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Die Erfindung betrifft eine vorausschauende Betriebsstrategie für ein Hybridfahrzeug.
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Beim (rein) elektrischen Fahrbetrieb wird das Antriebsmoment für das Hybridfahrzeug durch die elektrische Maschine gestellt; der Verbrennungsmotor erzeugt dann kein positives Antriebsmoment.
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Es ist bekannt, zum Umschalten zwischen (rein) elektrischem Fahrbetrieb und einem verbrennungsmotorischen Fahrbetrieb (oder hybriden Fahrbetrieb mit gleichzeitigem Antrieb über elektrische Maschine und Verbrennungsmotor) eine Kennlinie beispielsweise über der Fahrzeuggeschwindigkeit (x-Achse) und dem Radmoment (y-Achse) zu verwenden, wobei unterhalb der Kennlinie das Hybridfahrzeug im elektrischen Fahrbetrieb betrieben wird. Bei Erreichen oder Überschreiten der Kennlinie kann das Kraftfahrzeug bzw. Hybridfahrzeug dann in einen verbrennungsmotorischen (oder hybriden) Fahrbetrieb umgeschaltet werden.
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Je nach Form der Kennlinie kann gezielt beeinflusst werden, ob der elektrische Fahrbetrieb tendenziell häufiger (beispielsweise auch bei hohen Geschwindigkeiten und hohen Radmomenten) oder weniger häufiger erfolgt (beispielsweise ausschließlich bei niedrigen Geschwindigkeiten und niedrigen Radmomenten).
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Ferner sind vorausschauende Betriebsstrategie-Verfahren für Hybridfahrzeuge bekannt, wobei bei aktiver Zielführung vorausliegende Situationen (beispielsweise eine Langsamfahrzone, die Zielzone oder ein Gefälle) in einem Vorausschauhorizont von beispielsweise 10 bis 15 km erkannt werden und der Ladezustand des die elektrische Maschine speisenden elektrischen Energiespeichers beeinflusst wird, um in diesen vorausliegenden Situationen über die meiste Zeit einen elektrischen Fahrbetrieb (Langsamfahrzone, Zielzone) bzw. eine maximale Energierückgewinnung (Gefälle) sicherzustellen.
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Es ist Aufgabe der Erfindung, eine verbesserte Betriebsstrategie für ein Hybridfahrzeug anzugeben.
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Das erfindungsgemäße Verfahren basiert darauf, dass das Hybridfahrzeug mindestens zwei Fahrmodi aufweist: einen ersten Fahrmodus mit einem tendenziell häufigeren (rein) elektrischen Fahrbetrieb und einen zweiten Fahrmodus mit einem zu dem ersten Fahrmodus tendenziell weniger häufigeren (rein) elektrischen Fahrbetrieb.
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Hinsichtlich des zweiten Fahrmodus wäre auch im Extremfall denkbar, dass in diesem zweiten Fahrmodus die elektrische Maschine überhaupt nicht zum Antrieb des Hybridfahrzeugs benutzt wird.
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Die beiden unterschiedlichen Fahrmodi werden über zwei unterschiedliche Kennlinien realisiert, wobei die jeweilige Kennlinie über der Fahrzeuggeschwindigkeit (oder eine hierfür charakteristischen Größe, wie beispielsweise einer Raddrehzahl) und einem Drehmoment, insbesondere hinter dem Getriebe (beispielsweise ein Drehmoment am Rad), den Bereich begrenzt (typischerweise der Bereich unterhalb der Kennlinie), in dem das Hybridfahrzeug rein elektrisch unter Verwendung der elektrischen Maschine (und ohne Verwendung des Verbrennungsmotors) angetrieben wird. Statt dem Drehmoment kann auch eine hierfür charakteristische Größe verwendet werden. Über der Fahrzeuggeschwindigkeit (bzw. der hierfür charakteristischen Größe) liegt dann die erste Kennlinie bei höheren Werten für das Drehmoment bzw. bei höheren Werten der für das Drehmoment charakteristischen Größe als die zweite Kennlinie, so dass bei gleicher Geschwindigkeit im zweiten Fahrmodus bereits bei geringerem Drehmoment vom rein elektrischen Fahrbetrieb in den verbrennungsmotorischen Fahrbetrieb (oder hybriden Fahrbetrieb) als im ersten Fahrmodus umgeschaltet wird und damit tendenziell im zweiten Fahrmodus der elektrische Fahrbetrieb weniger häufig verwendet wird als im ersten Fahrmodus.
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Es wird ein voraussichtlicher elektrischer Energiebedarf des Hybridfahrzeugs für eine vorausliegende Fahrstrecke unter Verwendung von Streckeninformation für die vorausliegende Fahrstrecke vorausschauend unter der Annahme bestimmt, dass das Hybridfahrzeug auf der vorausliegenden Fahrstrecke zumindest teilweise (möglicherweise sogar vollständig) im zweiten Fahrmodus betrieben wird. Ferner wird eine (zusätzlich) verfügbare Energie oder einer hierfür charakteristischen Größe (beispielsweise eine entsprechende Angabe in Bezug auf den SOC - stateof-charge) in Abhängigkeit des elektrischen Energiebedarfs und des aktuellen Ladezustands des elektrischen Energiespeichers berechnet. Die Streckeninformation wird hierbei seitens eines Navigationssystems zur Verfügung gestellt.
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In Abhängigkeit der verfügbaren Energie bzw. der hierfür charakteristischen Größe werden Streckenabschnitten auf der vorausliegenden Fahrstrecke festgelegt, auf denen das Hybridfahrzeug in dem ersten Fahrmodus betrieben wird und für die bei Bestimmung des voraussichtlichen Energiebedarfs zunächst der zweite Fahrmodus angenommen wurde.
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Das erfindungsgemäße Verfahren führt also eine Energieprognose für die vorausliegende Fahrstrecke durch und legt unter Berücksichtigung der verbleibenden Energie Streckenabschnitte auf der vorausliegenden Fahrstrecke fest, auf denen dann im ersten Fahrmodus (mit tendenziell häufigeren elektrischen Fahrbetrieb) gefahren werden soll. Hierbei kann die verbleibende Energie beispielsweise im Wesentlichen vollständig bis zum Erreichen des Zielpunkts aufgebraucht werden. Während der Fahrt wird dann je nach Streckenabschnitt entweder der ersten Fahrmodus oder der zweite Fahrmodus verwendet.
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Zur Berechnung der verfügbaren Energie kann beispielsweise der Gesamtenergiebedarf über der gesamten Fahrstrecke von dem aktuellen Energieinhalt des Energiespeichers subtrahiert werden; alternativ kann der Energieinhalt des Energiespeichers sukzessive um die elektrischen Energiebedarfe der einzelnen Fahrabschnitte bis zum Zielpunkt vermindert werden.
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Die Festlegung der Streckenabschnitte, auf denen das Hybridfahrzeug in dem ersten Fahrmodus betrieben wird, erfolgt vorzugsweise unter Berücksichtigung angenommener Fahrleistungswerte für Streckenabschnitte der vorausliegenden Fahrstrecke. Der Fahrleistungswert eines Streckenabschnitts hängt vom Fahrwiderstand auf dem Streckenabschnitt ab. Der jeweilige Fahrleistungswert eines Streckenabschnitts kann zum Beispiel in Abhängigkeit der Steigung und der Geschwindigkeit dieses Streckenabschnitts bestimmt werden, beispielsweise mittels eines Kennfelds / Look-Up-Tabelle oder durch eine Berechnungsvorschrift.
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Statt Fahrleistungswerte können zum Festlegen der Streckenabschnitte ein oder mehrere Fahrleistungseinflussgrößen für Streckenabschnitte der vorausliegenden Fahrstrecke herangezogen werden, beispielsweise die Geschwindigkeit und die Steigung.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird die verfügbare elektrische Energie auf Basis von Streckendaten des Navigationssystems gezielt zum Betrieb des Hybridfahrzeugs im ersten Fahrmodus auf Streckenabschnitten mit den geringsten Fahrleistungswerten eingesetzt.
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Vorzugsweise werden beim Festlegen der Streckenabschnitte, auf denen das Hybridfahrzeug in dem ersten Fahrmodus betrieben wird, Streckenabschnitte ausgewählt, deren Fahrleistungswerte kleiner oder kleiner gleich eines von der verfügbaren Energie bzw. von der hierfür charakteristischen Größe abhängigen Schwellenwerts sind. Es werden also Streckenabschnitte mit den geringsten Fahrleistungswerten ausgewählt, um auf diesen Streckenabschnitten das Hybridfahrzeug im ersten Fahrmodus zu betreiben. Durch ein Verwenden des ersten Fahrmodus in Streckenabschnitten mit geringer Leistung wird die Einsatzzeit des Verbrennungsmotors bei niedrigem Leistungsbedarf reduziert und der Verbrennungsmotor tendenziell mehr auf Streckenabschnitten mit höheren Leistungswerten verwendet. Hierdurch wird der Verbrennungsmotor tendenziell mehr in Kennfeldbereichen mit höheren Wirkungsgraden betrieben, so dass der Kraftstoffverbrauch reduziert wird. Ferner sorgt die Verwendung des ersten Fahrmodus in den Streckenabschnitten mit den geringsten Fahrleistungen für eine höhere Erlebbarkeit des elektrischen Fahrbetriebs bei den Fahrzeuginsassen und im Umfeld des Hybridfahrzeugs. Auf den Betrieb des Verbrennungsmotors wird nämlich vorzugsweise dann verzichtet, wenn der Fahrer es erwartet und auch wahrnimmt, nämlich bei Streckenabschnitten mit geringen Leistungswerten bei niedrigen Geschwindigkeiten und daher niedrigem Geräuschpegel, insbesondere Innerorts.
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Außerdem werden Zustarts des Verbrennungsmotors bei Langsamfahrt reduziert. Zustarts des Verbrennungsmotors können durch ein Überschreiten der vorstehend beschriebenen Kennlinie (z.B. aufgrund zu starker Beschleunigung) oder alternativ durch einen zu niedrigen Ladezustands (SOC) der Batterie ausgelöst werden. Das vorausschauende Energiemanagement senkt die Zustartwahrscheinlichkeit für beide Fälle: Die Wahrscheinlichkeit für einen kennlinienbedingten Zustart wird durch die Verwendung der Kennlinie für den ersten Fahrmodus verringert. Die Wahrscheinlichkeit für einen SOC-bedingten Zustart wird dadurch verringert, dass in diesem Streckenabschnitt aufgrund der vorherigen Prognose genügend elektrische Energie vorhanden ist.
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Zum Festlegen der Streckenabschnitte, auf denen das Hybridfahrzeug in dem ersten Fahrmodus betrieben wird, wird die verfügbare elektrische Energie bzw. die hierfür charakteristische Größe auf die Streckenabschnitte mit den geringsten Fahrleistungswerten verteilt. Hierbei wird die verfügbare elektrische Energie, vorzugsweise sukzessive, auf Streckenabschnitte in der Reihenfolge zunehmender Fahrleistungswerte verteilt. Aus dem beim Verteilen der verfügbaren Energie erreichten Fahrleistungswert ergibt sich beispielsweise der vorstehend beschriebene Schwellenwert.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform werden vor der Bestimmung des elektrischen Energiebedarfs unter Verwendung von Daten über die vorausliegende Fahrstrecke bereits Streckenabschnitte auf der vorausliegenden Fahrstrecke festgelegt, auf denen das Hybridfahrzeug im ersten Fahrmodus betrieben wird. Der voraussichtliche elektrische Energiebedarf wird dann unter der Annahme bestimmt, dass das Hybridfahrzeug auf diesen Streckenabschnitten im ersten Fahrmodus betrieben wird. Beispielsweise werden zunächst Langsamfahrzonen und die Zielzone identifiziert und für diese Streckenabschnitte der erste Fahrmodus festgelegt. Der voraussichtliche elektrische Energiebedarf wird dann beispielsweise unter der Voraussetzung berechnet, dass für diese Streckenabschnitte der erste Fahrmodus verwendet wird und für die übrigen Streckenabschnitte der zweite Fahrmodus verwendet wird. In Abhängigkeit der sich daraus ergebenden verbleibenden elektrischen Energie werden dann weitere Streckenabschnitte aus den übrigen Streckenabschnitten ausgewählt, in denen der erste Fahrmodus verwendet wird, wobei diese vorzugsweise die geringsten Fahrleistungswerte unter den übrigen Streckenabschnitten aufweisen.
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Vorzugsweise wird das Verfahren nicht bloß für einen Horizont von 10-15 km durchgeführt, sondern es wird der voraussichtliche elektrische Energiebedarf für die vorausliegende Fahrstrecke bis zum Zielort der Fahrtroute oder bis zu einem Ladeort auf der Fahrtroute bestimmt. Der Zielort der Fahrtroute wird bei Fahrtbeginn beispielsweise vom Fahrer in das Navigationssystem des Hybridfahrzeugs eingegeben oder alternativ selbstständig vom Hybridfahrzeug beispielsweise aufgrund einer Fahrtenhistorie bestimmt.
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Es wäre auch eine Planung bis zum nächsten Ladeort über den Zielort hinaus (bzw. mehrere Zielorte) möglich. Ob und wo geladen wird, könnte vom Kunden eingegeben bzw. gelernt werden.
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Bei dem Hybridfahrzeug handelt es sich vorzugsweise um ein Plug-in-Hybrid-Fahrzeug, dessen elektrischer Energiespeicher zusätzlich über das Stromnetz extern geladen werden kann. Derartige Plug-in-Hybrid-Fahrzeuge weisen typischerweise eine größere Batterie als Hybridfahrzeuge auf, die nicht extern geladen werden können. Aufgrund der größeren Batterie kann das Hybridfahrzeug länger im elektrischen Fahrbetrieb arbeiten. Nach einem externen Ladevorgang steht dem Plug-in-Hybrid-Fahrzeug eine elektrische Energiemenge zur Verfügung, die bis zum nächsten Ladevorgang energetisch sinnvoll umgesetzt werden sollte, um den Kraftstoffverbrauch des Hybridfahrzeugs zu minimieren. Im Gegensatz zu einem Hybridfahrzeug ohne externe Lademöglichkeit muss bei einem Plug-in-Hybrid-Fahrzeug die elektrische Energiemenge nicht wieder während der Fahrt erzeugt werden. Die Ausprägung des elektrischen Fahrens wird durch die Fahrstrecke (inklusive deren Streckentopologie), das Fahrverhalten und die zur Verfügung stehende elektrische Energiemenge beeinflusst und variiert somit bei jeder Fahrt.
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Die Erfindung wird nachfolgend unter Zuhilfenahme auf die beigefügten Zeichnungen anhand eines Ausführungsbeispiels beschrieben. In diesen zeigen:
- 1 ein Ausführungsbeispiel für eine erfindungsgemäße Betriebsstrategie für ein Hybridfahrzeug;
- 2 das Profil der erwarteten Fahrgeschwindigkeit, das Profil der Steigung und das Profil der elektrischen Energie pro Streckeneinheit über der vorausliegenden Fahrstrecke bis zum Zielpunkt; und
- 3 eine erste Kennlinie für den ersten Fahrmodus und eine zweite Kennlinie für den zweiten Fahrmodus.
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1 zeigt ein Ausführungsbeispiel für eine erfindungsgemäße vorausschauende Betriebsstrategie für ein Hybridfahrzeug, insbesondere Plug-in-Hybridfahrzeug.
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In einem Schritt 100 wird im Hybridfahrzeug ein elektronischer Vorausschauhorizont für eine vorausliegende Fahrstrecke bis zum Zielpunkt der Fahrstrecke erstellt. Zur Erstellung des Vorausschauhorizonts werden Kartendaten einer elektronischen Karte und vorzugsweise auch Verkehrsinformationen verwendet. Der Vorausschauhorizont umfasst dabei über der vorausliegenden Fahrstrecke Profile für verschiedene Attribute der Strecke, nämlich ein Profil für die erwartete Geschwindigkeit Vexp, ein Profil für die erwartete Steigung sl, ein Profil für die zulässige Höchstgeschwindigkeit und vorzugsweise weitere Profile für andere Streckenattribute, beispielsweise für den Straßentyp. Der Vorausschauhorizont ist dabei für die verschiedenen Profile profilindividuell in Streckensegmente untergliedert, wobei in einem Streckensegment das jeweilige Attribut einen konstanten Wert aufweist. In 2 a) ist das aus Kartendaten und Verkehrsinformationen extrahierte Profil der erwarteten Geschwindigkeit Vexp über verschiedenen Streckensegmente der vorausliegenden Strecke s dargestellt; in 2 b) ist das aus Kartendaten extrahierte Profil der Steigung sl über verschiedene Streckensegmente der vorausliegenden Strecke s dargestellt. Wie aus 2a) und 2b) ersichtlich ist, ist die Streckensegmentierung der Strecke s für die beiden Profile unterschiedlich.
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Der Vorausschauhorizont bis zum Zielpunkt wird in einem satellitengestützten Navigationssystem des Hybridfahrzeugs berechnet und über eine Schnittstelle, beispielsweise über einen Fahrzeugbus, an eine für das Energiemanagement zuständige Funktionseinheit übertragen, die die Betriebsstrategie für das Hybridfahrzeug festlegt. Vorzugsweise wird zur Übertragung des Vorschauhorizonts ein eindimensionales ADAS-Protokoll verwendet (ADAS - Advanced Driver Assistance Systems).
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Basierend auf dem Vorausschauhorizont werden bestimmte Situationen auf der vorausliegenden Fahrstrecke erkannt, beispielsweise die Zielzone bis kurz vor dem Zielpunkt (beispielsweise der Streckenbereich beginnend ungefähr 500 m vor dem Zielpunkt) und Langsamfahrzonen. Langsamfahrzonen sind beispielsweise Streckenabschnitte, in denen die zulässige Höchstgeschwindigkeit kleiner gleich 30 km/h ist. Es wird eine Segmentierung der vorausliegenden Fahrstrecke in Streckenabschnitte verwendet, die jeweils eine konstante erwartete Geschwindigkeit Vexp aufweisen und bei denen die Steigung jeweils innerhalb eines Diskretisierungsschrittes (d. h. Steigungsbereichs) liegt; dem Streckenabschnitt wird ein für den Streckenabschnitt konstanter Steigungswert sl zugewiesen.
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Von der Betriebsstrategie ist vorgesehen, dass in Streckenabschnitten, die diesen Zonen entsprechen das Hybridfahrzeug in einem ersten Fahrmodus betrieben wird, wobei im ersten Fahrmodus tendenziell ein häufigerer elektrischen Fahrbetrieb über die elektrische Maschine vorliegt (s. Schritt 110). Es wird zunächst angenommen, dass auf den übrigen Streckenabschnitten der Fahrstrecke das Hybridfahrzeug in einem zweiten Fahrmodus mit zu dem ersten Fahrmodus tendenziell weniger häufigerem elektrischem Fahrbetrieb betrieben wird.
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Die beiden unterschiedlichen Fahrmodi werden vorzugsweise über zwei unterschiedliche Kennlinien realisiert, wobei bei Betrieb des Hybridfahrzeugs in dem jeweiligen Fahrmodus die dem jeweiligen Fahrmodus zugeordnete Kennlinie verwendet wird. In 3 sind zwei beispielhafte Kennlinien für die beiden Fahrmodi dargestellt: eine erste Kennlinie K1, die dem ersten Fahrmodus zugeordnet ist, und eine zweite Kennlinie K2, die dem zweiten Fahrmodus zugeordnet ist. Die jeweilige Kennlinie K1 und K2 begrenzt über der Fahrzeuggeschwindigkeit v und einem Drehmoment M hinter dem Getriebe (beispielsweise am Rad oder der Achse) M den Bereich (typischerweise der Bereich unterhalb der Kennlinie K1 bzw. K2), in dem das Hybridfahrzeug rein elektrisch unter Verwendung der elektrischen Maschine (und ohne Betrieb des Verbrennungsmotors) angetrieben wird (der rein elektrische Fahrbetrieb steht typischerweise unter der Prämisse, dass alle Randbedingung für das elektrische Fahren erfüllt sind, wie beispielsweise ein ausreichender Ladezustand der Batterie oder das Einhalten von Temperaturgrenzen). Statt dem Drehmoment M kann auch eine hierfür charakteristische Größe verwendet werden. Statt der Fahrgeschwindigkeit kann auch eine hierfür charakteristische Größe verwendet werden, beispielsweise eine Drehzahl, insbesondere eine Raddrehzahl. Über der Fahrzeuggeschwindigkeit liegt dann die erste Kennlinie K1 bei höheren Werten für das Moment M bzw. bei höheren Werten der für das Moment M charakteristischen Größe als die zweite Kennlinie K2, so dass bei gleicher Geschwindigkeit v im zweiten Fahrmodus bereits bei geringerem Drehmoment M vom rein elektrischen Fahrbetrieb in den verbrennungsmotorischen Fahrbetrieb (oder hybriden Fahrbetrieb) als im ersten Fahrmodus umgeschaltet wird und damit tendenziell im zweiten Fahrmodus der elektrische Fahrbetrieb weniger häufig verwendet wird als im ersten Fahrmodus.
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In Schritt 120 der in 1 dargestellten Betriebsstrategie wird ein voraussichtlicher elektrischer Energiebedarf des Hybridfahrzeugs für die gesamte Strecke bis zum Zielpunkt berechnet. Hierbei wird angenommen, dass das Hybridfahrzeug in den Streckenabschnitten, die der Zielfahrzone und den Langsamfahrzonen entsprechen, im ersten Fahrmodus mit der Kennlinie K1 betrieben wird, und auf der übrigen Strecke im zweiten Fahrmodus mit der zweiten Kennlinie K2 betrieben wird. Zur Berechnung des elektrischen Energiebedarfs wird für jeden Streckenabschnitt mit jeweils konstanter erwarteter Geschwindigkeit Vexp und konstanter Steigung sl der vorausliegenden Fahrstrecke jeweils der erwartete bzw. voraussichtliche elektrische Energiebedarf bestimmt und diese elektrischen Energiebedarfe der einzelnen Streckenabschnitte dann zu dem voraussichtlichen elektrischen Energiebedarf der gesamten vorausliegenden Fahrstrecke addiert. Dies kann beispielsweise über zwei Kennfelder erfolgen, in denen der durchschnittliche elektrische Energiebedarf pro Meter Fahrstrecke über der Steigung sl und der erwarteten Fahrzeuggeschwindigkeit Vexp des jeweiligen Streckenabschnitts abgelegt ist.
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In dem ersten Kennfeld ist beispielsweise der elektrische Energiebedarf pro Wegstreckeneinheit über der Steigung sl und der erwarteten Fahrzeuggeschwindigkeit Vexp bei Verwendung des zweiten Fahrmodus abgelegt. Hierbei kann der elektrische Energiebedarf pro Wegstreckeneinheit bei einem abschüssigen Streckenabschnitt negativ sein, d. h. elektrische Energie wird durch generatorischen Betrieb der elektrischen Maschine erzeugt.
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In dem zweiten Kennfeld ist beispielsweise der (zu dem im ersten Kennfeld abgelegten elektrischen Energiebedarf) zusätzliche elektrische Energiebedarf pro Wegstreckeneinheit über der Steigung sl und der erwarteten Fahrzeuggeschwindigkeit Vexp bei Verwendung des ersten Fahrmodus abgelegt.
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Bei Kenntnis der erwarteten Geschwindigkeit Vexp, der Steigung sl und der Längen der einzelnen Streckenabschnitte lassen sich so für alle Streckenabschnitte die erwarteten elektrischen Energiebedarfe bestimmen, wobei für Streckenabschnitte, in denen der zweite Fahrmodus verwendet werden soll, lediglich die elektrischen Energiebedarfswerte des ersten Kennfeld verwendet werden, und für Streckenabschnitte, in denen der zweite Fahrmodus verwendet werden soll, sowohl die elektrischen Energiebedarfswerte des ersten Kennfelds als auch die elektrischen Energiebedarfswerte des zweiten Kennfelds verwendet werden.
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Alternativ ist es auch möglich, die elektrischen Energiebedarfe durch eine Berechnungsformel in Abhängigkeit von Steigung sl und erwarteter Geschwindigkeit Vexp zu berechnen.
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In 2 c) sind beispielhafte elektrische Energiebedarfe E pro Strecke s für die einzelnen Streckenabschnitte mit jeweils konstanter Geschwindigkeit Vexp und Steigung sl dargestellt. Das Bezugzeichen LFZ markiert dabei eine Langsamfahrzone mit einer zulässigen Höchstgeschwindigkeit kleiner gleich 30 km/h und das Bezugzeichen ZZ markiert dabei die Zielzone. Für die Streckenabschnitte dieser Zonen wird die Verwendung des ersten Fahrmodus angenommen, für die übrigen Streckenabschnitte der Fahrstrecke wird zunächst die Verwendung des zweiten Fahrmodus angenommen. Der voraussichtliche elektrische Energiebedarf Eges für die gesamte Fahrstrecke bis zum Zielpunkt ergibt sich durch Addition der einzelnen Energiebedarfe der einzelnen Streckenabschnitte.
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In Schritt 130 der in 1 dargestellten Betriebsstrategie wird eine verfügbare elektrische Energie Ev in Abhängigkeit des elektrischen Energiebedarfs Eges und des aktuellen Ladezustands SOCaktuell des die elektrische Maschine speisenden elektrischen Hochvolt-Energiespeichers bestimmt. Diese verfügbare elektrische Energie könnte der elektrische Energiespeicher am Zielpunkt noch liefern, wenn der vorstehend berechnete elektrische Energiebedarf Eges für die Fahrstrecke zugrunde gelegt wird. Hierbei wird vorzugsweise berücksichtigt, dass der elektrische Energiespeicher nur bis zu einem minimalen Ladezustand SOCmin entladen werden kann; die verfügbare elektrische Energie ist also vorzugsweise nicht die gesamte in dem elektrischen Energiespeicher enthaltene Energie, sondern nur die Energie bis zum Erreichen des minimalen Ladezustands SOCmin.
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In der Abfrage 140 wird geprüft, ob eine (positive) Energie Ev verfügbar ist, d. h. ob am Zielpunkt noch eine verfügbare Energie Ev im elektrischen Energiespeicher vorhanden ist, die über SOCmin hinausgeht.
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Wenn keine Energie Ev verfügbar ist und die Energiebilanz sogar negativ ist (d. h. die Energie Ev ist negativ), wird der elektrische Energiespeicher durch eine Lastpunktanhebung auf der gesamten Strecke zusätzlich geladen (s. Schritt 150), so dass der Betrieb des Hybridfahrzeugs im ersten Fahrmodus in der Zielzone und den Langsamfahrzonen und der Betrieb des Hybridfahrzeugs im zweiten Fahrmodus auf der übrigen Strecke sichergestellt wird. Bei einer Lastpunktanhebung erzeugt der Verbrennungsmotor neben der für den Fahrbetrieb notwendigen Leistung noch eine zusätzliche Leistung, mit der der elektrische Hochvoltspeicher über die elektrische Maschine geladen wird. In diesem Fall wird also die noch fehlende elektrische Energie während der verbrennungsmotorischen Fahrt erzeugt
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Wenn hingegen eine (positive) Energie Ev verfügbar ist, werden neben den bereits in Schritt 110 für den ersten Fahrmodus festgelegten Streckenabschnitten zusätzliche Streckenabschnitte auf der vorausliegenden Fahrstrecke festgelegt, in denen das Hybridfahrzeug im ersten Fahrmodus betrieben wird (s. Schritt 160). Es werden also weitere Streckenabschnitte zum Betrieb im ersten Fahrmodus freigegeben, um sicherzustellen, dass der elektrische Energiespeicher bis zum Zielpunkt bis auf SOCmin zuzüglich einer optionalen Energiereserve entladen wird.
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Das Festlegen zusätzlicher Streckenabschnitte wird nachfolgend genauer beschrieben:
- Die nachfolgende Tabelle 1 zeigt eine beispielhafte Matrix mit verschiedenen Matrixfeldern für verschiedene Steigungswerte sl (s. die erste waagerechte Zeile) und verschiedene Geschwindigkeitswerte Vexp (s. die erste senkrechte Spalte).
Tabelle 1 | sl in [%] Vexp [km/hl | -1 | 0 | 1 | 2 | 3 | 4 |
| 30 | | | | | | |
| 40 | | | | | | |
| 50 | | | | | | |
| 60 | | | | | | |
| 70 | | | | | | |
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Zunächst wird jeder Streckenabschnitt der vorausliegenden Strecke, für den bei Bestimmung des voraussichtlichen elektrischen Energiebedarfs zunächst der zweite Fahrmodus angenommen wurde (also nicht den Langsamfahrzonen und der Zielzone), in Abhängigkeit der Steigung sl und der erwarteten Geschwindigkeit V
exp einem Matrixfeld des Matrix aus Tabelle 1 zugeordnet. Für jedes Matrixfeld werden die Längen der Streckenabschnitte, die dem jeweiligen Matrixfeld zugeordnet sind, zu einer Gesamtlänge I
i (für den jeweiligen Fahrleistungswert I
i) addiert. Die nachfolgende Tabelle 2 zeigt den einzelnen Matrixfeldern zugeordneten Gesamtlängen li:
Tabelle 2
| sl in [%] Vexp [km/hj | -1 | 0 | 1 | 2 | 3 | 4 |
| 30 | I1 | I2 | I3 | I4 | I5 | I6 |
| 40 | I7 | I8 | I9 | I10 | I11 | I12 |
| 50 | I13 | I14 | I15 | I16 | I17 | I18 |
| 60 | I19 | I20 | I21 | I22 | I23 | I24 |
| 70 | I25 | I26 | I27 | I28 | I29 | I30 |
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Anhand der Gesamtlänge I
i pro Matrixfeld kann für jedes Matrixfeld ein zusätzlicher elektrischer Energiebedarf E
i pro Matrixfeld berechnet werden, der die zusätzliche elektrische Energie für den Fall angibt, wenn das Hybridfahrzeug in den Streckenabschnitten, die dem jeweiligen Matrixfeld zugeordnet sind, statt im zweiten Fahrmodus im ersten Fahrmodus betrieben wird. Dazu wird das im Zusammenhang mit Verfahrensschritt
120 beschriebene zweite Kennfeld verwendet, welches den zusätzlichen elektrischen Energiebedarf pro Fahrstreckeneinheit über der Steigung sl und der erwarteten Fahrzeuggeschwindigkeit V
exp bei Verwendung des ersten Fahrmodus angibt. Für die einzelnen Matrixfelder sind die Steigung sl und die erwartete Fahrzeuggeschwindigkeit V
exp bekannt, so dass für jedes Matrixfeld der zusätzliche elektrische Energiebedarf E
i für das jeweilige Matrixfeld in Abhängigkeit des elektrischen Energiebedarfs pro Fahrstreckeneinheit und der diesem Matrixfeld zugeordneten Gesamtlänge I
i berechnet werden kann. Die nachfolgende Tabelle 3 zeigt zusätzliche elektrische Energiebedarfe E
i für die einzelnen Matrixfelder:
Tabelle 3
| sl in [%] Vexp [km/h] | -1 | 0 | 1 | 2 | 3 | 4 |
| 30 | E1 | E2 | E3 | E4 | E5 | E6 |
| 40 | E7 | E8 | E9 | E10 | E11 | E12 |
| 50 | E13 | E14 | E15 | E16 | E17 | E18 |
| 60 | E19 | E20 | E21 | E22 | E23 | E24 |
| 70 | E25 | E26 | E27 | E28 | E29 | E30 |
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Jedem Matrixfeld aus Tabelle 1 ist ein Fahrleistungswerte P
i zugeordnet; dies ist in Tabelle 4 dargestellt. Die Fahrleistungswerte P
i sind abhängig von der Streckenabschnitt individuellen erwarteten Geschwindigkeit V
exp, der Streckenabschnitt individuellen Steigung sl und etwaiger weiterer Fahrzeugkennwerte. Der Fahrleistungswert P
i ist bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel nicht die elektrische Fahrleistung, sondern eine sich aus dem Fahrwiderstand ergebende prognostizierte (mechanische) Fahrleistung für den jeweiligen Streckenabschnitt bei gegebener Steigung sl und gegebener Geschwindigkeit V
exp. Die Fahrleistungswerte können beispielsweise in einem Kennfeld / einer Look-up-Tabelle wie in Tabelle 4 abgelegt sein.
Tabelle 4
| sl in [%] Vexp [km/h] | -1 | 0 | 1 | 2 | 3 | 4 |
| 30 | P1 = 0,3 | P2 = 2,4 | P3 = 4,5 | P4 = 6,6 | P5 = 8,7 | P6 = 10,7 |
| 40 | P7 = 0,8 | 3,5 | 6,3 | 9,1 | 11,9 | 14,7 |
| 50 | 1,5 | 5,0 | 8,4 | 11,9 | 15,4 | 18,9 |
| 60 | 2,6 | 6,7 | 10,9 | 15,1 | 19,2 | 23,4 |
| 70 | 4,1 | 8,9 | 13,8 | 18,7 | 23,5 | 28,4 |
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Jedem Fahrleistungswert Pi bei einer gegebener Steigung sl und einer gegebenen Geschwindigkeit Vexp aus Tabelle 4 ist ein elektrischer Energiebedarf bei der gleichen Steigung sl und gleichen Geschwindigkeit Vexp aus Tabelle 3 zugeordnet.
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Die verfügbare Energie Ev wird in der Reihenfolge zunehmender Fahrleistungswerte Pi auf die Streckenabschnitte mit den geringsten Fahrleistungswerten Pi verteilt. Dazu werden die Fahrleistungswerte Pi aus Tabelle 4 ausgehend von dem geringsten Wert in der Reihenfolge zunehmender Fahrleistungswerte Pi sukzessive durchlaufen und die zusätzlichen elektrischen Energiebedarfe Ei für die einzelnen Fahrleistungswerte Pi von der verfügbaren elektrischen Energie Ev abgezogen, bis die resultierende elektrische Energie negativ wird. Der letzte Fahrleistungswert Pi,s, bei dem die resultierende Energie nach Subtraktion des Fahrleistungswerts Pi,s noch größer gleich null war, stellt einen Schwellenwert dar. Alternativ können auch die zusätzlichen Energiebedarfe Ei in der Reihenfolge zunehmender Fahrleistungswerte Pi aufaddiert werden, bis das Additionsergebnis größer als die verfügbare Energie Ev wird.
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Der Schwellenwert Pi,s hängt sowohl von der verfügbaren elektrischen Energie Ev als auch von den elektrischen Energiebedarfen Ei ab.
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Zum Festlegen der weiteren Streckenabschnitte, auf denen das Hybridfahrzeug in dem ersten Fahrmodus betrieben wird, werden die Streckenabschnitte ausgewählt, deren Fahrleistungswerte P
i kleiner gleich dem Schwellenwert P
i,s sind. In der nachfolgenden Tabelle 5 sind die Matrixfelder mit 1 markiert, deren zugeordnete Fahrleistungswerte P
i kleiner gleich einem Schwellenwert von beispielsweise 11,9 kW sind.
Tabelle 5
| sl in [%] Vexp [km/h] | -1 | 0 | 1 | 2 | 3 | 4 |
| 30 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 |
| 40 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 0 |
| 50 | 1 | 1 | 1 | 1 | 0 | 0 |
| 60 | 1 | 1 | 1 | 0 | 0 | 0 |
| 70 | 1 | 1 | 0 | 0 | 0 | 0 |
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In den Streckenabschnitten, die den mit 1 markierten Matrixfeldern zugeordnet sind, wird das Hybridfahrzeug zusätzlich im ersten Fahrmodus betrieben. Diese Streckenabschnitte können anhand der Steigung sl und der erwarteten Geschwindigkeit Vexp erkannt werden. Es kann beispielsweise vor Einfahren in einen neuen Streckenabschnitt in Abhängigkeit der Steigung sl und eine Geschwindigkeit Vexp geprüft werden, ob dieser Streckenabschnitt im ersten Fahrmodus befahren werden soll. Hierzu kann dann beispielsweise geprüft werden, ob das Matrixfeld in Tabelle 5 für diesen Streckenabschnitt eine 1 aufweist. Diese Prüfung kann beispielsweise für die Streckenabschnitte in einem begrenzten Vorausschauhorizont erfolgen, beispielsweise für 10-15 km im Voraus (der vorstehend beschriebenen Berechnungen werden jedoch für die gesamte vorausliegende Fahrstrecke bis zum Fahrziel durchgeführt).
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Tabelle 6 zeigt modifizierte Fahrleistungswerte, die gegenüber den Fahrleistungswerten aus Tabelle 4 künstlich erhöht sind, beispielsweise für die erwartete Geschwindigkeit V
exp = 40 km/h um 10 kW, für die erwartete Geschwindigkeit V
exp = 50 km/h um 20 kW, für die erwartete Geschwindigkeit V
exp = 60 km/h um 30 kW und für die erwartete Geschwindigkeit V
exp = 70 km/h um 50 kW. Die Fahrleistungswerte entsprechen also nicht den tatsächlich für die jeweilige Steigung sl und die jeweilige erwartete Geschwindigkeit V
exp zu erwartenden Fahrleistungen. Hierdurch wird der Einfluss der erwarteten Fahrgeschwindigkeit V
exp im Vergleich zum Einfluss der Steigung sl auf die Auswahl der Streckenabschnitte erhöht. Der Hintergrund hierfür ist, dass es für den Fahrer wesentlichen schwerer ist, Steigungsänderungen im Vergleich zu Änderungen in der Fahrgeschwindigkeit wahrzunehmen. Bei einer Änderung der Steigung wird daher seltener von dem ersten Fahrmodus in den zweiten Fahrmodus umgeschaltet.
Tabelle 6
| sl in [%] Vexp [km/h] | -1 | 0 | 1 | 2 | 3 | 4 |
| 30 | 0,3 | 2,4 | 4,5 | 6,6 | 8,7 | 10,7 |
| 40 | 10,8 | 13,5 | 16,3 | 19,1 | 21,9 | 24,7 |
| 50 | 21,5 | 25,0 | 28,4 | 31,9 | 35,4 | 38,9 |
| 60 | 32,6 | 36,7 | 40,9 | 45,1 | 49,2 | 53,4 |
| 70 | 54,1 | 58,9 | 63,8 | 68,7 | 73,5 | 78,4 |
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Tabelle 7 zeigt die Auswahl von Streckenabschnitten, in denen das Hybridfahrzeug zusätzlich im ersten Fahrmodus betrieben werden soll, bei Verwendung der Fahrleistungswerte gemäß Tabelle 6 statt Tabelle 4. Die Auswahl der Streckenabschnitte hängt dabei im Vergleich zu Tabelle 5 im Wesentlichen von der Fahrgeschwindigkeit V
exp und kaum von der Steigung sl ab.
Tabelle 7
| sl in [%] Vexp [km/h] | -1 | 0 | 1 | 2 | 3 | 4 |
| 30 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 |
| 40 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 |
| 50 | 1 | 1 | 1 | 1 | 0 | 0 |
| 60 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| 70 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
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Das vorstehend beschriebene Verfahren aus 1 wird während der Fahrt vorzugsweise zyklisch für die jeweils noch bis zum Fahrziel zurückzulegende Fahrstrecke wiederholt.
