Vorausschauendes Fahren 2.0

Viele der aktuellen Verbesserungen bei Antriebssträngen zielen auf die Optimierung der Betriebsstrategie des Fahrzeugs im Hinblick auf Fahrverhalten, Kraftstoffverbrauch, Emissionen und NVH ab. Da diese Strategien häufig regelbasiert und nicht prädiktiv sind, werden derzeit nur lokal verfügbare Parameter für die Situationsinterpretation und Fahrzeugsteuerung verwendet. Diese Parameter umfassen aktuelle Fahrerwünsche, Fahrzeuggeschwindigkeit, Ladezustand der Batterie usw. Jedoch werden keine Informationen über das vor dem Fahrzeug liegende Fahrbahnprofil, den Verkehr und die Infrastruktur sowie zukünftige Fahrerwünsche zur optimalen Steuerung des Fahrzeugbetriebs einbezogen. Vordefinierte Fahrzyklen werden genutzt, um Betriebsregeln zu kalibrieren, durch die das Fahrzeug und der Antriebsstrang gesteuert werden. Folglich arbeiten die Fahrzeugsteuergeräte nur dann optimal, wenn das Fahrprofil den vordefinierten Fahrzyklen nahezu entspricht. Mit einem „elektronischen Horizont“ kann der Fahrzeugstatus für einen bestimmten Zeitraum in der Zukunft vorausgesagt werden. Die automatische Anpassung der Steuerung basierend auf vorhergesagten Parametern ermöglicht den Betrieb des Fahrzeugs in einem quasi-global optimierten Zustand. 

DENSO und FEV entwickeln derzeit eine vorausschauende Betriebsstrategie, einschließlich eines elektronischen Horizonts, die nicht nur zu zusätzlicher Kraftstoffeinsparung in tatsächlichen Fahrsituationen führt, sondern auch das Fahrverhalten des Fahrzeugs verbessert. Die Strategie basiert auf der gemeinsamen Nutzung von a priori-Wissen aus Navigationssystem und Car2X-Technologie. Neben Straßenverlaufsdaten kommen so auch topographische Daten, Verkehrsinformationen, Geschwindigkeitsbegrenzungen und Ampelstatus zum Tragen. Diese Daten werden verwendet, um für den Vorhersagezeitraum eine optimierte Betriebsstrategie für den Antriebsstrang und das HLK-System zu bestimmen.

Vorausschauende Betriebsstrategie

„Mittels der Vorhersage von bevorstehenden Fahrszenarien werden die geeigneten Parameter vorausgewählt und für die Hybrid-Steuergeräte angewendet“, erläutert Max Nakagawa, President und CTO von Denso International Europe. „Ziel ist es, das quasi globale Optimum innerhalb des prognostizierten Horizonts zu erreichen.“ In einer 3D-Fahrzeug-Simulationsumgebung, mit tatsächlichen Fahrsituationen und Verkehrsszenarios für verschiedene Testfälle, wurden Verbesserungspotentiale hinsichtlich Fahrverhalten und Kraftstoffverbrauch evaluiert.

Vorausschauendes Thermomanagement

Insbesondere bei weniger leistungsstarken Fahrzeugen kann sich der Energieverbrauch der Klimaanlage negativ auf das Fahrverhalten und den Kraftstoffverbrauch auswirken. Diese Auswirkung ist in besonders anspruchsvollen Fahrzyklen oder bei besonders hohen Temperaturen sogar noch stärker. Durch die Verwendung eines fortschrittlichen und vorausschauenden Thermomanagement-Systems zusammen mit einem Wärmespeichergerät kann die zusätzliche Last durch den Klimakompressor optimal geplant werden. Der Kraftstoffverbrauch sinkt, während die Temperatur im Fahrgastraum im angenehmen Bereich bleibt.

Fazit und Ausblick

Die Simulationsergebnisse zeigen, dass die vorausschauende Betriebsstrategie für hybride Antriebsstränge sowie HLK-Anlagen nicht nur den Kraftstoffverbrauch und die CO₂-Emissionen reduzieren, sondern auch das Fahrverhalten des Fahrzeugs verbessern. Da diese Strategien keine zusätzliche Hardware benötigen, verursachen sie keine nennenswerten Zusatzkosten, was sie zu vielversprechenden Kandidaten für die Implementierung in zukünftige, erweiterte Antriebsstränge macht. DENSO und FEV werden gemeinsam die Entwicklung fortsetzen und Testfahrzeuge für Praxistests bereitstellen.