DE10005581A1

DE10005581A1 - Verfahren zum Steuern eines Hybridfahrzeuges

Info

Publication number: DE10005581A1
Application number: DE10005581A
Authority: DE
Inventors: Toru Watanabe; Shinsuke Takahashi; Teruji Sekozawa
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1999-02-09
Filing date: 2000-02-09
Publication date: 2000-10-26
Anticipated expiration: 2020-02-10
Also published as: JP3536703B2; US6381522B1; DE10005581B4; JP2000232703A

Abstract

In einem Fahrzeug, das mit einem Motor und einem regenerativen Systen ausgerüstet ist, soll die durch das regenerative System zu speichernde Energiemenge geplant werden und auf diese Weise die Treibstoffeffiziens und der Fahrkomfort sichergestellt werden. Insbesondere, wenn das Ziel eines Fahrzeugs und die Route dorthin nicht angegeben werden, sollte eine Planung durchgeführt werden, wenn die Treibstoffeffizienz und der Fahrkomfort verbessert werden sollen. DOLLAR A Bei einem Fahrzeug-Steuerungsverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung erfolgt die Planung durch eine Prognose der Verteilung der Höhenpositionen, deren Erreichen für das Fahrzeug zu zukünftigen Zeitpunkten prognostiziert wird, und durch Verwendung der repräsentativen Höhenwerte zu jedem Zeitpunkt. Ferner wird die Verschlechterung des Fahrkomforts unterhalb eines bestimmten Niveaus gehalten, indem eine Grenze für die Einstellrate der verbleibenden Menge der zurückgewonnenen Energie zum Zeitpunkt der Planung vorgeschrieben wird, die dem Unebenheitsgrad der aus der Höhenverteilung ermittelten Höhen entspricht.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung eines Hybridfahrzeuges und insbesondere ein Verfah ren zur optimalen Steuerung eines Hybridfahrzeuges, das einen Verbrennungsmotor und ein regeneratives System zum Umwandeln, Speichern und Abgeben der kinetischen Energie des Fahrzeugs hat.

Beim Bremsen mit einer Trommelbremse oder einer Schei benbremse wird die kinetische Energie des Fahrzeugs als Wärme abgegeben. Auf der anderen Seite gibt es einige Fahrzeuge, die die Treibstoffeffizienz mit einem regenerativen System zum Rückgewinnen und Wiederverwenden ihrer kinetischen Ener gie verbessern. Zum Beispiel ist ein Fahrzeug, das in der ja panischen veröffentlichten, ungeprüften Patentanmeldung Nr. HEI 10-98805 offenbart ist, mit einem System ausgerüstet, das kinetische Energie mit einer Rotationsmaschine in elektrische Energie umwandelt und die umgewandelte Energie in seiner Bat terie speichert. Andere bekannte Beispiele enthalten regene rative Systeme, die elastische Elemente, komprimierte Luft, ein Schwungrad, eine hydraulische Pumpe usw. einschließen, wie in Automotive Technology Handbook, Vol. 1 on Basics and Theory, herausgegeben von der Automotive Technology Society (von Japan) am 1. Dezember 1990, Seite 137 bis 140 beschrie ben ist.

Ein Hybridfahrzeug, das mit einem dieser regenerativen Systeme ausgerüstet ist, kann die Treibstoffeffizienz und den Fahrkomfort durch Steuerung des Leistungsabgabeverhältnisses zwischen einer primären Antriebsquelle, wie einem Ver brennungsmotor, und einer sekundären Antriebsquelle, die aus einem regenerativen System besteht, verbessern. Zum Beispiel kann ein Verfahren, bei dem das Ziel eingegeben wird, um die Fahrtroute zu bestimmen, und der Ladezustand der Batterie für den Weg geplant wird, wie in der japanischen veröffent lichten, ungeprüften Patentanmeldung Nr. HEI 8-126116 offen bart, auf ein Fahrzeug angewendet werden, das mit einer Rota tionsmaschine (Motor) und einer Speicherbatterie versehen ist. Nach diesem Verfahren wird der Ladezustand der Batterie so geplant, daß er vor einer Steigung erhöht wird, um mög lichst eine Verschlechterung des Fahrkomforts wegen eines Leistungsrückgangs während der Steigung zu vermeiden. Wei terhin wird durch eine Reduzierung des Ladezustands der Bat terie und eine Steigerung der Energiemenge, die durch eine regenerative Bremse zurückgewonnen wird, versucht, die Treib stoffeffizienz zu verbessern und den Fahrkomfort zu erhöhen, indem ein ausreichendes Bremskraftniveau sichergestellt wird.

Es besteht jedoch das Problem, daß eine langfristige Planung nur durchgeführt werden kann, wenn das Ziel und der Weg dorthin eingestellt werden. Darüber hinaus werden, selbst wenn das Ziel und der Weg dorthin angegeben werden und ein Fahrtplan erstellt wird, sowohl die Treibstoffeffizienz als auch der Fahrkomfort extrem verschlechtert werden, wenn das Fahrzeug als Ergebnis eines Fahrfehlers oder einer Meinungs änderung des Fahrers, vom geplanten Weg abweicht.

1. Um das obengenannte Problem durch ein erfindungsge mäßes Verfahren zu lösen wird ein Hybridfahrzeug gesteuert, indem für jeden Zeitpunkt die Verteilung von Höhen berechnet wird deren Erreichen für das Fahrzeug prognostiziert wird; der repräsentative Höhenwert für jeden Zeitpunkt aus der Höhenverteilung für jeden Zeitpunkt berechnet wird; und, vorausgesetzt, daß das Fahrzeug den Punkt der repräsentativen Höhe für diesen repräsentativen Wert passiert, die Ener gierückgewinnungs- und die Entlademengen des regenerativen Systems und die Motorleistung geplant werden. Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht sogar dann einen mittelfristigen bis langfristigen Fahrtplan zu erstel len, wenn das Ziel und der Weg dorthin nicht festgelegt wer den, und dadurch die Treibstoffeffizienz zu erhöhen.
2. Um das obengenannte Problem erfindungsgemäß zu lö sen, wird ein Hybridfahrzeug gesteuert, indem die Wahrschein lichkeitsverteilung die den Energiestatus des Fahrzeugs betrifft, zu jedem Zeitpunkt vom augenblicklichen Moment aus im voraus berechnet wird; der Einstellbereich der Zielmenge für die Speicherenergie zu jedem Zeitpunkt entsprechend der Verteilungsstreuung des Energiezustands bestimmt wird; und die Energierückgewinnungs- und Entlademengen des re generativen Systems und die Motorleistung so geplant werden, daß sie mit dem Grenzbereich konsistent sind. Als Ergebnis kann verhindert werden, daß sich der Fahrkomfort entweder durch einen Überschuß oder einen Mangel regenerativer Systemenergie verschlechtert, wenn ein Fahrtplan nach der oben unter (1) beschriebenen Planungsmethode erstellt wird.
3. In dem obigen Verfahren nach (2) werden vorzugsweise entweder die Höhenverteilung oder die die Fahrzeuggeschwin digkeit betreffende Verteilung oder beide als die Wahrschein lichkeitsverteilung(en) verwendet, um den Fahrzeug-Energie status des Hybridfahrzeugs zu steuern. Als Ergebnis kann der Fahrtplan auf der Grundlage von bestimmenden Größen des Ener giestatus, die auf das Fahrzeug wirken, erstellt werden, um eine hinreichende Steuerung zu erreichen.
4. Im obengenannten Verfahren nach (2) wird das Hybrid fahrzeug dadurch gesteuert, daß der erreichbare Punkt zu jeder Zeit und die entsprechende Ankunftswahrscheinlichkeit aus dem Verhältnis der Verzweigung in verschiedene Routen an jeder Kreuzung, die vor dem Fahrzeug liegen, und der progno stizierten Fahrzeit zum Überbrücken eines gegebenen Abschnitts berechnet wird, die Höhe des Punktes ermittelt wird der zu erreichen ist, die Verteilung der Ankunftswahr scheinlichkeiten des Fahrzeuges für eine gegebene Höhe zu diesem Zeitpunkt berechnet wird, und die Wahrscheinlich keitsverteilung, die den Energiestatus des Fahrzeuges betrifft, zu jedem Zeitpunkt auf der Grundlage der so berech neten Verteilung der Höhenwahrscheinlichkeiten berechnet wir.
5. Um das obengenannte Problem erfindungsgemäß zu lö sen, wird ein Hybridfahrzeug gesteuert, indem die Höhenver teilung von Punkten aus einem Satz berechnet wird, der minde stens entweder aus den Punkten innerhalb eines von der gegenwärtigen Position des Fahrzeugs umschriebenen räumlichen Bereiches oder den Punkten, die in einem vorgeschriebenen Zeitraum erreichbar sind, besteht, und indem die Zielmenge der zu speichernden Energie des regenerativen Systems so ein gestellt wird, daß sie sich mit zunehmender Streuung der Hö henverteilung dem Mittelpunkt des richtigen Bereiches annähert. Als Ergebnis kann das Fahrzeug mit einer ver gleichsweise kleinen Anzahl von Verfahrensschritten gesteuert werden, allerdings mit schlechterer Genauigkeit.

Fig. 1 zeigt den die vorliegende Erfindung betreffen den Aufbau eines Fahrzeugs.

Fig. 2 zeigt den Aufbau einer Fahrzeugsteuerung für ein die Erfindung betreffendes Fahrzeug.

Fig. 3 ist ein Blockdiagramm des Ablaufs gemäß einem bevorzugten Auführungsbeispiels der Erfindung.

Fig. 4 ist ein Flußdiagramm des Ablaufs gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung.

Fig. 5 ist ein das Ausführungsbeispiel der Erfindung betreffendes Diagramm, das die Höhenverteilung zeigt.

Fig. 6 ist ein Diagramm, das die Leistungscharakteri stik einer Batterie in dem Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt.

Fig. 7 ist ein Diagramm, das die Lade- /Entladeeffizienzcharakteristiken der Batterie in dem Ausfüh rungsbeispiel der Erfindung zeigt.

Fig. 8 ist ein Diagramm, das die Bestimmung der An triebsleistung für die Zielachse in einem Ausführungsbeispiel der Erfindung betrifft.

Fig. 9 ist ein weiteres Diagramm, das die Bestimmung der Antriebsleistung für die Zielachse in einem Ausführungs beispiel der Erfindung betrifft.

Fig. 10a zeigt eine Straßenumgebung, in der das Fahr zeug fährt.

Fig. 10b zeigt die Änderungen im Ladezustand der Fahr zeugbatterie bei einer Steuerung ohne Prognose.

Fig. 10c zeigt Änderungen im Ladezustand der Fahrzeug batterie, bei denen das Fahrzeug erfindungsgemäß gesteuert ist.

Fig. 11 ist ein Blockdiagramm des Verfahrens gemäß ei nem dritten bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung.

Ein Fahrzeugsteuerungsverfahren nach einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird folgend in bezug auf die Begleitzeichnungen beschrieben.

Zuerst wird in bezug auf Fig. 1 der Aufbau eines Fahr zeugsteuersystems beschrieben, auf das ein Fahrzeugsteue rungsverfahren gemäß dieser Ausführung angewendet wird.

Das dieser Ausführung entsprechende Fahrzeugsystem ist als Kraftquelle mit einem Verbrennungsmotor 101 mit innerer Verbrennung und einem Rotationsmaschinensystem, das aus einem Generator 103 und einem Motor 105 besteht, ausgerüstet. Diese Teile sind mit einem Kraftübertragungsstrang 100 verbunden, der aus einem Getriebe und einer Kupplung besteht, und treiben Antriebsräder 109 entweder direkt oder indirekt an. Der Überschuß der elektrischen Energie, die vom Generator 103 erzeugt und vom Motor 105 verbraucht wird, wird in die Batterie 107 gespeichert und abgegeben, wenn Leistungs versorgung notwendig ist. Ein System, das die kinetische Energie oder die Motorleistung eines Fahrzeugs umwandelt, speichert und liefert, wird regeneratives System genannt.

In dieser Ausführung bilden der Generator 103, der Motor 105 und die Batterie 107 das regenerative System. Der Verbrennungsmotor 101 wird durch eine Verbrennungsmotorsteue rung 117 gesteuert und überwacht. Der Generator 103 wird durch eine Generatorsteuerung 119 gesteuert und überwacht. Der Motor 105 wird durch eine Motorsteuerung 123 gesteuert und überwacht. Die Batterie 107 wird durch eine Batterie steuerung 121 gesteuert und überwacht. Diese Steuerungen werden gemeinsam von der Fahrzeugsteuerung 115 gesteuert. Ein internes Netzwerk 125 verbindet die Steuerungen untereinan der.

Das Fahrzeugsystem, das mit einem Positionsermittler 131 versehen ist, der aus einer GPS-(global positioning sy stem)Antenne und anderen Teilen besteht, liefert Informatio nen über die laufende Fahrzeugposition an die Fahrzeugsteue rung 115. Eine Kartendatenbasis 133 liefert auf Anfrage der Fahrzeugsteuerung 115 Daten über die laufende Fahrzeugpositi on und die Breite, den Verlauf und die Höhe der nächsten und anderen notwendigen lokalen Straßen. Ein Verkehrsinformati onsempfänger 135, der aus einem Verkehrsfunkempfänger, einer Radioantenne und ähnlichem besteht, empfängt öffentliche In formationen über den Straßenverkehr und liefert sie an die Fahrzeugsteuerung 115.

Ein Gaspedal 127 ist mit einem Positionsaufnehmer (nicht gezeigt) versehen, der Informationen über den Gaspedal-Tret winkel an die Fahrzeugsteuerung liefert. Ein Bremspedal 129 ist mit einem Positionsaufnehmer (nicht gezeigt) versehen, der Informationen über den Bremspedal-Tretwinkel an die Fahrzeugsteuerung liefert. Eine Bremse 111, die entweder mechanisch oder elektrisch an das Bremspedal 129 gekoppelt ist, bringt die dem Tretwinkel des Bremspedals entsprechende Bremskraft auf die Antriebsräder auf. Diese Bremse wandelt die kinetische Energie der Antriebsräder entweder mit Brems backen oder Bremstrommeln in Wärme um, die in die Atmosphäre abgegeben wird.

Nachfolgend wird die Fahrzeugsteuerung 115 detaillierter in bezug auf Fig. 2 beschrieben. Die Fahrzeugsteuerung be steht aus einer CPU 201, einem ROM 203, einem RAM 205, einem Sensor-IO und einem Netzwerk-IO, die über einen Bus 210 un tereinander verbunden sind. Die CPU 201 steuert das Fahrzeug entsprechend einem Steuerungsprogramm, das im ROM 203 gespei chert ist. Notwendige Variablen zum Berechnen durch die CPU 201 werden im RAM 205 als Daten gespeichert. Datenübertragung und -empfang von und zum Positionsermittler 131, von und zur Kartendatenbasis 133 und von und zum Verkehrsinformationsemp fänger 135 und der Empfang der Signale über den Gaspedaltret winkel und den Bremspedaltretwinkel werden über den Sensor IO 207 ausgeführt, und die Ergebnisse werden in der CPU 201 oder dem RAM 205 für einen erforderlichen Zeitraum gespeichert. Datenübertragung und -empfang von und zum internen Netzwerk 125 wird über den Netzwerk-IO 209 ausgeführt, und die Ergeb nisse werden in der CPU 201 oder dem RAM 205 für einen not wendigen Zeitraum gespeichert.

Die Verbrennungsmotorsteuerung 117, die Generatorsteue rung 119, die Batteriesteuerung 120 und die Motorsteuerung 123 haben einen ähnlichen Aufbau wie die in Fig. 2 gezeigte Fahrzeugsteuerung 115.

Als nächstes zeigt Fig. 3 ein Blockdiagramm des Fahr zeugsteuerungsverfahrens nach diesem Ausführungsbeispiel. Das Verfahren, das in diesem Blockdiagramm gezeigt wird, wird durch die Fahrzeugsteuerung 115 ausgeführt. Hinzugefügt sei, daß diese Ausführung die Zielrouten-Einstelleinheit 1001 nicht verwendet.

Eine Ankunftsbereich-Prognoseeinheit 301 errechnet auf der Grundlage der gegenwärtigen Position, die durch den Posi tionsermittler 131 erfaßt wurde, geographischen Daten aus der Kartendatenbasis 133 und Verkehrsstauinformationen vom Ver kehrsinformationsempfänger 135 einen erreichbaren Bereich S(t) von der gegenwärtigen Position aus für jeden Zeitpunkt t vom gegenwärtigen Zeitpunkt aus bis zu einem vorbestimmten Zeitpunkt, z. B. in fünf-Minuten-Intervallen bis 30 Minuten später. Die Berechnung von S(t) wird ausgeführt, indem die erforderliche Zeit zum Überwinden einer Distanz zwischen an grenzenden Verbindungspunkten ermittelt werden, die in der Kartendatenbasis gespeichert sind, dabei wird angenommen, daß die Entfernung zwischen jedem Paar angrenzender Verbin dungspunkte mit der maximalen Geschwindigkeit zurückgelegt wird, die die angenommene Verkehrsdichte erlauben würde und ein erreichbarer Verbindungspunkt durch umfangreiche Suche aller Straßenverbindungen zwischen jedem Paar aneinander grenzender Verbindungspunkte identifiziert wird. Die Verbin dungspunkte sind all die Kreuzungen, Verzweigungspunkte und Punkte, die auf vorgeschriebenen Intervallen auf Straßen zwischen Kreuzungen angeordnet sind.

Eine Ankunftswahrscheinlichkeits-Berechnungseinheit 303 berechnet die Ankunftswahrscheinlichkeit des Fahrzeugs für einen Zeitpunkt t für jeden Verbindungspunkt, der in S(t) enthalten ist. In der Wahrscheinlichkeitsberechnung wird die Wahrscheinlichkeit der Wegentscheidung für jeden Verzwei gungspunkt auf folgende Weise ermittelt. Die Wahrscheinlich keiten werden so ermittelt, daß die Straße um so eher gewählt wird, je größer die Breite einer gegebenen Straße aus der Kartendatenbasis 133 angegeben ist, und daß je intensiver die Verkehrsdichte entsprechend dem Verkehrsinformationsempfänger 135 ist, es um so unwahrscheinlicher ist, daß die Straße aus gewählt wird. Es wird angenommen, daß das Fahrzeug um so schneller fährt, je größer die Straßenbreite ist, und daß es um so langsamer fährt, je dichter der Verkehrsstau ist, und die Verteilung der Zeitspannen, die benötigt werden, um die Entfernung zwischen jedem Paar von angrenzenden Verbindungs punkten zu überwinden, werden auf dieser Basis berechnet. Die Wahrscheinlichkeit Pos(s; t) der Fahrzeuganwesenheit an jedem Verbindungspunkt s, der in S(t) nach einem Zeitpunkt t ent halten ist, wird aus der so definierten Wahrscheinlichkeit der Wegentscheidung an jedem Verzweigungspunkt und der Ver teilung der Fahrtzeitlängen zwischen Verbindungspunkten berechnet. Wenn sich das Fahrzeug nicht genau an einem der gegebenen Verbindungspunkte befindet, wird angenommen, daß es sich am nächstliegenden Verbindungspunkt befindet.

Eine Höhenverteilungs-Berechnungseinheit 305 berechnet die Verteilung der Höhen, an denen sich das Fahrzeug aufhal ten wird, aus dem erreichbaren Bereich S(t) und der Ankunfts wahrscheinlichkeit Pos(s; t) zu jedem Zeitpunkt t und Höhen daten aus der Kartendatenbasis. Es wird also die folgende Verteilung ermittelt. Die Höhe eines Verbindungspunkteintrags aus der Kartenbasis, die von H(s) repräsentiert ist, die relative Höhe des niedrigsten Straßenniveaus (z. B. 200 m) von ihrem Höchstniveau (z. B. 4000 m) wird in Abschnitte HH(i) einer vorgeschriebenen Länge (z. B. 1 m) eingeteilt. Für jedes von S(t) eingeschlossene s wird für jeden Abschnitt HH (i) hh(t; i) ermittelt, daß durch die folgende Gleichung bestimmt ist, S(t; i) repräsentiert dabei alle die, deren H(s) zum Abschnitt HH(i) gehören.

Auf diese Weise wird die Wahrscheinlichkeit der Fahr zeuganwesenheit zu einem Zeitpunkt t für jeden höhenbasierten Abschnitt ermittelt. Fig. 5 ist ein Diagramm, in dem der hö henbasierte Abschnitt an der horizontalen Achse und die Anwe senheitswahrscheinlichkeit an der vertikalen Achse einge zeichnet sind. Während hier eine endliche Anzahl von Verbin dungspunkten verwendet wird, kann die Verteilung von Höhen auch als kontinuierliche Folge berechnet werden, indem man S(t) kontinuierlich annimmt und die Länge des höhenbasierten Abschnitts infinitesimal klein werden läßt.

Eine Einstelleinheit (307) für einen repräsentativen Hö henwert berechnet den repräsentativen Wert ho(t) der Höhe zu jedem Zeitpunkt aus den Höhenwahrscheinlichkeit h(t) zu jedem Zeitpunkt. Die durchschnittliche Höhe, die durch die folgende Gleichung gegeben ist, wird als repräsentativer Wert verwen det:

in der H'(i) die durchschnittliche Höhe in Abschnitt HH(i) ist.

Eine andere Art, den Durchschnitt zu ermitteln, besteht darin, den repräsentativen Wert zu einem Zeitpunkt t unter Berücksichtigung der Unebenheit der Form der Wahrscheinlich keitsverteilung h(t) zu berechnen. Zum Beispiel kann eine befriedigende Steuerung in einer bestimmten Straßensituation erreicht werden, wo h(t) mit zunehmendem t wächst, wie auf einer Bergstraße, indem ein repräsentativer Wert, der größer als der dem Zunahmegrad entsprechenden Durchschnitt ist, ver wendet wird.

Eine Ladezustandsgrenzbereich-Einstelleinheit (309) stellt die Grenzbedingungen ein, die den Ladezustand betref fen, um in der folgenden Ladeplaneinheit 311 die Ladung zu planen. Zur Beschreibung des durch diesen Block 309 durchge führten Verfahrens, werden die Charakteristiken der Fahrzeug batterie 107, die in diesem Beispiel verwendet wird, be schrieben. Fig. 6 ist ein Diagramm, daß die Leistungsabg becharakteristik der Batterie in diesem Ausführungsbeispiel im Verhältnis zum Ladezustand (im folgenden LZ) verdeutlicht. Wenn der LZ 100% beträgt ist maximale Leistungsabgabe zu erreichen. Wenn der LZ unter 60% fällt die Leistungsabgabe rapide ab. Als Ergebnis wird die Antriebskraft des Motors schwächer und der Fahrkomfort verschlechtert sich extrem. Fig. 7 zeigt die Lade-/Entladeeffizienz-Charakteristiken der Batterie. Die Lade-/Entladeeffizienz meint das Verhältnis eines erreichten Entladeniveaus, zu einem gegebenen Ladungs niveau. Während in einem LZ-Bereich von 95% oder darunter eine nahezu 100 prozentige Lade-/Entladeeffizienz erreicht wird, fällt die Effizienz jenseits einem LZ von 95% extrem ab. Bei einem LZ von 100% wäre jedes weitere Aufladen ein Überladen und Aufladen ist praktisch unmöglich, setzt die regenerative Bremse außer Kraft und beeinträchtigt den Fahr komfort des Fahrzeugs. Das durch diesen Block 309 ausgeführte Verfahren stellt die Grenzen des Zielbereichs des LZ auf der Grundlage der Höhenverteilung h(t) ein, um an einem vorge schriebenen Grenzniveau a zu einer Zeit t eine Verschlechte rung des Fahrkomforts zu verhindern.

Zuerst wird die untere Grenze des Ziel LZ berechnet. Die Höhe gibt den Fahrzeug die potentielle elektrische Energie EH(h)[J(joule)], die durch die folgende Gleichung dargestellt wird:

Eh(h) = Mgh (3)

Pr(60 ≦ soc(t) + kΔh ≦ 100) < a (4)

in der M das Gewicht des Fahrzeugs ist und g die Erdbe schleunigung. Die potentielle elektrische Energie wird durch das regenerative System als elektrische Energie zurückgewon nen, wenn sich die Höhenposition geändert hat. Der Variati onsbereich des LZ pro Meter Höhendifferenz ist dann ein fester Wert k [%/m], wenn man annimmt, daß die Motoreffizienz festliegt. Daher wird mit einem repräsentativen Höhenwert ho(t) zu einem vorbestimmten Zeitpunkt und einem realisierten Höhenwert hr(t) zu einem tatsächlichen Zeitpunkt t, der durch Δh(t) repräsentiert wird, der LZ um k × Δh abnehmen oder zu nehmen. Der Wert von Δh(t) zu einem zukünftigen Zeitpunkt hängt von der Wahrscheinlichkeit am gegenwärtigen Zeitpunkt ab, und die Verteilung Δh(t) wird nur von h(t) bestimmt. Dadurch kann, durch Lösen der Gleichung (4) unter Verwendung von h(t), der Bereich [e1(t), e2(t)] von SOC(t), indem der LZ-Wert zwischen 65% und 100% gehalten wird, ermittelt werden, sogar wenn die Wahrscheinlichkeit für k × Δh relativ zu einem vorgeschriebenen, signifikanten Niveau a (z. B. 0,99) variiert. Dieser Grenzbereich [e1(t), e2(t)] bezüglich der Einstellung des LZ-Zielwertes zu diesem Zeitpunkt t ist die Ausgabe vom Block 309.

Zufälligerweise besteht hier eine Charakteristik, daß je größer die Streuung von Δh, d. h. je größer die Streuung von h(t) ist, der Bereich von [e1(t), e2(t)] um so enger ist. Über dieses Ausführungsbeispiel hinaus ist also annehmbar, nur diese Charakteristik allein zu berücksichtigen und einen engeren LZ-Grenzbereich bei der Ladeplanung, entsprechend der Streuung vom h(t), einzustellen. Auf diese Weise benötigt die Berechnung wenige Schritte, allerdings ist die Genauigkeit schlechter.

Als nächstes führt die Ladeplaneinheit 311 die Ladepla nung auf der Basis des repräsentativen Höhenwertes ho(t), die für jeden Zeitpunkt t vom Block 307 ermittelt wurde, und dem repräsentativen Höhenwert ho(t) und dem LZ-Grenzbereich [e1(t), e2(t)] durch und liefert eine Lade- /Entladeaufforderung an eine Antriebskraftverteilungseinheit 315, die entweder Krafterzeugung oder Fahren (Entladen) ent sprechend dem Ergebnis der Ladeplanung und dem laufenden LZ- Wert bevorzugt. In der Ladeplanung entsprechend diesem Aus führungsbeispiel wird die Höhenposition ho(t) des Fahrzeugs zu jedem Zeitpunkt t (in fünfminütigen Intervallen von lau fendem Zeitpunkt bis 30 Minuten später) angenommen, und der Zielwert für den Batterie-LZ zur Minimierung des Treibstoff verbrauchs unter dieser Bedingung wird für jeden Zeitpunkt berechnet. Jedoch soll der Zielwert zu jedem Zeitpunkt die Bedingungen des Grenzbereichs [e1(t), e2(t)] erfüllen. Wenn der tatsächliche LZ größer als der zu berechnete LZ sein sollte, wird durch die Lade-/Entladeaufforderung das Fahren bevorzugt (entladen). Wenn der tatsächliche LZ kleiner ist, wird der Generatorbetrieb bevorzugt.

Eine Zielachsenleistungs-Einstelleinheit 313 bestimmt auf der Basis des Gaspedaltretwinkels APS, des Bremspe daltretwinkels BRS ist und der Fahrzeuggeschwindigkeit V den Zielwert der Antriebskraft, die an die Antriebsachse zu lie fern ist. Zuerst wird entsprechend der in Fig. 8 gezeigten Karte der Standardwert der Zielachsenleistungsabgabe aus dem APS und der Fahrzeuggeschwindigkeit V bestimmt. Dann wird das Ergebnis der Subtraktion der Bremswirkung entsprechend dem Bremspedaltretwinkel in dem in Fig. 9 gezeigten Verhältnis von diesem Standardwert als Zielachsenantriebsleistung tTd geliefert.

Die Antriebskraftverteilungseinheit 315 berechnet die Verbrennungsmotorleistung, die Motorleistung und die Genera torleistung auf der Basis der Lade-/Entladeaufforderung vom Block 311 und der Zielachsenantriebsleistung vom Block. 313 und liefert die entsprechenden Zielwerte an Verbrennungsmo tor, Motor und Generator. Hier ist die Summe der Bilanz aus der Subtraktion der Leistungsabgabe, die zur Energieerzeugung benötigt wird, von der Verbrennungsmotorleistung und der Motorleistung die Achsantriebsleistung. Es wird erreicht, daß diese Achsantriebsleistung identisch mit tTd ist, die vom Block 313 ermittelt wurde. Das individuelle Antriebsver hältnis von Verbrennungsmotor, Motor und Generator wird in bezug auf vorher erstellte Tabellen bestimmt. Zwei Arten solcher Tabellen werden vorbereitet, eine, die durch Erhöhung des Verhältnisses der erzeugten Kraft die Krafterzeugung bevorzugt, und eine, die durch Erhöhung des Verhältnisses der Motorantriebskraft den Antrieb bevorzugt, und jede wird entsprechend der Lade-/Entladeaufforderung vom Block 311 gezielt gelesen.

Die Erklärung des Blockdiagramms, daß das Fahrzeug Steu erverfahren entsprechend dem Ausführungsbeispiel der vorlie genden Erfindung nach Fig. 3 zeigt ist nun abgeschlossen.

Fig. 4 zeigt den Verfahrensablauf des in Fig. 3 gezeig ten Steuerungsverfahren gemäß dem erfindungsgemäßen Ausfüh rungsbeispiel.

In Schritt 401 prognostiziert die Ankunftsbereich Pro gnoseeinheit 301 den Ankunftsbereich S(t) des Fahrzeuges.

In Schritt 403 berechnet die Ankunftswahrscheinlich keits-Berechnungseinheit 303 die Ankunftswahrscheinlichkeit für jeden Punkt innerhalb des Ankunftswahrscheinlichkeitsbe reiches S(t) des Fahrzeuges.

In Schritt 405 berechnet die Höhenverteilungs-Berech nungseinheit 305 die Höhenverteilung h(t).

In Schritt 407 berechnet die Einstelleinheit 307 für den repräsentativen Höhenwert den repräsentativen Höhenwert ho(t) zu jedem Zeitpunkt.

In Schritt 411 plant die Ladeplanungseinheit 311 den LZ.

In Schritt 413 bestimmt die Zielachsenleistungs-Einstel leinheit 313 die Zielachsenleistungabgabe.

In Schritt 415 bestimmt und liefert die Antriebslei stungs-Verteilungseinheit 315 die Antriebszielwerte von Ver brennungsmotor, Motor und Generator. Die Erklärung von Fig. 4 ist nun vollständig.

Auch wenn das vorhergehende Ausführungsbeispiel ein Fahrzeug ist, das mit einem regenerativen System ausgerüstet ist, daß aus einer Batterie und einem Motor besteht, so ist die vorliegende Erfindung nicht auf dieses Ausführungsbei spiel beschränkt. Ein Fahrzeug, das mit einem regenerativen System ausgestattet ist, das elastische Elemente, kompri mierte Luft, ein Schwungrad, eine Hydraulikpumpe oder ähnli ches verwendet, hat auch seine eigenen Leistungscharakteri stiken und Effizienzcharakteristiken, wie die in den Fig. 6 und 7 gezeigten Leistungs- und Effizienzcharakteristiken der Batterie. In einem regenerativen System, das beispiels weise ein Schwungrad verwendet, wird die kinetische Energie des Fahrzeugs in die Rotationsenergie des Schwungrades umge wandelt und gespeichert. Dann, wenn die Drehzahl unter ein bestimmtes Niveau fällt, wird es schwierig, Energie abzuge ben. Oder wenn die Drehzahl über eine bestimmte Obergrenze ansteigt, werden Reibungsverluste zu hoch, um das Speichern von Energie zuzulassen. Entsprechend der Charakteristik jedes regenerativen Systems wird der Grenzbereich der wieder gewonnenen Energiemenge so wie der Grenzbereich eingestellt, der vom in Fig. 3 gezeigten Block 309 eingestellt wird.

Die Vorteile der Erfindung, die sich aus diesen Ausfüh rungsbeispielen ergeben, werden nun in bezug auf die Fig. 10A, 10B und 10C beschrieben.

Fig. 10A zeigt eine Straßenumgebung in dem ein Fahrzeug fahren soll. Es wird angenommen, daß es keinen besonderen Verkehrsstau gibt und daß sich das Fahrzeug zur Zeit 0 an der mit ⚫ markierten Position befindet und auf der fettgedruck ten Linie in Richtung von ○ nach ∆ fahren wird. Fig. 10B zeigt Schwankungen des LZ der Fahrzeugbatterie, bei denen die Steuerung ohne Prognose der zukünftigen Umgebung durchgeführt wird. Wenn das Fahrzeug von ⚫ nach ○ bergauf fährt und dabei elektrische Energie verbraucht, fällt der LZ, und die Motorleistung sinkt ab und verursacht dabei eine Verschlech terung des Fahrkomforts. Weiterhin übersteigt die Stromerzeu gung der regenerativen Bremsen während der Bergabfahrt nach ∆ den LZ von 100%, und die regenerative Bremse arbeitet nicht mehr. Demgegenüber sind die Änderungen des LZ der Batterie bei einer erfindungsgemäßen Fahrzeugsteuerung in Fig. 10c gezeigt. Da der repräsentative Höhenwert der Bergstraße zwi schen ⚫ und ○ während der Fahrt nach ⚫ erhalten wurde, ist der für den Anstieg notwendige LC an ⚫ erreicht. Daher tritt kein Abfall in der Motorleistung auf, bevor das Fahrzeug ○ erreicht. Weiterhin wird während der Fahrt von ○ nach ∆ die Ladeplanung auf der Basis des repräsentativen Höhenwertes durchgeführt, nachdem zusätzlich eine Grenze für den Ziel-LZ auf der Basis einer Höhenverteilung vorgeschrieben wurde, die sowohl eine Bergaufroute als auch eine Bergabroute bei ∆ einschließt. Als Ergebnis ist hinreichender Fahrkomfort sichergestellt, sowohl wenn das Fahrzeug bergab auf der fett gedruckten Linie fährt (Änderungen im LZ entsprechen der durchgezogenen Linie in Fig. 10C), die Wahrscheinlichkeit dieser Wahl ist hoch, als auch wenn eine Bergaufroute gewählt wird (Änderungen im LZ sind durch die unterbrochene Linie in Fig. 10C dargestellt).

Ein zweites bevorzugtes Ausführungsbeispiel der vorlie genden Erfindung wird nun beschrieben.

Fig. 3 ist ein diesem Ausführungsbeispiel entsprechendes Verfahrens-Blockdiagramm, das sich vom ersten Ausführungsbei spiel darin unterscheidet, daß es mit einer Zielroutenein stelleinheit 1101 versehen ist. Der Block 1101 berechnet die optimale Route zu dem Ziel, das der Fahrer eingegeben hat. Die Ankunftswahrscheinlichkeits-Berechnungseinheit 303 in diesem Ausführungsbeispiel berechnet, anders als sein Gegen stück in dem ersten Ausführungsbeispiel, die Erreichenswahr scheinlichkeit jedes Verbindungspunktes, indem sie die über den Block 1101 eingegebene Zielrouteninformation verwendet. So ordnet sie die höchste Wahrscheinlichkeit (z. B. 90% oder mehr) für die Wahl einer Route entlang der Zielroute zu, für den Fall das sich die Straße verzweigt und erhöht die Wahr scheinlichkeit für die Wahl unterschiedlicher Routen in Abhängigkeit von der Straßengestalt und dem Verkehrsaufkom men. (z. B. wird angenommen, daß bei einer Zielroute und einer alternativen Route, die sich in ihrer Breite gleichen, die Wahrscheinlichkeit, von der Zielroute abzuweichen, 1% beträgt, und daß die Wahrscheinlichkeit mit zunehmender Stra ßenbreite auf ein Maximum von 10% ansteigt).

Dieses Verfahren ermöglicht bei einer gegebenen Ziel route eine effizientere Ladeplanung. Zusätzlich besteht keine Gefahr, das sich der Fahrkomfort wesentlich verschlechtert, selbst wenn irgend eine Abweichung von der Zielroute auf tritt, weil der Ziel-LZ vom Block 309 auf ein bestimmtes Ni veau begrenzt wird.

Ein drittes bevorzugtes Ausführungsbeispiel der vorlie genden Erfindung wird nun beschrieben.

Fig. 11 ist ein diesem Ausführungsbeispiel entsprechen des Verfahrensblockdiagramm. Die hier gezeigten Blöcke, die die gleichen Bezugszeichen tragen wie in Fig. 3, funktionie ren jeweils auf die gleiche Weise wie ihre Gegenstücke dort. In dem Blockdiagramm nach Fig. 11 sind die Blöcke 1205, 1207 und 1209 jeweils anstatt der Blöcke 305, 307 und 309, die in Fig. 3 gezeigt sind, vorgesehen. Eine Fahrzeuggeschwindig keitsverteilungs-Berechnungseinheit 1205 berechnet den varia blen Bereich der Fahrzeuggeschwindigkeit auf der Basis von Verkehrsstauinformationen zu jedem Punkt im erreichbaren Be reich und ermittelt die Verteilung des variablen Bereiches der Fahrzeuggeschwindigkeit zu jedem Zeitpunkt, anstatt durch die Höhenverteilung, durch Überlagerung des Geschwindigkeits variationsbereiches mit der Ankunftswahrscheinlichkeit. Eine "Repräsentative Fahrzeuggeschwindigkeits"-Einstelleinheit 1207 berechnet einen repräsentativen Wert des Fahrzeugge schwindigkeits-Variationsbereiches für jeden Zeitpunkt t.

Dann stellt eine Ladezustandsbereichsgrenzen-Einstelleinheit 1209 den LZ-Grenzbereich für die Ladeplanung durch den fol genden Block 311 auf der Basis der Verteilung der Fahrzeuggeschwindigkeitsvariationsbereiche ein. Hier hat das Fahrzeug bei einer Geschwindigkeit v die kinetische Energie Ev(h)[J(joule)], die durch die folgende Gleichung dargestellt wird.

Dann wird anstelle des Höhenvariationsbereiches Δh der Variationsbereich Δv von v der Variationsfaktor der regenera tiven Energie. In gleicher Weise wie Gleichung (4) für das erste Ausführungsbeispiel gelöst wurde, auch wenn die Fahr zeuggeschwindigkeit entsprechend Δv variiert, kann der Ziel wertbereich [e1(t), e2(t)] berechnet werden, um den LZ innerhalb eines angemessenen Bereiches auf einem signifikan ten Niveau a zu halten. Dies ist die Ausgabe vom Block 1209.

Diese Ausführung ist insbesondere dort effektiv, wo das Fahrzeug bei hoher Geschwindigkeit auf einer Straße ohne we sentliche Höhendifferenzen fährt. In diesem Fall wird die re generative Energie als Variation der kinetischen Energie be stimmt. Auf der Grundlage der Verteilung dieser kinetischen Energie kann die Ladeplanung durchgeführt werden, und befrie digender Fahrkomfort kann auf diese Weise sichergestellt wer den.

Ein viertes bevorzugtes Ausführungsbeispiel der vorlie genden Erfindung wird nun beschrieben.

Das diesem Ausführungsbeispiel entsprechende Verfahrens- Blockdiagramm ähnelt dem in Fig. 3 gezeigten Blockdiagramm mit der Ausnahme, daß die Blöcke 303 und 1101 fehlen und das der Block 305 die Höhenverteilung aufgrund der Annahme ermit telt, daß die Ankunftswahrscheinlichkeit für jeden Punkt in nerhalb des erreichbaren Bereiches gleich ist. Diese Ausfüh rung, wenn auch schlechter hinsichtlich der Höhenverteilungs genauigkeit, hat den Vorteil, das Verfahren in einer geringe ren Anzahl Schritte auszuführen. Für dieses Ausführungsbei spiel kann die Berechnung im Block 303 für das erste, zweite und dritte Ausführungsbeispiel durch eine Berechnung ersetzt werden, die Entfernungen berücksichtigt, die durch die durch schnittliche Fahrzeuggeschwindigkeit und die verstrichene Zeit von dem augenblicklichen geographischen Punkt oder Punk ten in einer vorgeschriebenen Distanz als dem erreichbaren Bereich bestimmt werden. Das Verfahren ist zwar schlechter hinsichtlich der Genauigkeit, aber einfacher.

Ein Programm, daß das erfindungsgemäße Steuerungsverfah ren für ein Hybridfahrzeug ausführt, kann auch in einem com puterlesbaren Speichermedium gespeichert werden und zur Aus führung in einen Speicher geladen werden.

Gemäß der vorliegenden Erfindung kann, sogar wenn das Ziel des Fahrzeugs und die Route dorthin nicht angezeigt sind, die Fahrt des Fahrzeugs auf der Grundlage wahrschein lichkeitsbasierter Prognosen langfristig geplant werden, und die Treibstoffeffizienz kann so verbessert werden. Darüber hinaus kann das Auftreten von Verschlechterungen des Fahr komforts unter einem bestimmten Niveau gehalten werden. Zu sätzlich kann, wenn ein Fahrtplan durch Auswahl einer Route erstellt wurde, selbst bei Abweichungen der tatsächlichen Fahrt von der geplanten Route verhindert werden, daß sich die Treibstoffeffizienz und der Fahrkomfort verschlechtern.

Claims

1. Verfahren zum Steuern eines Hybridfahrzeugs, das mit ei nem regenerativen System zum Umwandeln, Speichern und Liefern mindestens der kinetischen Energie oder der Motorleistung des Fahrzeugs und mit einem Motor ausgerüstet ist,
wobei für jeden Zeitpunkt die Verteilung von Höhen berechnet wird, deren Erreichen für das Fahrzeug prognosti ziert wird;
der repräsentative Höhenwert für jeden Zeitpunkt aus der Höhenverteilung für jeden Zeitpunkt berechnet wird;
und, vorausgesetzt, daß das Fahrzeug den Punkt der repräsentativen Höhe für jeden Zeitpunkt passiert, die Energierückgewinnungs- und die Entlademengen des regenerati ven Systems und die Motorleistung geplant werden.

2. Verfahren zum Steuern eines Hybridfahrzeugs, das mit ei nem regenerativen System zum Umwandeln, Speichern und Liefern mindestens der kinetischen Energie oder der Motorleistung des Fahrzeugs und mit einem Motor ausgerüstet ist, wobei die Wahrscheinlichkeitsverteilung, die den Energiestatus des Fahrzeugs betrifft, zu jedem Zeitpunkt vom augenblicklichen Moment aus im voraus berechnet wird;
der Einstellbereich der Zielmenge für die Speicherener gie zu jedem Zeitpunkt entsprechend der Verteilungsstreuung des Energiezustands bestimmt wird; und
die Energierückgewinnungs- und Entlademengen des rege nerativen Systems und die Motorleistung so geplant werden, daß sie mit dem Grenzbereich konsistent sind.

3. Verfahren zum Steuern eines Hybridfahrzeugs nach An spruch 2, wobei mindestens entweder die Höhenverteilung oder eine die Fahrzeuggeschwindigkeit betreffende Verteilung als die Wahrscheinlichkeitsverteilung(en), die den Energiestatus des Fahrzeugs betreffen, verwendet wird (werden).

4. Verfahren zum Steuern eines Hybridfahrzeugs nach An spruch 2, wobei das Hybridfahrzeug dadurch gesteuert wird, daß zu jeder Zeit der erreichbare Punkt und die entsprechende Ankunftswahrscheinlichkeit aus dem Verhältnis der Verzweigung in verschiedene Routen an jeder Kreuzung, die vor dem Fahr zeug liegen, und der prognostizierten Fahrzeit zum Überbrüc ken eines gegebenen Abschnitts berechnet werden,
die Höhe des Punktes ermittelt wird der zu erreichen ist,
die Verteilung der Ankunftswahrscheinlichkeiten des Fahrzeuges für eine gegebene Höhe zu diesem Zeitpunkt berechnet wird, und
die Wahrscheinlichkeitsverteilung, die den Energiestatus des Fahrzeuges betrifft, zu jedem Zeitpunkt auf der Grundlage der Verteilung der Höhenwahrscheinlichkeiten berechnet wird.

5. Hybridfahrzeug, das mit einem regenerativen System zum Umwandeln, Speichern und Liefern mindestens der kinetischen Energie oder der Motorleistung des Fahrzeugs und mit einem Motor ausgerüstet ist, und gesteuert wird,
indem die Höhenverteilung von Punkten aus einem Satz berechnet wird, der mindestens entweder aus den Punkten innerhalb eines von der gegenwärtigen Position des Fahrzeugs umschriebenen räumlichen Bereiches oder den Punkten, die in einem vorgeschriebenen Zeitraum erreichbar sind, besteht, und
indem die Zielmenge der zu speichernden Energie des regenerativen Systems so eingestellt wird, daß sie sich mit zunehmender Streuung der Höhenverteilung dem Mittelpunkt des richtigen Bereiches annähert.