Titel

Verfahren zur Unterstützung eines Fahrers zum Aufladen einer Fahrzeugbatterie während des Fahrbetriebes des Kraftfahrzeuges und eine Vorrichtung zur Unter- Stützung eines Fahrers eines Kraftfahrzeuges zur Aufladung einer Fahrzeugbatterie während des Fahrbetriebes

Stand der Technik Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Unterstützung eines Fahrers beim Aufladen einer Fahrzeugbatterie während des Fahrbetriebes des Kraftfahrzeuges, bei welchem dem Fahrer während dem Fahrbetrieb Informationen zur optimalen Einstellung eines Fahrpedals angezeigt werden sowie eine Vorrichtung zur Unterstützung eines Fahrers eines Kraftfahrzeuges zur Aufladung einer Fahrzeugbat- terie während des Fahrbetriebes.

Aus der DE 10 2010 041 544 A1 ist ein Fahrerassistenzsystem zur Unterstützung des Fahrers zum verbrauchskontrollierten Fahren bekannt, welcher den Fahrer beim Fahren durch geeignete Hinweise unterstützt. Dabei wird die Fahrpedal- kennlinie des Gaspedals ausgewertet. Infolge dieser Auswertung werden an den

Fahrer über ein Anzeigesystem Informationen ausgegeben, so dass der Fahrer bei der Betätigung des Fahrpedals unterstützt wird, um einen reduzierten Kraftstoffverbrauch während der Fahrt einzustellen. Moderne Kraftfahrzeuge weisen einen elektrischen Generator auf, mittels welchem das Abbremsen des Kraftfahrzeuges energetisch genutzt wird, indem die Versorgungsspannung am elektrischen Generator angehoben wird. Dadurch wird die mechanische Energie der sich bewegenden Fahrzeugmasse als elektrische Energie in eine Fahrzeugbatterie abgespeichert, welche eine Spannung von 12 V, 24 V oder 48 V aufweist. Gleichzeitig bremst der Generator über das geforderte mechanische Moment das Fahrzeug ab. Die mechanische Bewegung wird dabei in Batterieladung umgewandelt, was als Rekuperation bezeichnet wird. Bei einer ungünstigen Betätigung des Bremspedals des Fahrzeuges wird nur wenig mechanische Energie in Batterieladung umgewandelt. Der größte Teil der mechanischen Energie wird über die Bremsbeläge des Kraftfahrzeuges in Wärmeenergie umgewandelt und an die Umgebung abgegeben.

Offenbarung der Erfindung Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Unterstützung eines Fahrers beim Aufladen einer Fahrzeugbatterie während des Fahrbetriebes des Kraftfahrzeuges anzugeben, bei welchem die beim Bremsvorgang entstehende mechanische Energie der Fahrzeugmasse des Kraftfahrzeuges optimal in Batterieladung umgewandelt wird.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass zum Aufladen der Fahrzeugbatterie ein Abbremsen des Kraftfahrzeuges energetisch bewertet wird und aus dieser Bewertung eine Information für den Fahrer zur optimalen Betätigung eines Bremspedals abgeleitet wird. Dies hat den Vorteil, dass das Brems- verhalten des Fahrers der optimalen Ladestrategie der Fahrzeugbatterie ange- passt wird. Durch die Auswertung des Verhältnisses eines Bremsmomentes an dem Generator zu einem Bremsmoment an der Bremse des Kraftfahrzeuges kann immer genau festgestellt werden, inwieweit mechanische Energie in elektrische Energie und nicht in Wärmeenergie an der Bremse umgewandelt wird. Überwiegt die Umwandlung der mechanischen Energie an der Bremse in Wärmeenergie, so wird dem Fahrer angezeigt, dass er sein Bremsverhalten verändern, vorzugsweise reduzieren, muss, um die Batterie aufzuladen. Darüber hinaus werden bei einem solchen geführten Verhalten des Fahrers die Bremsbeläge geschont, da weniger kinetische Energie in Wärmeenergie umgewandelt wird.

Vorteilhafterweise wird beim Abbremsen des Kraftfahrzeuges eine Versorgungsspannung eines elektrischen Generators angehoben, wodurch elektrische Energie in der Fahrzeugbatterie gespeichert wird. Somit kann der Generator bei jeder im Fahrbetrieb vorkommenden Betriebsbedingung genügend Strom an das Bordnetz liefern und somit sicherstellen, dass die Batterie als Energiequelle für eine Vielzahl von Verbrauchern des Kraftfahrzeuges immer ausreichend geladen ist.

In einer Ausgestaltung erfolgt die Bewertung des Abbremsens des Kraftfahrzeu- ges in Abhängigkeit eines Betriebszustandes der Fahrzeugbatterie. Zu diesen

Betriebszuständen gehören die Batterietemperatur, der Ladezustand der Batterie und der zu erwartende Ladewiderstand, d.h. der erwartete Ladestrom, welcher bei eingestellter Ladespannung erzeugt wird. In Abhängigkeit dieser Betriebsbedingungen der Fahrzeugbatterie wird der Fahrer dahingehend informiert, ob eine Rekuperation möglich ist oder nicht. So wird bei einer geladenen Fahrzeugbatterie keine Rekuperation möglich sein. Eine Rekuperation ist ebenfalls nicht möglich, wenn die Temperatur der Fahrzeugbatterie zu gering ist.

In einer Variante erfolgt die Bewertung des Abbremsens des Kraftfahrzeuges in Abhängigkeit von einer Geschwindigkeit des Kraftfahrzeuges. Da die erzeugte mechanische Energie, die beim Abbremsen des Fahrzeuges auftritt, von der Geschwindigkeit des Kraftfahrzeuges abhängt, ermöglicht ein solcher Schwellwert eine zuverlässige Information darüber, ob eine Rekuperation sinnvoll und möglich ist.

In einer Weiterbildung wird bei Überschreitung eines Schwellwertes durch die Geschwindigkeit des Kraftfahrzeuges eine Position eines Bremspedals und/oder eines Kupplungspedals ausgewertet. Da beim Treten der Kupplung, d.h. beim Trennen des Antriebsstranges, eine Rekuperation und somit ein Aufladen der Batterie nicht möglich ist, lässt sich anhand der Position des Kupplungspedals eine eventuelle Rekuperationsmöglichkeit einfach vorhersagen. Allerdings wird diese Information nur ausgewertet, wenn die Kupplung über einen längeren Zeitraum geöffnet ist. Bei einem kurzzeitigen Öffnen der Kupplung kann davon ausgegangen werden, dass es sich bei einem Schaltgetriebe um einen Schaltvorgang handelt.

Vorteilhafterweise wird die Bewertung des Abbremsens des Kraftfahrzeuges bei einem plötzlichen und vollständigen Durchtreten des Bremspedales abgeschaltet. Bei einem plötzlichen und vollständigen Durchtreten des Bremspedales wird davon ausgegangen, dass es sich um eine Notbremsung handelt, bei welcher ei- ne kritische Verkehrssituation vorliegt, bei welcher der Fahrer durch zusätzliche Informationen nicht weiter abgelenkt werden soll.

In einer Ausgestaltung erfolgt die Information des Fahrers über die optimale Be- tätigung des Bremspedales optisch und/oder akustisch und/oder haptisch. Bei der optischen Angabe kann eine Texteinblendung in einem Display oder einfach nur ein wechselnder Farbcode ausgegeben werden. Eine akustische Anzeige kann mit unterschiedlichen Frequenzen ausgegeben werden, während eine hap- tische Ausgabe durch Vibration des Lenkrades in verschiedenen Frequenzen er- folgen kann.

Insbesondere wird die Information über mindestens zwei Informationszustände ausgegeben, wobei vorzugsweise ein Informationszustand„Optimal" und ein Informationszustand„Energieverschwendung" ausgegeben werden. Bei diesen beiden Informationszuständen handelt es sich um Grenzzustände, die eine Mindestinformation für den Fahrer umfassen. Es ist aber auch denkbar, dass zwischen diesen beiden Grenzzuständen„Optimal" bzw.„Energieverschwendung" noch Zwischeninformationszustände ausgegeben werden, die beispielsweise die Aufmerksamkeit des Fahrers hervorrufen, wenn eine Energieverschwendung unmittelbar bevorsteht.

In einer Variante wird ein, die Information enthaltendes Signal über ein Anwendungsprogramm (App) auf ein Mobiltelefon ausgegeben. Durch den Export eines solchen Signals kann die Hilfestellung an den Fahrer auch über das Mobiltelefon erfolgen, wobei insbesondere eine haptische Information durch Vibration oder eine akustische Information durch Ausgabe einer Tonfolge vorteilhaft sind.

Eine Weiterbildung der Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Unterstützung eines Fahrers eines Kraftfahrzeuges zum Aufladen einer Fahrzeugbatterie wäh- rend des Fahrbetriebes, welche mit einem, dem Fahrer Informationen zur optimalen Einstellung eines Fahrpedals ausgebenden Informationssystem verbunden ist. Bei einer Vorrichtung, bei welcher der Fahrer optimal bei der Aufladung der Fahrzeugbatterie angeleitet wird, sind Mittel vorhanden, welche zur Aufladung der Fahrzeugbatterie ein Abbremsen des Kraftfahrzeuges energetisch bewerten und aus dieser Bewertung eine Information für den Fahrer zur optimalen Betätigung eines Bremspedals ableiten. Dies hat den Vorteil, dass möglichst wenig mechanische Energie, welche durch die Fahrzeugmasse beim Bremsen des Kraftzeuges aufgebracht wird, über die Bremsbeläge des Kraftfahrzeuges in Wärmeenergie umgewandelt wird, sondern über die Anhebung der Generatorspannung als elektrische Energie in die Fahrzeugbatterie zurückfließt.

Vorteilhafterweise sind die Mittel als Bremsassistent ausgebildet, welcher Signale eines elektrischen Generators und einer Fahrzeugbatterie empfängt und in Auswertung dieser Signale das Informationssystem zur Ausgabe der Information für den Fahrer zur optimalen Betätigung des Bremspedals ansteuert. Aufgrund die- ser Signale wird sichergestellt, dass die Bremsleistung am Generator immer gegenüber der Bremsleistung an der Bremse des Kraftfahrzeuges größer ist, wodurch eine optimale Umwandlung der mechanischen Energie des Kraftfahrzeuges in elektrische Energie erfolgt. In einer Ausgestaltung empfängt der Bremsassistent ein, von einem Drehzahlsensor ausgegebenes Fahrzeuggeschwindigkeitssignal und führt die Bewertung des Abbremsens des Kraftfahrzeuges bei Überschreitung eines Schwellwertes des Fahrzeuggeschwindigkeitssignales aus. Da die mechanische Energie, die während des Bremsvorganges freigesetzt wird, von der Geschwindigkeit des Kraftfahrzeuges abhängt, ist es sinnvoll, dies über einen Schwellwert der Fahrzeuggeschwindigkeit zu erkennen und die Optimierung der Aufladung der Fahrzeugbatterie über das Bremsverhalten des Fahrers erst ab einer bestimmten Fahrzeuggeschwindigkeit einzuleiten. Die Erfindung lässt zahlreiche Ausführungsformen zu. Eine davon soll anhand der in der Zeichnung dargestellten Figur näher dargestellt werden.

Es zeigt: Figur 1 : ein Ausführungsbeispiel eines Bordnetzes eines Kraftfahrzeuges

Wie in Figur 1 dargestellt, umfasst das Bordnetz eines Kraftfahrzeuges einen elektrischen Generator 1 , welcher mit dem Verbrennungsmotor 2 des Kraftfahrzeuges über z.B. einen Keilriemen 3 mechanisch verbunden ist. Der elektrische Generator 1 erzeugt einen Wechselstrom, welcher über einen AC/DC-Wandler 4 in Gleichstrom umgewandelt und der Fahrzeugbatterie 5 zugeführt wird. Bei der Fahrzeugbatterie 5 handelt es sich entweder um eine 12 V-Batterie für einen Personenkraftwagen oder eine 24 V-Batterie für einen Nutzkraftwagen oder um eine 36V/ 48V-Anlage. Die Fahrzeugbatterie 5 versorgt verschiedene elektrische Verbraucher des Kraftfahrzeuges, von denen in der Figur 1 nur drei dargestellt sind, mit Energie. Bei dem ersten elektrischen Verbraucher handelt es sich um einen Drehzahlsensor 6 zur Bestimmung einer Geschwindigkeit des Kraftfahrzeuges, während der zweite elektrische Verbraucher als Steuergerät 7 ausgebildet ist. Der dritte elektrische Verbraucher stellt ein Informationssystem 8 für den Fahrer dar, welches ein Display 9 aufweist.

Der elektrische Generator 1 ist vorteilhafterweise als Drehstromgenerator ausgebildet und soll bei allen im Fahrbetrieb vorkommenden Betriebsbedingungen genügend Strom an das Bordnetz liefern und somit sicherstellen, dass die Fahrzeugbatterie 5 als Energiespeicher immer ausreichend geladen ist, um die, an das Bordnetz angeschlossenen elektrischen Verbraucher 6, 7, 8 mit Energie versorgen zu können.

Durch den elektrischen Generator 1 soll die Fahrzeugbatterie 5 immer nachgeladen werden. Dies erfolgt bei modernen Kraftfahrzeugen auch dadurch, dass beim Abbremsen des Kraftfahrzeuges die mechanische Energie, welche durch die bewegte Fahrzeugmasse freigesetzt wird, in elektrische Energie umgewandelt wird. Gleichzeitig mit dem Abbremsen des Kraftfahrzeuges wird die Spannung des elektrischen Generators 1 erhöht, um den Ladestrom in die Fahrzeugbatterie 5 zu vergrößern. Damit steigt auch das geforderte mechanische Moment des Generators und das Kraftfahrzeug wird gebremst. Diese mechanische Bewegung wird in Ladung für die Fahrzeugbatterie 5 umgewandelt und in dieser abgespeichert. Dieser Vorgang wird als Rekuperation bezeichnet.

Um den Bremsvorgang des Fahrers des Kraftfahrzeuges einer optimalen Lade- Strategie für die Fahrzeugbatterie 5 anzunähern, wird das Bremsverhalten des

Fahrers durch einen Bremsassistenten 10 ausgewertet, welcher in dem Steuergerät 7 enthalten ist. Zu diesem Zweck werden sowohl die Stellung des Bremspedals 1 1 als auch die Position des Kupplungspedals 12 betrachtet, welche beide mit dem Steuergerät 7 verbunden sind. In Abhängigkeit von den Stellungen von Brems- und Kupplungspedal 1 1 , 12 werden drei verschiedene Informations- zustände durch den Bremsassistenten 10 an den Fahrer ausgegeben. Ein erster Informationszustand„Optimal" sagt dem Fahrer, dass sein Bremsverhalten einer optimalen Ladestrategie entspricht. Ist dies nicht der Fall wird entweder der zweite Informationszustand„Achtung" oder der dritte Informationszustand„Energieverschwendung" ausgegeben.

Neben der Auswertung der Pedalstellungen des Bremspedals 1 1 und des Kupplungspedals 12 ist für eine optimale Ladestrategie auch der Betriebszustand der Fahrzeugbatterie 5 von Bedeutung. So muss nicht nur die Temperatur der Fahrzeugbatterie 5 sondern auch der aktuelle Ladezustand der Fahrzeugbatterie 5 bewertet werden. Abhängig von dem erwarteten Ladewiderstand, d.h. dem erwarteten Ladestrom bei eingestellter Ladespannung, wird dem Fahrer entweder sichtbar und/oder hörbar über das Informationssystem 8 ein Signal ausgegeben, das den Fahrer bei der Optimierung des Bremsvorganges in energetischer Hinsicht unterstützt. Die bereits erläuterten drei Informationszustände„Optimal", „Achtung" und„Energieverschwendung" werden entweder über Farbcodierungen

Grün, Gelb oder Rot im Display signalisiert oder durch eine Tonfolge mit unterschiedlichen Frequenzen dem Fahrer zu Gehör gebracht. Anstelle der Verwendung einer Farbcodierung ist auch eine Texteinblendung im Display 9 des Informationssystems 8 des Kraftfahrzeuges möglich. Es ist auch denkbar, dass ein gleichartiges Signal über ein Anwendungsprogramm (App) an ein Mobiltelefon ausgegeben wird, wobei das Mobiltelefon eine Hilfestellung an den Fahrer zur Optimierung seines Bremsverhaltens ausgibt.

Im Weiteren soll nur eine optische Anzeige mit den Farbcodierungen Grün (In- formationszustand„optimal"), Gelb (Informationszustand„Achtung") und Rot (Informationszustand„Energieverschwendung") verwendet werden, um dem Fahrer bei einer energieeffizienten Betätigung des Bremspedals zu unterstützen. Die Erfindung ist aber nicht auf diese Farbcodierungen beschränkt, sondern umfasst auch alle anderen Möglichkeiten zur Ausgabe der Informationszustände an den Fahrer.

Wird mit geschlossener Kupplung gebremst, bleibt die Anzeige solange im grünen Bereich, solange die Bremsleistung über den elektrischen Generator 1 um einen applizierbaren Faktor größer ist als die Bremsleistung an der nicht weiter dargestellten mechanischen Bremse. Um diesen Faktor zu bestimmen, wird die

Bremsleistung am elektrischen Generator 1 in ein Verhältnis zur Bremsleistung an der Bremse gesetzt. Solange der Faktor >1 ist, bedeutet dies, dass der Großteil der mechanischen Energie, welche durch die bewegte Fahrzeugmasse des Kraftfahrzeuges freigesetzt wird, über den Generator 1 in elektrische Energie umgesetzt wird. Ändert sich diese Gewichtung in einem Faktor < 1 , geht die An- zeige in die Farbcodierung Gelb über, welcher dem Fahrer signalisiert, dass der größte Teil der kinetischen Energie über die Bremsen verloren geht. Wenn der Faktor <1 ist, wird die Anzeige Rot nicht empfohlen, um den Fahrer nicht unnötig zu beunruhigen. Bei einem kurzfristigen und vollständigen Durchtreten des Bremspedals 1 1 wird dieser Dienst abgeschaltet, da es sich hier um eine Notbremsung handeln kann und der Fahrer durch zusätzliche Anzeigesignale nicht abgelenkt werden soll.

Ubersteigt die Geschwindigkeit des Kraftfahrzeuges einen Schwellwert und wird gleichzeitig die Kupplung durch Betätigung des Kupplungspedals 12 längere Zeit geöffnet, wird der Farbcode Gelb („Achtung") angezeigt, da bei geöffneter Kupplung keine Rekuperation erfolgen kann. Bei kürzerem Öffnen der Kupplung wird von einem Schaltvorgang ausgegangen, so dass der Bremsassistent 10 in diesem Zustand nicht tätig wird. Liegt die Geschwindigkeit des Kraftfahrzeuges unter dem Schwellwert, ist die kinetische Energie des Kraftfahrzeuges so klein, dass davon auszugehen ist, dass das Kraftfahrzeug zum Stillstand gebracht werden soll und somit keine Energieumwandlung erforderlich ist.

Wird durch den Fahrer bei offener Kupplung eine Bremsbereitschaft dadurch signalisiert, dass das Bremspedal 1 1 auch nur leicht betätigt wird, geht die Fahrerunterstützung in den Farbcode Rot über. Gleichzeitig kann auf dem Display 9 ein Hilfstext„eingekuppelt Bremsen" oder ein Äquivalent verwendet werden, um den Fahrer nicht nur zu warnen, sondern auch anzuleiten.