DE102011001994A1

DE102011001994A1 - Verfahren zum Betreiben eines Hybridfahrzeugs

Info

Publication number: DE102011001994A1
Application number: DE102011001994A
Authority: DE
Inventors: Thomas Rauner; Sebastian Neu
Original assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Current assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Priority date: 2011-04-12
Filing date: 2011-04-12
Publication date: 2012-10-31
Also published as: US20120265386A1; US8706337B2

Abstract

Verfahren zum Betreiben eines Hybridfahrzeugs mit mehreren angetriebenen Achsen, nämlich mit einer ersten angetriebenen Achse (10), die ausschließlich elektrisch von mindestens einer der ersten Achse (10) zugeordneten ersten elektrischen Maschine (14) antreibbar ist, und mit einer zweiten angetriebenen Achse (12), die elektrisch von mindestens einer der zweiten Achse (12) zugeordneten zweiten elektrischen Maschine (16) und/oder verbrennungsmotorisch von einer der zweiten Achse (12) zugeordneten Brennkraftmaschine (15) antreibbar ist, wobei während jedes aktuellen Fahrzyklus des Hybridfahrzeugs eine Fahrleistung oder eine die Fahrleistung repräsentierende Größe des Hybridfahrzeugs ermittelt wird, und dass für einen sich hieran anschließenden neuen Fahrzyklus des Hybridfahrzeugs eine Betriebsstrategie auf Grundlage der Fahrleistung oder der die Fahrleistung repräsentierende Größe des vorausgehenden Fahrzyklus bestimmt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Hybridfahrzeugs gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
1 zeigt stark schematisiert ein Antriebsstrangschema eines Hochleistungshybridfahrzeugs, insbesondere des von der Anmelderin unter der Typbezeichnung „Porsche 918 Spyder Hybrid” vertriebenen Hochleistungshybridfahrzeugs. Der Antriebsstrang der 1 verfügt über zwei angetriebene Achsen, nämlich eine erste angetriebene Achse 10 mit den Rädern 11 und eine zweite angetriebene Achse 12 mit den Rädern 13, wobei es sich bei der ersten Achse 10 vorzugsweise um die Vorderachse und bei der zweiten Achse 12 vorzugsweise um die Hinterachse des Hybridfahrzeugs handelt. Der Antriebsstrang gemäß 1 verfügt über drei Leistungsquellen bzw. Kraftquellen. So ist der ersten Achse 10 eine erste elektrische Maschine 14 zugeordnet, über welche die erste Achse 10 ausschließlich elektrisch angetrieben werden kann. Der zweiten Achse 12 sind eine Brennkraftmaschine 15 sowie eine zweite elektrische Maschine 16 zugeordnet, über welche die zweite Achse 12 angetrieben werden kann. Die zweite Achse 12 kann entweder rein elektrisch ausschließlich über die derselben zugeordnete elektrische Maschine 16, hybridisch über die elektrische Maschine 16 und die Brennkraftmaschine 15 oder auch ausschließlich über die Brennkraftmaschine 15 rein verbrennungsmotorisch angetrieben werden.
Gemäß 1 ist zwischen die elektrische Maschine 16, die der zweiten Achse 12 zugeordnet ist, und die zweite Achse 12 ein Getriebe 17 geschaltet, welches in 1 als Doppelkupplungsgetriebe ausgeführt ist. So umfasst das Doppelkupplungsgetriebe 17 zwei Teilgetriebe 18 und 19, wobei jedem Teilgetriebe 18, 19 jeweils eine Kupplung 20 bzw. 21 zugeordnet ist. Abhängig davon, welcher Gang im Doppelkupplungstriebe 17 eingelegt ist, wird der Kraftfluss entweder über das erste Teilgetriebe 18 oder das zweite Teilgetriebe 19 von der elektrischen Maschine 16 und/oder der Brennkraftmaschine 15 auf die zweite angetriebene Achse 12 übertragen. Weiterhin ist gemäß 1 zwischen die Brennkraftmaschine 15 und die zweite elektrische Maschine 16 eine Kupplung 22 geschaltet, wobei durch Öffnen der Kupplung 22 die Brennkraftmaschine 15 von der zweiten, angetriebenen Achse 12 abgekoppelt werden kann.
Gemäß 1 wirken mit den beiden elektrischen Maschinen 14 und 16, nämlich sowohl mit der der ersten Achse 10 zugeordneten ersten elektrischen Maschine 14 als auch mit der der zweiten Achse 12 zugeordneten zweiten elektrischen Maschine 16 ein elektrischer Energiespeicher 23 und eine Leistungselektronik 24 zusammen. Im motorischen Betrieb der jeweiligen elektrischen Maschine 14, 16 wird der elektrische Energiespeicher 23 von der jeweiligen elektrischen Maschine 14, 16 stärker entladen, wobei im generatorischen Betrieb der jeweiligen elektrischen Maschine 14, 16 der elektrische Energiespeicher 23 von derselben stärker aufgeladen wird.
Es kann auch für jede den beiden elektrischen Maschinen 14 und 16 eine separate Leistungselektronik und/oder eine separater elektrischer Energiespeicher vorhanden sein.
1 zeigt weiterhin zwei Steuerungseinrichtungen 25 und 26, wobei es sich bei der Steuerungseinrichtung 25 vorzugsweise um eine Motorsteuerungseinrichtung und bei der Steuerungseinrichtung 26 vorzugsweise um eine Getriebesteuerungseinrichtung handelt. Im gezeigten Ausführungsbeispiel steuert die Motorsteuerungseinrichtung 15 beide elektrischen Maschinen 14 und 16 sowie die Brennkraftmaschine 15 an. Die Getriebesteuerungseinrichtung 26 steuert das Doppelkupplungsgetriebe 17 an. Hierzu tauschen die Steuerungseinrichtungen 25, 26 mit den anzusteuernden bzw. zu regelenden Einrichtungen 14, 15, 16, 17 Daten aus, wobei die beiden Steuerungseinrichtungen 25 und 26 auch untereinander Daten austauschen.
Bei einem solchen Hochleistungshybridfahrzeug ist es erforderlich, einerseits eine verbrauchsoptimale Betriebsstrategie bzw. Fahrstrategie und anderseits eine beschleunigungsoptimale Fahrstrategie bzw. Betriebsstrategie bedarfsgerecht bereit zu stellen. Es besteht daher Bedarf an einem Verfahren zum Betreiben eines Hybridfahrzeugs, mit welchem effizient entweder eine verbrauchsoptimale Fahrstrategie bzw. Betriebsstrategie oder eine beschleunigungsoptimale Fahrstrategie bzw. Betriebsstrategie bereitgestellt und ausgewählt werden kann.
Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zu Grunde ein neuartiges Verfahren zum Betreiben eines Hybridfahrzeugs zu schaffen. Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß Patentanspruch 1 gelöst.
Erfindungsgemäß wird während jedes aktuellen Fahrzyklus des Hybridfahrzeugs eine Fahrleistung oder eine die Fahrleistung repräsentierende Größe des Hybridfahrzeugs ermittelt, wobei für einen sich hieran anschließenden neuen Fahrzyklus des Hybridfahrzeugs eine Betriebsstrategie auf Grundlage der Fahrleistung oder der die Fahrleistung repräsentierende Größe des vorausgehenden Fahrzyklus bestimmt wird. Erfindungsgemäß wird die Betriebsstrategie bzw. Fahrstrategie für einen neuen Fahrzyklus abhängig von einer für einen vorausgehenden Fahrzyklus ermittelten Fahrweise ausgewählt und verwendet. Für jeden aktuellen Fahrzyklus wird hierzu eine Fahrleistung des Hybridfahrzeugs ermittelt und vorzugsweise in einem Speicher abgelegt, wobei für den sich anschließenden, neuen Fahrzyklus die Betriebsstrategie bzw. Fahrstrategie auf Grundlage der Fahrleistung des vorausfahrenden Fahrzeugs bestimmt wird. Eine solche Bestimmung und Verwendung einer Fahrstrategie bzw. Betriebsstrategie erlaubt eine besonders bevorzugte Bereitstellung einerseits eines verbrauchsoptimalen und andererseits eines beschleunigungsoptimalen Fahrverhaltens des Kraftfahrzeugs, da davon auszugehen ist, dass sich zwischen zwei unmittelbar aufeinanderfolgenden Fahrzyklen die gewünschten Fahreigenschaften des Kraftfahrzeugs zunächst nicht ändern.
Vorzugsweise wird dann, wenn die Fahrleistung des vorausgehenden Fahrzyklus einer energiesparenden Fahrweise entspricht, der anschließende neue Fahrzyklus mit einer verbrauchsoptimierten Betriebsstrategie begonnen, wohingegen dann, wenn die Fahrleistung des vorausgehenden Fahrzyklus einer sportlichen Fahrweise entspricht, der anschließende neue Fahrzyklus mit einer beschleunigungsoptimierten Betriebsstrategie begonnen wird.
Nach einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird zur Bereitstellung der verbrauchsoptimierten Betriebsstrategie ausschließlich die erste Achse elektrisch angetrieben, wohingegen die Brennkraftmaschine stillgesetzt und zusammen mit der oder jeder zweiten elektrischen Maschine von der zweiten Achse abgekoppelt wird. Zur Bereitstellung der beschleunigungsoptimierten Betriebsstrategie wird zumindest die zweite Achse und gegebenenfalls zusätzlich die erste Achse jeweils ausschließlich elektrisch angetrieben, wobei hierbei die still gesetzte Brennkraftmaschine von der oder jeder zweiten elektrischen Maschine mitgeschleppt und bei Bedarf zugestartet wird. Die obige Umsetzung bzw. Bereitstellung der verbrauchsoptimierten Betriebsstrategie sowie der beschleunigungsoptimierten Betriebsstrategie ist besonders bevorzugt.
Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung. Ausführungsbeispiele der Erfindung werden, ohne hierauf beschränkt zu sein, an Hand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt:
1 eine schematisierte Darstellung eines Antriebsstrangs eines Hybridfahrzeugs zur Verdeutlichung des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Betreiben eines Hybridfahrzeugs.
Die hier vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Hybridfahrzeugs mit mehreren angetriebenen Achsen, vorzugsweise des in 1 gezeigten Hochleistungshybridfahrzeugs mit der ausschließlich elektrisch antreibbaren ersten Achse 10 und der elektrisch und/oder verbrennungsmotorisch antreibbaren zweiten Achse 12.
Auf die Grundstruktur des Antriebsstrangs des Hochleistungshybridfahrzeugs wurde bereits oben in Zusammenhang mit 1 eingegangen, sodass zur Vermeidung unnötiger Wiederholungen auf die Ausführungen zu 1 verwiesen wird.
Um nun bei einem solchen Hochleistungshybridfahrzeug einen Zielkonflikt zwischen einer verbrauchsoptimalen Fahrstrategie und einer beschleunigungsoptimierten Fahrstrategie einfach zu lösen, wird erfindungsgemäß während jedes aktuellen Fahrzyklus des Hybridfahrzeugs eine Fahrleistung oder eine die Fahrleistung repräsentierende Größe des Hybridfahrzeugs ermittelt.
Dann, wenn ein neuer Fahrzyklus gestartet wird, wird für den neuen Fahrzyklus auf Grundlage der für den vorausgehenden Fahrzyklus ermittelten Fahrleistung oder der diese Fahrleistung repräsentierende Größe eine Betriebsstrategie bestimmt, nämlich derart, dass dann, wenn die Fahrleistung des vorausgehenden Fahrzeugs einer energiesparenden Fahrweise entspricht, der sich anschließende neue Fahrzyklus mit einer verbrauchsoptimierten Betriebsstrategie begonnen wird, wohingegen dann, wenn die Fahrleistung des vorausgehenden Fahrzyklus einer sportlichen Fahrweise entspricht, der sich anschließende neue Fahrzyklus mit einer beschleunigungsoptimierten Betriebsstrategie begonnen wird.
Die zwei aufeinanderfolgenden Fahrzyklen sind dadurch voneinander getrennt, dass das Kraftfahrzeug abgestellt wird, dass also der gesamte Antriebsstrang des Kraftfahrzeugs still gesetzt und das Kraftfahrzeug insbesondere durch Abziehen des Zündschlüssels oder einer sonstigen den Betrieb des Kraftfahrzeugs beendenden Einrichtung abgestellt wird.
Mit jedem neuen Fahrzyklus, also zum Beispiel bei Einstecken des Zündschlüssels und Starten des Kraftfahrzeugs, wird auf Grundlage der für den vorausgehenden Fahrzyklus ermittelte Fahrleistung, die entweder als energiesparende Fahrweise oder als sportliche Fahrweise interpretiert wird, die Betriebsstrategie für das Hybridfahrzeug ausgewählt und dieselbe zumindest anfänglich im neuen Fahrzyklus verwendet.
Beim Antriebsstrang des Hochleistungshybridfahrzeugs der 1 wird die verbrauchsoptimierte Betriebsstrategie bzw. Fahrstrategie dadurch bereitgestellt, dass dasselbe ausschließlich über die erste Achse 10, rein elektrisch angetrieben wird, nämlich von der der ersten Achse 10 zugeordneten, elektrischen Maschine 14. In dieser verbrauchsoptimierten Betriebsstrategie sind durch das Öffnen beider Kupplungen 20 und 21 des Doppelkupplungsgetriebes 17 sowohl die Brennkraftmaschine 15 als auch die zweite elektrische Maschine 16 von der zweiten, in der verbrauchsoptimierten Betriebsstrategie nicht angetriebenen zweiten Achse 12 abgekoppelt, wobei am Doppelkupplungsgetriebe 17, nämlich in beiden Teilgetrieben 18 und 19, Gänge ausgelegt sind. Die Kupplung 22 kann entweder geschlossen oder geöffnet sein.
Bei einer solchen verbrauchsoptimierten Betriebsstrategie wird demnach ein ausschließlich elektromotorischer Antrieb des Hybridfahrzeugs über die erste Achse 10 vorgesehen. Durch das Öffnen der Kupplungen 20 und 21 sowie das Auslegen der Gänge im Getriebe 17 werden Wirkungsgradverluste so weit wie möglich vermieden. Da der Verbrennungsmotor 15 still gesetzt ist, liegt an demselben kein Kraftstoffverbrauch vor. Das Beschleunigungsverhalten bei einer solchen verbrauchsoptimierten Betriebsstrategie ist jedoch relativ träge, da einerseits nur die elektrische Maschine 14 zum Antreiben verwendet wird, und da bei einer spontanen Leistungsanforderung zunächst Vorbereitungen getroffen werden müssen, um auch an der zweiten Achse 12 ein Antriebsmoment zur Verfügung zu stellen.
Hierzu muss dann in einem der Teilgetriebe 18 und 19 des Doppelkupplungsgetriebes 17 ein Gang eingelegt werden, die elektrische Maschine 16 und/oder die Brennkraftmaschine 15 müssen zugestartet und durch Schließen mindestens einer der Kupplungen 20, 21 und 22 an die zweite Achse 12 angekoppelt werden. Die verbrauchsoptimierte Betriebsstrategie stellt zwar einen optimierten Wirkungsgrad bereit, dieselbe ist jedoch für ein gewünschtes sportliches Fahrverhalten nicht geeignet.
Zur Gewährleistung eines sportlichen Fahrverhaltens zu Beginn eines Betriebszyklus wird die beschleunigungsoptimierte Betriebsstrategie bereit gehalten, wobei in der beschleunigungsoptimierten Betriebsstrategie zunächst rein elektrisch gefahren wird, nämlich dadurch, dass zumindest an der zweiten angetriebenen Achse 12 über die zweite elektrische Maschine 16 und das Doppelkupplungsgetriebe 17 ein Antriebsmoment bereitgestellt wird. Hierzu ist zumindest in einem Teilgetriebe 18, 19 ein Gang eingelegt und eine der Kupplungen 20, 21 des Doppelkupplungsgetriebes 17 geschlossen, nämlich abhängig vom Gang, in welchem gefahren wird.
Weiterhin ist bei der beschleunigungsoptimierten Betriebsstrategie die Kupplung 22 geschlossen, in diesem Fall wird demnach die Brennkraftmaschine 15 mit geschleppt, sodass bei einer spontanen Leistungsanforderung über Einspritzen von Kraftstoff und anschließender Zündung der Brennkraftmaschine 15 dieselbe sofort zugestartet werden kann, um deren Abtriebsmoment an der zweiten Achse 12 sofort bereitzustellen. Aufgrund des sich hierbei ausbildenden Motorschleppmoments an der Brennkraftmaschine 15 ergibt sich zwar ein reduzierter Wirkungsgrad und höherer Verbrauch, es kann jedoch beschleunigungsoptimal auf eine spontane Leistungsanforderung reagiert werden. In der beschleunigungsoptimierten Betriebsstrategie kann auch die erste Achse 10 über die derselben zugeordnete elektrische Maschine 14 elektromotorisch angetrieben werden.
Die Ermittlung der Fahrleistung oder der die Fahrleistung repräsentierende Größe im jeweiligen aktuellen Fahrzyklus erfolgt vorzugsweise durch die Steuerungseinrichtung 25, wobei hierzu über ein definiertes Zeitfenster des jeweiligen aktuellen Fahrzyklus oder alternativ auch über den gesamten jeweiligen aktuellen Fahrzyklus die Gesamtleistung der von den beiden elektrischen Maschinen 14 und 16 abgegebenen elektrischen Leistung und der von der Brennkraftmaschine 15 abgegebenen verbrennungsmotorischen Leistung ermittelt wird.
Dann, wenn die so ermittelte Gesamtleistung größer als ein vorgegebener Grenzwert ist, wird auf ein sportliches Fahrverhalten geschlossen, und für den nächsten Fahrzyklus die beschleunigungsorientierte Betriebsstrategie zumindest zu Beginn des neuen Fahrzyklus verwendet.
Dann hingegen, wenn die ermittelte Gesamtleistung kleiner als der Grenzwert ist, wird auf ein energiesparendes Fahren im vorhergehenden Fahrzyklus geschlossen und als Betriebsstrategie für den neuen Fahrzyklus zumindest zu Beginn desselben die verbrauchsoptimierte Betriebsstrategie gewählt.
Dadurch lässt sich die zu Beginn eines neuen Fahrzyklus gewählte Betriebsstrategie automatisch und optimal an einen wahrscheinlichen Fahrerwunsch für den neuen Fahrzyklus anpassen.

Claims

Verfahren zum Betreiben eines Hybridfahrzeugs mit mehreren angetriebenen Achsen, nämlich mit einer ersten angetriebenen Achse (10), die ausschließlich elektrisch von mindestens einer der ersten Achse (10) zugeordneten ersten elektrischen Maschine (14) antreibbar ist, und mit einer zweiten angetriebenen Achse (12), die elektrisch von mindestens einer der zweiten Achse (12) zugeordneten zweiten elektrischen Maschine (16) und/oder verbrennungsmotorisch von einer der zweiten Achse (12) zugeordneten Brennkraftmaschine (15) antreibbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass während jedes aktuellen Fahrzyklus des Hybridfahrzeugs eine Fahrleistung oder eine die Fahrleistung repräsentierende Größe des Hybridfahrzeugs ermittelt wird, und dass für einen sich hieran anschließenden neuen Fahrzyklus des Hybridfahrzeugs eine Betriebsstrategie auf Grundlage der Fahrleistung oder der die Fahrleistung repräsentierende Größe des vorausgehenden Fahrzyklus bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass dann, wenn die Fahrleistung oder die dieselbe repräsentierende Größe des vorausgehenden Fahrzyklus einer energiesparenden Fahrweise entspricht, der sich anschließende neue Fahrzyklus mit einer verbrauchsoptimierten Betriebsstrategie begonnen wird.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass zur Bereitstellung der verbrauchsoptimierten Betriebsstrategie ausschließlich die erste Achse (10) von der derselben zugeordneten ersten elektrischen Maschine (14) elektrisch angetrieben wird.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass hierbei die der zweiten Achse (12) zugeordnete Brennkraftmaschine (15) stillgesetzt und zusammen mit der oder jeder der zweiten Achse (12) zugeordneten zweiten elektrischen Maschine (16) von der zweiten Achse (12) abgekoppelt wird.
Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass hierbei weiterhin in einem der zweiten Achse (12) zugeordneten Getriebe (17) Gänge ausgelegt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass dann, wenn mit der verbrauchsoptimierten Betriebsstrategie begonnen wird und sich eine spontane Leistungsanforderung einstellt, die der zweiten Achse (12) zugeordnete Brennkraftmaschine (15) gestartet und an die zweite Achse (12) angekoppelt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass dann, wenn die Fahrleistung oder die dieselbe repräsentierende Größe des vorausgehenden Fahrzyklus einer sportlichen Fahrweise entspricht, der sich anschließende neue Fahrzyklus mit einer beschleunigungsoptimierten Betriebsstrategie begonnen wird.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass zur Bereitstellung der beschleunigungsoptimierten Betriebsstrategie zumindest die zweite Achse (12) und gegebenenfalls zusätzlich die erste Achse (11) jeweils ausschließlich über die jeweilige elektrische Maschine (14, 16) elektrisch angetrieben wird bzw. werden.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass hierbei die still gesetzte Brennkraftmaschine (15) von der oder jeder zweiten elektrischen Maschine (16) mitgeschleppt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass dann, wenn mit der beschleunigungsoptimierten Betriebsstrategie begonnen wird und sich eine spontane Leistungsanforderung einstellt, die bereits an die zweiten Achse (12) angekoppelte Brennkraftmaschine (15) gestartet wird.