejenigen Betriebseinstellungen auszuwählen, die im Hinblick auf die Zielkriterien optimal sind. Auch dieser Schritt wird vorzugsweise durch die Recheneinheit durchgeführt. Mit anderen Worten werden ausgehend von den aktuellen Betriebseinstellungen diese verändert, um hiermit weitere Simulationen durchzuführen, die dann bewertet werden können, um auf diese Weise optimale oder zumindest verbesserte Betriebseinstellungen für das Nutzfahrzeug bestimmen zu können.

Das Verfahren umfasst ferner den Schritt einer Übermittlung der optimierten Betriebseinstellungen an das Nutzfahrzeug. Die Übermittlung kann beispielsweise mittels einer Drahtlos-Da- tenübertragung erfolgen. Die Übermittlung kann direkt an das im Betrieb befindliche Nutzfahrzeug oder erst bei einem Werkstattaufenthalt erfolgen. Die erfindungsgemäßen Verfahrensschritte werden vorzugsweise für ein bereits im Betrieb befindliches und/oder vom Endkunden betriebenes Nutzfahrzeug durchgeführt.

Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht eine zentralisierte Optimierung von Betriebseinstellungen für bereits beim Endkunden im Praxis-Einsatz befindliche Nutzfahrzeuge. Dies ermöglicht den Einsatz von leistungsstarken Zentralrechnern außerhalb des Nutzfahrzeugs zur Durchführung und Bewertung der Simulationen, vorzugsweise unterstützt durch Methoden des maschinellen Lernens, um die optimierten Betriebseinstellungen zu bestimmen. Hierbei kann vorteilhaft das gebündelte Wissen (Know-How) zum Fahrzeug des Fahrzeugherstellers einfließen. Ferner können vorteilhaft auch Daten von anderen Fahrzeugen in die Analyse und Bestimmung optimierter Betriebseinstellungen einfließen. Ab Werk vorgenommene Betriebseinstellungen können vorteilhaft nachträglich überprüft und für bereits beim Endkunden im Betrieb befindliche Fahrzeuge basierend auf im Praxiseinsatz gewonnene Fahrzeugzustandsund Fahrzeugumfeidaten optimiert werden.

Da die Optimierung der Betriebseinstellungen hinsichtlich festlegbarer Zielkriterien erfolgt, können die Zielkriterien und damit die Optimierung entsprechend flexibel hinsichtlich der Präferenzen des Endkunden festgelegt (angepasst) werden. Es wird somit eine technische Lösung bereitgestellt, um ein Nutzfahrzeug somit auch im späteren Praxis-Einsatz automatisch, bedarfsgerecht und situationsangepasst bezüglich seiner Betriebseinstellungen für Antriebsstrangkomponenten optimieren zu können.

In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung kann der Schritt der Bestimmung optimierter Betriebseinstellungen für die Antriebsstrangkomponenten des Nutzfahrzeugs umfassen:

- eine Auswahl mehrerer Optionen für optimierte Betriebseinstellungen basierend auf unter- schiedlichen Variationen der Betriebseinstellungen, wobei die Auswahl vorzugsweise automatisiert durch die Recheneinheit durchgeführt wird;

- eine Bereitstellung von Informationen betreffend die ausgewählten mehreren Optionen zusammen mit einer Entscheidungsmöglichkeit an einen das Nutzfahrzeug betreibenden Flottenbetreiber zur Auswahl einer vom Flottenbetreiber präferierten Option für optimierte Betriebseinstellungen; und

- das Empfangen der vom Flottenbetreiber mittels der Entscheidungsmöglichkeit ausgewählten präferierten Option zur Bestimmung der optimierten Betriebseinstellungen.

Vorteilhaft wird eine technische Lösung bereitgestellt, mit der ein Flottenbetreiber in die Optimierung der Betriebseinstellung eines oder mehrerer seiner Fahrzeuge eingebunden werden kann. Die vorgenannte Bereitstellung von Informationen zu den mehreren Optionen und das Empfangen der ausgewählten Optionen kann durch ein Kommunikationssystem zur Kommunikation zwischen einem Fahrzeughersteller und dem Flottenbetreiber unterstützt werden und/oder automatisiert erfolgen.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfasst das Verfahren ferner die Schritte der Ermittlung von Nutzfahrzeugen innerhalb einer Flotte von Nutzfahrzeugen, die eine identische oder zumindest ähnliche Antriebsstrangkonfiguration aufweisen, und die Übermittlung der optimierten Betriebseinstellungen an die ermittelten Nutzfahrzeuge der Flotte. Vorteilhaft können die bestimmten optimierten Betriebseinstellungen auch zur Optimierung der Betriebseinstellungen für weitere, insbesondere für hinsichtlich ihrer Antriebsstrangkonfiguration baugleiche oder ähnliche Nutzfahrzeuge der Flotte genutzt werden, ohne dass für jedes der Fahrzeuge eigene Simulationsketten durchgeführt werden müssen.

Vorstehend wurde festgestellt, dass die Bestimmung der optimierten Betriebseinstellungen hinsichtlich festlegbarer Zielkriterien erfolgt. Die festlegbaren Zielkriterien können zumindest eines der folgenden Zielkriterien umfassen: eine Fahrzeit, einen Energie- und/oder Kraftstoffverbrauch, einen betriebsbedingten Verschleiß mindestens einer Komponente des Antriebsstrangs, einen Fahrkomfort, eine Reichweite und eine Durchschnittsgeschwindigkeit des Nutzfahrzeugs. Hierbei werden die Zielkriterien mittels einer, vorzugsweise festlegbaren, Gewichtung zu mindestens einer multikriteriellen Zielfunktion verknüpft.

Derartige Zielkriterien und multikriterielle Zielfunktionen sind an sich aus dem Stand der Technik bekannt. Hierbei wird die Optimierung der Betriebseinstellungen von Antriebsstrangkom- ponenten als ein mehrdimensionales Optimierungsproblem verstanden, das durch eine Zielfunktion beschrieben wird, welche nicht nur physikalische Größen wie den Verbrauch, sondern auch andere Anforderungen wie den betriebsbedingten Verschleiß von Komponenten etc. miteinbeziehen kann.

Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsvariante kann die Festlegung der Zielkriterien und/oder deren Gewichtung oder die Auswahl einer Zielfunktion aus der mindestens einen Zielfunktion durch eine Benutzereingabe und/oder durch Abfrage aus einer Datenbank erfolgen. In einer entsprechenden Datenbank kann eine Kundenpräferenz zur Festlegung der Zielkriterien und/oder deren Gewichtung und/oder zur Auswahl der Zielfunktion gespeichert sein. Die Benutzereingabe kann mittels einer zweckmäßig ausgeführten Webseite, eines Applikationsprogramms oder allgemein eines Kommunikationssystems erfolgen, das die Benutzereingabe erfasst und an die Recheneinheit zur Durchführung der Simulationen übermittelt.

Diese Ausführungsvariante bietet den Vorzug, dass ein Endkunde, insbesondere ein Flottenbetreiber, die Optimierung der Betriebseinstellungen auf einfache und transparente Weise beeinflussen und die Vorgaben hierfür ändern kann. Beispielsweise ist denkbar, dass ein Flottenbetreiber feststellt, dass es vermehrt zu verschleißbedingten Fahrzeugausfällen bestimmter Antriebsstrangkomponenten kommt. Als Reaktion hierauf könnte der Flottenbetreiber ein entsprechendes Zielkriterium, das einen betriebsbedingten Verschleiß der entsprechenden Komponente des Antriebsstrangs minimiert, stärker gewichten.

In einer weiteren Ausführungsform erfolgt die vorstehend beschriebene Durchführung weiterer Simulationen und die Bestimmung der optimierten Betriebseinstellungen mittels und/oder unterstützt durch Methoden des maschinellen Lernens. Vorzugsweise handelt es sich dabei um Künstliche Intelligenz, Kl-basierte Verfahren, z. B. unter Verwendung eines künstlichen neuronalen Netzes. Derartige Methoden sind besonders geeignet für die Verarbeitung großer Datenmengen. Der Einsatz derartiger Methoden erleichtert auch die Anwendung des Verfahrens zur möglichst automatisierten Bestimmung optimierter Betriebseinstellungen für eine Vielzahl von Fahrzeugen unter Verarbeitung großer Datenmengen, z. B. in Form der Fahrzeugzustandsdaten und Fahrzeugumfelddaten.

In einer Ausführungsform der Erfindung kann die Durchführung weiterer Simulationen und die Bestimmung der optimierten Betriebseinstellungen für ausgewählte Betriebseinstellungen durchgeführt werden, die vorzugsweise mindestens einer Fahrzeugfunktion entsprechen. Die ausgewählten Betriebseinstellungen und/oder die mindestens eine Fahrzeugfunktion werden dabei durch eine Benutzereingabe und/oder durch Abfrage aus einer Datenbank ausgewählt. In der Datenbank ist vorzugsweise eine Kundenpräferenz zur Festlegung der zu optimierenden Auswahl an Betriebseinstellungen und/oder Fahrzeugfunktionen gespeichert. Ein Vorteil dieser Ausführungsform ist, dass optimierte Betriebseinstellungen gezielt für bestimmte, z. B. von einem Kunden auswählbare Fahrzeugfunktion durchgeführt werden können. Lediglich beispielhaft kann eine solche Fahrzeugfunktion eine Kühlfunktion bzw. ein Kühlsystem des Antriebsstrangs sein. In diesem Fall werden somit nur Betriebseinstellungen optimiert, die die Kühlfunktion bzw. das Kühlsystem betreffen.

Vorstehend wurde festgestellt, dass die Fahrzeugzustandsdaten und Fahrzeugumfelddaten zur Simulation der Fahrt entlang der Fahrstrecke anhand eines hinterlegten Fahrzeugmodells verwendet werden. Das Fahrzeugmodell kann ein Längsdynamikmodell zur Abbildung der Fahrzeuglängsdynamik und/oder ein thermodynamisches Antriebsstrangmodell zur Abbildung thermischer Effekte umfassen. Derartige Fahrzeugmodelle sind fahrzeugspezifisch hinsichtlich der speziellen Antriebsstrangkonfiguration und aus dem Stand der Technik an sich in unterschiedlichen Ausführungen wohlbekannt und daher hier nicht näher beschrieben. Fahrzeugherstellerverwenden üblicherweise derartige Fahrzeugmodelle, um im Rahmen der Fahrzeugentwicklung entsprechende Simulationen durchzuführen, wie es eingangs bereits erwähnt wurde.

Die Fahrzeugumfelddaten umfassen vorzugsweise Ortsdaten und/oder GPS-Daten, d. h. Daten zum aktuellen Ort und/oder zur aktuellen Fahrstrecke, wie z. B. Höhe-/Gefälledaten der Fahrstrecke. Die Fahrzeugumfelddaten können ferner Wetterdaten, vorzugsweise Wetterdaten zur Umgebungstemperatur und/oder Windgeschwindigkeit umfassen, die während der Fahrt entlang der Fahrstrecke auftreten. Wetterdaten wie die Umgebungstemperatur beeinflussen beispielsweise die Schaltpunkte für eine optimierte Lüfterzuschaltung und/oder die optimale Geschwindigkeitswahl während einer Bergfahrt im Hinblick auf die Kühlleistung eines Antriebsstrangkühlsystems. Je genauer die Fahrzeugumfelddaten bekannt sind, desto zuverlässiger können die aktuellen Betriebseinstellungen simuliert und anschließend optimiert werden.

In einer Ausführungsform können die Betriebseinstellungen einen Verlauf, vorzugsweise einen gesteuerten oder geregelten Verlauf, mindestens einer Zustandsgröße mindestens einer Antriebsstrangkomponente umfassen. Die optimierten Betriebseinstellungen umfassen dabei einen hinsichtlich der festlegbaren Zielkriterien optimalen Verlauf, vorzugsweise optimale Steuerung oder Regelung, der mindestens einen Zustandsgröße. Die mindestens eine Zustandsgröße kann dabei zumindest eine der folgenden Zustandsgrößen umfassen: eine Geschwindigkeitswahl des Fahrzeugs, eine Gangwahl, Schaltzeitpunkte und/oder Schaltdrehzahlen für ein automatisiertes Getriebe, einen Ladezustand eines Energiespeichers zur Bereitstellung elektrischer Antriebsenergie in einem Hybrid- oder Elektroantriebsstrang, eine Kühlmitteltemperatur eines Primär- oder Sekundärkühlkreislaufs eines Antriebsstrangs, Ein- und Ausschaltzeitpunkte eines Lüfters zur Motorkühlung und/oder einer Pumpe eines Primär- oder Sekundärkühlkreislaufs des Antriebsstrangs, Schaltzeitpunkte für einen Retarder, Zuschaltzeitpunkte eines elektrischen Hilfsantriebs und eine Leistungsverteilung zwischen einer Sattelzugmaschine und einem Auflieger und/oder Anhänger. Die Optimierung der Betriebseinstellungen für diese Zustandsgrößen ermöglicht eine besonders vorteilhafte Optimierung des Antriebsstrangbetriebs.

In einer Ausführungsform umfasst die Variation der bestimmten aktuellen Betriebseinstellungen eine Variation von im Rahmen von Regel- und/oder Steuerungsprozessen automatisiert einstellbaren Betriebsparametern und/oder Zustandsgrößen der Antriebsstrangkomponenten. Die entsprechenden Regel- und/oder Steuerungsprozesse können somit optimiert werden. Eine Zustandsgröße meint in diesem Fall eine Größe, die den Zustand einer Antriebsstrangkomponente beschreibt. Dabei kann es sich zum Beispiel um eine Kühlmitteltemperatur oder einen ausgewählten Gang handeln.

Alternativ oder zusätzlich kann die Variation der bestimmten aktuellen Betriebseinstellungen zumindest eine der folgenden fahrzeugbedingten Modifikationsmöglichkeiten umfassen: einen Reifendurchmesser und ein Gesamtgewicht, vorzugsweise ein Zuggesamtgewicht eines als Sattelzugmaschine ausgeführten Nutzfahrzeugs. So kann beispielsweise im Rahmen der verfahrensgemäßen Optimierung erkannt werden, dass eine andere Bereifung für das Nutzfahrzeug vorteilhaft wäre, z. B. zur Verbesserung der Kraftstoffeffizienz oder Reduzierung des Reifenverschleißes.

Alternativ oder zusätzlich kann die Durchführung weiterer Simulationen der Fahrt entlang der Fahrstrecke ferner eine Variation von zumindest einer der folgenden Umgebungsparameter umfassen: eine Umgebungstemperatur und Fahrbahnsteigung. Bei beiden Variationen handelt es sich um Parameter, die selbst nicht im Rahmen von Betriebseinstellungen eines Fahrzeugs beeinflusst werden können. Diese können jedoch die optimale Einstellung anderer Betriebseinstellungen der Antriebsstrangkomponenten beeinflussen, so dass auf diese Weise z. B. verbesserte Betriebseinstellungen des Fahrzeugs in Abhängigkeit der Umgebungstemperatur und/oder Fahrbahnsteigung vorgenommen werden können. Gemäß einem weiteren Aspekt kann das beschriebene Nutzfahrzeug eine Sattelzugmaschine mit einem Auflieger sein, wobei die Fahrzeugdaten vorzugsweise Ladungsdaten des Aufliegers umfassen. Vorzugsweise umfassen die Ladungsdaten Daten zum Gewicht und/oder Volumen der Ladung. Damit kann darauf eingegangen werden, dass sich optimale Betriebseinstellungen in Abhängigkeit von der Beladung ändern können. So kann beispielsweise für ein schwer beladenes Fahrzeug eine andere Gangwahl während einer Bergfahrt sinnvoll sein, als für ein Fahrzeug mit niedrigem Beladungsgewicht.

Die zuvor beschriebenen bevorzugten Ausführungsformen und Merkmale der Erfindung sind beliebig miteinander kombinierbar. Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden im Folgenden unter Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.

Es zeigen:

Figur 1 ein schematisches Ablaufdiagramm zur Illustration eines Verfahrens gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;

Figur 2 ein schematisches Ablaufdiagramm zur Illustration eines Verfahrens gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung;

Figur 3 eine schematische Darstellung einer Datenkommunikation im Rahmen des Verfahrens gemäß einer Ausführungsform; und

Figur 4 eine schematische Darstellung einer Übermittlung von Fahrzeugzustandsdaten und Fahrzeugumfelddaten im Rahmen des Verfahrens gemäß einer Ausführungsform.

Gleiche oder funktional äquivalente Elemente sind in allen Figuren mit denselben Bezugszeichen bezeichnet und sind zum Teil nicht gesondert beschrieben.

Figur 1 zeigt ein schematisches Ablaufdiagramm zur Illustration eines Verfahrens zur Bestimmung optimierter Betriebseinstellungen für Antriebsstrangkomponenten eines Nutzfahrzeugs gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. In der nachfolgenden Beschreibung der Verfahrensschritte der Figur 1 (und der Figur 2) wird auch Bezug genommen auf die Figuren 3 und 4. Das Verfahren umfasst den Schritt S20 einer Erfassung und Übermittlung von sich während einer Fahrt entlang einer Fahrstrecke ergebenden Fahrzeugzustandsdaten 5 eines Nutzfahrzeugs und von Fahrzeugumfelddaten 6 an eine nutzfahrzeugexterne Recheneinheit. Diese Fahrzeugzustandsdaten 5 sind Daten, die den Zustand des Fahrzeugs während dieser Fahrt identifizieren und/oder charakterisieren. Hierbei können Werte für antriebsstrangspezifische Betriebsparameter erfasst werden, d. h. Betriebsdaten von Systemen und Komponenten erfasst werden, die zur Steuerung oder Regelung von Antriebsstrangkomponenten eingesetzt werden, z. B. Betriebsdaten eines Verbrennungsmotors, eines automatisierten Schaltgetriebes und dessen Schaltapplikation und/oder eines E-Motors (je nach Antriebsart des Fahrzeugs), Betriebsdaten zum Kühlsystem der Antriebsstrangkomponenten, zu einem Retarder und einer Leistungsverteilung zwischen Sattelzugmaschine und Auflieger/Anhänger. Lediglich beispielhaft können die Fahrzeugzustandsdaten 5 die erfasste Fahrzeuggeschwindigkeit und bei verbrennungsmotorisch angetriebenen Fahrzeugen, der Gangschaltverlauf entlang der Fahrstrecke, Betriebsdaten zum Kühlsystem der Antriebsstrangkomponenten, z. B. Kühlmitteltemperaturen, sowie Daten zum Energieverbrauch einzelner Antriebsstrangkomponenten umfassen.

Derartige Fahrzeugzustandsdaten 5 können vom Nutzfahrzeug 3 entlang der Fahrstecke 4 in an sich bekannter mittels der im Nutzfahrzeug verbauten Steuergeräte und Sensorik gesammelt werden. Anhand der ermittelten Fahrzeugzustandsdaten kann detailliert der Fahrzeugzustand während der Fahrt entlang der Fahrstrecke 4 nachvollzogen werden.

Die gesammelten Fahrzeugumfelddaten 6 geben an, wo und unter welchen Umgebungsbedingungen (Außentemperatur etc.) die Fahrt entlang der Fahrstrecke 4 stattgefunden hat. Die Fahrzeugumfelddaten 6 umfassen vorzugsweise Ortsdaten und/oder GPS-Daten, d. h. Daten zum aktuellen Ort und/oder zur aktuellen Fahrstrecke 4, wie z. B. Höhe-/Gefälledaten oder Geschwindigkeitsbegrenzungen der Fahrstrecke 4. Die Fahrzeugumfelddaten können ferner Wetterdaten, vorzugsweise Wetterdaten zur Umgebungstemperatur, zur Jahreszeit und/oder Windgeschwindigkeit umfassen, die während der Fahrt entlang der Fahrstrecke auftreten, o- der sich hieraus ergebende Daten zum Rollwiderstand des Fahrzeugs. Die Fahrzeugumfelddaten zur Fahrstrecke selbst können aus dem Fahrzeugnavigationssystem erhalten werden, Umfelddaten zur Umgebung, wie Wetterdaten, können aus einer Wetterdatenbank abgefragt werden und/oder mittels entsprechender Umfeldsensorik des Fahrzeugs erfasst werden.

Welche Fahrzeugzustandsdaten 5 und Fahrzeugumfelddaten 6 hierbei erfasst und übermittelt werden, hängt unter anderen von der spezifischen Antriebstrangkonfiguration des Fahrzeugs ab, ferner davon, für welche Antriebsstrangkomponente(n) 2 die Betriebseinstellungen optimiert werden sollen, sowie von der speziellen Ausführung der Optimierungsberechnung, d. h., welche Daten hierfür benötigt werden.

Die vom Nutzfahrzeug 3 ermittelten Fahrzeugzustandsdaten 5 und Fahrzeugumfelddaten 6 werden drahtlos 9 an eine nutzfahrzeugexterne Recheneinheit 7 ermittelt, z. B. mittels einer Datenkommunikationseinheit des Nutzfahrzeugs 3, die hierfür z. B. eine Mobilfunkdatenverbindung nutzen kann. Die nutzfahrzeugexterne Recheneinheit kann ein leistungsstarker Rechner (Zentralrechner) 7 des Nutzfahrzeugherstellers sein (vgl. Figur 3).

Der Rechner 7 verwendet die übermittelten Fahrzeugzustandsdaten 5 und Fahrzeugumfelddaten 6 um rechnergestützt die Fahrt entlang der Fahrstrecke anhand eines hinterlegten Fahrzeugmodells 8 zu simulieren, d. h. durch Simulation nachzuvollziehen (Schritt S40). Mittels dieser Simulation können die aktuellen Betriebseinstellungen für die Antriebsstrangkomponenten des Nutzfahrzeugs bestimmt werden (sofern noch nicht bekannt). Ferner können die aktuellen Betriebseinstellungen hinsichtlich festlegbarer Zielkriterien bewertet werden.

Anschließend werden weitere Simulationen der Fahrt entlang der Fahrstrecke durch die Recheneinheit anhand des hinterlegten Fahrzeugmodells durchgeführt (Schritt S60). Für diese Simulationen werden die aktuellen Betriebseinstellungen jedoch verändert (variiert). Es folgt der Schritt S80 einer Bestimmung optimierter Betriebseinstellungen für Antriebsstrangkomponenten 2 des Nutzfahrzeugs basierend auf einer Bewertung der durchgeführten Simulationen hinsichtlich festlegbarer Zielkriterien.

Die Bewertung der Simulationen umfasst eine Bewertung der variierten Betriebseinstellungen, vorzugsweise auch im Vergleich untereinander und zu den aktuellen Betriebseinstellungen, um auf diese Weise diejenigen Betriebseinstellungen auszuwählen, die im Hinblick auf die Zielkriterien optimal sind. Auch dieser Schritt wird durch die Recheneinheit 7 durchgeführt. Mit anderen Worten werden ausgehend von den aktuellen Betriebseinstellungen diese verändert, um hiermit weitere Simulationen durchzuführen, die dann bewertet werden können, um auf diese Weise optimale oder zumindest verbesserte Betriebseinstellungen für das Nutzfahrzeug bestimmen zu können. Als Ergebnis können sich beispielsweise veränderte Grenztemperaturen zur Steuerung von Komponenten des Antriebsstrangkühlsystems ergeben, oder veränderte Schaltdrehzahlen für ein automatisiertes Schaltgetriebe. Je nachdem welche Betriebseinstellungen, d. h., für welche Komponente oder für welches Teilsystem des Antriebsstrangs, bestimmt und/oder bewertet werden sollen, ist zweckmäßig ein hierfür geeignetes Fahrzeug(teil)modell und die hierfür benötigten Fahrzeugzustandsdaten und Fahrzeugumfelddaten zu verwenden. Lediglich beispielhaft kann für die Betriebseinstellungen des Kühlsystems des Nutzfahrzeugs in an sich bekannter Weise ein thermodynamisches Antriebsstrangmodell zur Abbildung thermischer Effekte als Fahrzeugmodell verwendet werden und als Fahrzeugzustandsdaten Daten wie die Temperatur und der Druck im Kühlkreislauf etc. und als Fahrzeugumfelddaten diesbzgl. umgebungsbedingte Einflussparameter wie die Umgebungstemperatur verwendet werden.

Hierbei ist es vorteilhaft, die Simulationen und die Bestimmung der optimierten Betriebseinstellungen mittels und/oder unterstützt durch Methoden des maschinellen Lernens durchzuführen. Aufgrund der großen zu verarbeitenden Datenmengen und komplexen Modelle ist es vorteilhaft, hier auf Künstliche Intelligenz, Kl-basierte Verfahren unter Verwendung eines künstlichen neuronalen Netzes zurückzugreifen.

Für die Simulationen der Schritte S40 und S60 und die Bewertung der Simulationen in Schritt S80 können an sich bekannte Fahrzeugmodelle 8 verwendet werden, die ein Längsdynamik- modell zur Abbildung der Fahrzeuglängsdynamik und ein thermodynamisches Antriebsstrangmodell zur Abbildung thermischer Effekte umfassen. Die Simulation des Fahrzeugverhaltens unter Verwendung solcher Modelle im Rahmen der Fahrzeugentwicklung ist an sich aus der Praxis bekannt. Hierfür können auch kommerzielle Softwarepakete zur multiphysikalischen Modellierung des Antriebsstrangs verwendet werden, wie z. B. Matlab® und Simulink® von MathWorks und GT-SUITE® von Gamma-Technologies. Derartige kommerzielle Softwarepakete für die Fahrzeugentwicklung enthalten mittlerweile auch sog. Künstliche Intelligenz, Kl- Module, die eine entsprechende Kl-basierte Simulationen unter Verwendung von Fahrzeugmodellen unterstützen. Als Trainingsdaten können zunächst die Fahrzeugumfelddaten und Fahrzeugzustandsdaten verwendet werden, die bei Testfahrten des Nutzfahrzeugs im Rahmen von dessen Entwicklung gewonnen wurden. Mit der Zeit können jedoch die durch die Anwendung des Verfahrens fortlaufend hinzukommenden, neuen Fahrzeugzustandsdaten und Fahrzeugumfelddaten verwendet werden, um mit diesen Daten das Kl-basierte Verfahren und/oder das verwendete künstliche neuronale Netz etc. fortlaufend zu trainieren.

Für eine mögliche Umsetzung wird lediglich beispielhaft ferner verwiesen auf die Veröffentlichung: „Ein multiphysikalisches Simulationsmodell zur Bewertung von Antriebs- und Wär- memanagementkonzepten im Kraftfahrzeug“, Christian Haupt, Technische Universität München, veröffentlicht unter: http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:91 - diss-20130307-1 1 14641 -0-4. Die Veröffentlichung beschreibt einerseits ein mögliches Fahrzeugmodell zur Modellierung der Fahrzeuglängsdynamik und zur Modellierung der thermischen Prozesse des Antriebsstrangs, die einen signifikanten Einfluss auf den Kraftstoffverbrauch aufweisen. Die Veröffentlichung beschreibt ferner die Bestimmung von Betriebseinstellungen von Antriebsstrangkomponenten, unterstützt durch eine Kl-basierte Simulierung und Bewertung unter Verwendung künstlicher neuronaler Netze. Ferner nennt die Veröffentlichung beispielhaft kommerzielle Softwarepakete, die geeignet sind, um auf Basis eines Fahrzeugmodells entsprechende Simulationen für Betriebseinstellungen von Antriebsstrangkomponenten durchzuführen und diese Kl-basiert zu bewerten. Die Durchführung der Schritte S40 bis S80 kann optional basierend auf dem Fahrzeugmodell dieser Veröffentlichung und unter Zuhilfenahme der dort beschriebenen Simulationen und Softwarepakete umgesetzt werden. Die diesbzgl. Aspekte dieser Veröffentlichung werden hiermit unter Bezugnahme mit aufgenommen.

Vorstehend wurde festgestellt, dass in Schritt S80 eine Bestimmung optimierter Betriebseinstellungen für Antriebsstrangkomponenten des Nutzfahrzeugs basierend auf einer Bewertung der durchgeführten Simulationen hinsichtlich festlegbarer Zielkriterien erfolgt. Die Zielkriterien umfassen mehrere der folgenden Zielkriterien: eine Fahrzeit, einen Energie- und/oder Kraftstoffverbrauch, einen betriebsbedingten Verschleiß mindestens einer Komponente des Antriebsstrangs und ggf. weitere Zielkriterien. Die Zielkriterien werden mittels einer festlegbaren Gewichtung zu mindestens einer multikriteriellen Zielfunktion verknüpft. Die Optimierung der Betriebseinstellungen von Antriebsstrangkomponenten wird dabei als ein mehrdimensionales Optimierungsproblem verstanden, das durch eine derartige Zielfunktion beschrieben wird. Hierbei werden Teilkostenfunktionen korrespondierend zu den einzelnen Zielkriterien zu einer Gesamtkostenfunktion (Gütefunktional) mittels einer Summierung kombiniert.

Mittels dieser Gesamtkostenfunktion bzw. dem Gütefunktional können nun die einzelnen Simulationen, denen jeweils unterschiedliche Betriebseinstellungen zugrunde liegen, bewertet werden. Als Ergebnis können diejenigen variierten Betriebseinstellungen erhalten werden, die diesbzgl. optimal sind. Diese können dann als optimierte Betriebseinstellungen festgelegt werden. Die Zielkriterien, Gewichtungen von Zielkriterien, und die multikriterielle Zielfunktionen können in der Recheneinheit 7 oder in einer Datenbank 12 hinterlegt sein, auf die die Recheneinheit 7 zugreifen kann. Ferner können Kundenpräferenzen zur Festlegung der Zielkriterien und/oder deren Gewichtung sowie Präferenzen zur Auswahl von Zielfunktionen und zu optimierenden Fahrzeugfunktionen in der Datenbank 12 gespeichert sein.

Im Rahmen der Schritte S40 bis S80 können optimierungsfähige, sowie auch unplausible oder fehlerhafte Applikationsvorgänge im Fahrzeug erkannt werden. Diese sind zum Beispiel kurzfristige Retarderzuschaltungen, kurze Lüfterzuschaltungen, unplausible Schaltungen oder Schaltpendel. Anhand von vorher festgelegten Schwellenwerten wie z. B. Dauer der Zuschaltung oder Anzahl von Schaltungen in einem definierten Zeitraum kann festgestellt werden, dass ein verbesserungsfähiger Zustand vorliegt.

Anschließend können diese optimierten Betriebseinstellungen 1 an das Nutzfahrzeug 3 zurückübertragen werden (Schritt S100), um dort die Betriebseinstellungen entsprechend den optimierten Betriebseinstellungen anzupassen. Die Übermittlung kann direkt drahtlos („over- the-air“) an das im Betrieb befindliche Nutzfahrzeug 3 oder erst verzögert bei einem zukünftigen Werkstattaufenthalt erfolgen. Es besteht alternativ auch die Möglichkeit, die optimierten Betriebseinstellungen an einen Flottenbetreiber 10 des Nutzfahrzeugs 3 zu übermitteln, der dann die optimierte Betriebseinstellung an das Nutzfahrzeug 3 überspielt.

Figur 2 zeigt ein schematisches Ablaufdiagramm zur Illustration eines Verfahrens gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung.

Eine Besonderheit dieser Ausführungsvariante ist, dass ein Endkunde des Nutzfahrzeugs, insbesondere ein Flottenbetreiber, in die Optimierung der Betriebseinstellungen einbezogen werden kann.

Gemäß dieser Ausführungsform umfasst die Bestimmung S80 der optimierten Betriebseinstellungen zunächst, dass in Schritt S82 eine Auswahl mehrerer Optionen für optimierte Betriebseinstellungen 1 basierend auf unterschiedlichen Variationen der Betriebseinstellungen erfolgt.

Die mehreren Optionen können z. B. in Form unterschiedlicher Fahrszenarien bereitgestellt werden. Die mehreren Fahrszenarien können lediglich beispielhaft ein erstes Fahrszenario („verbrauchsoptimierter Fährbetrieb“) umfassen, dass von allen Fahrszenarien am stärksten hinsichtlich Energieverbrauchseffizienz, z. B. Kraftstoffeffizienz, optimiert ist. D. h., dieses erste Fahrszenario entspricht Betriebseinstellungen für Antriebsstrangkomponenten, die einen möglichst geringen Energieverbrauch, z. B. Kraftstoffverbrauch, des Nutzfahrzeugs ermöglichen. Die mehreren Fahrszenarien können ferner z. B. ein zweites Fahrszenario („zeitoptimierter Fährbetrieb“) umfassen, dass am stärksten hinsichtlich möglichst kurzer Fahrzeit und/oder möglichst hoher durchschnittlicher Fahrgeschwindigkeit optimiert ist (und weniger stark auf Kraftstoffeffizienz optimiert ist). D. h., dieses zweite Fahrszenario entspricht Betriebseinstellungen, die einen möglichst schnellen Fährbetrieb ermöglichen, auch wenn dies zu Lasten der Kraftstoffeffizienz geht.

Die Auswahl der Optionen bzw. Fahrszenarien kann beispielsweise durch den Rechner 7 erfolgen, in dem für jede der Optionen bzw. für jedes Fahrszenario eine unterschiedliche Gesamtkostenfunktion zur Bewertung der Simulationen und variierten Betriebseinstellungen verwendet wird. Für das erste Fahrszenario („verbrauchsoptimierter Fährbetrieb“) ist der Energieverbrauch als Zielkriterium besonders stark im Vergleich zu anderen Zielkriterien gewichtet, während für das zweite Fahrszenario („zeitoptimierter Fährbetrieb“) eine Fahrzeit als Zielkriterium besonders stark im Vergleich zu anderen Zielkriterien gewichtet ist.

Im Schritt S84 können dann die Informationen 11 betreffend die ausgewählten mehreren Optionen, zusammen mit einer Entscheidungsmöglichkeit an einen das Nutzfahrzeug 3 betreibenden Flottenbetreiber 10 zur Auswahl einer vom Flottenbetreiber 10 präferierten Option für optimierte Betriebseinstellungen 1 bereitgestellt werden. Diese kann sich dann für eine der Optionen entscheiden und dies auswählen.

Gemäß dieser Ausführungsform kann ein Betreiber von Nutzfahrzeugen somit ein für ihn vorteilhaftes Fahrszenario oder allgemein eine für ihn vorteilhafte Option für optimierte Betriebseinstellungen auswählen. Für eine erste Fahrzeugflotte, deren Betriebskosten möglichst niedrig ausfallen sollen, kann das erste Fahrszenario vorteilhaft sein, während für eine zweite Fahrzeugflotte, die für schnelle Warenlieferungen genutzt wird, dagegen das zweite Fahrszenario vorteilhaft sein kann. Je nach präferierter Option ergeben sich bei der Bestimmung der optimierten Betriebseinstellungen eine eher verbrauchsoptimierte oder eher zeitoptimierte Fahrweise des Nutzfahrzeugs, z. B. durch unterschiedliche Schaltapplikationen bei einem automatisierten Getriebe oder einem unterschiedlichen Beschleunigungsverhalten bei einem Betriebsmodus mit einer automatisierten Längsführung des Fahrzeugs.

Die vom Flottenbetreiber 10 mittels der Entscheidungsmöglichkeit 11 ausgewählten präferierten Option zur Bestimmung der optimierten Betriebseinstellungen 1 kann dann wieder zurück zum Rechner 7 übermittelt und von diesem empfangen werden. Die Bereitstellung von Informationen betreffend die ausgewählten mehreren Optionen zusammen mit einer Entscheidungsmöglichkeit an einen das Nutzfahrzeug betreibenden Flottenbetreiber kann über eine Webseite, ein Applikationsprogramm („App“) oder dergleichen erfolgen, um auf diese Weise dem Flottenbetreiber über die auswählbaren Optionen zu informieren. Hierzu können Informationen zu den Optionen bereitgestellt werden, um diese zu erläutern, z. B. wie sich diese hinsichtlich Kraftstoffeffizienz, durchschnittliche Zeitersparnis pro Strecke etc. unterscheiden. Die Entscheidungsmöglichkeit kann dadurch realisiert werden, dass eine der Optionen vom Flottenbetreiber auswählbar ist, z. B. über ein angezeigtes Auswahlmenü anklickbar ist. Das Ergebnis dieser Benutzereingabe 13 wird an die Recheneinheit 7 übermittelt, um auf Basis der ausgewählten Option die optimierten Betriebseinstellungen festzulegen, die an das Nutzfahrzeug übermittelt werden.

Auf Figur 2 unten ist anhand der Schritte S102 und S104 eine weitere Ausführungsvariante illustriert, die den Schritt S100 betrifft. Die Besonderheit dieser Ausführungsvariante liegt darin, dass die ermittelten optimierten Betriebseinstellungen auch zur Aktualisierung bzw. Optimierung der Betriebseinstellungen für weitere, insbesondere für baugleiche oder ähnliche Nutzfahrzeuge der Flotte genutzt werden, ohne dass für jedes der Fahrzeuge eigene Simulationsketten durchgeführt werden müssen.

Hierzu erfolgt in Schritt S102 eine Ermittlung von Nutzfahrzeugen 3 innerhalb einer Flotte von Nutzfahrzeugen, die eine identische oder zumindest ähnliche Antriebsstrangkonfiguration aufweisen. Beispielsweise kann anhand der optimierten Betriebseinstellung bzw. der sich hieraus ergebenden geänderten Parameter geprüft werden, inwieweit die Optimierung auf Fahrzeuge mit ähnlicher Konfiguration übertragen werden kann, z. B. weil diese mit der gleichen oder einer ähnlichen Antriebsstrangkonfiguration ausgestattet sind, bei denen die geänderten Parameter ebenfalls anwendbar sind. Anschließend erfolgt eine Übermittlung S104 der optimierten Betriebseinstellungen 1 an die so ermittelten Nutzfahrzeuge 3 der Flotte. Die Übermittlung kann möglichst zeitnah drahtlos „over the air“ direkt an die entsprechenden Nutzfahrzeuge erfolgen oder falls Fahrzeuge nicht „over the air“ erreichbar sind, auch zeitverzögert, sobald wieder eine Datenverbindung möglich ist oder beim nächsten Werkstattaufenthalt. Bei geänderten Betriebseinstellungen, die als sicherheitskritisch eingestuft werden, sollte generell der schnellstmögliche Datentransfer sichergestellt werden.

Hierbei ist möglich, dass die optimierten Betriebseinstellungen zuerst an den Flottenbetreiber übermittelt werden und dieser dann die optimierten Betriebseinstellungen auf die entsprechenden Fahrzeuge seiner Flotte aufspielen lässt. Entsprechend ermöglicht diese Technik einem Flottenbetreiber, Betriebseinstellungen für ganze Teile seiner Fahrzeugflotte schnell zu optimieren.

Obwohl die Erfindung unter Bezugnahme auf bestimmte Ausführungsbeispiele beschrieben worden ist, ist es für einen Fachmann ersichtlich, dass verschiedene Änderungen ausgeführt werden können und Äquivalente als Ersatz verwendet werden können, ohne den Bereich der

Erfindung zu verlassen. Auch wenn das Verfahren insbesondere für den hervorgehobenen Fall eines Nutzfahrzeugs beschrieben wurde, ist das Verfahren auch allgemein zur Bestimmung optimierter Betriebseinstellung eines Kraftfahrzeugs anwendbar und soll diesbzgl. auch als offenbart gelten. Insofern Beispiele von Flottenbetreibern von Nutzfahrzeugen beschrieben ist, sollen diese Bespiele auch für Betreiber von Kraftfahrzeugflotten gelten. Folglich soll die

Erfindung nicht auf die offenbarten Ausführungsbeispiele begrenzt sein, sondern soll alle Ausführungsbeispiele umfassen, die in den Bereich der beigefügten Patentansprüche fallen. Insbesondere beansprucht die Erfindung auch Schutz für den Gegenstand und die Merkmale der Unteransprüche unabhängig von den in Bezug genommenen Ansprüchen.

Bezugszeichenliste

1 Optimierte Betriebseinstellungen

2 Antriebsstrangkomponenten

3 Nutzfahrzeug 4 Fahrstrecke

5 Fahrzeugzustandsdaten

6 Fahrzeugumfelddaten

7 Nutzfahrzeugexterne Recheneinheit

8 Hinterlegtes Fahrzeugmodell 9 Drahtlos-Datenübertragung

10 Flottenbetreiber

11 Informationen und Entscheidungsmöglichkeit

12 Datenbank

13 Benutzereingabe