DE102014219216A1 - Method and device for the anticipatory operation of a motor vehicle - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Kraftfahrzeugs (1) mit einem hybriden Antriebssystem (2), mit folgenden Schritten: – Bereitstellen (S1) von Informationen über Streckenabschnitte einer am wahrscheinlichsten zu befahrenden Fahrstrecke; – Durchführen (S2) einer ersten Optimierung, wobei ein gesamter Energieverbrauch basierend auf einer ersten Kostenfunktion minimiert wird, wobei Soll-Fahrzeuggeschwindigkeiten (νsoll) zum Befahren der Streckenabschnitte der am wahrscheinlichsten zu befahrenden Fahrstrecke bestimmt werden; – Durchführen (S3) einer zweiten Optimierung, wobei für einen oder mehrere der Streckenabschnitte der Fahrstrecke für die in der ersten Optimierung bestimmten Soll-Fahrzeuggeschwindigkeiten (νsoll) die Lastverteilung (LV) zwischen den Antriebseinheiten (3, 4) des hybriden Antriebssystems (2) hinsichtlich des gesamten Energieverbrauchs optimiert wird; und – Betreiben des Kraftfahrzeugs basierend auf der Soll-Fahrzeuggeschwindigkeit (νsoll) und basierend auf der Lastverteilung (LV) für den momentan befahrenen Streckenabschnitt.The invention relates to a method for operating a motor vehicle (1) with a hybrid drive system (2), comprising the following steps: - providing (S1) information about sections of a route most likely to be traveled; - performing (S2) a first optimization, wherein a total energy consumption is minimized based on a first cost function, wherein target vehicle speeds (νsoll) are determined for driving on the sections of the route most likely to be traveled; Performing (S3) a second optimization, wherein the load distribution (LV) between the drive units (3, 4) of the hybrid drive system (2) for one or more of the route sections for the target vehicle speeds (νsoll) determined in the first optimization optimized in terms of total energy consumption; and - operating the motor vehicle based on the target vehicle speed (νsoll) and based on the load distribution (LV) for the currently traveled route section.

Description

Technisches GebietTechnical area

Die Erfindung betrifft Geschwindigkeitsregelungen für Kraftfahrzeuge, insbesondere basierend auf einer vorausschauenden Betrachtung der zu befahrenden Fahrstrecke. Weiterhin betrifft die vorliegende Erfindung Verfahren zum Bestimmen einer Leistungsaufteilung bei hybriden Antriebssystemen.The invention relates to speed controls for motor vehicles, in particular based on a foresighted consideration of the route to be traveled. Furthermore, the present invention relates to methods for determining power distribution in hybrid propulsion systems.

Stand der TechnikState of the art

Es ist bekannt, dass zur Reduzierung des Kraftstoffverbrauchs bzw. des Energieverbrauchs eines kraftfahrstoffbetriebenen Kraftfahrzeugs die vorausliegende Fahrstrecke berücksichtigt wird und für Streckenabschnitte der zu befahrenden Fahrstrecke optimale Fahrgeschwindigkeiten für eine Geschwindigkeitsregelung vorgegeben werden. Dazu werden für die einzelnen Streckenabschnitte der vorausliegenden Fahrstrecke zusätzliche Informationen bereitgestellt, die Vorgaben für die in dem betreffenden Streckenabschnitt zulässigen Geschwindigkeiten sowie weitere den Kraftstoffverbrauch beeinflussende Streckenparameter angeben.It is known that in order to reduce the fuel consumption or the energy consumption of a motor vehicle driven by motor vehicles, the route ahead is taken into account and optimum driving speeds for a speed control are specified for sections of the route to be traveled. For this purpose, additional information is provided for the individual sections of the route lying ahead, which specify specifications for the speeds permissible in the relevant section of the route and other route parameters influencing the fuel consumption.

Bei Kraftahrzeugen mit hybriden Antriebssystemen besteht weiterhin ein Optimierungsbedarf hinsichtlich der Aufteilung der Leistung zwischen den verschiedenen Antriebseinheiten (Lastverteilung). Eine Optimierung der Soll-Fahrzeuggeschwindigkeit hinsichtlich des Optimierungsziels des Energieverbrauchs unter Berücksichtigung von möglichen Lastverteilungen für die Leistungen der Antriebseinheiten ist in der Regel aufgrund der begrenzten Rechenkapazität eines im Kraftfahrzeug verfügbaren Steuergeräts in Echtzeit bisher nicht möglich.In motor vehicles with hybrid drive systems, there is still a need for optimization with regard to the distribution of power between the various drive units (load distribution). An optimization of the target vehicle speed with respect to the optimization target of the energy consumption, taking into account possible load distributions for the performance of the drive units is usually not possible due to the limited computing capacity of a controller available in the motor vehicle in real time.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Erfindungsgemäß sind ein Verfahren zum Bestimmen einer Soll-Fahrzeuggeschwindigkeit und einer Lastverteilung für die Aufteilung von Leistungen für mehrere Antriebseinheiten eines hybriden Antriebssyystems gemäß Anspruch 1 sowie die Vorrichtung und das Kraftfahrzeug gemäß den nebengeordneten Ansprüchen vorgesehen.According to the invention, a method for determining a desired vehicle speed and a load distribution for the division of services for a plurality of drive units of a hybrid drive system according to claim 1 and the device and the motor vehicle according to the independent claims are provided.

Weitere Ausgestaltungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.Further embodiments are specified in the dependent claims.

Gemäß einem ersten Aspekt ist ein Verfahren zum Betreiben eines Kraftfahrzeugs mit einem hybriden Antriebssystems vorgesehen, mit folgenden Schritten:

  • – Bereitstellen von Informationen über Streckenabschnitte einer am wahrscheinlichsten zu befahrenden Fahrstrecke;
  • – Durchführen einer ersten Optimierung, wobei ein gesamter Energieverbrauch basierend auf einer ersten Kostenfunktion unter Vorgabe einer festgelegten oder (unter Berücksichtigung der nachgelagerten Lastverteilung) bekannten Lastverteilung zwischen Antriebseinheiten eines hybriden Antriebssystems minimiert wird, wobei Soll-Fahrzeuggeschwindigkeiten zum Befahren der Streckenabschnitte der am wahrscheinlichsten zu befahrenden Fahrstrecke bestimmt werden;
  • – Durchführen einer zweiten Optimierung, wobei für einen oder mehrere der Streckenabschnitte der Fahrstrecke für die in der ersten Optimierung bestimmten Soll-Fahrzeuggeschwindigkeiten die Lastverteilung zwischen den Antriebseinheiten des hybriden Antriebssystems hinsichtlich des gesamten Energieverbrauchs optimiert wird; und
  • – Betreiben des Kraftfahrzeugs basierend auf der Soll-Fahrzeuggeschwindigkeit und basierend auf der Lastverteilung für den momentan befahrenen Streckenabschnitt.
According to a first aspect, a method for operating a motor vehicle with a hybrid drive system is provided, comprising the following steps:
  • Providing information about sections of a most likely to travel route;
  • Performing a first optimization, wherein a total energy consumption is minimized based on a first cost function under specification of a fixed or known (taking into account the downstream load distribution) load distribution between drive units of a hybrid drive system, wherein target vehicle speeds for driving the sections of the most likely to be driven Driving distance to be determined;
  • Performing a second optimization, wherein for one or more of the route sections of the route for the target vehicle speeds determined in the first optimization, the load distribution between the drive units of the hybrid drive system is optimized with respect to the total energy consumption; and
  • - Operating the motor vehicle based on the target vehicle speed and based on the load distribution for the currently traveled route section.

Das obige Verfahren dient dazu, eine Soll-Fahrzeuggeschwindigkeit für ein Kraftfahrzeug mit einem hybriden Antriebssystem gemäß einem Energieverbrauch zu optimieren. Bei hybriden Antriebssystemen mit mehreren Antriebseinheiten besteht weiterhin ein Bedarf für die Festlegung einer Lastverteilung für die Aufteilung der von den verschiedenen Antriebseinheiten bereitgestellten Leistungen bzw. für die aus unterschiedlichen Energiespeichern zum Antreiben des Kraftfahrzeugs bezogene Leistung. Da sich sowohl die Soll-Fahrzeuggeschwindigkeit als auch die Lastverteilung sich jedoch unmittelbar auf den Energieverbrauch auswirken, ist es notwendig, für ein energieminimiertes Fahren des Kraftfahrzeugs sowohl die Soll-Fahrzeuggeschwindigkeit als auch die Lastverteilung für den zu fahrenden Streckenabschnitt vorzugeben.The above method is to optimize a target vehicle speed for a motor vehicle having a hybrid drive system according to power consumption. In the case of hybrid drive systems with a plurality of drive units, there continues to be a need for determining a load distribution for the division of the services provided by the various drive units or for the power obtained from different energy stores for driving the motor vehicle. However, since both the target vehicle speed and the load distribution have a direct effect on the energy consumption, it is necessary to specify both the target vehicle speed and the load distribution for the road section to be traveled for energy-minimized driving of the motor vehicle.

Das obige Verfahren ermöglicht es, das relativ rechenintensive, aus der Bestimmung des minimalen Energieverbrauchs für eine vorgegebene Fahrstrecke resultierende Optimierungsproblem schnell zu lösen, indem die Soll-Fahrzeuggeschwindigkeit und die Lastverteilung getrennt voneinander bestimmt werden. Dies erfolgt dadurch, dass zunächst eine Optimierung der Soll-Fahrzeuggeschwindigkeit basierend auf den Angaben über die vorausliegende Fahrstrecke ermittelt wird und anschließend basierend auf der ermittelten Soll-Fahrzeuggeschwindigkeit für zumindest den aktuellen Streckenabschnitt eine optimierte Lastverteilung ermittelt wird.The above method makes it possible to quickly solve the relatively computational problem resulting from the determination of the minimum energy consumption for a given route, by determining the target vehicle speed and the load distribution separately. This is done by first determining an optimization of the target vehicle speed based on the information about the preceding route and then based on the determined target vehicle speed for at least the current section an optimized load distribution is determined.

Dadurch, dass die Ermittlung der Lastverteilung zur Minimierung des Energieverbrauchs um den Freiheitsgrad der Bestimmung der Soll-Fahrzeuggeschwindigkeit eliminiert ist, kann das obige Verfahren besonders effizient mit geringem Ressourcenbedarf vorgenommen werden. Dies ermöglicht es, das obige Optimierungsverfahren online, d. h. in Echtzeit, im Kraftfahrzeug zu berechnen.By eliminating the determination of the load distribution to minimize the power consumption by the degree of freedom of the determination of the target vehicle speed, the above method can be performed particularly efficiently with a low resource requirement. This allows the above optimization method to be online, i. H. in real time, to calculate in the vehicle.

Weiterhin kann die am wahrscheinlichsten zu befahrende Fahrstrecke aus von einem Fahrer eingegebenen Navigationsdaten oder aus Erfahrungswerten basierend auf bereits befahrenen Fahrstrecken bestimmt werden.Furthermore, the route most likely to be traveled can be determined from navigation data input by a driver or from empirical values based on already traveled routes.

Gemäß einer Ausführungsform kann die Information über die sich aus der wahrscheinlichsten Fahrstrecke ergebenden Streckenabschnitte verbrauchsrelevante Streckenparameter beinhalten, insbesondere Angaben zu einer Streckensteigung bzw. -gefälle, zu einer Fahrbahnbeschaffenheit oder -art und/oder zu einer oder mehreren Geschwindigkeitsgrenzen umfassen.According to one embodiment, the information about the route sections resulting from the most probable route may include consumption-relevant route parameters, in particular information on a route gradient or gradient, on a roadway condition or type and / or on one or more speed limits.

Es kann vorgesehen sein, dass die erste Optimierung basierend auf einer vorgegebenen Lastverteilung oder basierend auf einer Lastverteilung durchgeführt wird, die für den zuletzt gefahrenen Streckenabschnitt zuvor ermittelt wurde.It can be provided that the first optimization is carried out based on a predetermined load distribution or based on a load distribution, which was previously determined for the last traveled section.

Insbesondere kann die erste Optimierung eine dynamische Programmierung, eine lineare Programmierung oder eine gemischte ganzzahlige Programmierung umfassen.In particular, the first optimization may include dynamic programming, linear programming, or mixed integer programming.

Weiterhin kann die zweite Optimierung mithilfe eines ECMS-Verfahren durchgeführt werden.Furthermore, the second optimization can be carried out using an ECMS method.

Die zweite Optimierung kann mithilfe einer zweiten Kostenfunktion durchgeführt werden, wobei ein Gewichtungsfaktor K als ein Verhältnis der Energiekosten zwischen den von der ersten und zweiten Antriebseinheit bereitgestellten Antriebsleistungen berücksichtigt und insbesondere in Abhängigkeit eines Ladezustands eines elektrischen Energiespeichers ist. Der Gewichtungsfaktor kann insbesondere auch von der Beschaffenheit der zukünftigen Strecke abhängen.The second optimization can be carried out with the aid of a second cost function, wherein a weighting factor K is taken into account as a ratio of the energy costs between the drive powers provided by the first and second drive units and, in particular, as a function of a state of charge of an electrical energy store. The weighting factor may in particular also depend on the nature of the future route.

Gemäß einem weiteren Aspekt ist eine Vorrichtung, insbesondere Fahrzeugsteuergerät, zum Betreiben eines Kraftfahrzeugs mit einem hybriden Antriebssystems vorgesehen, wobei die Vorrichtung ausgebildet ist, um:

  • – Informationen über Streckenabschnitte einer am wahrscheinlichsten zu befahrenden Fahrstrecke bereitzustellen;
  • – eine erste Optimierung durchzuführen, wobei ein gesamter Energieverbrauch basierend auf einer ersten Kostenfunktion minimiert wird, wobei Soll-Fahrzeuggeschwindigkeiten zum Befahren der Streckenabschnitte der am wahrscheinlichsten zu befahrenden Fahrstrecke bestimmt werden,
  • – eine anschließende zweite Optimierung durchzuführen, wobei für einen oder mehrere der Streckenabschnitte der Fahrstrecke für die in der ersten Optimierung bestimmten Soll-Fahrzeuggeschwindigkeiten die Lastverteilung zwischen den Antriebseinheiten des hybriden Antriebssystems hinsichtlich des gesamten Energieverbrauchs optimiert wird,
  • – das Kraftfahrzeug basierend auf der Soll-Fahrzeuggeschwindigkeit und basierend auf der Lastverteilung für den momentan befahrenen Streckenabschnitt zu betreiben.
According to a further aspect, an apparatus, in particular a vehicle control unit, is provided for operating a motor vehicle having a hybrid drive system, wherein the apparatus is designed to:
  • To provide information about sections of a most likely to travel route;
  • Perform a first optimization, wherein a total energy consumption is minimized based on a first cost function, wherein target vehicle speeds are determined for driving on the sections of the route most likely to be traveled,
  • To perform a subsequent second optimization, wherein for one or more of the route sections of the route for the target vehicle speeds determined in the first optimization, the load distribution between the drive units of the hybrid drive system is optimized with respect to the total energy consumption,
  • - To operate the motor vehicle based on the target vehicle speed and based on the load distribution for the currently traveled route section.

Gemäß einem weiteren Aspekt ist ein Kraftfahrzeug mit einem hybriden Antriebssystem und der obigen Vorrichtung vorgesehen.According to another aspect, there is provided a motor vehicle having a hybrid drive system and the above apparatus.

Kurzbeschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings

Ausführungsformen werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:Embodiments are explained below with reference to the accompanying drawings. Show it:

1 eine schematische Darstellung eines Kraftfahrzeugs mit einem Steuergerät zur Vorgabe einer Soll-Fahrzeuggeschwindigkeit und eines Aufteilungsverhältnisses; 1 a schematic representation of a motor vehicle with a control unit for specifying a target vehicle speed and a division ratio;

2 einen möglichen Verlauf des Gewichtungsfaktors K abhängig von einem Ladezustand SOC eines elektrischen Energiespeichers; und 2 a possible course of the weighting factor K as a function of a state of charge SOC of an electrical energy store; and

3 ein Flussdiagramm zur Veranschaulichung des Verfahrens zum Betreiben des Kraftfahrzeugs. 3 a flowchart for illustrating the method for operating the motor vehicle.

Beschreibung von AusführungsformenDescription of embodiments

1 zeigt ein Kraftfahrzeug 1 mit einem hybriden Antriebssystem 2, das eine erste Antriebseinheit 3, beispielsweise einen Verbrennungsmotor, und eine zweite Antriebseinheit 4, beispielsweise einen Elektroantrieb, aufweist. Die erste Antriebseinheit 3 und die zweite Antriebseinheit 4 können gemeinsam oder separat ein Antriebsmoment, d. h. eine Antriebsleistung, über eine (nicht gezeigte) Abtriebswelle an Antriebsräder bereitstellen. 1 shows a motor vehicle 1 with a hybrid drive system 2 that is a first drive unit 3 , For example, an internal combustion engine, and a second drive unit 4 , For example, an electric drive has. The first drive unit 3 and the second drive unit 4 may collectively or separately provide a drive torque, ie a drive power, to drive wheels via an output shaft (not shown).

Der Verbrennungsmotor als erste Antriebseinheit 3 wird mit Kraftstoff als chemischer Energieträger über einen Kraftstofftank 6 versorgt. Der Elektroantrieb 4 als die zweite Antriebseinheit 4 wird mit elektrischer Energie aus einem elektrischen Energiespeicher 7 versorgt.The internal combustion engine as the first drive unit 3 is using fuel as a chemical fuel via a fuel tank 6 provided. The electric drive 4 as the second drive unit 4 is using electrical energy from an electrical energy storage 7 provided.

Das hybride Antriebssystem 2 umfasst weiterhin ein Hybridsteuergerät 5, um die erste Antriebseinheit 3 und die zweite Antriebseinheit 4 zum Bereitstellen eines jeweiligen Teilantriebsmoments anzusteuern.The hybrid drive system 2 further comprises a hybrid control device 5 to the first drive unit 3 and the second drive unit 4 to drive to provide a respective partial drive torque.

Es ist ein Fahrzeugsteuergerät 10 vorgesehen, das dem Hybridsteuergerät 5 eine Information über das bereitzustellende Antriebsmoment sowie eine Information über eine Lastverteilung angibt. Die Lastverteilung gibt eine Aufteilung der von den verschiedenen Antriebseinheiten 3, 4 bereitzustellenden Antriebsleistungen an. Das bereitzustellende Antriebsmoment ergibt sich als Stellgröße aus einer Geschwindigkeitsregelung 11, die in dem Steuergerät 10 oder separat dazu implementiert sein kann.It is a vehicle control unit 10 provided that the hybrid control unit 5 indicates information about the drive torque to be provided and information about a load distribution. The load distribution gives a breakdown of the different drive units 3 . 4 to be provided drive services. The drive torque to be provided results as a manipulated variable from a speed control 11 in the control unit 10 or implemented separately.

Die Geschwindigkeitsregelung 11 dient dazu, durch Bereitstellen einer Stellgröße an das Hybridsteuergerät 5 die Geschwindigkeit des Kraftafahrzeugs auf eine Soll-Fahrzeugsgeschwindigkeit zu regeln. Die Geschwindigkeitsregelung 11 kann ausgebildet sein, um abhängig von einer Regelabweichung der Fahrzeuggeschwindigkeit zu der Soll-Fahrzeuggeschwindigkeit νsoll als Stellgröße eine Angabe über das bereitzustellende Antriebsmoment an das Hybridsteuergerät 5 zu liefern.The speed control 11 serves this purpose by providing a manipulated variable to the hybrid control unit 5 to regulate the speed of the motor vehicle to a target vehicle speed. The speed control 11 can be designed to be dependent on a control deviation of the vehicle speed to the target vehicle speed v soll as a manipulated variable an indication of the drive torque to be provided to the hybrid control unit 5 to deliver.

Das Fahrzeugsteuergerät 10 steht mit einem Fahrstreckeninformationssystem 12, das in einem Navigationssystem enthalten sein kann, in Verbindung, das Informationen über die vorausliegende Fahrstrecke bereitstellt. Das Fahrstreckeninformationssystem 12 ermittelt basierend auf z. B. vom Fahrer bereitgestellten Navigationsdaten oder dergleichen eine Fahrstrecke, die mit größter Wahrscheinlichkeit von dem Kraftfahrzeug gefahren wird (wahrscheinlichste Fahrstrecke). Weiterhin kann die wahrscheinlichste Fahrstrecke in an sich bekannter Weise auch aus historischen Fahrdaten über bereits befahrene Fahrstrecken bestimmt werden.The vehicle control unit 10 stands with a route information system 12 that may be included in a navigation system that provides information about the route ahead. The route information system 12 determined based on z. B. provided by the driver navigation data or the like a route that is most likely driven by the vehicle (most likely route). Furthermore, the most probable route can also be determined in a manner known per se from historical driving data on already traveled routes.

Die wahrscheinlichste Fahrstrecke ist durch einen oder mehrere zusammenhängeneder Streckenabschnitte bestimmt. Das Fahrstreckeninformationssystem 12 stellt dem Fahrzeugsteuergerät 10 neben Angaben über die Streckenabschnitte auch kraftstoffverbrauchsrelevante Parameter für jeden der betreffenden Streckenabschnitte zur Verfügung.The most probable route is determined by one or more connections of the sections. The route information system 12 puts the vehicle control unit 10 In addition to information about the sections also fuel consumption relevant parameters for each of the relevant sections available.

Das Fahrstreckeninformationssystem 12 kann Teil eines Fahrerassistenzsystems oder Teil eines Navigationssystems sein. Das Fahrstreckeninformationssystem 12 greift auf einen Kartenspeicher zu, der Informationen über Streckenabschnitte bereitstellen kann.The route information system 12 may be part of a driver assistance system or part of a navigation system. The route information system 12 accesses a map store that can provide information about links.

Das Fahrzeugsteuergerät 10 umfasst eine Optimierungseinheit 13, der von dem Fahrstreckeninformationssystem 12 die Angaben über die Streckenabschnitte der Fahrstrecke einschließlich der kraftstoffverbrauchsrelevanten Parameter für jeden der Streckienabschnitte erhält.The vehicle control unit 10 includes an optimization unit 13 that of the route information system 12 the information about the route sections of the route including the fuel consumption relevant parameters for each of the stretch sections receives.

In Verbindung mit dem Flussdiagramm der 2 wird ein Verfahren zum Optimieren eines Betriebs eines Kraftfahrzeugs hinsichtlich des Energieverbrauchs beschrieben, das in der Optimierungseinheit 13 durchgeführt werden kann.In conjunction with the flowchart of 2 For example, a method for optimizing an operation of a motor vehicle with respect to the energy consumption involved in the optimization unit will be described 13 can be carried out.

In Schritt S1 werden Informationen über aneinandergrenzende Streckenabschnitte einer am wahrscheinlichsten zu befahrenden Fahrstrecke bereitgestellt. Die am wahrscheinlichsten zu befahrende Fahrstrecke ergibt sich aus zum Beispiel von einem Fahrer eingegebenen Navigationsdaten, aus Erfahrungswerten basierend auf in der Vergangenheit bereits befahrenen Fahrstrecken oder dergleichen.In step S1, information is provided about adjacent sections of a most likely to travel route. The most likely to be traveled route results from, for example, entered by a driver navigation data, based on experience based on previously traveled in the past routes or the like.

Die Information über die sich aus der wahrscheinlichsten Fahrstrecke ergebenden Streckenabschnitte beinhaltet verbrauchsrelevante. Streckenparameter, wie beispielsweise Angaben zu einer Streckensteigung bzw. -gefälle, zu einer Fahrbahnbeschaffenheit oder -art, wie z. B. Autobahn, Landstraße, Stadtstrecke, sowie Geschwindigkeitsgrenzen, die sich beispielsweise aus gesetzlichen Geschwindigkeitsvorgaben, Richtgeschwindigkeiten oder Kurvenradien ergeben. Weiterhin können Wettterinformationen, die z. B. Windverhältnisse oder Regenwahrscheinlichkeit betreffen, angegeben werden. The information about the route sections resulting from the most probable route includes consumption-relevant. Route parameters, such as information about a route gradient or gradient, to a road condition or type, such. As highway, highway, urban road, as well as speed limits, resulting for example from legal speed specifications, straightening speeds or curve radii. Furthermore, weather information that z. As wind conditions or probability of rain, are specified.

In Schritt S2 wird mit Hilfe einer Zielfunktion, die eine erste Kostenfunktion K1 für den Energieverbrauch angibt, eine erste Optimierung einer Soll-Fahrzeuggeschwindigkeit νsoll zum Befahren der Streckenabschnitte vorgenommen. Die erste Kostenfunktion K1 stellt eine Zielfunktion dar, die den Energieverbrauch für Geschwindigkeitstrajektorien über die Streckenabschnitte der betrachteten Fahrstrecke bestimmt. Mit anderen Worten betrifft die erste Kostenfunktion K1 die Summe der Energieverbrauche der einzelnen Streckenabschnitte abhängig von einer jeweiligen Geschwindigkeit mit der jeder der Streckenabschnitte befahren wird.In step S2, a first optimization of a target vehicle speed v soll for driving the route sections is undertaken with the aid of an objective function, which indicates a first cost function K1 for the energy consumption. The first cost function K1 represents an objective function which determines the energy consumption for speed trajectories over the route sections of the route in question. In other words, the first cost function K1 relates to the sum of the energy consumptions of the individual route sections depending on a respective speed with which each of the route sections is traveled.

Der durch die erste Kostenfunktion K1 bestimmte Energieverbrauch wird durch das Optimierungsverfahren minimiert.The energy consumption determined by the first cost function K1 is minimized by the optimization method.

Für eine Anzahl k von Streckenabschnitten bei zwei Antriebseinheiten gilt:

Figure DE102014219216A1_0002
wobei LV einer Lastverteilung als eine Aufteilung der Teilantriebsleistungen der Antriebseinheiten (Verhältnis der von den Antriebseinheiten jeweils bereitgestellten Antriebsleistungen) entspricht. Die Lastverteilung LV wird vorgegeben bzw. entsprechend einem Verhalten eines nachgelagerten Optimierungsverfahrens antizipiert.For a number k of track sections with two drive units:
Figure DE102014219216A1_0002
wherein LV corresponds to a load distribution as a division of the partial drive powers of the drive units (ratio of drive powers respectively provided by the drive units). The load distribution LV is specified or anticipated in accordance with a behavior of a downstream optimization method.

Weiterhin entsprechen L der zum Erreichen der Soll-Fahrzeuggeschwindigkeit v geforderten Antriebsleistung, g1, g2 den Energiekostenfunktionen für die einzelnen Antriebseinheiten basierend auf den geforderten Teilantriebsleistungen, n einem Index der den betreffenden Streckenabschnitt angibt und K einem Gewichtungsfaktor, der ein Energiekostenverhältnis für die Energieverbrauche beider Antriebseinheiten 3, 4 angibt.Furthermore, L corresponds to the drive power required to achieve the desired vehicle speed v, g1, g2 the energy cost functions for the individual drive units based on the required partial drive services, n an index of the relevant section section and K a weighting factor, the energy cost ratio for the energy consumption of both drive units 3 . 4 indicates.

Bei der ersten Optimierung kann von einer vorgegeben Lastverteilung LV ausgegangen werden, wobei die Lastverteilung z. B. durch ein Verhalten eines nachgelagerten Optimierungsverfahrens, wie z. B. einem ECMS-Verfahren, bestimmt werden kann. Alternativ kann von einer geschätzten Lastverteilung LV ausgegangen werden, der einer Lastverteilung LV entsprechen kann, wie sie für den zuletzt gefahrenen Streckenabschnitt zuvor ermittelt wurde.In the first optimization can be assumed by a given load distribution LV, the load distribution z. B. by a behavior of a downstream optimization method, such. As an ECMS method can be determined. Alternatively, an estimated load distribution LV can be assumed, which can correspond to a load distribution LV, as was determined previously for the last traveled section.

Gängige an sich bekannte Optimierungsverfahren für die erste Optimierung können eine dynamische Programmierung, lineare Programmierung oder gemischte ganzzahlige Programmierung umfassen. Die bereitgestellte erste Kostenfunktion K1 (Zielfunktion) basiert auf einem gesamten Energieverbrauch, der die aus der chemischen Energie des Kraftstoff gewonnene Antriebsleistung und die aus der elektrischen Energie des elektrischen Energiespeichers 7 gewonnene Antriebsleistung berücksichtigt. Dabei wird der Gewichtungsfaktor K, der u. a. vom Wirkungsgrad der Umsetzung der Kraftstoffenergie in elektrische Energie zwischen der chemischen und elektrischen Energie und deren Speicherung abhängt, berücksichtigt. Der gesamte Energieverbrauch entspricht einem Bedarf an in kinetische Energie umzusetzender Energie und berücksichtigt zudem, ob die kinetische Energie über die erste oder zweite Antriebseinheit 3, 4 bereitgestellt wird.Common initial optimization optimization methods known per se may include dynamic programming, linear programming, or mixed integer programming. The provided first cost function K1 (objective function) is based on a total energy consumption, the drive power obtained from the chemical energy of the fuel and that from the electrical energy of the electrical energy store 7 obtained drive power taken into account. In this case, the weighting factor K, which inter alia depends on the efficiency of the conversion of the fuel energy into electrical energy between the chemical and electrical energy and its storage, is taken into account. The total energy consumption corresponds to a demand for energy to be converted into kinetic energy and also takes into account whether the kinetic energy is transferred via the first or second drive unit 3 . 4 provided.

Im Schritt S3 wird in einer zweiten Optimierung die Lastverteilung LV für zumindest den aktuellen Streckenabschnitt bzw. über alle Streckenabschnitte der gesamten Fahrstrecke ermittelt. Diese Ermittlung wird basierend auf der im Schritt S2 ermittelte Soll-Fahrzeuggeschwindigkeit für zumindest den aktuellen Streckenabschnitt bzw. einer Trajektorie der ermittelten Soll-Fahrzeuggeschwindigkeiten νsoll über die Streckenabschnitte der gesamten Fahrstrecke durchgeführt.In step S3, in a second optimization, the load distribution LV is determined for at least the current route section or over all route sections of the entire route. This determination is carried out based on the target vehicle speed determined in step S2 for at least the current route section or a trajectory of the determined target vehicle speeds v soll over the route sections of the entire driving route.

Ein gängiges Optimierungsverfahren für die Lastverteilung entspricht einem ECMS-Verfahren (ECMS: Equivalent Consumption Minimization Strategy), das an sich bekannt ist. Das ECMS-Verfahren minimiert über die betrachteten Streckenabschnitte die Energiekosten gemäß einer zweiten Kostenfunktion K2. Die zweite Kostenfunktion K2 berücksichtigt für jeden betrachteten Streckenabschnitt die gewichtete Summe der Energieverbrauche zum Bereitstellen der durch die Lastverteilung vorgegebenen Teilantriebsleistungen der verschiedenen Antriebseinheiten 3, 4.A common optimization method for load balancing corresponds to an ECMS (equivalent consumption minimization strategy) method, which is known per se. The ECMS method minimizes the energy costs according to a second cost function K2 over the considered route sections. The second cost function K2 takes into account the weighted sum of the energy consumptions for each subsection considered for providing the partial drive powers of the various drive units predetermined by the load distribution 3 . 4 ,

Figure DE102014219216A1_0003
Figure DE102014219216A1_0003

Die zweite Kostenfunktion K2 für das ECMS-Verfahren berücksichtigt als Parameter in der Kostenfunktion den Gewichtungsfaktor K. Die Bestimmung des Gewichtungsfaktors K als Parameter der zweiten Kostenfunktion K2 hat dabei entscheidenden Einfluss auf den Kraftstoffverbrauch. Der Gewichtungsfaktor K kann gegebenenfalls vorausschauend angepasst werden, so dass der Ladezustand SOC des elektrischen Energiespeichers 6 ausgenutzt wird und gleichzeitig vorgegebene Ladegrenzen des elektrischen Energiespeichers eingehalten werden. Die Abhängigkeit kann beispielsweise vorsehen, dass der Gewichtungsfaktor K bei geringem Ladezustand des elektrischen Energiespeichers hoch ist, in Folge die Ladung des Energiespeichers steigt und dadurch eine minimale Ladung des elektrischen Energiespeichers 6 nicht unterschritten wird. In 3 ist beispielsweise ein möglicher Verlauf des Gewichtungsfaktors K abhängig von einem Ladezustand SOC des elektrischen Energiespeichers 6 dargestellt.The second cost function K2 for the ECMS method takes into account as a parameter in the cost function the weighting factor K. The determination of the weighting factor K as a parameter of the second cost function K2 has a decisive influence on the fuel consumption. If appropriate, the weighting factor K can be adjusted in a forward-looking manner, so that the state of charge SOC of the electrical energy store 6 is utilized and at the same time predetermined charging limits of the electrical energy storage device are maintained. The dependency can provide, for example, that the weighting factor K is high when the charge state of the electrical energy store is low, as a result of which the charge of the energy store increases and thereby a minimum charge of the electrical energy store 6 not fallen below. In 3 For example, is a possible course of the weighting factor K depending on a state of charge SOC of the electrical energy storage 6 shown.

Außerdem können vorausschauende Informationen über die zu fahrende Fahrstrecke einfließen, so dass zum Beispiel vor dem Beginn einer Fahrt dem elektrischen Energiespeicher Energie entnommen wird, so dass während der Fahrt das volle Rekuperationspotenzial ausgenutzt werden kann und der elektrische Energiespeicher 6 günstig wiederaufgeladen werden kann. Alternativ kann der Gewichtungsfaktor des ECMS-Verfahrens durch einfache Strategie, d. h. nur in Abhängigkeit des Ladezustands des elektrischen Energiespeichers 6 angepasst werden.In addition, forward-looking information about the route to be traveled can flow in, so that energy is taken from the electrical energy store, for example, before the start of a journey, so that the full recuperation potential can be utilized while driving and the electrical energy store 6 can be recharged cheaply. Alternatively, the weighting factor of the ECMS method by a simple strategy, ie only as a function of the state of charge of the electrical energy storage 6 be adjusted.

In Schritt S4 kann für den aktuellen Streckenabschnitt die für diesen ermittelte Soll-Fahrzeuggeschwindigkeit an die Geschwindigkeitsregelung 11 übermittelt werden und die entsprechende Lastverteilung LV an das Hybridsteuergerät 5 bereitgestellt werden. Anschließend werden die Verfahrensschritte wiederholt, so dass fortlaufend eine Optimierung über die gesamte Fahrstrecke erfolgt.In step S4, the setpoint vehicle speed determined for the current route section can be sent to the cruise control 11 are transmitted and the corresponding load distribution LV to the hybrid control unit 5 to be provided. Subsequently, the method steps are repeated, so that an optimization over the entire route takes place continuously.

Allgemein wird vorgeschlagen, das ursprüngliche Optimierungsproblem der Reduzierung des Energieverbrauchs durch Vorgabe eines bereitzustellenden Antriebsmoment bzw. einer bereitzustellenden Antriebsleistung und der Lastverteilung LV in zwei getrennten Optimierungsaufgaben, nämlich eine Optimierung der Soll-Fahrzeuggeschwindigkeit unter Vorgabe einer festgelegten Lastverteilung LV und eine Optimierung der Lastverteilung LV unter Annahme der Trajektorie der zuvor für die Streckenabschnitte bestimmten Soll-Fahrzeuggeschwindigkeiten. So kann der gesamte Rechenaufwand zur Lösung der Optimierungsaufgabe wesentlich verringert werden.In general, it is proposed that the original optimization problem of reducing the energy consumption by specifying a drive torque to be provided and the load distribution LV in two separate optimization tasks, namely an optimization of the target vehicle speed under specification of a fixed load distribution LV and optimization of the load distribution LV below Assumption of the trajectory of the target vehicle speeds previously determined for the route sections. Thus, the entire computational effort to solve the optimization task can be significantly reduced.

Für die Aufteilung der Leistung auf die verschiedenen Antriebseinheiten kann dabei das für hybride Antriebssysteme bereits bekannte ECMS-Verfahren verwendet werden, während für die Bestimmung der Soll-Fahrzeuggeschwindigkeiten über die gesamte Fahrstrecke herkömmliche Optimierungsverfahren, wie beispielsweise die dynamische Programmierung, angewendet werden können. Dies ermöglicht es, die Optimierungsaufgabe im Betrieb des Kraftfahrzeugs online, d. h. in einem in dem Kraftfahrzeug befindlichen Steuergerät, in Echtzeit zu lösen, so dass die Betriebsstrategie für das Kraftfahrzeug immer an die aktuell vorausliegende Fahrstrecke angepasst werden kann.For the distribution of power to the various drive units while the already known for hybrid drive systems ECMS method can be used while for the determination of the target vehicle speeds over the entire route conventional optimization methods, such as dynamic programming, can be applied. This makes it possible to optimize the optimization task during operation of the motor vehicle online, d. H. in a control unit located in the motor vehicle, to be released in real time, so that the operating strategy for the motor vehicle can always be adapted to the currently preceding driving route.

Claims (12)

Verfahren zum Betreiben eines Kraftfahrzeugs (1) mit einem hybriden Antriebssystem (2), mit folgenden Schritten: – Bereitstellen (S1) von Informationen über Streckenabschnitte einer am wahrscheinlichsten zu befahrenden Fahrstrecke; – Durchführen (S2) einer ersten Optimierung, wobei ein gesamter Energieverbrauch basierend auf einer ersten Kostenfunktion minimiert wird, wobei Soll-Fahrzeuggeschwindigkeiten (νsoll) zum Befahren der Streckenabschnitte der am wahrscheinlichsten zu befahrenden Fahrstrecke bestimmt werden; – Durchführen (S3) einer zweiten Optimierung, wobei für einen oder mehrere der Streckenabschnitte der Fahrstrecke für die in der ersten Optimierung bestimmten Soll-Fahrzeuggeschwindigkeiten (νsoll) die Lastverteilung (LV) zwischen den Antriebseinheiten (3, 4) des hybriden Antriebssystems (2) hinsichtlich des gesamten Energieverbrauchs optimiert wird; und – Betreiben des Kraftfahrzeugs basierend auf der Soll-Fahrzeuggeschwindigkeit (νsoll) und basierend auf der Lastverteilung (LV) für den momentan befahrenen Streckenabschnitt.Method for operating a motor vehicle ( 1 ) with a hybrid drive system ( 2 ), comprising the following steps: - providing (S1) information about sections of a route most likely to be traveled; - Performing (S2) a first optimization, wherein a total energy consumption is minimized based on a first cost function, wherein target vehicle speeds (ν soll ) are determined for driving on the sections of the most likely to be driven route; - performing (S3) a second optimization, wherein for one or more of the route sections of the route for the determined in the first optimization target vehicle speeds (ν soll ), the load distribution (LV) between the drive units ( 3 . 4 ) of the hybrid propulsion system ( 2 ) is optimized in terms of total energy consumption; and - operating the motor vehicle based on the target vehicle speed (ν soll) and based on the load distribution (LV) for the currently traveled route section. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die am wahrscheinlichsten zu befahrende Fahrstrecke aus von einem Fahrer eingegebenen Navigationsdaten oder aus Erfahrungswerten basierend auf bereits befahrenen Fahrstrecken bestimmt wird.The method of claim 1, wherein the most likely to be traveled route from determined by a driver navigation data or experience based on already traveled routes is determined. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Information über die sich aus der wahrscheinlichsten Fahrstrecke ergebenden Streckenabschnitte verbrauchsrelevante Streckenparameter beinhalten, insbesondere Angaben zu einer Streckensteigung bzw. -gefälle, zu einer Fahrbahnbeschaffenheit oder -art und/oder zu einer oder mehreren Geschwindigkeitsgrenzen umfassen.Method according to claim 1 or 2, wherein the information about the route sections resulting from the most probable route includes consumption-relevant route parameters, in particular information on a route gradient or gradient, on a roadway condition or type and / or on one or more speed limits. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die erste Optimierung basierend auf einer vorgegebenen Lastverteilung (LV) oder basierend auf einer Lastverteilung durchgeführt wird, die für den zuletzt gefahrenen Streckenabschnitt zuvor ermittelt wurde.Method according to one of claims 1 to 3, wherein the first optimization is carried out based on a predetermined load distribution (LV) or based on a load distribution, which was previously determined for the last traveled section. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die erste Optimierung eine dynamische Programmierung, eine lineare Programmierung oder eine gemischte ganzzahlige Programmierung umfasst.Method according to one of claims 1 to 4, wherein the first optimization comprises a dynamic programming, a linear programming or a mixed integer programming. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die zweite Optimierung mithilfe eines ECMS-Verfahren durchgeführt wird.Method according to one of claims 1 to 5, wherein the second optimization is carried out using an ECMS method. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die zweite Optimierung mithilfe einer zweiten Kostenfunktion (K2) durchgeführt wird, wobei ein Gewichtungsfaktor (K) als ein Verhältnis der Energiekosten zwischen den von der ersten und zweiten Antriebseinheit (3, 4) bereitgestellten Antriebsleistungen berücksichtigt und insbesondere in Abhängigkeit eines Ladezustands eines elektrischen Energiespeichers (7) ist.Method according to one of claims 1 to 6, wherein the second optimization is carried out by means of a second cost function (K2), wherein a weighting factor (K) as a ratio of energy costs between that of the first and second drive unit ( 3 . 4 ) provided drive power and in particular in dependence of a state of charge of an electrical energy storage ( 7 ). Vorrichtung, insbesondere Fahrzeugsteuergerät, zum Betreiben eines Kraftfahrzeugs (1) mit einem hybriden Antriebssystem (2), wobei die Vorrichtung ausgebildet ist, um: – Informationen über Streckenabschnitte einer am wahrscheinlichsten zu befahrenden Fahrstrecke bereitzustellen; – eine erste Optimierung durchzuführen, wobei ein gesamter Energieverbrauch basierend auf einer ersten Kostenfunktion (K1) minimiert wird, wobei Soll-Fahrzeuggeschwindigkeiten (νsoll) zum Befahren der Streckenabschnitte der am wahrscheinlichsten zu befahrenden Fahrstrecke bestimmt werden, – eine zweiten Optimierung durchzuführen, wobei für einen oder mehrere der Streckenabschnitte der Fahrstrecke für die in der ersten Optimierung bestimmten Soll-Fahrzeuggeschwindigkeiten (νsoll) die Lastverteilung (LV) zwischen den Antriebseinheiten (3, 4) des hybriden Antriebssystems (2) hinsichtlich des gesamten Energieverbrauchs optimiert wird, – das Kraftfahrzeug basierend auf der Soll-Fahrzeuggeschwindigkeit (νsoll) und basierend auf der Lastverteilung (LV) für den momentan befahrenen Streckenabschnitt zu betreiben.Device, in particular vehicle control device, for operating a motor vehicle ( 1 ) with a hybrid drive system ( 2 ), the device being designed to: provide information about sections of a most likely to travel route; Perform a first optimization, wherein a total energy consumption is minimized based on a first cost function (K1), wherein target vehicle speeds (ν soll ) are determined for driving on the sections of the most likely to travel route, - perform a second optimization, wherein for one or more of the route sections of the route for the target vehicle speeds (ν soll ) determined in the first optimization, the load distribution (LV) between the drive units ( 3 . 4 ) of the hybrid propulsion system ( 2 ) is optimized with respect to the total energy consumption, - to operate the motor vehicle based on the target vehicle speed (ν soll ) and based on the load distribution (LV) for the currently traveled route section. Kraftfahrzeug (1) mit einem hybriden Antriebssystem (2) und einer Vorrichtung nach Anspruch 11.Motor vehicle ( 1 ) with a hybrid drive system ( 2 ) and a device according to claim 11. Computerprogramm, welches dazu eingerichtet ist, alle Schritte eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 7 auszuführen.Computer program, which is set up to carry out all the steps of a method according to one of Claims 1 to 7. Maschinenlesbares Speichermedium, auf welchem ein Computerprogramm nach Anspruch 10 gespeichert ist.Machine-readable storage medium on which a computer program according to claim 10 is stored. Steuereinheit, welche ein maschinenlesbares Speichermedium nach Anspruch 11 aufweist.A control unit comprising a machine-readable storage medium according to claim 11.
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