DE4344053B4 - Method for operating a hybrid vehicle and device for carrying out the method - Google Patents
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Abstract
Verfahren
zum Betrieb eines Hybridfahrzeugs mit einem Verbrennungsmotor (6)
und einer Elektromaschine (4), die als aus einem wiederaufladbaren elektrochemischen
Energiespeicher (Antriebsbatterie 7) speisbarer Motor oder als vom
Verbrennungsmotor (6) antreibbarer, den Energiespeicher (7) aufladender
Generator betreibbar ist, wobei der Vortrieb des Hybridfahrzeugs
entweder allein durch den Verbrennungsmotor (6), allein durch die
als Motor betriebene Elektromaschine (4) oder aber gleichzeitig
durch beide erfolgt und wobei der Verbrennungsmotor (6) während des
Vortriebs des Fahrzeugs zeitweise gleichzeitig auch die als Generator
betriebene Elektromaschine (4) antreibt, dadurch gekennzeichnet,
dass
der Verbrennungsmotor (6) in Fahrphasen, in denen sein spezifischer
Kraftstoffverbrauch hoch ist, dann, wenn der elektrochemische Energiespeicher
(7) zumindest teilentladen ist, zusätzlich mit der generatorisch
betriebenen Elektromaschine (4) belastet wird,
und dass die
Elektromaschine (4) dabei derart geregelt wird, dass die Beziehung eingehalten wird, worin
NF die Fahr- bzw. Vortriebsleistung des Verbrennungsmotors,
NL die „überlagerte"
Generatorleistung, d.h. die zum Antrieb der...Method for operating a hybrid vehicle having an internal combustion engine (6) and an electric machine (4) which can be operated as a motor that can be fed from a rechargeable electrochemical energy store (drive battery 7) or as a generator that can be driven by the internal combustion engine (6) and charges the energy store (7), wherein the propulsion of the hybrid vehicle either solely by the internal combustion engine (6), solely by the electric motor operated as a motor (4) or simultaneously by both takes place and wherein the internal combustion engine (6) during the propulsion of the vehicle at times simultaneously also operated as a generator electric machine (4) drives, characterized
that the combustion engine (6) in driving phases, in which its specific fuel consumption is high, then, when the electrochemical energy store (7) is at least partially discharged, additionally charged with the generator-operated electric machine (4),
and that the electric machine (4) is regulated in such a way that the relationship is maintained, in which
N F the driving or driving power of the internal combustion engine,
N L is the "superimposed" generator power, ie the power to drive the ...
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines Hybridfahrzeugs der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 genannten Art sowie eine Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens.The The invention relates to a method for operating a hybrid vehicle referred to in the preamble of claim 1 and a kind Device for performing of the procedure.
Hybridfahrzeuge,
bei denen das Fahrzeug bei Bedarf entweder allein durch einen Verbrennungsmotor, insbesondere
einen Otto- oder
Dieselmotor, allein durch eine aus einem wiederaufladbaren elektrochemischen Energiespeicher
(Batterie) gespeiste und zur Wiederaufladung des Energiespeichers
auch generatorisch betreibbare Elektromaschine oder aber gleichzeitig
durch den Verbrennungsmotor und die Elektromaschine angetrieben
wird, sind in vielfältigen
Varianten bekannt, u. a. aus der
Im allgemeinen werden solche Hybridfahrzeuge in einem unteren Leistungs- oder Geschwindigkeitsbereich und/oder in einem Umfeld, in dem es auf geringe Emissionen ankommt, z. B. bei Stadtfahrten, nur von der Elektromaschine angetrieben und in den darüberliegenden Leistungs- bzw. Geschwindigkeitsbereichen oder bei Überlandfahrten generell nur vom Verbrennungsmotor.in the In general, such hybrid vehicles will operate in a lower performance or speed range and / or in an environment where it is low emissions, z. B. on city trips, only from the Electric machine driven and in the overlying Leistungsungs- or Speed ranges or for overland trips in general only from the combustion engine.
Allgemein bekannt ist es, während der verbrennungsmotorischen Betriebsphasen des Hybridantriebs auf Gefällestrecken sowie beim Verzögern des Fahrzeugs die Elektromaschine anzukoppeln – soweit sie nicht sowieso ständig angekoppelt ist – und in den Genera torbetrieb zu steuern, um während dieser Betriebsphasen den elektrochemischen Energiespeicher auf- bzw. nachzuladen.Generally it is known while the internal combustion engine operating phases of the hybrid drive on downgrades as well as when decelerating the vehicle to couple the electric machine - if they are not anyway constantly is coupled - and in the genera torbetrieb to control during these operating phases the charge or recharge electrochemical energy storage.
Grundsätzlich bekannt
ist es aber auch (
Bei einem anderen bekannten Hybridfahrzeug (DE-29 43 554-A1), das sich aufgrund seiner besonderen Konzeption nicht nur durch eine hohe Regelspontanität, sondern auch durch besonders geringen Kraftstoffverbrauch auszeichnet, ist es ebenfalls üblich, die Elektromaschine nicht nur auf Gefällestrecken und/oder bei Verzögerungsphasen des verbrennungsmotorischen Fahrbetriebs – den elektrochemischen Energiespeicher ladend – generatorisch zu betreiben, sondern auch dann, wenn der Energieinhalt des kontinuierlich überwachten elektrochemischen Energiespeichers während des an sich elektromotorischen Fahrbetriebs unter einen vorgegebenen Mindestwert absinkt. In diesem Falle wird nämlich der Verbrennungsmotor selbsttätig zugeschaltet und die Elektromaschine aus ihrem motorischen Betrieb heraus- und zur Aufladung des Energiespeichers in den generatorischen Betrieb umgesteuert.at Another known hybrid vehicle (DE-29 43 554-A1), which due to its special design not only by a high Regelspontanität, but also characterized by particularly low fuel consumption, it is also common the electric machine not only on downhill gradients and / or during deceleration phases the combustion engine driving - the electrochemical energy storage loading - regenerative but also if the energy content of the continuously monitored electrochemical energy storage during the electromotive itself Driving operation falls below a predetermined minimum value. In this Trap will happen the internal combustion engine automatically switched on and the electric machine from their motor operation Out and to charge the energy storage in the regenerative Operation reversed.
Dieses kontinuierliche Überwachen des Energieinhalts des elektrochemischen Energiespeichers und das Ändern des Betriebsmodus' ist bei diesem bekannten Hybridfahrzeug zwingend erforderlich, weil die Elektromaschine hier – abgesehen von ihrer Generatorfunktion – nicht nur als Antriebsmaschine für das Fahrzeug dient, sondern insbesondere auch als Anlaßmaschine für den schwungradlos ausgebildeten Verbrennungsmotor benötigt wird und deshalb ständig mindestens sichergestellt sein muß, daß die als Motor betriebene Elektromaschine zum Anlassen des Verbrennungsmotors aus dem Stillstand heraus auf die benötigte Mindestdrehzahl des Verbrennungsmotors beschleunigt werden kann.This continuous monitoring the energy content of the electrochemical energy storage and changing the Operating mode 'is mandatory in this known hybrid vehicle, because the electric machine here - apart from their generator function - not only as a prime mover for the vehicle is used, but in particular as a starting machine for the flywheel-trained engine is needed and therefore constantly must at least be sure that the engine operated Electric machine for starting the internal combustion engine from standstill out on the needed Minimum speed of the internal combustion engine can be accelerated.
Bei Hybridfahrzeugen, die wahlweise durch einen aus einem elektrochemischen Energiespeicher gespeisten Elektromotor oder durch einen Verbrennungsmotor angetrieben werden, ist es zwecks Verbrauchsoptimierung besonders wichtig, daß beide Motoren möglichst jeweils in einem verbrauchsmäßig zumindest vergleichsweise günstigen Leistungsbereich betrieben werden, es sei denn, daß in besonderen Einsatzfällen anderen Gesichtpunkten, z. B. der Emission, Vorrang eingeräumt werden muß.at Hybrid vehicles, optionally by means of an electrochemical Energy storage powered electric motor or by an internal combustion engine It is specially designed for consumption optimization important that both Engines as possible each in a consumption at least comparatively Great Be operated, except in special Other cases Points of view, z. As the issue, priority will be given got to.
Es ist daher bereits bekannt (z. B. DE-31 12 629-C2) zwecks Verbrauchsoptimierung des Verbrennungsmotors ein Hybridfahrzeug derart zu betreiben, daß in einem unteren Leistungs- oder Geschwindigkeitsbereich nur die Elektromaschine und in einem anschließenden oberen Leistungs- oder Geschwindigkeitsbereich nur der Verbrennungsmotor als Antriebsmaschine wirksam ist. Diesem Betriebsverfahren liegt das Wissen zugrunde, daß der spezifische Kraftstoffverbrauch von Verbrennungsmotoren, insbesondere von Otto- oder Dieselmotoren im unteren Teillastbereich besonders hoch und im oberen Teillastbereich – nahe Vollast – vergleichsweise günstig ist und daß demgegenüber Elektromaschinen in diesem unteren Teillastbereich des Hybridfahrzeugs insbesondere dann mit einem vergleichsweise guten Wirkungsgrad arbeiten, wenn sie im Vergleich zum Verbrennungsmotor eine vergleichsweise kleine Nennleistung von z. B. nur 10 bis 20% des Verbrennungsmotors besitzen. Bei diesem bekannte Hybridfahrzeug (DE-31 12 629-C2) wird nun die Umschaltung von der als Motor betriebenen Elektromaschine auf den Verbrennungsmotor zwecks weiterer Verbrauchsoptimierung bei einem Leistungs- oder Geschwindigkeits wert vorgenommen, der in Abhängigkeit von der voraussichtlich noch zurückzulegenden Tagesfahrstrecke des Hybridfahrzeugs verändert wird.It is therefore already known (eg DE-31 12 629 C2) for the purpose of optimizing consumption of the burn tion motor to operate a hybrid vehicle such that in a lower power or speed range, only the electric machine and in a subsequent upper power or speed range, only the internal combustion engine is effective as a prime mover. This operating method is based on the knowledge that the specific fuel consumption of internal combustion engines, especially petrol or diesel engines in the lower part load range is particularly high and in the upper part load range - near full load - comparatively low and that in contrast electric machines in this lower part load range of the hybrid vehicle in particular with a comparatively good efficiency work when compared to the combustion engine, a comparatively small power of z. B. only 10 to 20% of the internal combustion engine. In this known hybrid vehicle (DE-31 12 629 C2), the switchover from the electric motor operated as a motor to the internal combustion engine for the purpose of further fuel consumption optimization at a power or speed value is now made, which changes depending on the expected still lying behind daily driving distance of the hybrid vehicle becomes.
Des
Weiteren offenbart die Druckschrift
Dabei
sind:
beEck der minimale spezifische
Kraftsportverbrauch bei der kleinsten fahrbahren Drehzahl der Brennkraftmaschine
η1 der Wirkungsgrad
für die
Umwandlung der mechanischen Energie der Brennkraftmaschine in die
Speicherenergie
η2
der Wirkungsgrad für
die Umwandlung der Speicherenergie in die Energie der Zusatzantriebseinrichtung
P
die abgerufene Leistung
PEck die maximale
Leistung der Brennkraftmaschine bei minimaler BetriebsdrehzahlHere are:
b eEck the minimum specific power consumption at the smallest driving speed of the internal combustion engine
η1 the efficiency for the conversion of the mechanical energy of the internal combustion engine in the storage energy
η2 the efficiency for the conversion of the storage energy into the energy of the auxiliary drive device
P the retrieved performance
P corner the maximum power of the engine at minimum operating speed
Dabei wird die Auslegungsleistung der Zusatzantriebseinrichtung so gewählt, dass der spezifische Kraftsportverbrauch für Leistungen unterhalb der Auslegungsleistung beim Betrieb von Brennkraftmaschine und Zusatzantriebseinrichtung günstiger ist als beim Antrieb durch die Brennkraftmaschine allein.there The design performance of the auxiliary drive device is chosen so that the specific power consumption for services below the Design performance in the operation of internal combustion engine and auxiliary drive device better is than when driven by the internal combustion engine alone.
Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung nun die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Betrieb eines Hybridfahrzeugs anzugeben, mit dessen Hilfe der Gesamtverbrauch des Hybridfahrzeugs weiter optimiert wird.In front In this background, the invention is based on the object, to provide a method of operating a hybrid vehicle, with the Help the overall consumption of the hybrid vehicle is further optimized.
Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 genannten Art erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.These Task is in a method in the preamble of the claim 1 according to the invention by the characterizing features of claim 1 solved.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.advantageous Embodiments and developments of the invention are specified in the subclaims.
Anhand eines Ausführungsbeispiels wird die Erfindung nachstehend näher erläutert.Based an embodiment the invention will be described in more detail below explained.
In der Zeichnung zeigenIn show the drawing
Im
Ausführungsbeispiel
gemäß
Das
Hybridfahrzeug kann so in bekannter Weise nach Bedarf entweder allein
durch die als Elektromotor betriebene Elektromaschine
Jeweils einen Verbrennungsmotor und eine Elektromaschine aufweisende Hybridfahrzeuge sind u. a. entwickelt worden, um in ein und demselben Fahrzeug nach Bedarf jeweils die spezifischen Vorteile eines Elektromotors oder eines Verbrennungsmotors ausnutzen zu können, z. B. in speziellen innerstädtischen Bereichen die Emissionsfreiheit und/oder die Geräuscharmut des Elektromotors und außerhalb dieser Bereiche, z. B. bei Überlandfahrten o. ä. das Vermögen, mit dem Verbrennungsmotor auch längere Entfernungen ohne Nachtankstopp und wenn es die Straßenverhältnisse zulassen erforderlichenfalls auch mit höheren Geschwindigkeiten zurücklegen zu können.Each an internal combustion engine and an electric machine having hybrid vehicles are u. a. designed to be in the same vehicle after Need the specific advantages of an electric motor or to take advantage of an internal combustion engine, z. B. in special inner city Areas the emission-free and / or the low-noise of the electric motor and outside these areas, z. B. for overland trips o. Ä. That Capital, with the internal combustion engine also longer Distances without refueling and if it is the road conditions if necessary, even at higher speeds to be able to.
Mit
dem erfindungsgemäßen Verfahren
zum Betrieb eines Hybridfahrzeugs z. B. der in
Die überlagerte
Generatorleistung NL der Elektromaschine
Der
Gesamtkraftstoffverbrauch setzt sich also zusammen aus dem Kraftstoffverbrauch
für den
verbrennungsmotorisch betriebenen Vortrieb des Hybridfahrzeugs und
dem Kraftstoffverbrauch für
den Antrieb der generatorisch betriebenen Elektromaschine
In
den Fällen,
in denen der elektrochemische Energiespeicher
Soweit
ein Hybridfahrzeugtyp vorliegt, bei dem die Elektromaschine bzw.
deren rotierender Teil während
des verbrennungsmotorischen Betriebs des Hybridfahrzeugs abweichend
von
Letztlich ist es durch das erfindungsgemäße Verfahren in vorteilhafter Weise möglich, den Kraftstoff so einzusetzen, daß der Kraftstoffverbrauch des Hybridfahrzeugs niedriger ist als bei einem konventionellen, d. h. rein verbrennungsmotorisch betriebenen Fahrzeug.Ultimately it is by the method according to the invention advantageously possible to use the fuel so that the fuel consumption of the Hybrid vehicle is lower than in a conventional, d. H. purely internal combustion engine powered vehicle.
Es versteht sich in diesem Zusammenhang, daß hierbei die Wirkungsgradkette für die elektrische Energieumwandlung sowie den elektromotorischen Vortrieb des Hybridfahrzeugs von besonderer Bedeutung ist.It understood in this context, that in this case the efficiency chain for the electrical energy conversion and the electromotive propulsion of the hybrid vehicle is of particular importance.
In
dem in
Aus diesem Motorkennfeld ist leicht erkennbar, daß der spezifische Kraftstoffverbrauch eines Verbrennungsmotors in den unte ren Teillastbereichen stark ansteigt.Out This engine map is easily recognizable that the specific fuel consumption an internal combustion engine in the unte ren partial load areas strong increases.
Für die Erläuterung der Erfindung sei angenommen, daß ein Hybridfahrzeug etwa der Golf-Klasse vorliegt, das mit einer Elektromaschine mit einer Nennleistung von nur etwa 6 kW ausgerüstet ist.For the explanation the invention is assumed that a hybrid vehicle about the Golf class exists with an electric machine with a rated power equipped by only about 6 kW is.
Wenn
ein solches Hybridfahrzeug entsprechend den gerade vorherrschenden
Betriebsumständen vom
Verbrennungsmotor
Wenn
in dieser verbrennungsmotorischen Fahrphase des Hybridfahrzeugs
die Elektromaschine
Während bei
dem rein verbrennungsmotorischen Vortrieb mit der Motorleistung
NF von 6 kW also ein Kraftstoffverbrauch
pro Stunde von 6 × 360
g = 2160 g Kraftstoff vorliegt, beträgt der Kraftstoffverbrauch
des Verbrennungsmotors
Für die Bewertung
des Kraftstoffverbrauchs des Gesamtfahrzeugs ist es natürlich nicht
nur interessant und wichtig, welcher spezifische Kraftstoffverbrauch
zur Erzeugung einer Kilowattstunde Generatorleistung aufgewendet
werden muß,
sondern auch, wieviel davon beim elektromotorischen Betrieb der
Elektromaschine
Ein
spezifischer Generatorleistungsverbrauch entsprechend dem obigen
Beispiel von z. B. 140 g/kWh, d. h. der spezifische Kraftstoffverbrauch
des Verbrennungsmotors
Um hierbei eine positive Energiebilanz zu erhalten, muß somit die Generatorleistung (Ladeleistung NL) derart geregelt werden, daß die Bedingung erfüllt wird.In order to obtain a positive energy balance, thus the generator power (charging power N L ) must be controlled so that the condition is fulfilled.
Wenn diese Bedingung nicht erfüllt wird, würde die Überlagerung von generatorischer Leistung (NL) zu einem spezifischen Kraftstoffverbrauch für den (späteren) rein elektromotorischen Vortrieb führen, der mindestens genauso groß ist wie für den rein verbrennungsmotorischen Vortrieb. In diesem Falle wäre es also nicht sinnvoll, den Verbrennungsmotor zusätzlich mit generatorischer Leistung zu belasten; es wäre dann besser, trotz des an sich schlechten spezifischen Kraftstoffverbrauchs rein verbrennungsmotorisch weiterzufahren.If this condition is not met, the superposition of regenerative power (N L ) would lead to a specific fuel consumption for the (later) pure electromotive propulsion, which is at least as great as for the purely internal combustion engine propulsion. In this case, it would therefore not make sense to burden the internal combustion engine with additional generator power; It would then be better, despite the per se bad specific fuel consumption to continue purely internal combustion engine.
Es
ist leicht erkennbar, daß für diese
Art der Gesamtverbrauchsoptimierung des Hybridfahrzeugs neben der
Wahl des Betriebspunktes des Verbrennungsmotors
Mit
einem Hybridfahrzeug kann somit bei bestimmten Einsatzprofilen des
Fahrzeugs, wenn es also vergleichsweise häufig in verbrauchsungünstigen
unteren Teillastbereichen des Verbrennungsmotors
Mit
Vorzug wird die Elektromaschine
Dies
kann mit geringem Aufwand in regelungstechnisch einfacher weise
dadurch erreicht werden, daß die
Elektromaschine
Dies
sei anhand des in
Abweichend
von der üblichen
Darstellungsweise von Motorkennfeldern ist in
Es
hat sich gezeigt, daß sich
bei einer solchen Darstellungsweise sowohl für Otto- als auch für Dieselmotoren
unabhängig
von deren Zylinderzahl ein Feld sehr eng nebeneinanderliegender,
etwa hyperbelförmiger
Kennlinien ergibt, so daß es
für den
vorliegenden zweck i. a. ausreicht, dieses Kennlinienfeld durch
eine mittlere hyperbelförmige
Kennlinie zu ersetzen, die mathematisch durch die Gleichung
Das
in
Wie sich zeigte, gilt dieses Motor-Verbrauchkennfeld abgesehen von den absoluten Größen jedoch tendentiell für alle Otto- und Dieselmotoren. Es kann also für jeden Verbrennungsmotortyp ein Motor-Verbrauchkennfeld Pe = k × be l erstellt werden, dessen charakteristische Konstanten k und l sich natürlich von Motortyp zu Motortyp voneinander etwas unterscheiden können.As it turned out, however, this engine fuel economy map, apart from the absolute figures, tends to apply to all petrol and diesel engines. Thus, for each type of internal combustion engine, an engine fuel consumption map P e = k × b e l can be created whose characteristic constants k and l can, of course, differ somewhat from one engine type to another.
Wie
Zur
Erläuterung
der Erfindung sind in
Es
ist anhand des in
Ein optimaler Kraftstoffverbrauch während des hybridischen Fahrbetriebs ergibt sich somit dann, wenn die generatorisch betriebene Elektromaschine derart geregelt wird, daß die überlagerte Generatorleistung NL gerade etwa beträgt.Optimum fuel consumption during the hybrid driving operation thus results when the generator-operated electric machine is controlled such that the superimposed generator power N L just about is.
Da
das Hubvolumen H und dieser aus dem Motor-Verbrauchkennfeld Pe = f(be) zu ermittelnde
und festzulegende mittlere effektive Verbrennungsdruck P*e für
jeden Motortyp bekannte charakteristische konstante Größen darstellen,
kann diese Beziehung auch dargestellt werden als
Durch
die wohl definierte Begrenzung der überlagerten Generatorleistung
NL auf einen solchen Wert, bei dem der Verbrennungsmotor
Ohne
diese Begrenzung der überlagerten
Generatorleistung NL würde der Verbrennungsmotor während dieser
Betriebsphase dann zwar auch mit diesem geringen spezifischen Kraftstoffverbrauch
oder einem noch geringfügig
geringeren betrieben werden, doch nur für eine unter Umständen sehr
viel kürzere
Betriebszeit, da eine – nicht
begrenzte – höhere überlagerte
Generatorleistung den elektrochemischen Energiespeicher
Wie
eingangs bereits erwähnt
wurde, kann ein Hybridfahrzeug nach Bedarf grundsätzlich in
drei verschiedenen Betriebsarten betrieben werden. Rein elektromotorisch,
wenn es in speziellen Einsatzgebieten auf Emissionsfreiheit und/oder
Geräuscharmut
ankommt, rein verbrennungsmotorisch, wenn es z. B. bei längeren Überlandfahrten
auf höhere
Fahrgeschwindigkeiten ankommt und letztlich hybridisch im Sinne
der vorliegenden Erfindung, d. h. daß entsprechend den jeweils
vorliegenden Fahr- und Betriebsbedingungen sowie den Vorgaben des
Fahrzeugführers
selbsttätig
in den für
den Gesamtverbrauch des Fahrzeugs jeweils günstigsten Betrieb umgeschaltet
wird, was zeitweise ein rein elektromotorischer Vortrieb, ein rein
verbrennungsmotorischer Vortrieb oder aber ein verbrennungsmotorischer
Vortrieb mit überlagerter
Generatorleistung sein kann. Ob sich hierbei selbsttätig die
eine Betriebsart oder die andere Betriebsart einstellt, hängt u. a.
vom Ladezustand des elektrochemischen Energiespeichers
Eine
für den
erfindungsgemäßen Betrieb
eines Hybridfahrzeugs erforderliche Steuervorrichtung muß daher
u. a. auch eine den Ladezustand des elektrochemischen Energiespeichers
Mit Hilfe der Einrichtung zum Ermitteln und Vergleichen des augenblicklichen spezifischen Kraftstoffverbrauchs be würde die elektronische Steuer- und Regeleinrichtung während der hybridischen Betriebsart entsprechend den unterschiedlichen Betriebsbe dingungen automatisch nachfolgende Betriebsweisen wählen:
- A. Die Kapazität des elektrochemischen Energiespeichers
7 entspricht zumindest annähernd seiner Nennkapazität KAhist ≥ ~ 0,7 × KAhnenn: Bei praktisch vollgeladenem Energiespeicher würde dem Verbrennungsmotor6 generell keine Generatorleistung überlagert werden. Je nach vorliegender Betriebsbedingung würde ein rein elektromotorischer Vortrieb, ein rein verbrennungsmotorischer Vortrieb oder aber ein gemischter Vortrieb, d. h. ein gleichzeitiger Antrieb durch Verbrennungsmotor und Elektromotor eingestellt werden. Wenn sich bei der vorliegenden Betriebssituation für einen rein verbrennungsmotorischen Vortrieb ein spezifischer Kraftstoffverbrauch be ergeben würde, der größer, also ungünstiger als der vorerwähnte spezifische Kraftstoffverbrauch b*e ist, dann würde für den Fall, daß die Leistung der vergleichsweise kleinen Elektromaschine4 für den Vortrieb ausreicht rein elektromotorisch gefahren werden, jedoch für den Fall, daß eine höhere Vortriebsleistung erforderlich ist, rein verbrennungsmotorisch. Wenn sich dagegen bei der vorliegenden Betriebssituation bei rein verbrennungsmotorischem Vortrieb ein spezifischer Kraftstoffverbrauch be ergeben würde, der gleich oder möglicherweise sogar geringfügig kleiner ist als der vorerwähnte spezifische Kraftstoffverbrauch b*e, dann wäre ein gemischter Antrieb sinnvoll, d. h. ein Antrieb durch den Verbrennungsmotor6 und zusätzlich durch die Elektromaschine4 ; durch den (Teil)Antrieb durch die Elektromaschine4 würde der elektrochemische Energiespeicher7 nämlich wieder zum Teil entladen werden, wodurch wieder die Voraussetzung geschaffen wird, bei entsprechender Betriebssituation verbrauchsoptimierend mit überlagerter Generatorleistung zu fahren. - B. Die Kapazität
des elektrochemischen Energiespeichers
7 ist erheblich niedriger als ihre Nennkapazität KAhist < ~ 0,7 KAhnenn: Bei teilentladenem elektrochemischen Energiespeicher7 wird je nach Betriebssituation entweder rein verbrennungsmotorisch oder aber verbrennungsmotorisch mit überlagerter Generatorleistung gefahren, je nach dem was in dieser Situation für den Gesamtverbrauch des Hybridfahrzeugs günstiger ist. Wenn der spezifische Kraftstoffverbrauch be bei rein verbrennungsmotorischen Betrieb gleich oder aber sogar geringfügig niedriger als der vorerwähnte spezifische Kraftstoffverbrauch b*e ist, dann wird dem Verbrennungsmotor6 lediglich die Traktionsleistung abverlangt, d. h. NV = NF worin NV die vom Verbrennungsmotor aufzubringende Gesamtleistung darstellt und NF wie bereits zuvor ausgeführt die vom Verbrennungsmotor für den Vortrieb des Fahrzeugs zur Verfügung zu stellende Leistung. Wenn sich jedoch bei rein verbrennungsmotorischem Betrieb ein spezifischer Kraftstoffverbrauch be ergeben würde, der größer als der vorerwähnte spezifische Kraftstoffverbrauch b*e ist, dann würde der Verbrennungsmotor6 zusätzlich die in den Generatorbetrieb gesteuerte Elektromaschine4 antreiben, wobei dann die überlagerte Generatorleistung NL in zuvor beschriebener Weise gesteuert bzw. geregelt wird. Eine für die in diesem Sinne automatische Aussteuerung der überlagerten Generatorleistung NL geeignete elektronische Steuer- und Regeleinrichtung, die Teil einer für den Betrieb des Hybridfahrzeugs vorgesehenen Gesamtregeleinrichtung ist, ist in2 prinzipienhaft dargestellt. Diese Steuer- und Regeleinrichtung wird durch eine elektronische Logikbausteine bzw. Logikstufen enthaltende Hybridsteuereinheit12 gebildet, bei der es sich z. B. um einen bekannten Mikroprozessor handeln kann. Diese Hybridsteuereinheit12 enthält im Ausführungsbeispiel im wesentlichen als Kern einen Rechenbaustein13 , zwei Vergleichsglieder14 ,15 und ein Addierglied16 .
- A. The capacity of the electrochemical energy store
7 corresponds at least approximately to its nominal capacity K Ahist ≥ ~ 0.7 × K Ancestors : With virtually fully charged energy storage would the internal combustion engine6 generally no generator power are superimposed. Depending on the existing operating condition, a purely electromotive propulsion, a purely internal combustion engine propulsion or a mixed propulsion, ie a simultaneous drive by internal combustion engine and electric motor would be set. If in the present operating situation for a purely internal combustion engine propulsion specific fuel consumption b e would result, which is greater, that is unfavorable than the aforementioned specific fuel consumption b * e , then in the event that the performance of the comparatively small electric machine4 sufficient for the drive sufficient to be driven by an electric motor, but in the event that a higher propulsive power is required, purely internal combustion engine. If, on the other hand, a specific fuel consumption b e would result in the present operating situation with purely internal combustion engine propulsion, which is equal to or possibly even slightly smaller than the abovementioned specific fuel consumption b * e , then a mixed drive would be meaningful, ie a drive by the internal combustion engine6 and additionally by the electric machine4 ; through the (partial) drive through the electric machine4 would the electrochemical energy storage7 namely again be partially discharged, which again the condition is created to drive in a corresponding operating situation consumption optimized with superimposed generator power. - B. The capacity of the electrochemical energy store
7 is considerably lower than its rated capacity K Ahist <~ 0.7 K Ancestors : With partially discharged electrochemical energy storage7 Depending on the operating situation, either purely internal combustion engine or internal combustion engine driven with superimposed generator power, depending on what is cheaper in this situation for the total consumption of the hybrid vehicle. If the specific fuel consumption b e in pure internal combustion engine operation is equal to or even slightly lower than the aforementioned specific fuel consumption b * e, then the internal combustion engine6 demanded only the traction power, ie N V = N F where N V represents the total power to be applied by the engine and N F as already stated before the power to be provided by the internal combustion engine for the propulsion of the vehicle. However, if in pure-engine operation, a specific fuel consumption b e greater than the aforementioned specific fuel consumption b * e would result, then the engine would become6 in addition, the electric machine controlled in the generator mode4 drive, in which case the superimposed generator power N L is controlled or regulated in the manner described above. An electronic control and regulating device which is suitable for the automatic control of the superimposed generator power N L in this sense and which is part of an overall control device provided for the operation of the hybrid vehicle is disclosed in US Pat2 presented in a principled way. This control and regulating device is by a hybrid logic unit containing electronic logic modules or logic stages12 formed, in which it is z. B. may be a known microprocessor. This hybrid control unit12 contains in the embodiment essentially as a core a computing block13 , two comparators14 .15 and an adder16 ,
Durch
den Rechenbaustein
Durch
die Beziehung ML = K* × P*e – MF(n) ist symbolisiert, daß der Rechenbaustein
Da
in der Praxis üblicherweise
nicht die Leistung, sondern letztlich das Moment der beiden Maschinen
Die
eingetragene Momenten-Beziehung wurde unter Verwendung des mittleren
effektiven Verbrennungsdrucks P*e geschrieben,
weil die zuvor anhand der
Das
vom Rechenbaustein
Da
der Verbrennungsmotor
In
einem Addierglied
Mit
Nur
beim verbrennungsmotorischen Vortrieb mit überlagerter Generatorleistung
wird die Hybridsteuereinheit
Wie
in
- 11
- Eingangswelle des Kfz-Wechselgetriebesinput shaft of the vehicle gearbox
- 22
- Kfz-WechselgetriebeCar change gear
- 33
- erste schaltbare Trennkupplungfirst switchable disconnect clutch
- 44
- Elektromaschineelectric machine
- 55
- zweite schaltbare Trennkupplungsecond switchable disconnect clutch
- 66
- Verbrennungsmotorinternal combustion engine
- 77
- elektrochemischer Energiespeicher (Antriebsbatterie)electrochemical Energy storage (drive battery)
- 88th
- Fahrpedalaccelerator
- 99
- elektronischer Betriebsartenschalterelectronic Mode switch
- 1010
- Stellglied für den Verbrennungsmotoractuator for the internal combustion engine
- 1111
- Stellglied für die Elektromaschineactuator for the electric machine
- 1212
- Hybridsteuereinheit, z. B. MikroprozessorHybrid control unit z. B. microprocessor
- 1313
- Rechenbausteincomputing chip
- 1414
- Vergleichsgliedcomparator
- 1515
- Vergleichsgliedcomparator
- 1616
- Addiergliedadder
- NFNF
- Fahr- oder Vortriebsleistung des Verbrennungsmotorsdriving or propulsive power of the internal combustion engine
- NLNL
- "überlagerte" Generatorleistung, d. h. die für den"superimposed" generator power, d. H. the for the
- Generatorantrieb aufgebrachte Leistung des Verbrennungsgenerator drive applied power of combustion
- motorsmotors
- be b e
- spezifischer Kraftstoffverbrauch des Verbrennungsmotorsspecific Fuel consumption of the internal combustion engine
- bei reinem Vortriebat pure propulsion
- be'b e '
- spezifischer Kraftstoffverbrauch des Verbrennungsmotorsspecific Fuel consumption of the internal combustion engine
- bei zusätzlichem Antrieb der generatorisch betriebenenat additional Drive of regeneratively operated
- Elektromaschineelectric machine
- be*b e *
- ein auf der Basis des Motor-Verbrauchkennfelds vorgeone on the basis of the engine consumption map
- gebener bestimmter Wert des spezifischen Kraftstoffspecified specific value of the specific fuel
- verbrauchsconsumption
- ηges η ges
- Gesamtwirkungsgrad für die elektrische Energieerzeugung,Overall efficiency for the electrical energy production,
- -speicherung und Rückwandlung in Antriebsenergie-storage and reconversion in drive energy
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DEP4300263.3 | 1993-01-08 | ||
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