DE102009028922A1

DE102009028922A1 - Verfahren zum Betrieb eines Hybridfahrzeugs und Hybridsteuerung

Info

Publication number: DE102009028922A1
Application number: DE102009028922A
Authority: DE
Inventors: Walter Gronbach; Ulrich Grau
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2009-08-27
Filing date: 2009-08-27
Publication date: 2011-03-03
Also published as: FR2949411A1; CN102085862A; ITMI20101572A1; IT1400764B1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines Hybridfahrzeugs, welches wahlweise mit einem Verbrennungsmotor und mit einem Elektromotor angetrieben wird, wobei der Elektromotor aus einem Energiespeicher mit elektrischer Energie versorgt wird, wobei die Steuerung des Anteils des Antriebs durch den Verbrennungsmotor und des Antriebs durch den Elektromotor von einer Hybridsteuerung unter Berücksichtigung zumindest des Ladezustandes des Energiespeichers und von ermittelten Positionsdaten des Hybridfahrzeugs erfolgt und wobei kinetische Energie des Hybridfahrzeugs in elektrische Energie umgewandelt und dem Energiespeicher zugeführt wird. Dabei ist es vorgesehen, dass Positionsdaten von gefahrenen Fahrstrecken gespeichert werden, dass wiederholt gefahrene Fahrstrecken durch Vergleich der Positionsdaten der gespeicherten Fahrstrecken oder durch Vergleich der Positionsdaten von gespeicherten Fahrstrecken mit den Positionsdaten der aktuelle gefahrenen Fahrstrecke erkannt werden, dass den Energiebedarf und/oder den Energiegewinn entlang der Fahrstrecke beschreibende Energieflussinformationen während der Fahrt auf der Fahrstrecke erfasst und ortsabhängig zusammen mit den ermittelten Positionsdaten gespeichert werden und dass die Steuerung des Anteils des Antriebs durch den Verbrennungmotor und des Antriebs durch den Elektromotor bei wiedererkannter Fahrstrecke in Abhängigkeit von dem an Hand der Energieflussinformationen zu erwartenden Energiebedarf und/oder dem zu ...

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines Hybridfahrzeugs, welches wahlweise mit einem Verbrennungsmotor und mit einem Elektromotor angetrieben wird, wobei der Elektromotor aus einem Energiespeicher mit elektrischer Energie versorgt wird, wobei die Steuerung des Anteils des Antriebs durch den Verbrennungsmotor und des Antriebs durch den Elektromotor von einer Hybridsteuerung unter Berücksichtigung zumindest des Ladezustandes des Energiespeichers und von ermittelten Positionsdaten des Hybridfahrzeugs erfolgt und wobei kinetische Energie des Hybridfahrzeugs in elektrische Energie umgewandelt und dem Energiespeicher zugeführt wird.
Die Erfindung betrifft weiterhin eine Hybridsteuerung für ein Hybridfahrzeug, wobei das Hybridfahrzeug einen Verbrennungsmotor, einen Elektromotor und einen Energiespeicher zur Versorgung des Elektromotors mit elektrischer Energie aufweist, wobei überschüssige kinetische Energie des Hybridfahrzeugs durch den zeitweise als Generator betriebenen Elektromotor in elektrische Energie umwandelbar und dem Energiespeicher zuführbar ist und wobei der Anteil des Antriebs durch den Verbrennungsmotor und des Antriebs durch den Elektromotor unter Berücksichtigung zumindest des Ladezustandes des Energiespeichers und von ermittelten Positionsdaten des Hybridfahrzeugs von der Hybridsteuerung gesteuert ist.
Stand der Technik
Aus der Schrift DE 198 07 291 A1 ist ein Verfahren zum Betreiben eines Kraftfahrzeugs mit einem Hybridantrieb mit einem Elektromotor und einer Brennkraftmaschine bekannt. Dabei ist es vorgesehen, dass mittels eines Positionssensors eine momentane Position des Kraftfahrzeugs ermittelt und mit gespeicherten Daten einer Straßen- oder Landkarte verglichen wird, wobei durch den Vergleich festgestellt wird, in welcher Verkehrsumgebung sich das Fahrzeug befindet und ein entsprechender vorbestimmter Betriebsmodus des Hybridantriebs für die jeweilige Verkehrsumgebung eingestellt wird. Die Berücksichtigung der Verkehrsumgebung betrifft insbesondere die Unterscheidung zwischen Stadtverkehr, Fernverkehr und Überlandverkehr bei der Wahl des Antriebs des Kraftfahrzeugs über den Elektromotor oder die Brennkraftmaschine. Dabei wird auch der Ladezustand einer Batterie des Hybridantriebs ständig überwacht.
Aus der Schrift EP 1 399 329 B1 ist ein Verfahren zur Ansteuerung eines Hybridfahrzeugs bekannt, bei dem der Antrieb nach Vorgabe einer Betriebssteuerung mittels eines Verbrennungsmotors und eines Elektromotors erfolgt, bei dem der Anteil des elektromotorischen Antriebs in Abhängigkeit von die Fahrstrecke betreffenden und der Betriebssteuerung mitgeteilten Daten unter Berücksichtigung eines Ladezustandes eines Energiespeichers für elektrische Energie gesteuert wird, bei dem die Daten Höheninformationen umfassen, die zur Steuerung des Anteils des elektromotorischen Antriebs zugrunde gelegt werden, bei dem in der Betriebssteuerung ein Mindestladezustand (ML) des Energiespeichers vorgegeben wird, bei dem notwendige Fahrzeuggrundfunktionen noch gewährleistet sind, bei dem in der Betriebssteuerung ein normaler Mindestladezustand (NML) vorgegeben wird, bei dem normaler Betrieb noch gewährleistet ist, und wobei der Mindestladezustand (ML) des Energiespeichers unterhalb des normalen Mindestladezustand (NML) liegt. Dabei ist es vorgesehen, dass in der Betriebssteuerung eine Höhenschwelle eingestellt wird, bei deren Unterschreitung der Anteil des elektromotorischen Antriebs entsprechend dem normalen Betrieb vorgegeben wird, bei dem der normale Mindestladezustand (NML) des Energiespeichers nicht unterschritten wird, und bei deren Überschreitung der Anteil des elektromotorischen Antriebs entsprechend einem Betrieb vorgegeben wird, bei dem der normale Mindestladezustand (NML) bis zum Mindestladezustand (ML) des Energiespeichers unterschritten werden kann. Das Verfahren ermöglicht es, dass Höheninformationen entlang einer vorgegebenen Fahrstrecke oder einer durch ein mitlaufendes Navigationssystem vermuteten Fahrstrecke bei der Betriebssteuerung des Hybridfahrzeugs berücksichtigt werden. Dabei bezieht sich die Betriebssteuerung derart auf die maximale Höhe einer Fahrstrecke oder einer Teilstrecke, dass bei Erreichen der maximalen Höhe ein Mindestladezustand des Energiespeichers nicht unterschritten wird.
Nachteilig bei diesem Verfahren ist, dass sich die Steuerung des Anteils des elektromotorischen Antriebs nur auf Höhendaten entlang der Fahrstrecke beziehen, wie sie von einem Navigationssystem ausgegeben werden. Der von vielen weiteren Bedingungen abhängige tatsächliche Energiebedarf oder der tatsächliche Energiegewinn entlang der Fahrstrecke kann nicht berücksichtigt werden.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren bereitzustellen, welches eine genauere Steuerung eines Hybridfahrzeugs in Abhängigkeit von dem Energiebedarf und dem Energiegewinn entlang einer Fahrstrecke ermöglicht.
Es ist weiterhin Aufgabe der Erfindung, eine zur Durchführung des Verfahrens entsprechende Hybridsteuerung bereitzustellen.
Offenbarung der Erfindung
Die das Verfahren betreffende Aufgabe der Erfindung wird dadurch gelöst, dass Positionsdaten von gefahrenen Fahrstrecken gespeichert werden, dass wiederholt gefahrene Fahrstrecken durch Vergleich der Positionsdaten der gespeicherten Fahrstrecken oder durch Vergleich der Positionsdaten von gespeicherten Fahrstrecken mit den Positionsdaten der aktuell gefahrenen Fahrstrecke erkannt werden, dass den Energiebedarf und/oder den Energiegewinn entlang der Fahrstrecke beschreibende Energieflussinformationen während der Fahrt auf der Fahrstrecke erfasst und ortsabhängig zusammen mit den ermittelten Positionsdaten gespeichert werden und dass die Steuerung des Anteils des Antriebs durch den Verbrennungsmotor und des Antriebs durch den Elektromotor bei wiedererkannter Fahrstrecke in Abhängigkeit von dem an Hand der Energieflussinformationen zu erwartenden Energiebedarf und/oder dem zu erwartenden Energiegewinn entlang der Fahrstrecke erfolgt.
Sind der Energiegewinn und/oder der Energiebedarf positionsabhängig entlang der Fahrstrecke bekannt, so kann der Anteil des Antriebs durch den Verbrennungsmotor und des Antriebs durch den Elektromotor in Abhängigkeit von dem erwarteten Energiebedarf beziehungsweise von dem erwarteten Energiegewinn so gesteuert werden, dass ein möglichst hoher Anteil der für den Fahrbetrieb benötigten Energie von dem Elektromotor bereitgestellt wird, ohne dass ein Mindestladezustand des Energiespeichers unterschritten wird. Weiterhin kann der Anteil des Antriebs durch den Verbrennungsmotor und des Antriebs durch den Elektromotor so ausgelegt werden, dass bei einem erwarteten Energiegewinn, beispielsweise durch eine Energiegewinnungsphase an einer bevorstehenden Gefällstrecke, zuvor so viel elektrische Energie für den elektrischen Antrieb verwendet wird, dass eine ausreichende Speicherkapazität des Energiespeichers zur Verfügung steht, um den anstehenden Energieeintrag aufnehmen zu können.
Vorteilhaft hierbei ist, dass die Energieflussinformationen im realen Fahrbetrieb entlang der Fahrstrecke ermittelt werden. Dadurch können über die alleinigen Höheninformationen mit Steigungs- und Gefällstrecken hinaus, wie sie auch aus den Positionsdaten des Hybridfahrzeugs ermittelt werden können, alle den Energiebedarf und den Energiegewinn beeinflussende Größen, wie beispielsweise die typische Fahrgeschwindigkeit auf einem Teilstück, Stadtverkehr mit Energieeintrag beim Bremsen und Energiebedarf beim Anfahren, Autobahnstrecken oder vom Fahrstil abhängige Größen, entlang der Fahrstrecke gespeichert und bei der Steuerung des Anteils des Antriebs durch den Verbrennungsmotor und des Antriebs durch den Elektromotor berücksichtigt werden. Das Verfahren ermöglicht es so, eine sehr genaue Vorhersage für den Energiebedarf und den Energiegewinn auf der Fahrstrecke zu treffen und so den Anteil des Antriebs durch den Verbrennungsmotor und des Antriebs durch den Elektromotor sehr genau einzustellen. Hierdurch kann eine maximale Ausnutzung der Speicherkapazität des Energiespeichers des Elektroantriebs und damit eine Minimierung der Nutzung des Verbrennungsmotors mit dem damit verbundenen Verbrauch an Kraftstoff erreicht werden.
Eine einfache Bestimmung der Positionsdaten des Hybridfahrzeugs kann dadurch erreicht werden, dass die Positionsdaten über ein Navigationssystem erfasst werden. Navigationssysteme sind heute bereits weit verbreitet und liefern genaue Positionsdaten, die für die Erkennung der Fahrstrecke verwendet werden können. Dabei können die Daten eines ohnehin in dem Hybridfahrzeug vorgesehenen Navigationssystems verwendet werden oder es kann ein Navigationssystem als Teil der Hybridsteuerung vorgesehen sein.
Entsprechend einer besonders bevorzugten Ausgestaltungsvariante der Erfindung kann es vorgesehen sein, dass als Energieflussinformationen die tatsächlich benötigte und gewonnene Energie entlang der Fahrstrecke erfasst und gespeichert und bei wiedererkannter Fahrstrecke bei der Steuerung des Anteils des Antriebs durch den Verbrennungsmotor und des Antriebs durch den Elektromotor berücksichtigt wird. Die tatsächlich benötigte Energie kann beispielsweise aus dem Kraftstoffverbrauch und der dem Energiespeicher entnommenen oder zugeführten Energie an den verschiedenen Positionen entlang der Fahrstrecke ermittelt werden.
Entsprechend einer alternativen Ausführungsform der Erfindung kann es vorgesehen sein, dass als Energieflussinformationen die Energierückflüsse aus Bremsvorgängen und aus Bergabfahrten entlang der Fahrstrecke erfasst und gespeichert und bei wiedererkannter Fahrstrecke bei der Steuerung des Anteils des Antriebs durch den Verbrennungsmotor und des Antriebs durch den Elektromotor berücksichtigt werden. Fährt das Hybridfahrzeug auf einer bekannten Strecke auf eine Energierückgewinnungsphase zu, wird der Anteil des Antriebs durch den Elektromotor erhöht oder der Verbrennungsmotor ganz abgeschaltet. Während der folgenden Energierückgewinnungsphase wird dann der Energiespeicher, der jetzt eine ausreichende freie Speicherkapazität für die Aufnahme der bereitgestellten elektrischen Energie aufweist, wieder aufgeladen.
Dabei kann es weiterhin vorgesehen sein, dass als Energieflussinformationen Energierückflüsse gespeichert werden, die einen vorgegebenen Mindest-Energiebetrag übersteigen. Dadurch werden nur die Positionsdaten von ausreichend ertragreichen Streckenabschnitten, die durch einen entsprechend hohen Energieeintrag einen merklichen Einfluss auf den Ladezustand des Energiespeichers bewirken, gespeichert. Dies trifft beispielsweise für längere Gefällstrecken zu.
Ein sehr geringer Speicherbedarf wird dadurch benötigt, dass als Energieflussinformationen ein binäres Signal am Beginn und am Ende einer Energiegewinnungsphase gespeichert wird. Das binäre Signal gibt lediglich an, wann mit einem Energieeintrag in den Energiespeicher zu rechnen ist, der über dem vorgegebenen Mindest-Energiebetrag liegt. Die Hybridsteuerung kann entsprechend vorher Energie aus dem Energiespeicher für den elektrischen Antrieb verwenden, so dass zu Beginn der Energiegewinnungsphase wieder eine ausreichende freie Speicherkapazität des Energiespeichers zur Verfügung steht.
Weitere den Energiebedarf und den Energiegewinn entlang der Fahrstrecke beschreibende Informationen können dadurch bei der Steuerung des Antriebs des Hybridfahrzeugs verwendet werden, dass als Energieflussinformationen entlang der Fahrstrecke der Fahrbetrieb mit Verbrennungsmotor, der Fahrbetrieb mit Elektromotor oder der Fahrbetrieb mit Rückspeisung jeweils für sich betrachtet oder in Kombination mindestens zweier dieser Informationen berücksichtigt wird.
Zur einfachen automatischen Erkennung von wiederholt gefahrenen Fahrstrecken bei geringem benötigten Speicherbedarf kann es vorgesehen sein, dass eine vorgegebene Anzahl an aufeinander folgend gefahrenen Fahrstrecken mit den Energieflussinformationen in einem Zwischenspeicher gespeichert werden und dass bei wiederholter Fahrt auf einer der zwischengespeicherten Fahrstrecken diese Fahrstrecke mit den Energieflussinformationen in einem zweiten Speicher gespeichert wird. Fahrstrecken, welche innerhalb der vorgegebenen Anzahl nicht mehr gefahren werden, fallen aus dem Zwischenspeicher heraus.
Eine genauere Vorhersage des Energiebedarfs und des Energiegewinns entlang einer Fahrstrecke wird dadurch ermöglicht, dass die für eine gespeicherte Fahrstrecke hinterlegten Energieflussinformationen bei wiederholter Fahrt auf der Fahrstrecke präzisiert werden. Lag beispielsweise bei einer Erstfahrt auf einer Fahrstrecke eine atypische Verkehrssituation mit einem stark abweichenden Energiebedarf auf einem Teilstück der Fahrstrecke vor, so können die bei dieser Erstfahrt erfassten Energieflussinformationen auf nachfolgenden Fahrten bei eher typischen Verkehrssituationen korrigiert werden.
Neben der automatischen Erkennung wiederholt gefahrener Fahrstrecken kann es vorgesehen sein, dass zu speichernde Fahrstrecken von dem Fahrer des Hybridfahrzeugs vorgegeben werden und/oder dass die Fahrt auf einer gespeicherten Fahrstrecke von dem Fahrer aufgerufen wird. So kann beispielsweise bei einer Erstfahrt auf einer häufig gefahrenen Fahrstrecke die Aufnahme der Energieflussinformationen von dem Fahrer aufgerufen und beispielsweise unter einem Speichernamen gespeichert werden. Bei einer weiteren Fahrt auf der Strecke kann der Fahrer dann die zugehörigen gespeicherten Energieflussinformationen über den Speichernamen aufrufen oder das System erkennt die Fahrstrecke automatisch durch den Vergleich der Positionsdaten des Hybridfahrzeugs mit den gespeicherten Daten. Weiterhin ist es möglich, dass eine als wiederholt gefahrene Fahrstrecke gespeicherte Fahrstrecke erkannt wird, wenn die aktuelle Position des Hybridfahrzeugs und eine Zieleingabe in ein Navigationssystem mit den gespeicherten Fahrstrecken verglichen werden.
Zusätzlich zu der für den Fahrbetrieb benötigten Energie müssen weitere Aggregate des Hybridfahrzeugs mit Energie aus dem Energiespeicher oder von dem Verbrennungsmotor versorgt werden. Daher kann es vorgesehen sein, dass die den Energiebedarf und/oder den Energiegewinn entlang der Fahrstrecke beschreibenden Energieflussinformationen bei der Steuerung des Kühlkreislaufs des Verbrennungsmotors und/oder bei der Steuerung weiterer Verbraucher, insbesondere eines Klimagerätes, berücksichtigt werden.
Die die Hybridsteuerung betreffende Aufgabe der Erfindung wird dadurch gelöst, dass der Hybridsteuerung ein Speicher zur Speicherung der Positionsdaten von gefahrenen Fahrstrecken und von den Energiebedarf und/oder den Energiegewinn entlang der Fahrstrecken beschreibenden Energieflussinformationen zugeordnet ist, dass eine erste Programmroutine zur Erkennung von wiederholt gefahrenen Fahrstrecken durch Vergleich der gespeicherten Fahrstrecken und/oder durch Vergleich der aktuell gefahrenen Fahrstrecke mit gespeicherten Fahrstrecken vorgesehen ist und dass eine zweite Programmroutine für die Steuerung des Anteils des Antriebs durch den Verbrennungsmotor und des Antriebs durch den Elektromotor unter Berücksichtigung der für eine wiedererkannte Fahrstrecke gespeicherten Energieflussinformationen vorgesehen ist.
Die Hybridsteuerung kann so wiederholt gefahrene Fahrstrecken wiedererkennen. Durch die gespeicherten Energieflussinformationen sind der Energiebedarf und/oder der Energiegewinn entlang der Fahrstrecke bekannt. Dies ermöglicht es der Hybridsteuerung, den Anteil des Antriebs durch den Verbrennungsmotor und den Anteil des Antriebs durch den Elektromotor so an den zu erwartenden Energiebedarf beziehungsweise den zu erwartenden Energiegewinn anzupassen, dass eine optimale Nutzung insbesondere der verfügbaren elektrischen Energie und der Kapazität des elektrischen Energiespeichers möglich ist. So kann vor einer erwarteten Energierückgewinnungsphase, beispielsweise vor einer Gefällstrecke, so viel Energie aus dem Energiespeicher für den elektrischen Antrieb verwendet werden, dass eine ausreichende Speicherkapazität für die Aufnahme der an der Gefällstrecke anfallenden elektrischen Energie zur Verfügung steht. Weiterhin kann der Anteil des Antriebs durch den Verbrennungsmotor und der Anteil des Antriebs durch den Elektromotor so gesteuert werden, dass ein möglichst hoher Anteil der für den Fahrbetrieb benötigten Energie von dem Elektromotor bereitgestellt wird, ohne dass ein Mindestladezustand des Energiespeichers unterschritten wird.
Die Erkennung, welche Fahrstrecken häufiger gefahren werden, kann durch Vergleich der gespeicherten Fahrstrecken aus dem Speicher heraus erfolgen oder durch Vergleich einer aktuell gefahrenen Fahrstrecke mit den gespeicherten Fahrstrecken.
Eine einfache Positionserkennung für das Hybridfahrzeug zur Speicherung und Wiedererkennung von Steckenverläufen lässt sich dadurch erreichen, dass ein Navigationssystem mit der Hybridsteuerung verbunden ist oder dass ein Navigationssystem in der Hybridsteuerung integriert ist.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die Erfindung wird im Folgenden anhand eines in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:
1 ein Hybridfahrzeug 10 in schematischer Darstellung,
2 den zeitlichen Verlauf eines Energieflusses und eines Ladezustandes eines Energiespeichers,
3 den Energiefluss und den Ladezustand des Energiespeichers bei Erreichen eines maximalen Ladezustands des Energiespeichers,
4 das Wiedererkennen einer Fahrstrecke und die Speicherung von Energieflussinformationen,
5 den Betrieb des Hybridfahrzeugs bei wiedererkannter Fahrstrecke.
1 zeigt ein Hybridfahrzeug 10 in schematischer Darstellung. Dabei sind die gezeigten Komponenten auf die für die Darstellung der Erfindung wesentlichen Komponenten begrenzt.
Dem Hybridfahrzeug 10 sind ein Verbrennungsmotor 10, ein Elektromotor 12 sowie ein Energiespeicher 13 zugeordnet. Der Energiespeicher 13 ist über einen Wechselrichter 14 an den Elektromotor 12 angeschlossen. Der Verbrennungsmotor 10 und der Elektromotor 12 sind mit nicht näher dargestellten Wellen und Getrieben 15 mit zumindest einem Rad 16 des Hybridfahrzeugs 10 verbunden.
Zur Steuerung des Hybridfahrzeugs 10 ist eine Hybridsteuerung 22 vorgesehen, welche mit dem Wechselrichter 14 verbunden ist. Der Hybridsteuerung 22 sind über eine erste Signalleitung 23 Geschwindigkeitsinformationen von einem Geschwindigkeitssensor 17 und über eine zweite Signalleitung 24 ein in 2 gezeigter Ladezustand 33 des Energiespeichers 13 zugeführt. Erfindungsgemäß ist der Hybridsteuerung 22 ein Speicher 21 zugeordnet, welcher mit einem Navigationssystem 20 verbunden ist.
Das Hybridfahrzeug 10 kann über die Wellen und Getriebe 15 wahlweise mit dem Verbrennungsmotor 11 und dem Elektromotor 12 angetrieben werden. Dabei können beide Motoren 11, 12 auch gleichzeitig in Betrieb sein. Der Anteil des elektromotorischen Antriebs wird von der Hybridsteuerung 22 vorgegeben und über den Wechselrichter 14 eingestellt. Die notwendige elektrische Energie stellt der Energiespeicher 13 bereit. Das Hybridsteuergerät 10 berücksichtigt dabei den Ladezustand 33 des Energiespeichers 13 sowie die Geschwindigkeit des Hybridfahrzeugs 10.
Kinetische Energie des Hybridfahrzeugs, kann über den Elektromotor 12, der dann als Generator betrieben wird, beispielsweise bei Bremsvorgängen oder bei längeren Bergabfahrten, in elektrische Energie umgewandelt und dem Energiespeicher 13 zugeführt werden.
Nachteilig bei bekannten Systemen ist, dass keine Streckeninformationen vorliegen, an Hand derer der zu erwartende Energiegewinn aus bevorstehenden Bremsvorgängen und Bergabfahrten abgeleitet werden kann. Fällt unerwartet elektrische Energie an, wenn der Energiespeicher 13 bereits voll geladen ist, so kann dieser die anstehende Energie nicht mehr aufnehmen, die Energie geht verloren. Weiterhin kann es vorkommen, dass ein Antrieb über den Elektromotor abgebrochen wird, um einen Mindestladezustand des Energiespeichers 13 nicht zu unterschreiten, obwohl in ausreichender Nähe auf der Fahrstrecke eine Gefällstrecke vorliegt, mit welcher der Energiespeicher wieder aufgeladen werden kann, so dass eine Weiterfahrt mit dem elektrischen Antrieb bis zu der Gefällstrecke möglich gewesen wäre.
Erfindungsgemäß ist es daher vorgesehen, dass mit Hilfe der über das Navigationssystem 20 erfassten Positionsdaten des Hybridfahrzeugs 10 wiederholt gefahrene Fahrstrecken erkannt und den Energiebedarf und/oder den Energiegewinn entlang der Fahrstrecken beschreibende Energieflussinformationen zusammen mit den Positionsdaten in dem Speicher 21 gespeichert werden. Die Hybridsteuerung 22 kann jetzt auf diese Energieflussinformationen zurückgreifen und die Steuerung des elektrischen Antriebs an dem Gesamtantrieb so auslegen, dass zum Beispiel vor einer längeren Gefällstrecke mit einem entsprechend hohen erwarteten Energieeintrag in den Energiespeicher 13 genügend freie Speicherkapazität des Energiespeichers 13 bereit steht.
2 zeigt in einem Diagramm den zeitlichen Verlauf eines Energieflusses 32 und des Ladezustandes 33 des Energiespeichers 13 bei einem Hybridfahrzeug 10 gemäß dem Stand der Technik bei einer Fahrt auf einer Fahrstrecke. Dazu sind der Energiefluss 32 und der Ladezustand 33 gegenüber einer y-Achse 31 und einer Zeitachse 30 dargestellt. Das Hybridfahrzeug 10 bewegt sich während des dargestellten Zeitraums entlang der Fahrstrecke, das heißt, jedem Zeitpunkt auf der Zeitachse 30 ist entsprechend eine Position entlang der Fahrstrecke zugeordnet. Entlang der Zeitachse 30 sind einzelne Teilstrecken 40, 42, 42, 43, 44 der Fahrstrecke bezeichnet. Die erste Teilstrecke 40 entspricht einer Horizontalfahrt mit Verbrennungsmotor, die zweite Teilstrecke 41 einem kurzen Bremsbereich, die dritte Teilstrecke 42 einer weiteren Horizontalfahrt mit Verbrennungsmotor, die vierte Teilstrecke 43 einer längeren Gefällstrecke mit Bremsung und die fünfte Teilstrecke 44 einem Anfahren mit dem Elektromotor 12.
Während der ersten Teilstrecke 40 bei Antrieb durch den Verbrennungsmotor 11 wird dem Energiespeicher 13 stetig eine geringe Menge an elektrischer Energie zugeführt. Der Energiefluss 32 ist entsprechend positiv und der Ladezustand 33 des Energiespeichers 13 steigt langsam an.
Während der zweiten Teilstrecke 41 wird das Hybridfahrzeug 10 abgebremst, indem der Elektromotor 12 als Generator betrieben wird. Entsprechend tritt ein kurzer, hoher Energiefluss 32 zu dem Energiespeicher 13 auf, der Ladezustand 33 des Energiespeichers 13 steigt schnell an. Wegen des kurzen Bremsvorgangs ist der Energieeintrag in den Energiespeicher 13 insgesamt jedoch sehr gering.
Während der dritten Teilstrecke 42 wird dem Energiespeicher 13 wie bereits während der ersten Teilstrecke 40 eine geringe Menge elektrische Energie während des Antriebs durch den Verbrennungsmotor 11 zugeführt.
Auf der anschließenden Gefällstrecke in der vierten Teilstrecke 43 wird das Hybridfahrzeug 10 wieder gebremst, indem der Elektromotor 12 als Generator betrieben wird. Auf Grund der Länge der Gefällstrecke wird dem Energiespeicher 13 eine große Menge elektrischer Energie zugeführt, was sich in dem langen; hohen Energiefluss 32 und der entsprechenden Änderung des Ladezustandes 33 des Energiespeichers 13 zeigt.
Während der fünften Teilstrecke 43, die sich der Gefällstrecke anschließt, wird das Hybridfahrzeug 10 mit Hilfe des Elektromotors 12 angefahren. Der Energiefluss 32 erfolgt von dem Energiespeicher 13 zu dem Elektromotor 12 und ist entsprechend negativ dargestellt. Der Ladezustand 33 des Energiespeichers 13 sinkt.
In 3 sind der Energiefluss 32 und der Ladezustand 33 des Energiespeichers 13 bei einem maximalen Ladezustand 34 des Energiespeichers 13 für die gleiche Fahrstrecke wie in 2 gezeigt bei einem Hybridfahrzeug 10 gemäß dem Stand der Technik dargestellt. Entsprechend sind in 3 die gleichen Bezeichner wie zu 2 eingeführt verwendet.
Zusätzlich ist eine schraffiert dargestellte, ungenutzte Energie 35 gezeigt.
Heute verwendete Energiespeicher 13 weisen einen maximalen Ladezustand 34 auf, über den hinaus sie keine weitere Energie mehr aufnehmen können.
In dem Ausführungsbeispiel lädt sich der Energiespeicher 13 während der Fahrt auf der Fahrstrecke immer weiter auf, bis in Teilstrecke 43 der maximale Ladezustand 34 erreicht ist. Die weiter auf der Gefällstrecke der Teilstrecke 43 anfallende elektrische Energie, schraffiert gekennzeichnet als ungenutzte Energie 35, kann nicht mehr von dem Energiespeicher 13 aufgenommen werden und geht verloren.
4 zeigt in einem Ausführungsbeispiel der Erfindung das Wiedererkennen einer Fahrstrecke und die Speicherung von Energieflussinformationen. Dabei sind die gleichen Bezeichner wie zu 2 verwendet.
Zusätzlich sind der Schaltzustand eines Bits Strecke erkannt 50 und eines Bits Energierückfluss 51 dargestellt.
Während der Fahrt auf der Fahrstrecke werden die von dem in 1 gezeigten Navigationssystem 20 gelieferten Positionsdaten mit in dem Speicher 21 hinterlegten Positionsdaten verglichen. Dazu sind in dem Speicher 21 die Positionsdaten einer vorgegebenen Anzahl an zuletzt gefahrenen Fahrstrecken hinterlegt.
Während der ersten Teilstrecke 40 erkennt das System die Fahrstrecke wieder und setzt entsprechend das Bit Strecke erkannt 50 für die Fahrstrecke auf eins. Die Fahrstrecke ist jetzt als wiederholt gefahrene Fahrstrecke markiert.
Während der Fahrt auf der Fahrstrecke wird der Energiefluss 32 ausgewertet. Auf den ersten drei Teilstrecken 40, 41, 42 ist der Energiefluss 32 zwar positiv, jedoch sehr gering, so dass ein dem Energiespeicher 13 zugeführter Mindest-Energiebetrag nicht überschritten wird. Auf der Gefällstrecke der Teilstrecke 43 ist der Energiefluss 32 und somit der Energieeintrag in den Energiespeicher jedoch ausreichend hoch. Der Streckenbereich wird durch ein gesetztes Bit Energierückfluss 51 in dem Speicher 21 markiert.
5 zeigt den Betrieb des Hybridfahrzeugs 10 bei wiedererkannter Fahrstrecke. Es sind die gleichen Bezeichner wie in den vorangegangenen Figuren verwendet. Zusätzlich ist entlang der Zeitachse 30 der Schaltzustand eines Bits Elektroantrieb 52 gezeigt. Die dritte Teilstrecke 42 ist in den Bereich Antrieb Verbrennungsmotor 42.1 und Antrieb Elektromotor 42.2 aufgeteilt.
Während der Fahrt auf der ersten Teilstrecke 40 erkennt das System die Fahrstrecke durch Vergleich der aktuell von dem Navigationssystem 20 gelieferten Positionsdaten mit den in dem Speicher 21 gespeicherten Daten wieder, das Bit Strecke erkannt 50 wird auf eins gesetzt.
Durch das gespeicherte Bit Energierückfluss 51 ist für die Fahrstrecke bekannt, dass in dem Bereich der vierten Teilstrecke 43 mit einem wesentlichen Energiefluss 32 in den Energiespeicher 13 zu rechnen ist. Entsprechend wird während der dritten Teilstrecke 42 von dem Antrieb über den Verbrennungsmotor 11, dargestellt durch den Abschnitt Antrieb Verbrennungsmotor 42.1, auf den Antrieb über den Elektromotor 12, dargestellt durch den Abschnitt Antrieb Elektromotor 42.2, umgeschaltet. Dazu wird für den Abschnitt Antrieb Elektromotor 42.2 das Bit Elektroantrieb 52 auf eins gesetzt.
Während des Abschnitts Antrieb Elektromotor 42.2 wird Energie aus dem Energiespeiche 13 für den Betrieb des Elektromotors 12 verwendet. Entsprechend ist in diesem Bereich der Energiefluss 32 negativ und der Ladezustand 33 des Energiespeichers nimmt ab. Im Vergleich zu dem in 3 dargestellten Beispiel zum Betrieb des Hybridfahrzeugs 10 ohne die Berücksichtigung anstehender Energiegewinnungsphasen sinkt der Ladezustand während der dritten Teilstrecke 42 auf dem Abschnitt Antrieb Elektromotor 42.2 so weit ab, dass zu Beginn der vierten Teilstrecke 43 eine ausreichende Ladekapazität des Energiespeichers 13 bereit steht, um die auf der Gefällstrecke auf Teilstrecke 43 anfallende elektrische Energie aufnehmen zu können.
Durch das Erkennen von wiederholt gefahrenen Fahrstrecken, beispielsweise von täglich gefahrenen Pendlerstrecken, und das Speichern von erfahrenen Energierückflüssen aus den Bremsvorgängen und aus Bergabfahrten entlang der Fahrstrecken, ist es demnach möglich, den Energiespeicher 13 auf vorhersehbare Situationen zu konditionieren und ausreichend viel freie Speicherkapazität zur Verfügung zustellen, um anfallende elektrische Energie aufnehmen zu können. Dies ermöglicht einen optimierten Betrieb des Hybridfahrzeugs mit geringst möglichem Energiebedarf, insbesondere in Form von Kraftstoff für den Betrieb des Verbrennungsmotors 11.
Neben der Markierung von Streckenabschnitten, auf denen dem Energiespeicher 13 Energie zugeführt wird, können weitere entlang der Fahrstrecke erfasste und den Energiebedarf und den Energiegewinn entlang der Fahrstrecke beschreibende Energieflussinformationen positionsabhängig gespeichert und bei der Steuerung des Anteils des Antriebs über den Verbrennungsmotor 11 und des Anteils des Antriebs über den Elektromotor 12 berücksichtigt werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 19807291 A1 [0003]
EP 1399329 B1 [0004]

Claims

Verfahren zum Betrieb eines Hybridfahrzeugs (10), welches wahlweise mit einem Verbrennungsmotor (11) und mit einem Elektromotor (12) angetrieben wird, wobei der Elektromotor (12) aus einem Energiespeicher (13) mit elektrischer Energie versorgt wird, wobei die Steuerung des Anteils des Antriebs durch den Verbrennungsmotor (11) und des Antriebs durch den Elektromotor (12) von einer Hybridsteuerung (22) unter Berücksichtigung zumindest des Ladezustandes (33) des Energiespeichers (13) und von ermittelten Positionsdaten des Hybridfahrzeugs (10) erfolgt und wobei kinetische Energie des Hybridfahrzeugs (10) in elektrische Energie umgewandelt und dem Energiespeicher (13) zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass Positionsdaten von gefahrenen Fahrstrecken gespeichert werden, dass wiederholt gefahrene Fahrstrecken durch Vergleich der Positionsdaten der gespeicherten Fahrstrecken oder durch Vergleich der Positionsdaten von gespeicherten Fahrstrecken mit den Positionsdaten der aktuell gefahrenen Fahrstrecke erkannt werden, dass den Energiebedarf und/oder den Energiegewinn entlang der Fahrstrecke beschreibende Energieflussinformationen während der Fahrt auf der Fahrstrecke erfasst und ortsabhängig zusammen mit den ermittelten Positionsdaten gespeichert werden und dass die Steuerung des Anteils von dem Antrieb durch den Verbrennungsmotor (11) und von dem Antrieb durch den Elektromotor (12) bei wiedererkannter Fahrstrecke in Abhängigkeit von dem an Hand der Energieflussinformationen zu erwartenden Energiebedarf und/oder dem zu erwartenden Energiegewinn entlang der Fahrstrecke erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Positionsdaten über ein Navigationssystem (20) erfasst werden.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass als Energieflussinformationen die die tatsächlich benötigte und gewonnene Energie entlang der Fahrstrecke erfasst und gespeichert und bei wiedererkannter Fahrstrecke bei der Steuerung des Anteils des Antriebs durch den Verbrennungsmotor (11) und des Antriebs durch den Elektromotor (12) berücksichtigt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass als Energieflussinformationen die Energierückflüsse aus Bremsvorgängen und aus Bergabfahrten entlang der Fahrstrecke erfasst und gespeichert und bei wiedererkannter Fahrstrecke bei der Steuerung des Anteils des Antriebs durch den Verbrennungsmotor (11) und des Antriebs durch den Elektromotor (12) berücksichtigt werden.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass als Energieflussinformationen Energierückflüsse gespeichert werden, die einen vorgegebenen Mindest-Energiebetrag übersteigen.
Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass als Energieflussinformationen ein binäres Signal am Beginn und am Ende einer Energiegewinnungsphase gespeichert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass als Energieflussinformationen entlang der Fahrstrecke der Fahrbetrieb mit Verbrennungsmotor (11), der Fahrbetrieb mit Elektromotor (12) oder der Fahrbetrieb mit Rückspeisung jeweils für sich betrachtet oder in Kombination mindestens zweier dieser Informationen berücksichtigt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine vorgegebene Anzahl an aufeinander folgend gefahrenen Fahrstrecken mit den Energieflussinformationen in einem Zwischenspeicher gespeichert werden und dass bei wiederholter Fahrt auf einer der zwischengespeicherten Fahrstrecken diese Fahrstrecke mit den Energieflussinformationen in einem zweiten Speicher gespeichert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die für eine gespeicherte Fahrstrecke hinterlegten Energieflussinformationen bei wiederholter Fahrt auf der Fahrstrecke präzisiert werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass zu speichernde Fahrstrecken von dem Fahrer des Hybridfahrzeugs (10) vorgegeben werden und/oder dass die Fahrt auf einer gespeicherten Fahrstrecke von dem Fahrer aufgerufen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die den Energiebedarf und/oder den Energiegewinn entlang der Fahrstrecke beschreibenden Energieflussinformationen bei der Steuerung des Kühlkreislaufs des Verbrennungsmotors (11) und/oder bei der Steuerung weiterer Verbraucher, insbesondere eines Klimagerätes, berücksichtigt werden.
Hybridsteuerung (22) für ein Hybridfahrzeug (10), wobei das Hybridfahrzeug (10) einen Verbrennungsmotor (11), einen Elektromotor (12) und einen Energiespeicher (13) zur Versorgung des Elektromotors (12) mit elektrischer Energie aufweist, wobei kinetische Energie des Hybridfahrzeugs (10) durch den zeitweise als Generator betriebenen Elektromotor (12) in elektrische Energie umwandelbar und dem Energiespeicher (13) zuführbar ist und wobei der Anteil des Antriebs durch den Verbrennungsmotor (11) und des Antriebs durch den Elektromotor (12) unter Berücksichtigung zumindest des Ladezustandes (33) des Energiespeichers (13) und von ermittelten Positionsdaten des Hybridfahrzeugs (10) von der Hybridsteuerung (22) gesteuert ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Hybridsteuerung (22) ein Speicher (21) zur Speicherung der Positionsdaten, von gefahrenen Fahrstrecken und von den Energiebedarf und/oder den Energiegewinn entlang der Fahrstrecken beschreibenden Energieflussinformationen zugeordnet ist, dass eine erste Programmroutine zur Erkennung von wiederholt gefahrenen Fahrstrecken durch Vergleich der gespeicherten Fahrstrecken und/oder durch Vergleich der aktuell gefahrenen Fahrstrecke mit gespeicherten Fahrstrecken vorgesehen ist und dass eine zweite Programmroutine für die Steuerung des Anteils des Antriebs durch den Verbrennungsmotor (11) und des Antriebs durch den Elektromotor (12) unter Berücksichtigung der für eine wiedererkannte Fahrstrecke gespeicherten Energieflussinformationen vorgesehen ist.
Hybridsteuerung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass ein Navigationssystem (20) mit der Hybridsteuerung (22) verbunden ist oder dass ein Navigationssystem (20) in der Hybridsteuerung (22) integriert ist.