DE102014207684A1

DE102014207684A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Betreiben eines Kraftfahrzeugs

Info

Publication number: DE102014207684A1
Application number: DE102014207684.6A
Authority: DE
Inventors: Marc Naumann
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2014-04-24
Filing date: 2014-04-24
Publication date: 2015-10-29

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum gleichzeitigen Ermitteln von mehreren verbrauchsbestimmenden Steuergrößen zum Betreiben eines Kraftfahrzeugs, mit folgenden Schritten: – Bereitstellen einer Zielfunktion für ein Systemmodell (1) für das Kraftfahrzeug, wobei das Systemmodell (1) die den Antrieb des Kraftfahrzeugs betreffenden Komponenten als Energiespeicher, Energiewandler und Energieverbraucher beschreibt, die abhängig von den Steuergrößen durch Energieflüsse miteinander in Wechselwirkung stehen, wobei die Zielfunktion eine Bewertung einer von den mehreren Steuergrößen abhängigen Energieverbrauchsangabe über einen oder mehrere Streckenabschnitte oder Zeitabschnitte einer vorausliegenden Fahrstrecke zum Befahren der vorausliegenden Fahrstrecke darstellt; und – Optimieren des Energieverbrauchs durch Minimieren der Zielfunktion mithilfe eines Optimierungsverfahrens bezüglich der mehreren Steuergrößen.

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum energieoptimierten Betreiben eines Kraftfahrzeugs mit einem hybriden Antriebssystem.
Stand der Technik
Bei Kraftfahrzeugen mit einem hybriden Antriebssystem wird eine Drehmomentaufteilung bzw. Leistungsaufteilung zwischen einem/einer von einem Verbrennungsmotor bereitgestellten Drehmoment bzw. Leistung und einem/einer von einem Elektromotor bereitgestellten Drehmoment bzw. Leistung kontinuierlich gemäß vorgegebener Regeln durchgeführt. Diese Regeln beinhalten u. a. die Berücksichtigung von wirkungsgradoptimierten Betriebsbereichen des Verbrennungsmotors sowie der Tankfüllung des Kraftstofftanks und der Restkapazität des elektrischen Energiespeichers.
Weiterhin werden in Kraftfahrzeugen zunehmend Geschwindigkeitsregelungen implementiert, die die Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs konstant oder gemäß einer Vorgabe innerhalb eines vorgegebenen Geschwindigkeitsbereichs regeln. Beispielsweise ist aus der Druckschrift US 2004/0068359 A1 ein Verfahren zum Betreiben eines Kraftfahrzeugs mit einer automatischen Geschwindigkeitsregelung bekannt, die basierend auf einer Zielfunktion durchgeführt wird, wobei die Zielfunktion auf einem Modell der Fahrzeugdynamik basiert.
Offenbarung der Erfindung
Erfindungsgemäß sind ein Verfahren zum gleichzeitigen Ermitteln von mehreren verbrauchsbestimmenden Steuergrößen zum Betreiben eines Kraftfahrzeugs, insbesondere mit einem hybriden Antriebssystem, gemäß Anspruch 1 sowie die Vorrichtung und das Computerprogramm gemäß den nebengeordneten Ansprüchen vorgesehen.
Weitere Ausgestaltungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Gemäß einem ersten Aspekt ist ein Verfahren zum gleichzeitigen Ermitteln von mehreren verbrauchsbestimmenden Steuergrößen zum Betreiben eines Kraftfahrzeugs vorgesehen, das die folgenden Schritte umfasst:

– Bereitstellen einer Zielfunktion für ein Systemmodell für das Kraftfahrzeug, wobei das Systemmodell die den Antrieb des Kraftfahrzeugs betreffenden Komponenten als Energiespeicher, Energiewandler und Energieverbraucher beschreibt, die abhängig von den Steuergrößen durch Energieflüsse miteinander in Wechselwirkung stehen, wobei die Zielfunktion eine Bewertung einer von den mehreren Steuergrößen abhängigen Energieverbrauchsangabe über einen oder mehrere Streckenabschnitte oder Zeitabschnitte einer vorausliegenden Fahrstrecke zum Befahren der vorausliegenden Fahrstrecke darstellt; und
– Ermitteln der mehreren Steuergrößen durch ein Optimieren des Energieverbrauchs, indem die Zielfunktion mithilfe eines Optimierungsverfahrens minimiert wird.

Weiterhin können die mehreren verbrauchsbestimmenden Steuergrößen eine Drehmomentaufteilung bzw. Leistungsaufteilung, die die von jeder der mehreren Antriebseinheiten eines Hybridantriebssystems bereitzustellenden Teilmomente bzw. bereitzustellenden Teilleistungen angibt, und eine Geschwindigkeitsvorgabe für eine automatische Geschwindigkeitsregelung für das Kraftfahrzeug umfassen.
Eine Idee des obigen Verfahrens besteht darin, für einen energieoptimierten Betrieb des Kraftfahrzeugs eine Zielfunktion (Kostenfunktion) basierend auf einer Energiebilanz hinsichtlich verbrauchsbestimmender Steuergrößen, wie z. B. einer Drehmomentaufteilung zwischen den von mehreren Antrieben des Antriebssystems bereitgestellten (bzw. aufgenommenen) Teilmomenten bzw. einer Leistungsaufteilung zwischen den von mehreren Antrieben des Antriebssystems bereitgestellten (bzw. aufgenommenen) Teilleistungen und einer Geschwindigkeitsvorgabe des Kraftfahrzeugs, über eine vorbestimmte vorausliegende Wegstrecke zu optimieren. Auf diese Weise kann der Energieverbrauch hinsichtlich der mehreren verbrauchsbestimmenden Steuergrößen, d. h. hinsichtlich sowohl der Momentenaufteilung/Leistungsaufteilung als auch hinsichtlich der gewählten Geschwindigkeitsvorgabe, reduziert bzw. minimiert werden. Dies ist gegenüber dem bisherigen Ansatz, die Freiheitsgrade der mehreren verbrauchsbestimmenden Steuergrößen in getrennten Algorithmen zu optimieren, vorteilhaft, da das obige Verfahren es ebenfalls ermöglicht, Wechselwirkungen zwischen beiden Freiheitsgraden, die zu einer Verbrauchseinsparung führen können, zu berücksichtigen.
Durch die Zielfunktion, die auf einer Energiebilanz von Energiespeichern, Energiewandlern und Energieverbrauchern basiert, können die Freiheitsgrade der verbrauchsbestimmenden Steuergrößen, wie z. B. der Drehmomentaufteilung/Leistungsaufteilung zwischen mehreren Antriebseinheiten und der Geschwindigkeitsvorgabe, gemeinsam berücksichtigt werden. Insbesondere können die Komponenten des Fahrzeugs als Energiespeicher und Energiewandler betrachtet werden, wobei die Vorgaben des obigen Verfahrens nur aus einem Netzwerk bzw. einer Verknüpfung der den Komponenten zugeordneten Energie- bzw. Verbrauchsfunktionen aufgebaut sind. Dadurch ist das obige Verfahren auf beliebige Fahrzeug- bzw. Antriebstopologien übertragbar.
Insbesondere ist vorteilhaft, dass weitere Energiespeicher, Energiewandler und Energieverbraucher in das Energiemodell durch Aufnahme in die Energiebilanz integriert werden können, da durch die Energiebilanz eine standardisierte Schnittstelle für eine Erweiterung zur Verfügung steht. Dadurch ist eine Änderung des Fahrzeugmodells in einfacher Weise durch eine Ergänzung der Energiebilanz bzw. des Energiemodells umsetzbar.
Durch das Anwenden des Optimierungsverfahrens auf eine Zielfunktion, die eine vorausliegende Wegstrecke berücksichtigt, können optimierte Werte für die Drehmomentaufteilung/Leistungsaufteilung und die Geschwindigkeitsvorgabe für den vorausliegenden Streckenabschnitt erhalten werden.
Zusätzlich können weitere Freiheitsgrade thermischer und weiterer energetisch relevanter Komponenten betrachtet und zusätzlich, d. h. gleichzeitig, mit der Drehmomentaufteilung/Leistungsaufteilung und der Geschwindigkeitsvorgabe optimiert werden.
Des Weiteren können in dem Systemmodell die Energiespeicher zusätzlich mit einer minimalen und einer maximalen Energiekapazität beschreibbar sein, die jeweils von Parametern der vorausliegenden Fahrstrecke abhängen und die beim Optimieren des Energieverbrauchs mithilfe des Optimierungsverfahrens berücksichtigt werden.
Insbesondere kann die Zielfunktion einer Summe von Energiekosten jedes der in dem Energiemodell beschriebenen Energiewandler über alle Streckenabschnitte der betrachteten vorausliegenden Fahrstrecke entsprechen.
Es kann vorgesehen sein, dass die Energiekosten eines Energiewandlers durch Fixkosten und variable Kosten bestimmt werden.
Eine vorausliegende Fahrstrecke kann durch Parameter für einen oder mehrere Streckenabschnitte beschrieben werden, wobei die Parameter mindestens eine der folgenden Größen umfassen:

– eine minimale Fahrgeschwindigkeit (minimal zulässige Geschwindigkeit oder empfohlene Mindestgeschwindigkeit);
– eine maximale Fahrgeschwindigkeit (maximal zulässige Geschwindigkeit oder empfohlene Richtgeschwindigkeit); und
– eine Angabe über eine Steigung oder ein Gefälle.

Weiterhin kann das Optimieren zyklisch, insbesondere nach jedem Befahren eines der Streckenabschnitte bzw. Fahren für einen der Zeitabschnitte, mit einer von der aktuellen Fahrzeugposition ausgehenden vorausliegenden Fahrstrecke mit entsprechenden Streckenabschnitten erneut durchgeführt werden.
Gemäß einem weiteren Aspekt ist eine Vorrichtung, insbesondere ein Steuergerät, zum gleichzeitigen Ermitteln von mehreren verbrauchsbestimmenden Steuergrößen zum Betreiben eines Kraftfahrzeugs vorgesehen, wobei die Vorrichtung ausgebildet ist, um:

– eine Zielfunktion für ein Systemmodell für das Kraftfahrzeug bereitzustellen, wobei das Systemmodell die den Antrieb des Kraftfahrzeugs betreffenden Komponenten als Energiespeicher, Energiewandler und Energieverbraucher beschreibt, die abhängig von den Steuergrößen durch Energieflüsse miteinander in Wechselwirkung stehen, wobei die Zielfunktion eine Bewertung einer von den mehreren Steuergrößen abhängigen Energieverbrauchsangabe über einen oder mehrere Streckenabschnitte oder Zeitabschnitte einer vorausliegenden Fahrstrecke zum Befahren der vorausliegenden Fahrstrecke darstellt; und
– die mehreren Steuergrößen durch ein Optimieren des Energieverbrauchs zu ermitteln, indem die Zielfunktion mithilfe eines Optimierungsverfahrens minimiert wird.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen
Ausführungsformen werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
1 ein Steuersystem für ein Kraftfahrzeug mit einem Hybridantriebssystem;
2 ein Blockdiagramm für ein Energiemodell mit einer P2-Hybridtopologie für ein Hybridantriebssystem mit Verbrennungsmotor und Elektromotor an einem gemeinsamen Abtriebsstrang; und
3 ein Flussdiagramm zur Veranschaulichung eines Verfahrens zum Optimieren eines Energieverbrauchs des Kraftfahrzeugs.
Beschreibung von Ausführungsformen
In 1 ist ein Steuersystem 20 für ein Kraftfahrzeug mit einem Hybridantriebssystem dargestellt. Das Steuersystem 20 weist ein Steuergerät 21 auf, das Daten über eine vorausliegende Fahrstrecke als elektronischen Horizont z. B. von eifern Fahrerassistenzsystem oder Navigationssystem 22 erhält. Die Daten über die vorausliegende Fahrstrecke können ein Fahrgeschwindigkeitsband mit einer bevorzugten minimalen und maximalen Fahrgeschwindigkeit, eine Steigung und weitere den Energiebedarf zum Befahren dieser Fahrstrecke beschreibende Informationen enthalten. Das Steuergerät 21 ermittelt gemäß nachstehend beschriebenen Systemmodell aus der vorausliegenden Fahrstrecke für in der vorausliegenden Fahrstrecke enthaltene Streckenabschnitte bzw. Zeitabschnitte jeweils eine Geschwindigkeitsvorgabe für eine Geschwindigkeitsregelung 23 und eine Angabe über eine Drehmomentaufteilung zwischen dem von einem Verbrennungsmotor und einem Elektroantrieb 25 bereitgestellten Drehmoment bzw. eine Angabe über eine Leistungsaufteilung zwischen den von einem Verbrennungsmotor und dem Elektroantrieb 25 bereitgestellten Teilleistungen. Diese kann einem Hybridantriebssteuergerät 24 zugeführt werden, das entsprechende Vorgaben an einen Elektroantrieb 25 und einen Verbrennungsmotor 26 bereitstellt.
2 zeigt schematisch ein Energiemodell 1 (Systemmodell), das die Energieflüsse zwischen den Komponenten eines Antriebssystems in P2-Topologie beschreibt. Bei der P2-Topologie für ein Kraftfahrzeug sind ein Verbrennungsmotor 26 und ein Elektroantrieb 25 über eine erste Kupplung miteinander und über eine zweite Kupplung mit einem Getriebe bzw. Abtriebsstrang gekoppelt, das bzw. der Räder an einer Antriebsachse des Kraftfahrzeugs antreibt. Der Verbrennungsmotor 26 bezieht die zum Betrieb notwendige Energie aus einem Kraftstofftank und der Elektroantrieb 25 bezieht elektrische Energie aus einem elektrischen Energiespeicher. Weiterhin können Nebenverbraucher mit Energie aus dem elektrischen Energiespeicher betrieben werden.
Bei dem Energiemodell 1 werden die Komponenten als Energiespeicher, Energiewandler oder Energieverbraucher betrachtet. Das Energiemodell 1 beschreibt also die den Antrieb des Kraftfahrzeugs betreffenden Komponenten als Energiespeicher, Energiewandler und Energieverbraucher. Energiespeicher, wie der Kraftstofftank für den Verbrennungsmotor, die kinetische Energie des Fahrzeugs, die kinetische Energie des Abtriebsstrangs sowie der elektrische Energiespeicher für den Elektroantrieb und dergleichen, werden als Rechtecke dargestellt. Weiterhin werden Energiewandler wie Verbrennungsmotor, Elektroantrieb, Getriebe und dergleichen als Raute dargestellt und Energieverbraucher wie z. B. Fahrwiderstand und Nebenaggregate als Rechtecke mit abgerundeten Ecken.
Als Energiespeicher werden alle Komponenten bezeichnet, die zur Speicherung von Energie in der Lage sind. Diese sind in dem in 2 gezeigten Energiemodell 1 dargestellt als Kraftstofftankblock 2 zur Speicherung chemischer Energie, als Batterieblock 3 zur Speicherung elektrischer Energie, als Abtriebsstrangblock 4 zur Speicherung mechanischer Energie und als Fahrzeugblock 5 zur Speicherung mechanischer Energie in Form von kinetischer und potenzieller Energie, die das Fahrzeug in Form von Geschwindigkeit und Höhe aufweist und zum Fahren, /Rollen bzw. Rekuperieren nutzen kann.
Darüber hinaus können weitere Energiespeicher, wie z. B. ein Wärmespeicher für im Motorblock gespeicherte Wärmeenergie, die zum Heizen verwendet werden kann, in dem Energiemodell 1 ebenfalls berücksichtigt werden.
Für die Bestimmung eines Energieverbrauchs beim Befahren eines vorausliegenden Streckenabschnitts bzw. beim Fahren einer einem Zeitabschnitt entsprechenden vorausliegenden Zeitdauer kann jedem Energiespeicher abhängig von dem betrachteten Strecken- bzw. Zeitabschnitt jeweils ein minimaler und ein maximaler Speicherzustand zugeordnet werden. Dies entspricht für jeden Strecken- bzw. Zeitabschnitt bei dem elektrischen Energiespeicher einem minimalen und einem maximalen Ladezustand, die dem Batterieblock 3 zugeordnet sind, bei dem Fahrzeugblock 5 einer minimalen und einer maximalen erlaubten Geschwindigkeit und so weiter.
Als Energiewandler werden alle Komponenten bezeichnet, die zur Umwandlung von Energie in der Lage sind. Die Energiewandler sind ausgewählt, um eine Energieform in eine andere umzuwandeln, zum Beispiel chemische, mechanische, elektrische oder thermische Energie. Energiewandler können auch eine Energieform auf ein anderes Niveau wandeln. Die Energiewandler sind in dem in 2 gezeigten Energiemodell 1 dargestellt als Verbrennungsmotorblock 6 zur Wandlung chemischer Energie in mechanische Energie, als Elektroantriebsblock 7 zur Wandlung elektrischer Energie in mechanische Energie, als Getriebeblock 8 zur Wandlung mechanischer Energie bei einer Drehzahl in mechanische Energie in einer anderen Drehzahl, als Fahrzeugwandler 12 zur Wandlung der kinetischen Energie des Fahrzeugs durch Reibung und Luftwiderstand in Wärmeenergie und als DC/DC-Wandler 9 zur Wandlung elektrischer Energie in eine andere Spannung.
Die Energieflüsse in dem Energiemodell 1 sind als Pfeile dargestellt und geben die Richtung des Energieflusses an. Da der Elektroantrieb 25 als Energiewandler auch kinetische bzw. mechanische Energie des Abtriebsstrangs in elektrische Energie umwandeln kann, ist von dem Abtriebsstrangblock 4 auch eine Energieflussrichtung in Richtung des Batterieblocks 3 dargestellt. Des Weiteren kann ein Energiefluss von der Bewegungsenergie des Kraftfahrzeugs zu dem Abtriebsstrang durch eine entsprechende Pfeilrichtung zwischen dem Fahrzeugblock 5 und dem Abtriebsstrangblock 4 angegeben werden.
Als Verbraucher werden alle Komponenten bezeichnet, die Energie aufnehmen. Diese sind in dem in 1 gezeigten Energiemodell 1 dargestellt als Nebenverbraucherblock 10, der beispielsweise Beleuchtung, Multimediasystem und dergleichen abbilden kann, sowie als Fahrwiderstandsblock 11, der die Luft- und Reibungswiderstände des Kraftfahrzeugs abbildet.
Zum Zusammenführen der Energiewandler Verbrennungsmotor 26 und Elektroantrieb 25 wird der Antriebsstrang als Energiespeicher, idealerweise mit einer Speicherkapazität von 0, betrachtet. Bei einem alternativen Energiemodell 1 zur Beschreibung einer Antriebstopologie entsprechend einer Achsen-Split-Topologie wird auf den Abtriebsstrangblock 4 verzichtet und die Energieflüsse der Energiewandler Verbrennungsmotor 26 (Verbrennungsmotorblock 6) und Elektroantrieb 25 (Elektroantriebsblock 7) wirken direkt auf den Fahrzeugblock 5.
Allen Energiewandlern sind jeweils ein Wirkungsgrad, der die bei der Wandlung ungenutzte Energie bzw. den Energieverlust bei der Wandlung beschreibt, sowie eine maximal wandelbare Energiemenge auf den vorausliegenden Strecken- bzw. Zeitabschnitten zugeordnet. Zusätzlich kann jedem Energiewandler eine festgelegte nicht-variable Energiemenge für die Nutzung des Energiespeichers auf einem Streckenabschnitt zugeordnet werden, um z. B. Leerlaufverbräuche von Verbrennungsmotoren oder ähnliches zu berücksichtigen. Aus dem aus Energiespeichern, Energiewandlern und Energieverbrauchern gebildeten Energiemodell 1 kann eine Zielfunktion für eine Energiespeicheroptimierung ermittelt werden, das bei Lösung die optimalen Entscheidungen für den Betrieb des jeweiligen Energiemodells für jeden Zeitschritt des gegebenen Streckenabschnitts berechnet. Zusätzlich kann die Zielfunktion Nebenbedingungen enthalten, die z. B. Anfangs- und/oder Endzustände von in Energiespeichern, Energiewandlern und/oder Energieverbrauchern gespeicherten Energiemengen z. B. am Anfang bzw. Ende eines Streckenabschnitts angeben. Weitere Nebenbedingungen können beispielsweise dazu dienen, maximale Leistungen einzelner Komponenten zu berücksichtigen.
Abhängig von verbrauchsrelevanten Steuergrößen durch miteinander in Wechselwirkung stehenden Energieflüsse beschreibt die Zielfunktion den gesamten Energieverbrauch über die Streckenabschnitte der vorausliegenden Fahrstrecke bzw. über die Zeitabschnitte zum Befahren der vorausliegenden Fahrstrecke. Die verbrauchsrelevanten Steuergrößen sind im vorliegenden Ausführungsbeispiel eine Drehmomentaufteilung zwischen mehreren Antriebseinheiten und eine Geschwindigkeitsvorgabe für eine automatische Geschwindigkeitsregelung 23. Die Zielfunktion stellt damit eine Bewertung eines Energieverbrauchs dar, der von den mehreren verbrauchsrelevanten Steuergrößen abhängt.
Wenn Energiewandler von einer Energiequelle (Kraftstofftank oder elektrischer Energiespeicher) ausgehen bzw. von dieser Energie beziehen, fallen für die Wandlung variable Kosten VK und Fixkosten FK an, deren Summe über die betrachteten Strecken- bzw. Zeitabschnitte in der Zielfunktion der Energiespeicheroptimierung minimiert wird. Variable Kosten VK sind für jeden Streckenabschnitt und jeden Energiewandler definiert. Sie entsprechen einer Kostenangabe pro umgewandelter Energieeinheit EH (zum Beispiel Joule). Damit kann das Verhältnis der Energiekosten für verschiedene Energiequellen berücksichtigt werden. Fixkosten FK können bei bestimmten Energiewandlern, wie beispielsweise bei einem Verbrennungsmotor im Leerlauf, auftreten und den absoluten Eigenverbrauch pro Nutzungseinheit NE, wie beispielsweise pro Zeiteinheit modellieren.
Eine Zielfunktion, die die Energiewandler des Gesamtsystems berücksichtigt, kann für mehrere Streckenabschnitte der vorausliegenden Fahrstrecke also allgemein wie folgt beschrieben werden:
Diese Zielfunktion kann für die Energiespeicheroptimierung mithilfe eines Optimierungsverfahrens minimiert werden. Weiterhin können die Nebenbedingungen formuliert werden, die die Einhaltung der Speichergrenzen sicherstellen, den Eigenverbrauch der Energieverbraucher und die maximal wandelbare Energiemenge der Energiewandler beschreiben. Die Optimierung der Zielfunktion (Minimierung einer entsprechenden Kostenfunktion) unter Berücksichtigung der definierten Nebenbedingungen stellt ein Optimierungsmodell dar, das von herkömmlichen Optimierungsverfahren gelöst werden kann. Das auszuführende Optimierungsverfahren kann an gegebene Hardware-Voraussetzungen angepasst werden.
Eine Lösung kann beispielsweise mithilfe eines Mixed-Integer-Optimierungsverfahrens gefunden werden. Das Ergebnis der Optimierung ist dann eine optimierte Kombination der Freiheitsgrade Drehmomentaufteilung/Leistungsaufteilung und Geschwindigkeitsvorgabe für die Fahrzeuggeschwindigkeit. Dadurch werden die optimalen Speicherzustände für jeden Energiespeicher am Ende jedes Strecken- bzw. Zeitabschnitts sowie die zugehörigen Energieflüsse durch jeden der Energiewandler für jeden Strecken- bzw. Zeitabschnitt, der zu der Minimierung der Zielfunktion führt, bestimmt.
Insbesondere wird das Verfahren angewandt, indem eine vorausliegende Fahrstrecke betrachtet wird, die als elektronischer Horizont mit geeigneten Parametern, wie beispielsweise Steigung, Geschwindigkeitsvorgaben und dergleichen, bereitgestellt wird. Diese vorausliegende Fahrstrecke wird in Strecken- bzw. Zeitabschnitte unterteilt und entsprechend einer Optimierung der Geschwindigkeitsvorgabe und der Drehmomentaufteilung/Leistungsaufteilung, wie oben beschrieben, optimiert. Anschließend wird das Fahrzeug auf dem befahrenen Streckenabschnitt bzw. in dem momentanen Zeitabschnitt entsprechend der Drehmomentaufteilung/Leistungsaufteilung und Geschwindigkeitsvorgabe betrieben.
Die obige Berechnung wird zyklisch durchgeführt, beispielsweise wird das Optimierungsverfahren nach Befahren eines Streckenabschnitts der vorausliegenden Fahrstrecke bzw. nach Befahren der vorausliegenden Fahrstrecke für eine bestimmte Zeitdauer erneut berechnet, wobei sich die durch den elektronischen Horizont vorgegebenen Parameter der vorausliegenden Fahrstrecke an der neuen Position des Kraftfahrzeugs orientieren. Mit anderen Worten wird ausgehend von der aktuellen Fahrzeugposition die vorausliegende Fahrstrecke erneut in Strecken- bzw. Zeitabschnitte unterteilt und die Optimierung erneut durchgeführt. Somit wird eine Optimierung der Geschwindigkeitsvorgabe bzw. der Drehmomentaufteilung/Leistungsaufteilung stets unter Berücksichtigung einer vorausliegenden Fahrstrecke vorgenommen.
Das obige Optimierungsverfahren hat den Vorteil, dass es beliebig skalierbar ist und weitere Energiespeicher, Energiewandler und Energieverbraucher hinzugefügt werden können, die in die bereitgestellte Zielfunktion einfließen.
In 3 ist anhand eines Flussdiagramms ein Verfahren zum gleichzeitigen Ermitteln der Drehmomentaufteilung/Leistungsaufteilung und der Geschwindigkeitsvorgabe dargestellt.
In Schritt S1 wird eine Zielfunktion und ggfs. Nebenbedingungen für ein Systemmodell 1 für ein Kraftfahrzeug bereitgestellt.
In Schritt S2 wird der Energieverbrauch durch Minimieren der Zielfunktion mithilfe eines Optimierungsverfahrens bezüglich der mehreren Steuergrößen optimiert.
In einem nachfolgenden Schritt S3 werden jeweils die Drehmomentaufteilung/Leistungsaufteilung durch ein Hybridantriebssteuergerät 24 oder dergleichen und die Geschwindigkeitsvorgabe entsprechend in einer Geschwindigkeitsregelung 23 umgesetzt.
In Schritt S4 wird abgewartet, bis ein Streckenabschnitt der vorausliegenden Fahrstrecke befahren worden ist oder bis ein vorgegebener Zeitabschnitt zum Befahren der vorausliegenden Fahrstrecke verstrichen ist. Ist dies der Fall, so wird das Verfahren mit einem Rücksprung zu Schritt S1 erneut durchgeführt.
Die Berechnung des Optimierungsverfahrens kann in dem Steuergerät 21 in Software oder Hardware ausgeführt werden. Es kann weiterhin auch in einem Fahrerassistenzsystem bzw. Navigationssystem 22 oder außerhalb des Kraftfahrzeugs in einer zentralen Recheneinheit oder einem Mobilgerät ausgeführt werden, die mit dem Kraftfahrzeug über eine Funkverbindung in Verbindung steht.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 2004/0068359 A1 [0003]

Claims

Verfahren zum Ermitteln von mehreren verbrauchsbestimmenden Steuergrößen zum Betreiben eines Kraftfahrzeugs, mit folgenden Schritten: – Bereitstellen einer Zielfunktion für ein Systemmodell (1) für das Kraftfahrzeug, wobei das Systemmodell (1) die den Antrieb des Kraftfahrzeugs betreffenden Komponenten als Energiespeicher, Energiewandler und Energieverbraucher beschreibt, die abhängig von den mehreren Steuergrößen durch Energieflüsse miteinander in Wechselwirkung stehen, wobei die Zielfunktion eine Bewertung einer von den mehreren Steuergrößen abhängigen Energieverbrauchsangabe über einen oder mehrere Streckenabschnitte oder Zeitabschnitte einer vorausliegenden Fahrstrecke zum Befahren der vorausliegenden Fahrstrecke darstellt; und – Ermitteln der mehreren Steuergrößen durch ein Optimieren des Energieverbrauchs, indem die Zielfunktion mithilfe eines Optimierungsverfahrens minimiert wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die mehreren verbrauchsbestimmenden Steuergrößen eine Drehmomentaufteilung, die die von jeder von mehreren Antriebseinheiten eines Hybridantriebssystems bereitzustellenden Teilmomente angibt, oder eine Leistungsaufteilung, die die von jeder von mehreren Antriebseinheiten eines Hybridantriebssystems bereitzustellenden Teilleistungen angibt, und eine Geschwindigkeitsvorgabe für eine automatische Geschwindigkeitsregelung (23) für das Kraftfahrzeug umfassen.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei in dem Systemmodell (1) die Energiespeicher zusätzlich mit einer minimalen und einer maximalen Energiekapazität beschreibbar sind, die jeweils von Parametern der vorausliegenden Fahrstrecke abhängen und die beim Optimieren des Energieverbrauchs mithilfe des Optimierungsverfahrens berücksichtigt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Zielfunktion einer Summe von Energiekosten jedes der in dem Energiemodell (1) beschriebenen Energiewandler über alle Streckenabschnitte der betrachteten vorausliegenden Fahrstrecke entspricht.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei die Energiekosten eines Energiewandlers durch Fixkosten und variable Kosten bestimmt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei eine vorausliegende Fahrstrecke durch Parameter für einen oder mehrere Streckenabschnitte beschrieben wird, wobei die Parameter mindestens eine der folgenden Größen umfassen: – eine minimale Fahrgeschwindigkeit; – eine maximale Fahrgeschwindigkeit; und – eine Angabe über eine Steigung oder ein Gefälle.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei das Optimieren zyklisch, insbesondere nach jedem Befahren eines der Streckenabschnitte bzw. Fahren für einen der Zeitabschnitte, mit einer von der aktuellen Fahrzeugposition ausgehenden vorausliegenden Fahrstrecke mit entsprechenden Streckenabschnitten erneut durchgeführt wird.
Computerprogramm, welches dazu eingerichtet ist, das Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7 auszuführen.
Maschinenlesbares Speichermedium, auf welchem ein Computerprogramm nach Anspruch 8 gespeichert ist.
Steuergerät (21), welche dazu eingerichtet ist, das Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7 auszuführen.