DE102012001174A1

DE102012001174A1 - Verfahren zur Steuerung eines Hybridantriebs für ein Fahrzeug und Hybridantrieb

Info

Publication number: DE102012001174A1
Application number: DE201210001174
Authority: DE
Inventors: Alexander Weß; Marc Düvel; Matthias Heimermann; Dr. Mischke Michael
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2012-01-24
Filing date: 2012-01-24
Publication date: 2013-07-25

Abstract

Bei einem Verfahren zur Steuerung eines Hybridantriebs für ein Fahrzeug, wobei der Hybridantrieb einen Elektromotor für einen elektromotorischen Antrieb des Fahrzeugs, einen Verbrennungsmotor für einen verbrennungsmotorischen Antrieb des Fahrzeugs, eine Traktionsbatterie für eine Energieversorgung des Elektromotors, einen Ladeanschluss zum Aufladen der Traktionsbatterie durch eine externe Stromquelle und eine Steuereinheit zum Ansteuern des Elektromotors und/oder des Verbrennungsmotors aufweist, bei dem die Steuereinheit den Elektromotor und/oder den Verbrennungsmotor in einer von Betriebsparametern abhängigen Betriebsart ansteuert, lassen sich umweltschädliche Emissionen dadurch reduzieren, dass von einem Nutzer über ein erstes Bedienelement eine Entfernung zu einer Ladestation eingegeben und als Betriebsparameter an die Steuereinheit übertragen wird, und dass die Steuereinheit die Betriebsart so wählt, dass der voraussichtliche Ladungszustand der Traktionsbatterie nach Zurücklegen der eingegebenen Entfernung einen vordefinierten Ladungszustand erreicht.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung eines Hybridantriebs sowie einen Hybridantrieb für ein Fahrzeug, wobei der Hybridantrieb einen Elektromotor für einen elektromotorischen Antrieb des Fahrzeugs, einen Verbrennungsmotor für einen verbrennungsmotorischen Antrieb des Fahrzeugs, eine Traktionsbatterie für eine Energieversorgung des Elektromotors, einen Ladeanschluss zum Aufladen der Traktionsbatterie durch eine externe Stromquelle und eine Steuereinheit zum Ansteuern des Elektromotors und/oder des Verbrennungsmotors aufweist, bei dem die Steuereinheit den Elektromotor und/oder den Verbrennungsmotor in einer von Betriebsparametern abhängigen Betriebsart ansteuert.
Die Bezeichnung Hybridantriebe bezieht sich auf Fahrzeugantriebe mit mehr als einer Antriebsquelle. Eine große Bedeutung haben bisher insbesondere Hybridantriebe erlangt, die aus der Kombination eines Verbrennungsmotors und mindestens eines Elektromotors bestehen, der aus einer in dem Fahrzeug, insbesondere Kraftfahrzeug, mitgeführten Traktionsbatterie mit elektrischer Energie versorgt wird. Es lassen sich verschiedene Antriebskonfigurationen der Hybridantriebe unterscheiden, je nachdem wie der Verbrennungsmotor und der mindestens eine Elektromotor zueinander angeordnet sind. Hauptunterscheidungsmerkmal der verschiedenen Konfigurationen bildet die serielle, die parallele oder die gemischte Anordnung. Bei der seriellen Anordnung sind die einzelnen Antriebskomponenten einander nachfolgend aufgereiht. Der Fahrzeugantrieb erfolgt ausschließlich über den Elektromotor, der aus der Traktionsbatterie mit Energie versorgt Wird. Der Verbrennungsmotor dient dazu, die Traktionsbatterie über einen Generator wieder aufzuladen. Bei der parallelen und der gemischten Anordnung erfolgt der Fahrzeugantrieb sowohl durch den mindestens einen Elektromotor als auch über den Verbrennungsmotor. Eine nähere Beschreibung der verschiedenen Antriebskonfigurationen findet sich etwa in dem Buch „Bosch Kraftfahrtechnisches Taschenbuch", 25. Auflage 2003, Friedrich Vieweg & Sohn Verlag, Wiesbaden, Seiten 728 ff. Die vorliegende Erfindung betrifft insbesondere die parallele und die gemischte Anordnung.
Bei einem Hybridantrieb mit paralleler Anordnung (sogenannter Parallelhybrid) können der Verbrennungsmotor und der Elektromotor in verschiedenen Betriebsarten betrieben werden, wie zum Beispiel: 1) Antrieb durch Verbrennungsmotor, 2) Antrieb durch Elektromotor, 3) Antrieb durch Verbrennungsmotor und Elektromotor (sogenannter Boost), 4) Antrieb durch Verbrennungsmotor mit Ladung der Traktionsbatterie, 5) Nutzbremsen (sogenannte Rekuperation) und 6) Aufladen der Traktionsbatterie bei Fahrzeugstillstand.
Neben der Möglichkeit, die Traktionsbatterie durch den Verbrennungsmotor oder den Elektromotor zu laden, sind auch Konzepte entwickelt worden, die Traktionsbatterie über eine externe Stromquelle aufzuladen, beispielsweise beim Parken über Nacht über ein externes Stromnetz. Fahrzeuge mit dieser Möglichkeit werden Plug-In-Hybridfahrzeuge genannt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den eingangs beschriebenen Hybridantrieb in seiner Betriebsstrategie zu verbessern, insbesondere umweltschädliche Emissionen zu reduzieren.
Diese Aufgabe wird durch ein gattungsgemäßes Verfahren zur Steuerung eines Hybridantriebs erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass von einem Nutzer über ein erstes Bedienelement eine Entfernung zu einer Ladestation eingegeben und als Betriebsparameter an die Steuereinheit übertragen wird, und dass die Steuereinheit die Betriebsart so wählt, dass der voraussichtliche Ladungszustand der Traktionsbatterie nach Zurücklegen der eingegebenen Entfernung einen vordefinierten Ladungszustand erreicht.
Erfindungsgemäß wählt die Steuereinheit die Betriebsart jeweils so aus, dass bei Erreichen der Ladestation, die eine externe Stromquelle darstellt, der nutzbare Ladungsinhalt der Traktionsbatterie möglichst weit ausgenutzt ist, der Antrieb des Fahrzeugs also soweit wie möglich mit dem Elektromotor erfolgt. Gleichzeitig wird der Einsatz des Verbrennungsmotors auf das Nötigste beschränkt. Dies führt zu einer Reduzierung von umweltschädlichen Emissionen, die von dem Verbrennungsmotor ausgestoßen werden, zum Beispiel von CO2-Emissionen.
Zweckmäßigerweise überwacht die Steuereinheit fortwährend die aktuell gewählte Betriebsart. Die Überwachung erfolgt beispielsweise in vordefinierten zeitlichen Intervallen oder vordefinierten Streckenintervallen. Es kann sich nämlich während des Betriebes des Fahrzeugs aufgrund unterschiedlicher Einflussfaktoren ergeben, dass eine aktuell gewählte Betriebsart oder eine für die Strecke bis zur eingegebenen Ladestation ermittelte Betriebsstrategie, die eine Abfolge von verschiedenen Betriebsarten umfassen kann, geändert werden muss. Zu solchen Einflussfaktoren zählen beispielsweise eine geänderte Fahrweise des Fahrers (Verbrauch steigt oder sinkt im Vergleich zum angenommenen Verbrauch), geänderte Route aufgrund von Verkehrsmeldungen, geändertes Gewicht des Fahrzeugs, geänderte Einstellungen von Komfortverbrauchern, defekte Traktionsbatterie, Stillstand im Stau.
Eine von dem Nutzer gewünschte Reserve für elektrisches Fahren wird vorteilhaft erreicht, wenn von dem Nutzer über ein zweites Bedienelement eine reservierte elektrische Reichweite eingegeben und als Betriebsparameter an die Steuereinheit übertragen wird, und dass die Steuereinheit die Betriebsart so wählt, dass der Ladungszustand der Traktionsbatterie nicht unter einen reservierten Ladungszustand sinkt, der der eingegebenen reservierten elektrischen Reichweite entspracht.
Zweckmäßig wird der vordefinierte Ladungszustand mit dem reservierten Ladungszustand gleichgesetzt, wenn der vordefinierte Ladungszustand kleiner als der reservierte Ladungszustand ist. Dadurch lässt sich sicherstellen, dass auch bei Erreichen der Ladestation die gewünschte Restreichweite für elektrisches Fahren zur Verfügung steht. So kann der Nutzer spontan den Ladevorgang abbrechen und elektrisch fahren.
Eine nutzerfreundliche Eingabe der Entfernung zu einer Ladestation und/oder der reservierten elektrischen Reichweite lässt sich erreichen, wenn das erste Bedienelement und/oder das zweite Bedienelement auf einem Touchscreen ausgebildet ist/sind. Besonders einfach und intuitiv wird die Eingabe, wenn das erste Bedienelement und/oder das zweite Bedienelement als Schieberegler ausgebildet ist/sind.
Diese Aufgabe wird ferner durch einen gattungsgemäßen Hybridantrieb erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass von einem Nutzer über ein erstes Bedienelement eine Entfernung zu einer Ladestation eingebbar und als Betriebsparameter an die Steuereinheit übertragbar ist, und dass die Steuereinheit ausgebildet ist, die Betriebsart so zu wählen, dass der voraussichtliche Ladungszustand der Traktionsbatterie nach Zurücklegen der eingegebenen Entfernung einen vordefinierten Ladungszustand erreicht.
Der erfindungsgemäße Hybridantrieb entspricht in seinen Merkmalen dem erfindungsgemäßen Verfahren, so dass auf die vorstehenden Ausführungen verwiesen wird.
In der Zeichnung ist eine als Beispiel dienende Ausführungsform der Erfindung dargestellt. Es zeigen:
1 – ein Blockschaltbild eines erfindungsgemäßen Hybridantriebs und
2 – einen Touchscreen mit Bedienelementen und Anzeigeinhalten.
1 zeigt einen parallelen Hybridantrieb 10 eines im Einzelnen nicht weiter dargestellten Fahrzeugs.
Der Antrieb des Fahrzeugs erfolgt wahlweise oder gleichzeitig durch einen Elektromotor 12 als eine erste Antriebsquelle sowie einen Verbrennungsmotor 14 (Otto- oder Dieselmotor) als eine zweite Antriebsquelle. Beide Antriebsquellen wirken direkt oder indirekt auf eine Antriebswelle 16, die eine Antriebsachse 18 des Fahrzeugs antreibt. Beispielsweise kann der Elektromotor 12 auf die Kurbelwelle des Verbrennungsmotors 14 wirken, an die er auf verschiedene Weise angebunden sein kann. So kann der Elektromotor 12 über eine Kupplung 22 mit der Kurbelwelle verbunden sein oder über einen Riemenantrieb oder ein Getriebe oder einer anderen schaltbaren kraft- und/oder formschlüssigen Verbindung oder auch in das Fahrzeuggetriebe integriert sein, wenn durch Öffnen einer form- oder kraftschlüssigen Verbindung der Elektromotor vom Verbrennungsmotor abgekoppelt werden kann. Der Verbrennungsmotor 14 und der Elektromotor 12 sind über ein Getriebe 20 mit der Antriebswelle 16 verbunden. Das Getriebe 20 kann alternativ als Automatikgetriebe oder als Doppelkupplungsgetriebe ausgebildet sein.
In 1 ist eine zusätzliche Kupplung 24 dargestellt, die zwischen Verbrennungsmotor 14 und Elektromotor 12 angeordnet ist. Eine solche zusätzliche Kupplung 24 erlaubt die separate Abkopplung des Verbrennungsmotors 14 vom Antriebsstrang beziehungsweise vom Elektromotor 12. Dadurch müssen die mechanischen Reibungswiderstände des Verbrennungsmotors 14 bei ausgeschaltetem Verbrennungsmotor 14 nicht mitgeschleppt werden.
Der Elektromotor 12, der beispielsweise ein Drehstrom-Asynchronmotor oder -Synchronmotor ist, kann wahlweise im elektromotorischen Betrieb mit einem positiven Antriebsmoment, das allein oder zusammen mit dem Moment des Verbrennungsmotors 14 ein Gesamtantriebsmoment des Hybridantriebs 10 darstellt, betrieben werden oder im Generatorbetrieb mit einem negativen elektromotorischen Moment, das einem Bremsmoment oder Rekuperationsmoment entspricht. Im motorischen Betrieb treibt der Elektromotor 12 die Antriebswelle 16 – allein oder durch das verbrennungsmotorische Moment des Verbrennungsmotors 14 unterstützt – unter Verbrauch von elektrischer Energie (Strom) an. Diese bezieht der Elektromotor 12 aus einer Traktionsbatterie 26, die insbesondere als aufladbare Hochvolt-Batterie ausgebildet ist. Im generatorischen Betrieb hingegen wird der Elektromotor 12 durch den Verbrennungsmotor 14 oder einen Schubbetrieb des Fahrzeugs angetrieben und wandelt die kinetische Energie in elektrische Energie zur Ladung der Traktionsbatterie 26 oder zur Versorgung eines nicht dargestellten Bordstromnetzes um. Zusätzlich weist die Traktionsbatterie 26 einen Ladeanschluss 28 zur Wiederaufladung durch eine externe Stromquelle 30 auf.
Die Umschaltung des Elektromotors 12 zwischen Motor- und Generatorbetrieb erfolgt durch eine Leistungselektronik 32, die gleichzeitig eine möglicherweise erforderliche Umrichtung zwischen Gleich- und Wechselstrom vornimmt.
Die Steuerung des Betriebs des Verbrennungsmotors 14 sowie der Leistungselektronik 32 erfolgt durch eine Motorsteuergerät 34, in das eine Steuereinheit 36 zur erfindungsgemäßen Steuerung des Hybridantriebs 10 integriert ist. Insbesondere umfasst die Steuereinheit 36 einen computerlesbaren Programmalgorithmus. Alternativ kann die Steuereinheit 36 auch getrennt von dem Motorsteuergerät 34 ausgeführt sein. In das Motorsteuergerät 34 bzw. die Steuereinheit 36 gehen verschiedene aktuelle Betriebsparameter des Fahrzeugs ein, wie eine Drehzahl n der Kurbelwelle des Verbrennungsmotors 14 oder der Antriebswelle 16 und eine Last L des Verbrennungsmotors 14. Des Weiteren erhält oder ermittelt das Motorsteuergerät 34 Informationen, die einen Ladungszustand SOC (state-of-charge) des Energiespeichers 26 charakterisieren. Die Steuereinheit 36 steuert den Elektromotor 12 (über die Leistungselektronik 32) und/oder den Verbrennungsmotor 14 in einer von den Betriebsparametern abhängigen Betriebsart an.
Über ein erstes Bedienelement 38 kann von einem Nutzer eine Entfernung zu einer Ladestation eingegeben und als Betriebsparameter an die Steuereinheit 36 übertragen wird. Die Steuereinheit 36 wählt die Betriebsart so, dass der voraussichtliche Ladungszustand der Traktionsbatterie 26 nach Zurücklegen der eingegebenen Entfernung einen vordefinierten Ladungszustand erreicht wird.
Über ein zweites Bedienelement 40 kann von dem Nutzer eine reservierte elektrische Reichweite eingegeben und als Betriebsparameter an die Steuereinheit übertragen werden. Die Steuereinheit 36 wählt die Betriebsart so, dass der Ladungszustand der Traktionsbatterie 26 nicht unter einen reservierten Ladungszustand sinkt, der der eingegebenen reservierten elektrischen Reichweite entspricht.
Das erste Bedienelement 38 und das zweite Bedienelement 40 sind auf einem Touchscreen 42 realisiert.
2 zeigt einen Anzeigeinhalt des Touchscreens 42.
Das erste Bedienelement 38 ist als sogenannter Slider ausgebildet, den der Nutzer mit seinem Finger horizontal über den Touchscreen 42 ziehen kann. Dabei werden Steuersignale erzeugt, die Entfernungen zur Ladestation von Null Kilometern (links) bis über fünfhundert Kilometern (rechts) entsprechen. Aktuell steht das erste Bedienelement 38 bei fünfundvierzig Kilometern, was anhand einer Skala 44 zu erkennen ist. Wahlweise kann das erste Bedienelement 38 auch über Tasten 46 nach links (Minustaste) und rechts (Plustaste) verschoben werden. Der Nutzer braucht hierzu nur auf die Tasten 46 zu tippen. Aus den Steuersignalen werden Betriebsparameter erzeugt, die die Steuereinheit bei Auswahl der Betriebsarten berücksichtigt.
Das zweite Bedienelement 40 ist ebenfalls als Slider ausgebildet, den der Nutzer mit seinem Finger horizontal über den Touchscreen 42 ziehen kann. Dabei werden Steuersignale erzeugt, die einer reservierten elektrischen Reichweite von Null Kilometern (links) bis fünfzig Kilometern (rechts) entsprechen. Aktuell steht das zweite Bedienelement 40 bei dreißig Kilometern, was anhand einer Skala 48 zu erkennen ist. Wahlweise kann das zweite Bedienelement 40 auch über Tasten 50 nach links (Minustaste) und rechts (Plustaste) verschoben werden. Der Nutzer braucht hierzu nur auf die Tasten 50 zu tippen. Aus den Steuersignalen werden Betriebsparameter erzeugt, die die Steuereinheit bei Auswahl der Betriebsarten berücksichtigt.
In einem Feld 52 des Touchscreens 42 ist eine Reichweitenanzeige zu erkennen. Die Reichweitenanzeige ist in ein reserviertes elektrisches Reichweitenfeld 54, ein verbleibendes elektrisches Reichweitenfeld 56 und ein verbrennungsmotorisches Reichweitenfeld 58 unterteilt. Das Reichweitenfeld 54 korrespondiert von der Ausdehnung her mit der Einstellung des zweiten Bedienelementes 40. Die Fläche des Reichweitenfeldes 56 korrespondiert mit der verbleibenden Reichweite für elektrisches Fahren unter Berücksichtigung der reservierten elektrischen Reichweite und der Entfernung zur eingegebenen Ladestation. Vorliegend verbleichen fünfzehn Kilometer Restreichweite für elektrisches Fahren. Das Reichweitenfeld 56 korrespondiert mit der Reichweite, die unter Berücksichtigung eines Tankinhaltes mit dem Verbrennungsmotor 14 zurückgelegt werden kann.
Bezugszeichenliste

10: Hybridantrieb
12: Elektromotor
14: Verbrennungsmotor
16: Antriebswelle
18: Antriebsachse
20: Getriebe
22: Kupplung.
24: Zusätzliche Kupplung
26: Traktionsbatterie
30: Externe Stromquelle
32: Leistungselektronik
34: Motorsteuergerät
36: Steuereinheit
38: Erstes Bedienelement
40: Zweites Bedienelement
42: Touchscreen
44: Skala
46: Tasten
48: Skala
50: Tasten
52: Feld
54–58: Reichweitenfelder

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Nicht-Patentliteratur

„Bosch Kraftfahrtechnisches Taschenbuch”, 25. Auflage 2003, Friedrich Vieweg & Sohn Verlag, Wiesbaden, Seiten 728 ff [0002]

Claims

Verfahren zur Steuerung eines Hybridantriebs für ein Fahrzeug, wobei der Hybridantrieb einen Elektromotor für einen elektromotorischen Antrieb des Fahrzeugs, einen Verbrennungsmotor für einen verbrennungsmotorischen Antrieb des Fahrzeugs, eine Traktionsbatterie für eine Energieversorgung des Elektromotors, einen Ladeanschluss zum Aufladen der Traktionsbatterie durch eine externe Stromquelle und eine Steuereinheit zum Ansteuern des Elektromotors und/oder des Verbrennungsmotors aufweist, bei dem die Steuereinheit den Elektromotor und/oder den Verbrennungsmotor in einer von Betriebsparametern abhängigen Betriebsart ansteuert, dadurch gekennzeichnet, dass von einem Nutzer über ein erstes Bedienelement eine Entfernung zu einer Ladestation eingegeben und als Betriebsparameter an die Steuereinheit übertragen wird, und dass die Steuereinheit die Betriebsart so wählt, dass der voraussichtliche Ladungszustand der Traktionsbatterie nach Zurücklegen der eingegebenen Entfernung einen vordefinierten Ladungszustand erreicht.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass von dem Nutzer über ein zweites Bedienelement eine reservierte elektrische Reichweite eingegeben und als Betriebsparameter an die Steuereinheit überfragen wird, und dass die Steuereinheit die Betriebsart so wählt, dass der Ladungszustand der Traktionsbatterie nicht unter einen reservierten Ladungszustand sinkt, der der eingegebenen reservierten elektrischen Reichweite entspricht.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der vordefinierte Ladungszustand mit dem reservierten Ladungszustand gleichgesetzt wird, wenn der vordefinierte Ladungszustand kleiner als der reservierte Ladungszustand ist.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Bedienelement und/oder das zweite Bedienelement auf einem Touchscreen ausgebildet ist/sind.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Bedienelement und/oder das zweite Bedienelement als Schieberegler ausgebildet ist/sind.
Hybridantrieb für ein Fahrzeug, wobei der Hybridantrieb einen Elektromotor für einen elektromotorischen Antrieb des Fahrzeugs, einen Verbrennungsmotor für einen verbrennungsmotorischen Antrieb des Fahrzeugs, eine Traktionsbatterie für eine Energieversorgung des Elektromotors, einen Ladeanschluss zum Aufladen der Traktionsbatterie durch eine externe Stromquelle und eine Steuereinheit zum Ansteuern des Elektromotors und/oder des Verbrennungsmotors aufweist, die ausgebildet ist, den Elektromotor und/oder den Verbrennungsmotor in einer von Betriebsparametern abhängigen Betriebsart anzusteuern, dadurch gekennzeichnet, dass von einem Nutzer über ein erstes Bedienelement eine Entfernung zu einer Ladestation eingebbar und als Betriebsparameter an die Steuereinheit übertragbar ist, und dass die Steuereinheit ausgebildet ist, die Betriebsart so zu wählen, dass der voraussichtliche Ladungszustand der Traktionsbatterie nach Zurücklegen der eingegebenen Entfernung einen vordefinierten Ladungszustand erreicht.
Hybridantrieb nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass von dem Nutzer über ein zweites Bedienelement eine reservierte elektrische Reichweite eingebbar und als Betriebsparameter an die Steuereinheit übertragbar ist, und dass die Steuereinheit ausgebildet ist, die Betriebsart so zu wählen, dass der Ladungszustand der Traktionsbatterie nicht unter einen reservierten Ladungszustand sinkt, der der eingegebenen reservierten elektrischen Reichweite entspricht.
Hybridantrieb nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Bedienelement und/oder das zweite Bedienelement auf einem Touchscreen ausgebildet ist/sind.
Hybridantrieb nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Bedienelement und/oder das zweite Bedienelement als Schieberegler ausgebildet ist/sind.
Hybridantrieb nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Bedienelement und/oder das zweite Bedienelement als Schieberegler ausgebildet ist/sind.