DE102010008019B4

DE102010008019B4 - Verfahren und Vorrichtung zur Festlegung einer Boost-Steuerstrategie eines Hybrid-Fahrzeugantriebs

Info

Publication number: DE102010008019B4
Application number: DE102010008019.5A
Authority: DE
Inventors: Stephan Hennings; Alexander Basler
Original assignee: Dr Ing HCF Porsche AG; Karlsruher Institut fuer Technologie KIT
Current assignee: Dr Ing HCF Porsche AG; Karlsruher Institut fuer Technologie KIT
Priority date: 2010-02-08
Filing date: 2010-02-08
Publication date: 2020-09-24
Anticipated expiration: 2030-02-09
Also published as: US8447450B2; CN102145690A; DE102010008019A1; US20110196557A1; CN102145690B

Abstract

Verfahren zur Festlegung einer Boost-Steuerstrategie eines Hybrid-Fahrzeugantriebs mit einer Brennkraftmaschine (BKM) und einem Elektromotor (G1, G2), welches folgende Schritte aufweist:
Vorgeben einer Fahrtstrecke (R) mit einer Mehrzahl von Streckenabschnitten (G1-G4; K1-K4);
Ermitteln einer jeweiligen Abhängigkeit eines Rundenzeitgewinns (Δt) von einer eingesetzten Boostenergiemenge (E_boost) ausgehend von einer fahrzeugspezifischen Rundenzeit ohne Boostunterstützung durch den Elektromotor (G1, G2) für mehrere vorbestimmte Streckenabschnitte (G1-G4); und
Festlegen einer jeweiligen Teilboostenergiemenge (E_Boost1, E_Boost2, E_Boost3, E_Boost4) für jeden vorbestimmten Streckenabschnitt (G1-G4) basierend auf den ermittelten Abhängigkeiten, wobei eine Summe der Teilboostenergiemengen (E_Boost1, E_Boost2, E-_Boost3, E_Boost4) einer vorgegebenen verfügbaren Gesamtboostenergiemenge (E_Boostm) entspricht.

Description

STAND DER TECHNIK
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Festlegung einer Boost-Steuerstrategie eines Hybrid-Fahrzeugantriebs.
Seit einigen Jahren sind als verbrauchssparende und umweltfreundlichere Alternative zur herkömmlichen Brennkraftmaschine sogenannte Hybridantriebe auf dem Markt. Für den Hybridantrieb hat sich die allgemeine Definition etabliert, dass dieser mindestens zwei verschiedene Energiewandler und zwei verschiedene Energiespeicher beinhaltet.
Üblicherweise handelt es sich dabei in der praktischen Umsetzung bei den Wandlern um einen Verbrennungsmotor und einen Elektromotor und bei den Energiespeichern um einen brennbaren Kraftstoff und um eine Batterie oder einen Kondensator oder ein Schwungrad als Energiespeicher für den Elektromotor.
Ein Hybridfahrzeug hat gegenüber konventionellen Fahrzeugen mit Brennkraftmaschine den Vorteil, dass es die Bremsenergie zu einem großen Teil (bis auf den Wirkungsgradverlust) zurückgewinnen kann. Die zurückgewonnene oder rekuperierte Bremsenergie wird in der Batterie des Elektromotors zwischengespeichert, wobei der Elektromotor als mechanisch-elektrischer Wandler funktioniert.
Die Zwischenspeicherung der Energie, also die Rekuperation, tritt beim aktiven Bremsen und im Schubbetrieb auf. Der Schubbetrieb ist ein Fahrzeugzustand, bei dem die Brennkraftmaschine das Fahrzeug nicht aktiv antreibt, weil der Fahrer vom Gas gegangen ist. Das Fahrzeug befindet sich also in einem passiven Zustand und wird nur noch durch seine eigene träge Masse vorwärtsgetrieben, bis die diversen Fahrwiderstände es allmählich bis zum Stillstand verzögern. Bei Hybrid-Fahrzeugantrieben werden in der Schubphase Benzinzufuhr und Zündung abgestellt und darüber hinaus technische Vorkehrungen getroffen, um die Motorbremse der Brennkraftmaschine im Schubbetrieb zu verhindern und so die kinetische Energie möglichst vollständig dem als mechanisch-elektrischen Wandler konfigurierten Elektromotor zukommen zu lassen.
Aus der EP 1 270 303 A2 ist ein Verfahren für die Ansteuerung eines Hybridfahrzeugs bekannt, wobei unter Berücksichtigung der Fahrsituation und der Fahrstrecke eine bezüglich des Energiebedarfs möglichst optimale Steuerung für den Antriebsstrang erfolgen soll. Dabei wird die Gesamtstrecke in Teilabschnitte unterteilt und für jeden Teilabschnitt die optimale Betriebsstrategie bestimmt.
Die DE 10 2005 055 243 A1 beschreibt ein Verfahren zur Bestimmung des energetisch günstigen Streckenverlaufs für ein Fahrzeug, wobei ein Vergleich der bereitgestellten fahrzeugbezogenen Informationen mit gespeicherten Streckendaten in Form fahrzeugbezogener Informationen und Energieverbrauche zur Auswahl einer Fahrtstrecke mit minimiertem Energieverbrauch anhand der gespeicherten Streckendaten.
DE 198 31 487 C1 beschreibt ein Verfahren zum Betrieb eines seriellen Hybridantriebs eines Kraftfahrzeugs, wobei zunächst Informationen bezüglich der zu absolvierenden Fahrstrecke ermittelt werden. Anschließend erfolgt die Berechnung zu erwartender Leistungsanforderungen an den Hybridantrieb über den Verlauf der Fahrstrecke unter Berücksichtigung der erfassten Informationen und dann die Ermittlung der Betriebsarten der Antriebskomponenten über den Verlauf der Fahrstrecke.
Im Automobilrennsport findet seit einiger Zeit ein System zur Rückgewinnung kinetischer Energie KERS (Kinetic Energy Recovery System) Anwendung. Die gespeicherte Energie wird genutzt, um bei Bedarf für kurze Zeit den Elektromotor betreiben, so dass sich dessen Leistung in Beschleunigungsphasen ergänzend zum Hauptmotor, der Brennkraftmaschine, nutzen lässt. Derartige Phasen, in denen der Hauptmotor durch einen Elektromotor unterstützt wird, bezeichnet man auch als Boostphasen. Die speicherbare maximal zum Boosten zur Verfügung stehende Energiemenge für den Elektromotor ist begrenzt, beispielsweise auf 500 kJ.
Bei der mechanischen Variante für den Energiespeicher des Elektromotors wird in einem Vakuumzylinder ein mit bis zu 64.000 U/min rotierendes Schwungradsystem durch den Bremsvorgang beschleunigt, und kann zu einem späteren Zeitpunkt die gespeicherte Energie über ein stufenloses Getriebe wieder an die Antriebsachse abgeben. Ein derartiges Energie-Rückgewinnungssystem ist beispielsweise in der WO 2009/ 141 646 A1 offenbart.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung liegt daher darin, ein verbessertes Verfahren und eine verbesserte Vorrichtung zur Festlegung einer Boost-Steuerstrategie eines Hybrid-Fahrzeugantriebs zu schaffen, welche es ermöglicht, die maximal zur Verfügung stehende Energiemenge effizient zu nutzen.
VORTEILE DER ERFINDUNG
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Festlegung einer Boost-Steuerstrategie eines Hybrid-Fahrzeugantriebs gemäß Anspruch 1 bzw. die entsprechende Vorrichtung nach Anspruch 8 weisen den Vorteil auf, dass die maximal zur Verfügung stehende Energiemenge optimal auf einen vorgegebenen Fahrkurs, beispielsweise eine Rundstrecke, verteilbar ist.
Die der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Idee besteht darin, dass ein Festlegen einer jeweiligen Teilboostenergiemenge für jeden vorbestimmten Streckenabschnitt basierend auf ermittelten Abhängigkeiten eines Rundenzeitgewinns von einer eingesetzten Boostenergiemenge ausgehend von einer fahrzeugspezifischen Rundenzeit ohne Boostunterstützung durch den Elektromotor erfolgt.
In den Unteransprüchen finden sich vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des jeweiligen Gegenstandes der Erfindung.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung erfolgt das Festlegen der jeweiligen Teilboostenergiemengen unter Berücksichtigung eines jeweiligen Gradienten der ermittelten Abhängigkeiten.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung erfolgt
das Festlegen der jeweiligen Teilboostenergiemengen unter Berücksichtigung eines Ladezustands einer elektrischen Speichereinrichtung zum Speichern der Boostenergie in dem jeweiligen Streckenabschnitt.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung erfolgt das Festlegen der jeweiligen Teilboostenergiemengen unter Berücksichtigung eines Leerlaufverlustes der elektrischen Speichereinrichtung.
Figurenliste
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
Es zeigen:

1 ein Blockdiagramm eines Hybrid-Fahrzeugantriebs, auf den die vorliegende Erfindung anwendbar ist;
2 eine schematische Darstellung eines Fahrtkurses in Form einer Rundstrecke, auf den die vorliegende Erfindung anwendbar ist;
3 ein Blockdiagramm einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Festlegung einer Boost-Steuerstrategie eines Hybrid-Fahrzeugantriebs;
4 ein Fließdiagramm einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Festlegung einer Boost-Steuerstrategie eines Hybrid-Fahrzeugantriebs;
5a eine Darstellung des Rundenzeitgewinns Δt(s) in Abhängigkeit von der eingesetzten Boostenergiemenge E_boost (kJ) für die Geraden G1 bis G4 des Fahrtkurses von 2;
5b eine Darstellung des Gradienten des Rundenzeitgewinns Δt(s)/ΔE(kJ) in Abhängigkeit von der eingesetzten Boostenergiemenge E_boost (kJ) für die Geraden G1 bis G4 des Fahrtkurses von 2;
6a eine Darstellung des Ladezustands SOC des Boostenergiespeichers in Abhängigkeit vom zurückgelegten Fahrtweg s für eine Runde des Fahrtkurses von 2 bei Anwendung der Boost-Steuerstrategie, welche gemäß der Ausführungsform von 3 festgelegt worden ist; und
6b eine Darstellung des Ladezustands SOC des Boostenergiespeichers in Abhängigkeit vom zurückgelegten Fahrtweg s für eine Runde des Fahrtkurses von 2 bei Anwendung der Boost-Steuerstrategie, welche gemäß der einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens festgelegt worden ist.

BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
In den Figuren bezeichnen dieselben Bezugszeichen gleiche oder funktionsgleiche Elemente.
1 zeigt ein Blockdiagramm eines Hybrid-Fahrzeugantriebs, auf den die vorliegende Erfindung anwendbar ist.
In 1 bezeichnet Bezugszeichen F ein Fahrzeug in Form eines Rennwagens, welches einen Hybrid-Fahrzeugantrieb aufweist. Eine Brennkraftmaschine BKM übt gesteuert durch eine erste Motorsteuerung MS1 eine Antriebskraft auf die (nicht dargestellten) Hinterräder des Fahrzeugs F aus. Im Frontbereich des Fahrzeugs F befinden sich zwei elektromotorische Generatoren G1, G2, welche über Übersetzungsgetriebe I1, I2 mit den (nicht dargestellten) Vorderrädern des Kraftfahrzeugs F verbunden werden können, um auf diese eine zusätzliche Antriebskraft auszuüben.
Ein elektrischer Energiespeicher ST speichert elektrische Energie für die Generatoren G1, G2. Ein jeweiliger Umrichter U1, U2 ist zwischen dem elektrischen Energiespeicher ST und dem jeweiligen Generator G1 bzw. G2 vorgesehen. Die Umrichter U1, U2 können bidirektional arbeiten, nämlich in einem Elektroantriebsmodus den Generatoren G1, G2 elektrische Energie des elektrischen Energiespeichers ST als Drehstrom zuführen und in einem Rekuperationsmodus von den Generatoren G1, G2 gelieferte Drehstromenergie in einen Gleichstrom umwandeln und damit den elektrischen Energiespeicher ST laden.
Gesteuert wird der elektrische Antrieb des Fahrzeuges F von einer zweiten Motorsteuerung MS2. Bezugszeichen BK bezeichnet einen Boostknopf, welcher es dem Fahrer ermöglicht, bei Bedarf in einen Boostmodus zu schalten. Bezugszeichen D bezeichnet eine Anzeigeeinrichtung, welche dem Fahrer eine gemäß der Erfindung festgelegte Boost-Steuerstrategie zum Boosten, also zum Betätigen des Boostknopfes BK, anzeigt bzw. vorgibt.
Sämtliche Komponenten MS1, MS2, BK, D dieses Hybrid-Fahrzeugantriebs sind über ein Bussystem B, zum Beispiel einen CAN-Bus, miteinander vernetzt und können derart miteinander gemäß vorgegebener Protokollabläufe kommunizieren.
Der Hybrid-Fahrzeugantrieb gemäß 1 kann gesteuert durch die Motorsteuerungen MS1, MS2 folgende Antriebsmodi eingehen:

a) konventioneller Brennkraftmaschinenbetrieb ohne Aktivierung des Elektroantriebs;
b) elektrischer Antrieb ohne Aktivierung des konventionellen Brennkraftmaschinenantriebs;
c) Boosten, wobei der Brennkraftmaschinenantrieb vom Elektroantrieb unterstützt wird;
d) Rekuperation, wobei die Bewegungsenergie des Fahrzeugs in elektrische Energie für den elektrischen Energiespeicher ST zurückgewonnen wird;
e) Lastpunktanhebungsbetrieb, wobei die Brennkraftmaschine BKM einen Teil ihres Drehmoments an den Abtrieb liefert und den restlichen Teil als Generatormoment für die Generatoren G1, G2 liefert, um durch diesen elektrische Energie für den elektrischen Energiespeicher zu erzeugen und dort zu speichern.

2 zeigt eine schematische Darstellung eines Fahrtkurses in Form einer Rundstrecke, auf den die vorliegende Erfindung anwendbar ist.
Der Fahrtkurs R gemäß 2 beginnt und endet bei Start/Ziel STZ und wird bei einem Automobilrennen üblicherweise vielfach durchfahren.
Die Fahrtstrecke R weist als Streckenabschnitte Geradenabschnitte G1, G2, G3, G4 und dazwischenliegende Kurvenabschnitte K1, K2, K3, K4 auf. Die Topologie des Fahrkurses ist vorgegeben und lässt sich in numerischen Parametern darstellen, beispielsweise Streckenabschnitt in Abhängigkeit von seit Start/Ziel STZ zurückgelegter Wegstrecke s und Steigung sowie Krümmung in jedem Punkt P des Fahrtkurses R.
Vor Beginn eines Automobilrennens stellt sich dem Fahrer bzw. der Servicecrew das Problem, eine optimierte Boost-Steuerstrategie des Hybrid-Fahrzeugantriebs des Fahrzeugs F gemäß 1 festzulegen, bei der die zur Verfügung stehende Gesamtboostenergiemenge E_Boostm optimal über die Streckenabschnitte G1 - G4 bzw. K1 - K4 verteilt wird. Ohne darauf beschränkt zu sein, wird bei der nachstehend beschriebenen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens diese Gesamtboostenergiemenge E_Boostm ausschließlich auf die vier Geradenabschnitte G1 - G4 verteilt, weil dort möglichst schnell die Höchstgeschwindigkeit v_max des Kraftfahrzeuges erreicht werden soll.
3 zeigt ein Blockdiagramm einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Festlegung einer Boost-Steuerstrategie eines Hybrid-Fahrzeugantriebs.
Die Festlegung der Boost-Steuerstrategie des Hybridfahrzeugantriebs des Fahrzeuges F erfolgt in der in 3 mit Bezugszeichen 1 bezeichneten Vorrichtung, welche üblicherweise außerhalb des Fahrzeugs F vorliegt und ein Computer ist.
Die Vorrichtung 1 weist eine Eingabeeinrichtung 10 auf, über die die numerischen Parameter des Fahrtkurses R, wie oben in Zusammenhang mit 2 beschrieben, eingegeben werden können.
Weiterhin weist die Vorrichtung 1 eine Simulationseinrichtung 4 auf zum Ermitteln einer jeweiligen Abhängigkeit eines Rundenzeitgewinns Δt von einer eingesetzten Boostenergiemenge E_boost ausgehend von einer fahrzeugspezifischen Rundenzeit ohne Boostunterstützung durch den Elektromotor G1, G2 für die vier Geradenabschnitte G1 - G4 auf.
Eine Optimierungseinrichtung 5 kann eine Verteilung der Gesamtboostenergiemenge E_Boostm auf die vier Geradenabschnitte in Teilboostenergiemengen E_Boost1 , E_Boost2 , E_Boost3 , E_Boost4 und den daraus resultierenden Zeitgewinn Δt für die Rundenzeit T des Fahrtkurses R gemäß 2 bei unterschiedlichen Verteilungen dieser Teilboostenergiemengen berechnen. Dieser resultierende Zeitgewinn Δt orientiert sich an einer vorgegebenen fahrzeugspezifischen Rundenzeit T*, welche sich ohne Boosten allein mit der Brennkraftmaschine BKM erzielen lässt.
Die Simulationseinrichtung 5 arbeitet dazu mit bekannten mathematischen Variations- und Optimierungsalgorithmen.
5a zeigt eine Darstellung des Rundenzeitgewinns Δt(s) in Abhängigkeit von der eingesetzten Boostenergiemenge E_boost (kJ) für die Geraden G1 bis G4 des Fahrtkurses von 2.
Wie in 5a dargestellt, ergibt sich für den Rundenzeitgewinn Δt eine charakteristische Kurvenschar für die Geradenabschnitte G1, G2, G3, G4. Aufgrund der unterschiedlichen Topologien der Geradenabschnitte G1, G2, G3, G4 und der unterschiedlichen Anfangsgeschwindigkeiten sind die Kurven für die Geradenabschnitte G1, G2, G3, G4 unterschiedlich.
Weiter mit Bezug auf 5a ist durch Punkte P1, P2 auf der Kurve für den Geradenabschnitt G1 angedeutet, dass bei einer Boostenergie von 100 kJ der Rundenzeitgewinn Δt eine Sekunde beträgt, allerdings für einen doppelt so hohen Energieeinsatz von 200 kJ nicht doppelt so hoch ist, sondern lediglich auf 1,5 Sekunden anwächst. Hieraus wird anschaulich klar, dass es eine optimale Verteilung der Boostenergieteilmengen E_Boost1 , E_Boost2 , E_Boost3 , E_Boost4 auf die vier Geradenabschnitte G1, G2, G3, G4 gibt.
5b zeigt eine Darstellung des Gradienten des Rundenzeitgewinns Δt(s)/ΔE(kJ) in Abhängigkeit von der eingesetzten Boostenergiemenge E_boost (kJ) für die Geraden G1 bis G4 des Fahrtkurses von 2.
Wie aus 5b) ersichtlich, ist der Gradient des Rundenzeitgewinns Δt(s)/ΔE(kJ) in Abhängigkeit von der eingesetzten Boostenergiemenge E_boost (kJ) für die Geradenabschnitte G1 bis G4 für die Gerade G1 am größten und nimmt von dem Geradenabschnitt G1 bis zum Geradenabschnitt G4 ab. Dieser Gradient wird herangezogen zur Optimierung der einzusetzenden Boost-Teilenergiemengen, was nachstehend mit Bezug auf 5b) näher erläutert wird.
Es wird eine Gerade G parallel zur Boostenergieachse (x-Achse) in 5b angelegt und ausgehend von einer Lage oberhalb der Gradientenkurve für den Geradenabschnitt G1 nach unten verschoben. Diese Gerade G schneidet dann bei Erreichen des Gradientenwertes 0,015 s/kJ zunächst die Gradientenkurve für den Geradenabschnitt G1. Wird die Gerade G weiter nach unten verschoben, so wandert der betreffende Schnittpunkt C1 mit der die Gradientenkurve für den Geradenabschnitt G1 nach rechts zu höheren Boostenergien und es kommt ein Schnittpunkt C2 mit Gradientenkurve für den Geradenabschnitt G2 hinzu. Die Gerade G wird schließlich solange nach unten verschoben, bis die Summe der Boostenergiewerte der Schnittpunkte C1, C2, ... gleich der verfügbaren Gesamtboostenergiemenge E_Boostm ist.
Somit ergibt diese Optimierung hier folgende Werte für die Boostenergieteilmengen: E_Boost1 = 400 kJ, E_Boost2 = 100 kJ, E_Boost3= E_Boost4=0, wobei die Summe der Gesamtboostenergiemenge E_Boostm = 500 kJ entspricht.
4 zeigt ein Fließdiagramm einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Festlegung einer Boost-Steuerstrategie eines Hybrid-Fahrzeugantriebs.
Die Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Festlegung einer Steuerstrategie eines Hybrid-Fahrzeugantriebs gemäß 4 lässt sich in folgende Schritte S1-S4 unterteilen, woran sich zwei weitere optionale Schritte S5, S6 anschließen können, welche weiter unten im Zusammenhang mit 6 bei der zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens erläutert werden.
In Schritt S1 werden die numerischen Abhängigkeiten des Rundenzeitgewinns Δt(s) in Abhängigkeit von der eingesetzten Boostenergiemenge E_Boost für die Geraden G1-G4 und die entsprechenden Gradienten ermittelt, wie dies in 5a,b dargestellt ist.
In Schritt S2 erfolgt die Optimierung der Verteilung der Teilboostenergiemengen durch Variationsrechnung auf der Basis der ermittelten Gradienten, wie oben in Zusammenhang mit 5b beschrieben. Dabei erhält der Geradenabschnitt G1 die größte Teilboostenergiemenge und die Geraden G2, G3, G4 entsprechend ihren kleineren Gradienten verminderte Teilboostenergiemengen.
Im Schritt S3 wird die optimal einzusetzende Teilboostenergiemenge pro Geradenabschnitt G1 - G4 festgelegt.
Im Schritt S4 werden die festgelegten Teilboostenergiemengen E_Boost1 = 400 kJ, EBoost2 = 100 kJ, E_Boost3 = E_Boost4=0 in der Vorrichtung 1 gespeichert.
Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird zur Vereinfachung davon ausgegangen, dass die so berechneten Teilboostenergiemengen jeweils am Anfang eines jeweiligen Geradenabschnitts G1, G2, G3, G4 eingesetzt bzw. ausgelöst werden. Es kann es auch zweckmäßig sein, erst im späteren Verlauf eines derartigen Geradenabschnitts die entsprechende Teilboostenergiemengen einzusetzen, beispielsweise wenn der betreffende Geradenabschnitt mit einem Gefälle beginnt und sich an das Gefälle eine Steigung anschließt.
Die gespeicherten Werte und die vorgegebenen bzw. ermittelten entsprechenden Auslösungspunkte auf den Geradenabschnitten G1-G4 (hier vereinfachend jeweils der Startpunkt der Geradenabschnitte G1-G4) werden dann über eine Ausgangsschnittstelle 20 der Vorrichtung 1 gemäß 3 ausgegeben und können dann im Hybrid-Fahrzeugantrieb des Fahrzeugs F gemäß 1 in einer (nicht dargestellten) Speichereinrichtung abgespeichert werden. Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Ausgangsschnittstelle 20 direkt mit dem Bussystem B des Hybrid-Fahrzeugantriebs verbunden werden kann.
Während des Rennverlaufs wird dem Fahrer auf der Anzeigeeinrichtung D der jeweilige optimierte Auslösepunkt angezeigt, sodass er, falls es die Streckenverhältnisse zulassen, zum optimierten Zeitpunkt durch Drücken des Boostknopfes BK den Boostbetrieb auslösen kann, woraufhin automatisch die festgelegte optimierte Teilboostenergiemenge freigegeben wird.
6a zeigt eine Darstellung des Ladezustands SOC des Boostenergiespeichers in Abhängigkeit vom zurückgelegten Fahrtweg s für eine Runde des Fahrtkurses von 2 bei Anwendung der Boost-Steuerstrategie, welche gemäß der Ausführungsform von 3 festgelegt worden ist.
Bei diesem zweiten Beispiel seien folgende Werte für die Teilboostenergiemengen festgelegt: E_Boost1 = 150 kJ, E_Boost2 = 150 kJ, E_Boost3 = 50 kJ und E_Boost4 = 150 kJ.
Wie in 6a dargestellt, ist bei diesem Beispiel nicht zu jedem Zeitpunkt während eines Rundenverlaufs gewährleistet, dass die optimierte Teilboostenergiemenge in der elektrischen Speichereinrichtung ST des Fahrzeug-Hybridantriebs gemäß 1 verfügbar ist.
Das liegt daran, dass sich die Rekuperation streckenabhängig gestaltet. Beispielsweise beträgt bei der Darstellung gemäß 6a der Ladezustand SOC der elektrischen Speichereinrichtung ST bei Start/Ziel STZ 100%.
Auf der Geraden G1 wird die Teilboostenergiemenge E_Boost1 entzogen. Anschließend ergibt sich eine Rekuperation auf etwa 65 %. Danach werden die Teilboostenergiemenge, E_Boost2 und E_Boost3 für die Geraden G2 und G3 abgerufen, wobei es zwischen diesen beiden Abrufen keine Rekuperation gibt.
Dies hat zur Folge, dass es theoretisch zu einer Unterschreitung US des minimalen Ladezustands käme oder anders ausgedrückt, dass die Teilboostenergiemenge E-_Boost3 für den Geradenabschnitt G3 geringer als der optimierte Wert ist.
Andererseits ist es auch möglich, dass durch eine längere Rekuperationsphase eine Überschreitung OS des maximal verfügbaren Ladezustands auftritt oder anders ausgedrückt, dass mehr Energie prinzipiell zur Verfügung steht als gemäß der optimierten Teilboostenergiemengen abgerufen wird.
Wieder mit Bezug auf 4 wird in einem Schritt S5 der in 6a dargestellte Verlauf des Ladezustands unter Berücksichtigung der Reihenfolge der Geradenabschnitte G1-G4 und der rekuperierbaren Energie erstellt.
In Schritt S6 erfolgt dann eine Korrektur der Boostteilenergiemengen E_Boost1 , E_Boost2 , E_Boost3 , E_Boost4 , bis die hypothetische Unterschreitung US und Überschreitung OS verschwunden sind, also eine weitere Optimierung unter Berücksichtigung der Randbedingung des Ladezustands in Abhängigkeit von der Fahrtkursposition.
6b zeigt eine Darstellung des Ladezustands SOC des Boostenergiespeichers in Abhängigkeit vom zurückgelegten Fahrtweg s für eine Runde des Fahrtkurses von 2 bei Anwendung der Boost-Steuerstrategie, welche gemäß der einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens festgelegt worden ist.
In einem weiteren (nicht dargstellten) Schritt ist es weiterhin möglich, auch zusätzlich Leerlaufverluste in der elektrischen Speichereinrichtung ST bei der Festlegung der Boostteilenergiemengen E_Boost1 , E_Boost2 , E_Boost3 , E_Boost4 zu berücksichtigen.
Obwohl die vorliegende Erfindung bei den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen auf einen Rundkurs angewendet wurde, ist sie prinzipiell auf einen beliebigen vorgegebenen Fahrtkurs anwendbar. Auch müssen Boostphasen nicht unbedingt nur auf die Geradenabschnitte eines Fahrtkurses verteilt werden, sondern können auch in Kurvenabschnitte gelegt werden.
Obwohl bei den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen eine manuelle Schalteinrichtung zur Auswahl des Boostbetriebes verwendet wurde, sind auch andere Realisierungen, z.B. eine sensorgesteuerte Auswahl des Boostbetriebes, denkbar.

Claims

Verfahren zur Festlegung einer Boost-Steuerstrategie eines Hybrid-Fahrzeugantriebs mit einer Brennkraftmaschine (BKM) und einem Elektromotor (G1, G2), welches folgende Schritte aufweist: Vorgeben einer Fahrtstrecke (R) mit einer Mehrzahl von Streckenabschnitten (G1-G4; K1-K4); Ermitteln einer jeweiligen Abhängigkeit eines Rundenzeitgewinns (Δt) von einer eingesetzten Boostenergiemenge (E_boost) ausgehend von einer fahrzeugspezifischen Rundenzeit ohne Boostunterstützung durch den Elektromotor (G1, G2) für mehrere vorbestimmte Streckenabschnitte (G1-G4); und Festlegen einer jeweiligen Teilboostenergiemenge (E_Boost1, E_Boost2, E_Boost3, E_Boost4) für jeden vorbestimmten Streckenabschnitt (G1-G4) basierend auf den ermittelten Abhängigkeiten, wobei eine Summe der Teilboostenergiemengen (E_Boost1, E_Boost2, E-_Boost3, E_Boost4) einer vorgegebenen verfügbaren Gesamtboostenergiemenge (E_Boostm) entspricht.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Festlegen der jeweiligen Teilboostenergiemengen (E_Boost1, E_Boost2, E_Boost3, E_Boost4) unter Berücksichtigung eines jeweiligen Gradienten der ermittelten Abhängigkeiten erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Festlegen der jeweiligen Teilboostenergiemengen (E_Boost1, E_Boost2, E_Boost3, E_Boost4) unter Berücksichtigung eines Ladezustands einer elektrischen Speichereinrichtung (ST) zum Speichern der Boostenergie in dem jeweiligen Streckenabschnitt (G1-G4) erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei das Festlegen der jeweiligen Teilboostenergiemengen (E_Boost1, E_Boost2, E_Boost3, E_Boost4) unter Berücksichtigung eines Leerlaufverlustes der elektrischen Speichereinrichtung (ST) erfolgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Fahrtstrecke (R) ein Rundkurs ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die vorbestimmten Streckenabschnitte (G1-G4) Geradenabschnitte sind.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei optimierte Auslösezeitpunkte der jeweiligen Teilboostenergiemengen (E_Boost1, E_Boost2, E_Boost3, E_Boost4) innerhalb der vorbestimmten Streckenabschnitte (G1-G4) basierend auf der Topologie der Fahrtstrecke (R) festgelegt werden.
Vorrichtung zur Festlegung einer Boost-Steuerstrategie eines Hybrid-Fahrzeugantriebs mit einer Brennkraftmaschine (BKM) und mindestens einem Elektromotor (G1, G2) mit: einer Eingabeeinrichtung (10) zum Eingeben einer Fahrtstrecke (R) mit einer Mehrzahl von Streckenabschnitten (G1-G4; K1-K4); einer Simulationseinrichtung (4) zum Ermitteln einer jeweiligen Abhängigkeit eines Rundenzeitgewinns (Δt) von einer eingesetzten Boostenergiemenge (E_boost) ausgehend von einer fahrzeugspezifischen Rundenzeit ohne Boostunterstützung durch den Elektromotor (G1, G2) für mehrere vorbestimmte Streckenabschnitte (G1-G4); und einer Optimierungseinrichtung (5) zum Festlegen einer jeweiligen Teilboostenergiemenge (E_Boost1, E_Boost2, E_Boost3, E_Boost4) für jeden vorbestimmten Streckenabschnitt (G1-G4) basierend auf den ermittelten Abhängigkeiten, wobei eine Summe der Teilboostenergiemengen (E_Boost1, E_Boost2, E_Boost3, E_Boost4) einer vorgegebenen verfügbaren Gesamtboostenergiemenge (E_Boostm) entspricht.
Vorrichtung nach Anspruch 8, wobei eine Ausgangsschnittstelle (20) zum Ausgeben der Teilboostenergiemengen (E_Boost1, E_Boost2, E_Boost3, E_Boost4) für jeden vorbestimmten Streckenabschnitt (G1-G4) vorgesehen ist.
Vorrichtung nach Anspruch 9, wobei die Ausgangsschnittstelle direkt mit einem Bussystem (B) des Hybrid-Fahrzeugantriebs verbunden werden kann.