DE102013215519A1

DE102013215519A1 - Verfahren zum Betrieb eines Kraftfahrzeugs

Info

Publication number: DE102013215519A1
Application number: DE102013215519.0A
Authority: DE
Inventors: Thomas Christ; Oliver SCHLOEN
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2013-08-07
Filing date: 2013-08-07
Publication date: 2015-02-12

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines Kraftfahrzeugs (1), das von einem Antriebsaggregat umfassend einen Verbrennungsmotor und/oder zumindest eine über einen elektrischen Energiespeicher gespeiste elektrische Maschine angetrieben wird, insbesondere eines Hybridfahrzeugs. In dem erfindungsgemäßen Verfahren ist in einem Navigationssystem des Kraftfahrzeugs (1) eine Anzahl von vorbestimmten Strecken (S) mit dreidimensionalen Streckenprofilen hinterlegt. Von dem Navigationssystem wird eine Fahrt des Kraftfahrzeugs (1) auf einer vorbestimmten Strecke (S) erkannt, woraufhin das Kraftfahrzeug (1) bei dieser Fahrt in einem Sportbetriebsmodus mit einer gegenüber einem Normalbetriebsmodus erhöhten Fahrdynamik des Antriebsaggregats betrieben wird, wobei im Sportbetriebsmodus der Betrieb des Antriebsaggregats in Abhängigkeit von der aktuellen Position und Fahrtrichtung (P) des Kraftfahrzeugs (1), die über das Navigationssystem erfasst werden, sowie dem Streckenprofil der vorbestimmten Strecke (S) angepasst wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines Kraftfahrzeugs, das von einem Antriebsaggregat umfassend einen Verbrennungsmotor und/oder zumindest eine über einen elektrischen Energiespeicher gespeiste elektrische Maschine angetrieben wird.
Aus dem Stand der Technik ist es bekannt, beim Betrieb eines Kraftfahrzeugs verschiedene Betriebsmodi mit unterschiedlicher Fahrdynamik vorzusehen. Beispielsweise kann ein Betriebsmodus für ein sportlicheres Fahrverhalten des Kraftfahrzeugs durch den Fahrer manuell zugeschaltet werden. In dem Dokument WO 2009/006983 A1 wird der Betrieb eines Hybridfahrzeugs beschrieben, bei dem in Abhängigkeit von Navigationsdaten des Navigationssystems elektrisch gefahren wird oder ein elektrischer Energiespeicher geladen wird.
Herkömmliche Verfahren zur Anpassung der Betriebsstrategie eines Kraftfahrzeugs weisen den Nachteil auf, dass das Fahrzeug bei einem Betrieb in einem sportlichen Betriebsmodus in der Regel nicht optimal für eine dynamische Fahrt konditioniert ist. Insbesondere wird die Betriebsstrategie nie bezüglich der Charakteristik (Länge, Streckenverlauf, Topologie) einer bestimmten Rennstrecke angepasst. Somit kann die sich über einen elektrischen Energiespeicher bereitstellbare Antriebsenergie unvorteilhaft schnell erschöpfen, so dass kein sportliches Fahrverhalten des Fahrzeugs auf der verbleibenden Streckenfahrt mehr erkennbar ist.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Kraftfahrzeug bei einer Fahrt in einem Sportbetriebsmodus auf einer dezidierten Strecke besser auf diesen Modus zu konditionieren.
Diese Aufgabe wird durch das Verfahren gemäß Patentanspruch 1 bzw. das Kraftfahrzeug gemäß Patentanspruch 15 gelöst. Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen definiert.
Das erfindungsgemäße Verfahren dient zum Betrieb eines Kraftfahrzeugs, das von einem Antriebsaggregat umfassend einen Verbrennungsmotor und/oder zumindest eine über einen elektrischen Energiespeicher gespeiste elektrische Maschine angetrieben wird. Insbesondere ist das Kraftfahrzeug ein Hybridfahrzeug, bei dem ein Verbrennungsmotor und zumindest eine elektrische Maschine zum Antrieb des Fahrzeugs genutzt werden können. Nichtsdestotrotz ist das Fahrzeug gegebenenfalls auch ein nur über einen Verbrennungsmotor angetriebenes Kraftfahrzeug bzw. ein rein elektrisch angetriebenes Fahrzeug. Bei der weiter unten folgenden Beschreibung von bevorzugten Varianten des erfindungsgemäßen Verfahrens kann das Kraftfahrzeug ein Fahrzeug rein mit Verbrennungsmotor bzw. ein Hybridfahrzeug sein, wenn in der entsprechenden Variante nur der Verbrennungsmotor erwähnt wird. Wird demgegenüber in einer Variante nur eine elektrische Maschine genannt, kann das Fahrzeug ein Hybridfahrzeug oder ein reines Elektrofahrzeug sein. Werden sowohl Verbrennungsmotor als auch elektrische Maschine erwähnt, ist das Fahrzeug ein Hybridfahrzeug.
Im erfindungsgemäßen Verfahren ist in einem Navigationssystem des Kraftfahrzeugs eine Anzahl und insbesondere mehrere vorbestimmte Strecken mit jeweiligem dreidimensionalem Streckenprofil hinterlegt. Die Strecke wird somit durch Positionsdaten auf der Erdoberfläche und entsprechende Höheninformationen charakterisiert. Im erfindungsgemäßen Verfahren wird von dem Navigationssystem eine Fahrt des Kraftfahrzeugs auf einer vorbestimmten Strecke (d. h. auf jeder der hinterlegten vorbestimmten Strecken) erkannt, wobei das Kraftfahrzeug bei dieser Fahrt in einem Sportbetriebsmodus mit einer gegenüber einem Normalbetriebsmodus erhöhten Fahrdynamik des Antriebsaggregats betrieben wird. Die Fahrdynamik des Antriebsaggregats betrifft dabei die Beschleunigungsfähigkeit des Antriebsaggregats und/oder die Reaktionszeit des Antriebsaggregats auf Änderungen der Gaspedalstellung. Gemäß der erhöhten Fahrdynamik ist somit die Beschleunigungsfähigkeit des Kraftfahrzeugs auf der Strecke gegenüber dem Normalbetriebsmodus erhöht bzw. die Reaktionszeit des Verbrennungsmotors auf Änderungen der Gaspedalstellung gegenüber dem Normalbetriebsmodus verkürzt. Der Begriff der erhöhten Fahrdynamik bedeutet dabei, dass auf der gesamten Strecke bzw. im Mittel auf der Strecke eine höhere Fahrdynamik als im Normalbetriebsmodus vorliegt.
Der im erfindungsgemäßen Verfahren verwendete Sportbetriebsmodus zeichnet sich dadurch aus, dass in diesem Modus der Betrieb des Antriebsaggregats in Abhängigkeit von der aktuellen Position und Fahrtrichtung des Kraftfahrzeugs, die über das Navigationssystem erfasst werden, sowie dem Streckenprofil der erkannten vorbestimmten Strecke angepasst wird. Auf diese Weise kann die Betriebsstrategie des Antriebsaggregats auf die Topologie und Kurvenfolge der Strecke abgestimmt werden.
In einer bevorzugten Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens wird bei der Fahrt des Kraftfahrzeugs in einem Abschnitt der vorbestimmten Strecke, der unmittelbar vor einem Abschnitt mit hoher Rekuperation von elektrischer Energie im elektrischen Energiespeicher aus Bremsenergie liegt, zusätzliche Antriebsleistung durch die zumindest eine elektrische Maschine ergänzend zu der Antriebsleistung des Verbrennungsmotors bereitgestellt. Alternativ oder zusätzlich kann eine Lastpunktanhebung des Verbrennungsmotors zur schnelleren Ladung des elektrischen Energiespeichers, welche im Normalbetriebsmodus durchgeführt würde, unterdrückt werden. Man macht sich hierbei die Erkenntnis zu Nutze, dass in einem Streckenabschnitt vor einem Abschnitt mit hoher Rekuperation mehr Leistung aus dem elektrischen Energiespeicher entnommen werden kann und somit in solchen Abschnitten mehr Antriebsleistung zur Verfügung steht. Die Abschnitte mit hoher Rekuperation können je nach Anwendungsfall verschieden definiert werden. Insbesondere sind als Abschnitte mit hoher Rekuperation vorbestimmte Kurvenabschnitte und/oder Bergabwärtsfahrabschnitte des Streckenprofils der vorbestimmten Strecke festgelegt. Diese Information ist im Navigationssystem zusammen mit dem Streckenprofil hinterlegt.
In einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird in einem Abschnitt der vorbestimmten Strecke, in dem eine erhöhte Spontanität des Antriebsaggregats bereitzustellen ist, die Antriebsleistung der zumindest einen elektrischen Maschine zur Kompensation von Dynamikverzögerungen des Verbrennungsmotors (im Speziellen als Turboloch bekannt) erhöht. Gegebenenfalls können dabei gleichzeitig auch eine oder mehrere Komfortfunktionen des Antriebsaggregats vermindert und/oder abgeschaltet werden, wie z. B. eine Dämpfung der Drehmomentabgabe an die Antriebsräder des Kraftfahrzeugs bei Gaspedaländerungen. Es kann somit in bestimmten Streckenabschnitten eine sehr gute Dosierbarkeit bzw. Reaktionszeit und damit ein sehr sportliches Verhalten des Antriebsaggregats bereitgestellt werden. Als Abschnitte der vorbestimmten Strecke, in denen eine erhöhte Spontanität des Antriebsaggregats bereitzustellen ist, werden vorzugsweise vorbestimmte Abschnitte bzw. Kurven auf der Strecke festgelegt.
In einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird bei einer Standzeit des Kraftfahrzeugs bei laufendem Verbrennungsmotor auf der vorbestimmten Strecke der Lastpunkt des Verbrennungsmotors zur schnelleren Ladung des elektrischen Energiespeichers angehoben. Hierdurch wird erreicht, dass bei der Weiterfahrt des Kraftfahrzeugs der Energiespeicher höher geladen ist und somit mehr Energie hieraus entnommen werden kann. Als weiterer Nebeneffekt ist der Antrieb in diesem Fall bereits vorgespannt, so dass ein Turboloch vermindert werden kann und eine dynamische Anfahrt realisierbar ist.
In einer weiteren Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens wird bei einer Fahrt durch eine Kurve der vorbestimmten Strecke in Abhängigkeit von dem bevorstehenden Kurvenverlauf die Getriebeübersetzung eines automatischen Getriebes des Kraftfahrzeugs basierend auf einem Kriterium einer schnellen Kurvendurchfahrt angepasst. Ebenso kann bei einer Fahrt durch eine Kurve der vorbestimmten Strecke in Abhängigkeit von dem bevorstehenden Kurvenverlauf eine Schaltpunktanzeige für den Fahrer bei einem manuellen Getriebe des Kraftfahrzeugs basierend auf einem Kriterium einer schnellen Kurvendurchfahrt angepasst werden. Die entsprechende Implementierung eines Kriteriums einer schnellen Kurvendurchfahrt liegt dabei im Rahmen von fachmännischem Handeln und wird deshalb nicht näher beschrieben.
In einer weiteren Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die zumindest eine elektrische Maschine des Antriebsaggregats im Sportbetriebsmodus für die Dauer der Fahrt auf der vorbestimmten Strecke derart zum Antrieb des Kraftfahrzeugs ergänzend zum Verbrennungsmotor zugeschaltet, dass am Ende der Fahrt auf der vorbestimmten Strecke ein vorbestimmter Ladezustand des elektrischen Energiespeichers erreicht ist. Auf diese Weise wird sichergestellt, dass der elektrische Energiespeicher am Ende der Fahrt auf der vorbestimmten Strecke auf ein definiertes Zielniveau entladen wird. Somit wird der elektrische Energiespeicher weder vorzeitig komplett entladen noch verbleibt überschüssige elektrische Energie im Energiespeicher. Vorzugsweise liegt dabei der vorbestimmte Ladezustand unterhalb eines Mindestladezustands, der im Normalbetriebsmodus des Kraftfahrzeugs gültig ist. Es wird somit temporär für den Sportbetriebsmodus eine stärkere Entladung des elektrischen Energiespeichers zugelassen, so dass mehr elektrische Leistung zum Antrieb des Fahrzeugs zur Verfügung steht.
In einer weiteren Variante wird eine durch den Verbrennungsmotor bereitgestellte Kühlleistung zur Kühlung des elektrischen Energiespeichers im Sportbetriebsmodus für die Dauer der Fahrt auf der vorbestimmten Strecke derart gesteuert, dass am Ende der Fahrt auf der vorbestimmten Strecke die Temperatur des elektrischen Energiespeichers eine vorbestimmte Temperatur erreicht. Die Kühlleistung wird dabei in geeigneter Weise einem Kühlkreislauf im Kraftfahrzeug zugeführt. Mit dieser Variante der Erfindung wird sichergestellt, dass eine vorbestimmte Höchsttemperatur des Energiespeichers erst am Ende der Fahrt und nicht zu einem früheren Zeitpunkt erreicht wird. Hierdurch wird gewährleistet, dass immer eine ausreichende Kühlung des Energiespeichers über den Verbrennungsmotor möglich ist, ohne dass die Leistungsentnahme aus dem Energiespeicher herabgesetzt werden muss. Die vorbestimmte Temperatur, welche am Ende der Fahrt auf der vorbestimmten Strecke erreicht wird, ist vorzugsweise höher als eine Maximaltemperatur des elektrischen Energiespeichers im Normalbetriebmodus. Es werden somit im Sportbetriebsmodus temporär höhere Temperaturen des Energiespeichers und damit auch eine höhere Leistungsentnahme aus dem Energiespeicher zugelassen.
In einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist im Kraftfahrzeug eine Benutzerschnittstelle vorgesehen, über welche der Fahrer eine Häufigkeit eingeben kann, welche angibt, wie oft hintereinander er die vorbestimmte Strecke abfahren möchte, wobei die Häufigkeit einen oder mehrere Parameter des Sportbetriebsmodus beeinflussen. Insbesondere beeinflusst die Häufigkeit dabei die Dauer der Fahrt auf der vorbestimmten Strecke, welche in den zuvor beschriebenen Varianten des erfindungsgemäßen Verfahrens berücksichtigt wird.
In einer weiteren, besonders bevorzugten Ausführungsform werden in einer Zeitspanne, bevor das Kraftfahrzeug eine vorbestimmte Strecke erreicht, eine oder mehrere der nachfolgenden Maßnahmen durchgeführt. Zum einen kann der Lastpunkt des Verbrennungsmotors zur schnelleren Ladung des elektrischen Energiespeichers angehoben werden, so dass mehr elektrische Energie bei der anschließenden Fahrt auf der vorbestimmten Strecke zur Verfügung steht. Ebenso kann eine durch den Verbrennungsmotor bereitgestellte Kühlleistung zur Kühlung des elektrischen Energiespeichers erhöht werden und insbesondere auf maximale Kühlleistung gesetzt werden, so dass für den Betrieb des Fahrzeugs auf der vorbestimmten Strecke der Energiespeicher gut vorgekühlt ist. Als Folge kann mehr Leistung aus dem elektrischen Energiespeicher entnommen werden kann, da der Energiespeicher später eine maximal erlaubte Temperatur erreicht. Darüber hinaus kann ein Bereich für erlaubte Werte des Ladezustands des elektrischen Energiespeichers, der im Normalbetriebsmodus des Kraftfahrzeugs gültig ist, vergrößert werden. Hierdurch kann während der Fahrt auf der vorbestimmten Strecke ebenfalls mehr elektrische Leistung aus dem Energiespeicher entnommen werden.
Der Beginn der obigen Zeitspanne, bevor das Kraftfahrzeug eine vorbestimmte Strecke erreicht, ist in einer bevorzugten Variante daran gekoppelt, dass der Fahrer als Ziel eine vorbestimmte Strecke im Navigationssystem spezifiziert und/oder dass sich das Fahrzeug hin zu der vorbestimmten Strecke bewegt und dabei eine Entfernung zur vorbestimmten Strecke unterhalb eines Schwellwerts aufweist.
In einer weiteren Variante kann das erfindungsgemäße Verfahren auch eine Analysefunktion umfassen. Dabei werden nach der Fahrt auf der vorbestimmten Strecke über eine Benutzerschnittstelle des Kraftfahrzeugs Leistungsdaten des Kraftfahrzeugs für verschiedene Positionen bei der vorangegangenen Fahrt ausgegeben. Die Leistungsdaten können sich z. B. auf Beschleunigungen und/oder Reaktionszeiten des Antriebsaggregats oder auch auf andere Leistungswerte beziehen. Gegebenenfalls kann auch ein Fahrdynamikwert ausgegeben werden, der aus Leistungsdaten des Kraftfahrzeugs für verschiedene Positionen bei der vorangegangenen Fahrt berechnet ist. Die Festlegung eines entsprechenden Fahrdynamikwerts aus Leistungsdaten liegt dabei im Rahmen von fachmännischem Handeln und wird deshalb nicht näher ausgeführt.
Neben dem oben beschriebenen Verfahren betrifft die Erfindung ferner ein Kraftfahrzeug, das von einem Antriebsaggregat umfassend einen Verbrennungsmotor und/oder zumindest eine über einen elektrischen Energiespeicher gespeiste elektrische Maschine angetrieben werden kann, insbesondere ein Hybridfahrzeug. Das Kraftfahrzeug umfasst ein Navigationssystem, in dem eine Anzahl von vorbestimmten Strecken mit dreidimensionalen Streckenprofilen hinterlegt ist, wobei das Navigationssystem eine Fahrt des Fahrzeugs auf einer vorbestimmten Strecke (d. h. auf jeder der vorbestimmten hinterlegten Strecken) erkennt. Im Kraftfahrzeug ist ferner eine Steuereinheit vorgesehen, welche derart ausgestaltet ist, dass sie das Kraftfahrzeug bei der Fahrt auf einer durch das Navigationssystem erkannten vorbestimmten Strecke in einem Sportbetriebsmodus mit einer gegenüber einem Normalbetriebsmodus erhöhten Fahrdynamik des Antriebsaggregats betreibt, wobei im Sportbetriebsmodus der Betrieb des Antriebsaggregats in Abhängigkeit von der aktuellen Position und Fahrtrichtung des Kraftfahrzeugs, die über das Navigationssystem erfasst werden, sowie dem Streckenprofil der erkannten vorbestimmten Strecke angepasst wird.
Das oben beschriebene Kraftfahrzeug ist vorzugsweise derart ausgestaltet, dass es zur Durchführung einer oder mehrerer der oben beschriebenen bevorzugten Varianten des erfindungsgemäßen Verfahrens eingerichtet ist.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten Figuren detailliert beschrieben.
Es zeigen:
1 eine schematische Darstellung einer vorbestimmten Strecke mit einem darauf befindlichen Kraftfahrzeug, welches basierend auf einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens betrieben wird; und
2 ein Diagramm, welches eine Anpassung des Ladezustands eines elektrischen Energiespeichers in einem Kraftfahrzeug basierend auf einer Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens verdeutlicht.
Nachfolgend wird eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens basierend auf einem Kraftfahrzeug in der Form eines Hybridfahrzeugs erläutert, dessen Antriebsaggregat sowohl einen Verbrennungsmotor als auch eine elektrische Maschine umfasst, die parallel zum Antrieb des Kraftfahrzeugs genutzt werden können. Die elektrische Maschine wird dabei über einen elektrischen Energiespeicher (im Folgenden auch als Batterie bezeichnet) mit Energie versorgt. Anstatt einer einzelnen elektrischen Maschine kann das Fahrzeug ggf. auch mehrere elektrische Maschinen umfassen. Die hier beschriebene Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens ist in einer Steuereinheit im Kraftfahrzeug implementiert, die mit einem Navigationssystem im Kraftfahrzeug wechselwirkt. Dabei sind in dem Navigationssystem mehrere vorbestimmte Strecken mit entsprechendem dreidimensionalem Streckenprofil hinterlegt. Es handelt sich dabei um geeignete Strecken, die von dem Fahrer des Fahrzeugs mit sehr hoher Fahrdynamik abgefahren werden können. Im Folgenden werden diese Strecken deshalb auch als Rennstrecken bezeichnet. Gegebenenfalls können die Rennstrecken auch tatsächliche, nicht für den öffentlichen Straßenverkehr zugelassene Rennkurse sein. Im Rahmen der Erfindung wird es dem Fahrer des Kraftfahrzeugs ermöglicht, solche Rennstrecken in einem besonderen Betriebsmodus des Kraftfahrzeugs abzufahren, der als Sportbetriebsmodus bezeichnet wird. In diesem Betriebsmodus ist die Fahrdynamik des Antriebsaggregats deutlich höher als in dem sonstigen Normalbetriebsmodus des Kraftfahrzeugs.
In 1 ist in Draufsicht eine im Navigationssystem hinterlegte Rennstrecke S gezeigt. Es handelt sich dabei um eine geschlossene Rennrunde. Auf der Rennstrecke befindet sich ein Hybridfahrzeug 1, das basierend auf der nachfolgend beschriebenen Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens betrieben wird. Die Fahrtrichtung des Fahrzeugs wird durch den Pfeil P repräsentiert. Ferner sind beispielhaft zwei Streckenabschnitte A und A' angedeutet, auf welche weiter unten näher eingegangen wird. In der hier beschriebenen Ausführungsform wird über das Navigationssystem des Fahrzeugs erkannt, wenn der Fahrer die Rennstrecke S abfahren möchte. Die Erkennung kann dabei derart erfolgen, dass der Fahrer die entsprechende Rennstrecke als Ziel in das Navigationssystem eingibt. Ebenso kann vom Navigationssystem erkannt werden, dass sich das Fahrzeug der Rennstrecke nähert. Dies kann über geeignete Kriterien festgestellt werden. Beispielsweise kann eine Annäherung des Fahrzeugs an die Rennstrecke dann festgestellt werden, wenn die Richtung des Fahrzeugs hin zur Rennstrecke weist und die Entfernung des Fahrzeugs zu der Rennstrecke unter einem bestimmten Schwellwert liegt.
Wird von dem Navigationssystem festgestellt, dass der Fahrer die Rennstrecke S abfahren möchte, werden vorbereitende Maßnahmen eingeleitet, bevor sich das Fahrzeug tatsächlich auf der Rennstrecke befindet und in den Sportbetriebsmodus gewechselt wird. In der hier beschriebenen Variante wird dabei der Ladezustand der Batterie des Fahrzeugs erhöht, indem der Lastpunkt des Verbrennungsmotors angehoben wird und somit über den Verbrennungsmotor mehr mechanische Energie generiert wird, welche wiederum in mehr elektrische Energie für die Batterie gewandelt wird. Die Lastpunktanhebung führt zu einer erhöhten Geräuschentwicklung des Verbrennungsmotors. Im Normalbetriebsmodus werden dabei von dem Kraftfahrzeug vorbestimmte Akustiklimitierungen eingehalten, die jedoch bei der Vorbereitung des Sportbetriebsmodus außer Acht gelassen werden. Ferner wird zur Konditionierung des Sportbetriebsmodus ein im Normalbetriebsmodus nutzbarer Bereich von Werten des Ladezustands der Batterie, z. B. zwischen 30% und 70% der Vollladung, geeignet aufgeweitet, d. h. es wird eine stärkere Entladung und eine höhere Ladung der Batterie zugelassen. Es wird somit für den Sportbetriebsmodus in Kauf genommen, dass bestimmte Grenzen von Ladezustandswerten überschritten werden und somit die Lebensdauer der Batterie vermindert wird. Da der Sportbetriebsmodus jedoch nicht dauerhaft eingesetzt wird, hält sich die Verkürzung der Batterielebensdauer jedoch in Grenzen. Ferner wird zur Vorbereitung des Sportbetriebsmodus das Kühlsystem des Kraftfahrzeugs, mit dem die Batterie gekühlt wird, auf maximale Kühlung eingestellt, so dass später im Sportbetriebsmodus eine erhöhte Leistung von der Batterie ohne Überhitzung abgerufen werden kann.
Nach den soeben beschriebenen Maßnahmen vor Erreichen der Rennstrecke wird schließlich bei der Fahrt auf der Rennstrecke in den Sportbetriebsmodus umgeschaltet. Dieser Betriebsmodus ist derart ausgestaltet, dass die Fahrdynamik des Antriebsaggregats gegenüber dem Normalbetriebsmodus erhöht ist, d. h. das Fahrzeug kann schneller beschleunigt werden bzw. reagiert spontaner auf Beschleunigungen. Dabei wird in dem Sportbetriebsmodus der Betrieb des Antriebsaggregats in Abhängigkeit von der aktuellen Position und Fahrtrichtung des Fahrzeugs sowie dem Streckenprofil der Strecke S angepasst, um die Fahrdynamik in Abhängigkeit von dem Bedarf auf der Rennstrecke geeignet einzustellen und gleichzeitig zu gewährleisten, dass sich der elektrische Energiespeicher optimal, aber nicht komplett entlädt bzw. überhitzt.
In einer Variante zur Anpassung der Betriebsstrategie wird in Abhängigkeit von der Topologie und der Kurvenfolge der Strecke, die durch das dreidimensionale Streckenprofil gegeben ist, die sog. Boost-Funktion und Rekuperations-Funktion unter Berücksichtigung von der aktuellen Position und Fahrtrichtung des Kraftfahrzeugs auf der Strecke freigegeben bzw. variiert. Mittels der Boost-Funktion wird beim Beschleunigen des Fahrzeugs zusätzlich zu der Antriebsleistung des Verbrennungsmotors elektrische Leistung durch die elektrische Maschine des Fahrzeugs bereitgestellt. Gemäß der Rekuperations-Funktion wird elektrische Energie aus Bremsenergie des Fahrzeugs gewonnen. In 1 ist beispielhaft die Freigabe bzw. Erhöhung einer Boost-Funktion des Kraftfahrzeugs für den Streckenabschnitt A verdeutlicht. Im Fahrzeug wird dabei über das Streckenprofil erkannt, dass der Abschnitt A ein langer, im Wesentlichen gerader Abschnitt ist, an den sich ein Abschnitt A' anschließt, der eine Kurve darstellt. Da vor einer Kurve eine Rekuperation von elektrischer Energie des Energiespeichers über Bremsenergie stattfindet, wird in dem Abschnitt A die Boost-Funktion zugeschaltet. Dies führt zu einer schnelleren Entladung des elektrischen Energiespeichers, jedoch wird dieser anschließend bei der Rekuperation in der Kurve A' wieder aufgeladen, so dass eine schnellere Entladung in dem Abschnitt A zugelassen werden kann. Ebenso kann in dem Abschnitt A gegebenenfalls eine Lastpunktanhebung des Verbrennungsmotors, welche im Normalbetriebsmodus durchgeführt würde, unterdrückt werden, da ohnehin eine Rekuperationsphase bevorsteht. Die Leistung des Verbrennungsmotors kann so ausschließlich zum Vortrieb genutzt werden. Analog kann bei Geradenkombinationen auf der Strecke ohne anschließende längere Rekuperationsphase die Boost-Funktion entsprechend herabgesetzt werden, so dass nicht auf der ersten Gerade der Geradenkombination das gesamte Boost-Potential verbraucht wird, sondern auch für nachfolgende Beschleunigungen zur Verfügung steht.
2 zeigt ein Diagramm, welches den Verlauf des Ladezustands SOC der Batterie im Kraftfahrzeug 1 für eine Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens verdeutlicht. Es ist dabei der Verlauf des Ladezustands in Abhängigkeit von der Position s auf einer Strecke der Länge r dargestellt, welche eine Runde einer geschlossenen Rennstrecke repräsentiert. Die Entladung der Batterie wird dabei für die Dauer der Rundenfahrt optimiert. Analog kann die Optimierung gegebenenfalls auch über die Dauer von mehreren Runden erfolgen, wobei in diesem Fall der Fahrer über eine Benutzerschnittstelle im Kraftfahrzeug die Anzahl der gewünschten Runden spezifizieren kann.
Beim Start der Fahrt auf der Rennstrecke weist der Ladezustand der Batterie den Wert SOC1 auf. Aufgrund der oben beschriebenen Vorkonditionierung ist dieser Wert dabei wesentlich höher als ein entsprechender Maximalwert, der im Normalbetriebsmodus des Fahrzeugs gültig ist. Während der Fahrt variiert der Ladezustand aufgrund der unterschiedlichen Streckenabschnitte und der damit verbundenen Variation des Betriebs des Verbrennungsmotors und der elektrischen Maschine. Nichtsdestotrotz ist global eine Abnahme des Ladezustands festzustellen, wobei gemäß einer Optimierung die Variation des Ladezustands derart angepasst ist, dass am Ende der Fahrt auf der Rennstrecke ein minimaler Ladezustand SOC2 erreicht wird. Auf diese Weise wird sichergestellt, dass das Fahrzeug auf der Fahrt entlang der Rennstrecke nicht komplett entladen wird. Der Ladezustand SOC2 ist dabei niedriger als ein entsprechender Mindestladezustand der Batterie im Normalbetriebsmodus. Es wird somit eine größere Entladung der Batterie zugelassen, so dass mehr Leistung durch die Batterie während der Fahrt auf der Rennstrecke zur Verfügung steht.
In weiteren Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens wird analog zum Ladezustand auch die durch den Verbrennungsmotor bereitgestellte Kühlleistung zur Kühlung der Batterie derart angepasst, dass die Temperatur der Batterie bis zu einer maximalen vorbestimmten Temperatur zunimmt und nicht bereits vor dem Ende der Fahrt diese maximale Temperatur erreicht. Hierdurch kann verhindert werden, dass zur Absenkung der Batterietemperatur die Leistungsentnahme aus der Batterie begrenzt wird. Dabei kann die vorbestimmte Temperatur, die am Ende der Fahrt erreicht wird, gegebenenfalls höher festgelegt sein als die im Normalbetriebsmodus erlaubte Maximaltemperatur der Batterie.
In einer weiteren Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens wird in Streckenabschnitten mit hohen Querbeschleunigungen (insbesondere in vorbestimmten Kurvenabschnitten) der Betrieb der elektrischen Maschine derart angepasst, dass Verzögerungen im Beschleunigungsverhalten des Verbrennungsmotors (sog. Turboloch) über die elektrische Maschine ausgeglichen werden. Hierdurch wird das Verhalten des Antriebsaggregats in Kurvenfahrten deutlich spontaner. Gleichzeitig können ggf. Komfortfunktionen des Antriebsaggregats des Kraftfahrzeugs vermindert bzw. abgeschaltet werden, insbesondere eine Dämpfung der Drehmomentabgabe an die Antriebsräder des Kraftfahrzeugs bei Gaspedaländerungen.
In einer weiteren Variante wird bei Standzeiten des Kraftfahrzeugs auf der Rennstrecke das Aufladen der Batterie beschleunigt, was durch eine Lastpunktanhebung des Verbrennungsmotors erreicht wird. Dabei werden im Normalbetriebsmodus gültige Akustiklimitierungen der Geräuschentwicklung des Verbrennungsmotors außer Acht gelassen. Man berücksichtigt in dieser Variante, dass Standzeiten mit laufendem Motor auf eine schnelle bevorstehende Beschleunigung hindeuten. Beispielsweise kann sich das Fahrzeug bei einem tatsächlichen Rennkurs in der Boxengasse bzw. kurz vor dem Start auf der Start/Zielgeraden befinden.
Gegebenenfalls kann in dem Kraftfahrzeug auch eine Analysefunktion integriert sein, mit der sich der Fahrer nach der Fahrt auf der Rennstrecke zu jedem Punkt auf der Strecke entsprechende Messwerte bzw. elektrische Leistungsdaten des Kraftfahrzeugs bzw. seines Antriebsaggregats anzeigen lassen kann. Dabei können dem Fahrer z. B. Hinweise auf eine optimierte Bremspunktwahl gegeben werden. Dem Fahrer kann gegebenenfalls auch ermöglicht werden, den Sportbetriebsmodus manuell anzupassen. Die konkrete Ausgestaltung einer geeigneten Analysefunktion liegt dabei im Rahmen von fachmännischem Handeln.
Die im Vorangegangenen beschriebenen Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens weisen eine Reihe von Vorteilen auf. Insbesondere wird ein Kraftfahrzeug in geeigneter Weise für das Fahren auf einer schnellen Strecke konditioniert, indem unter Verwendung des Navigationssystems der Betrieb des Antriebsaggregats an das entsprechende Streckenprofil bei der Fahrt auf der Rennstrecke angepasst wird. Die Reproduzierbarkeit der Fahrleistungen im Sportbetriebsmodus wird dabei gesteigert und der Fahrer erlebt im Sportbetriebsmodus ein sportliches und intelligentes Fahrzeug mit erhöhten Fahrleistungen gegenüber einem gleichmotorisierten konventionellen Fahrzeug.
Bezugszeichenliste

1: Kraftfahrzeug
P: Fahrtrichtung des Kraftfahrzeugs
S: Rennstrecke
A, A': Abschnitte der Rennstrecke
SOC: Ladezustand der Batterie
SOC1, SOC2: Grenzen des Ladezustands der Batterie
s: Streckenposition
r: Rundenlänge

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

WO 2009/006983 A1 [0002]

Claims

Verfahren zum Betrieb eines Kraftfahrzeugs (1), das von einem Antriebsaggregat umfassend einen Verbrennungsmotor und/oder zumindest eine über einen elektrischen Energiespeicher gespeiste elektrische Maschine angetrieben wird, insbesondere eines Hybridfahrzeugs, bei dem: – in einem Navigationssystem des Kraftfahrzeugs (1) eine Anzahl von vorbestimmten Strecken (S) mit dreidimensionalen Streckenprofilen hinterlegt ist; – von dem Navigationssystem eine Fahrt des Kraftfahrzeugs (1) auf einer vorbestimmten Strecke (S) erkannt wird und das Kraftfahrzeug (1) bei dieser Fahrt in einem Sportbetriebsmodus mit einer gegenüber einem Normalbetriebsmodus erhöhten Fahrdynamik des Antriebsaggregats betrieben wird, wobei im Sportbetriebsmodus der Betrieb des Antriebsaggregats in Abhängigkeit von der aktuellen Position und Fahrtrichtung (P) des Kraftfahrzeugs (1), die über das Navigationssystem erfasst werden, sowie dem Streckenprofil der vorbestimmten Strecke (S) angepasst wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Fahrt des Kraftfahrzeugs (1) in einem Abschnitt (A) der vorbestimmten Strecke (S), der unmittelbar vor einem Abschnitt (A') mit hoher Rekuperation von elektrischer Energie im elektrischen Energiespeicher aus Bremsenergie liegt, zusätzliche Antriebsleistung durch die zumindest eine elektrische Maschine ergänzend zu der Antriebsleistung des Verbrennungsmotors bereitgestellt wird und/oder eine Lastpunktanhebung des Verbrennungsmotors zur schnelleren Ladung des elektrischen Energiespeichers unterdrückt wird.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass als Abschnitte mit hoher Rekuperation vorbestimme Kurvenabschnitte und/oder Bergabwärtsfahrabschnitte des Streckenprofils der vorbestimmten Strecke (S) festgelegt sind.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Abschnitt (A') der vorbestimmten Strecke (S), in dem eine erhöhte Spontanität des Antriebsaggregats bereitzustellen ist, die Antriebsleistung der zumindest einen elektrischen Maschine zur Kompensation von Dynamikverzögerungen des Verbrennungsmotors erhöht wird.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine oder mehrere Komfortfunktionen des Antriebsaggregats, insbesondere eine Dämpfung der Drehmomentabgabe an die Antriebsräder der Kraftfahrzeugs (1) bei Gaspedaländerungen, in einem Abschnitt (A') der vorbestimmten Strecke (3), in dem eine erhöhte Spontanität des Antriebsaggregats bereitzustellen ist, vermindert und/oder abgeschaltet werden
Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass als Abschnitte (A') der vorbestimmten Strecke (S), in denen eine erhöhte Spontanität des Antriebsaggregats bereitzustellen ist, vorbestimmte Kurven (A') auf der vorbestimmten Strecke (S) festgelegt sind.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Standzeit des Kraftfahrzeugs (1) bei laufendem Verbrennungsmotor auf der vorbestimmten Strecke (S) der Lastpunkt des Verbrennungsmotors zur schnelleren Ladung des elektrischen Energiespeichers angehoben wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Fahrt durch eine Kurve der vorbestimmten Strecke (S) in Abhängigkeit von dem bevorstehenden Kurvenverlauf die Getriebeübersetzung eines automatischen Getriebes des Kraftfahrzeugs (1) basierend auf einem Kriterium einer schnellen Kurvendurchfahrt angepasst wird und/oder eine Schaltpunktanzeige für den Fahrer bei einem manuellen Getriebe des Kraftfahrzeugs (1) basierend auf einem Kriterium einer schnellen Kurvendurchfahrt angepasst wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine elektrische Maschine des Antriebsaggregats im Sportbetriebsmodus für die Dauer der Fahrt auf der vorbestimmten Strecke (S) derart zum Antrieb des Kraftfahrzeugs (1) ergänzend zum Verbrennungsmotor zugeschaltet wird, dass am Ende der Fahrt auf der vorbestimmten Strecke (S) ein vorbestimmter Ladezustand (SOC2) des elektrischen Energiespeichers erreicht ist, der vorzugsweise unterhalb eines Mindestladezustands im Normalbetriebsmodus des Kraftfahrzeugs (1) liegt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine durch den Verbrennungsmotor bereitgestellte Kühlleistung zur Kühlung des elektrischen Energiespeichers im Sportbetriebsmodus für die Dauer der Fahrt auf der vorbestimmten Strecke (S) derart gesteuert wird, dass am Ende der Fahrt auf der vorbestimmten Strecke (S) die Temperatur des elektrischen Energiespeichers eine vorbestimmte Temperatur erreicht, welche vorzugsweise höher als eine Maximaltemperatur des elektrischen Energiespeichers im Normalbetriebsmodus ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Kraftfahrzeug (1) eine Benutzerschnittstelle vorgesehen ist, über welche der Fahrer eine Häufigkeit eingeben kann, welche angibt, wie oft hintereinander er die vorbestimmte Strecke (S) abfahren möchte, wobei die Häufigkeit einen oder mehrere Parameter des Sportbetriebsmodus beeinflusst.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in einer Zeitspanne, bevor das Kraftfahrzeug (1) eine vorbestimmte Strecke (S) erreicht, eine oder mehrere der folgenden Maßnahmen durchgeführt werden: – der Lastpunkt des Verbrennungsmotors wird zur schnelleren Ladung des elektrischen Energiespeichers angehoben; – eine durch den Verbrennungsmotor bereitgestellte Kühlleistung zur Kühlung des elektrischen Energiespeichers wird erhöht und insbesondere auf maximale Kühlleistung gesetzt; – ein Bereich für erlaubte Werte des Ladezustands (SOC) des elektrischen Energiespeichers, der im Normalbetriebsmodus des Kraftfahrzeugs (1) gültig ist, wird vergrößert.
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Beginn der Zeitspanne daran gekoppelt ist, dass der Fahrer als Ziel eine vorbestimmte Strecke (S) im Navigationssystem spezifiziert und/oder dass sich das Kraftfahrzeug (1) hin zu der vorbestimmten Strecke (S) bewegt und dabei eine Entfernung zur vorbestimmten Strecke (S) unterhalb eines Schwellwerts aufweist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass nach der Fahrt auf der vorbestimmten Strecke (S) über eine Benutzerschnittstelle des Kraftfahrzeugs (1) Leistungsdaten des Kraftfahrzeugs (1) für verschiedene Positionen bei der vorangegangenen Fahrt ausgegeben werden und/oder ein Fahrdynamikwert ausgegeben wird, der aus Leistungsdaten des Kraftfahrzeugs für verschiedene Positionen bei der vorangegangenen Fahrt berechnet ist.
Kraftfahrzeug, das von einem Antriebsaggregat umfassend einen Verbrennungsmotor und/oder zumindest eine über einen elektrischen Energiespeicher gespeiste elektrische Maschine angetrieben werden kann, insbesondere Hybridfahrzeug, wobei das Kraftfahrzeug umfasst: – ein Navigationssystem, in dem eine Anzahl von vorbestimmten Strecken (S) mit dreidimensionalen Streckenprofilen hinterlegt ist, wobei das Navigationssystem eine Fahrt des Kraftfahrzeugs (1) auf einer vorbestimmten Strecke (S) erkennt; – eine Steuereinheit, welche derart ausgestaltet ist, das sie das Kraftfahrzeug (1) bei der Fahrt auf einer durch das Navigationssystem erkannten vorbestimmten Strecke (S) in einem Sportbetriebsmodus mit einer gegenüber einem Normalbetriebsmodus erhöhten Fahrdynamik des Antriebsaggregats betreibt, wobei im Sportbetriebsmodus der Betrieb des Antriebsaggregats in Abhängigkeit von der aktuellen Position und Fahrtrichtung (P) des Kraftfahrzeugs (1), die über das Navigationssystem erfasst werden, sowie dem Streckenprofil der vorbestimmten Strecke (S) angepasst wird.
Kraftfahrzeug nach Anspruch 15, welches zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 2 bis 14 eingerichtet ist.