DE102015111179A1

DE102015111179A1 - Verfahren und System zum Steuern eines Hybridfahrzeugs

Info

Publication number: DE102015111179A1
Application number: DE102015111179.9A
Authority: DE
Inventors: Brett T. Muller; Travis James Trippel
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2014-07-24
Filing date: 2015-07-10
Publication date: 2016-01-28
Anticipated expiration: 2035-07-11
Also published as: US9499157B2; CN105270392B; US20160023649A1; DE102015111179B4; CN105270392A

Abstract

Ein Verfahren zum Steuern eines Hybridfahrzeugs umfasst das folgende: (a) Empfangen von Routendaten für eine Fahrtroute; (b) Bestimmen eines Fahrprofils für die Fahrtroute auf der Grundlage der Routendaten und von Fahrzeuginformationen; (c) Bestimmen einer Energiedefizitverteilung auf der Grundlage einer justierten Antriebsleistungsverteilung, die durch das Fahrprofil definiert wird, im Vergleich mit einer Generatorleistung des Fahrzeugs; (d) Bestimmen eines minimalen Energiebedarfs aus der Energiedefizitverteilung; (e) Bestimmen eines Ladezustands-Schwellenwerts (SOC-Schwellenwerts) auf der Grundlage des minimalen Energiebedarfs; und (f) den Antriebsstrang anweisen, in einem Auflademodus zu arbeiten, wenn der Ladezustands-Schwellenwert größer als der Ladezustand einer Energiespeichervorrichtung des Fahrzeugs ist. Der Auflademodus kann entweder ein verdichteter Auflademodus oder ein Standard-Auflademodus oder ein verlängerter Auflademodus sein.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Offenbarung betrifft ein Verfahren und ein System zum Steuern eines Hybridfahrzeugs und insbesondere zum Steuern des Ladezustands einer wiederaufladbaren Energiespeichervorrichtung eines Hybridfahrzeugs.
HINTERGRUND
Ein Steckdosen-Hybridfahrzeug enthält ein Getriebe, eine Brennkraftmaschine, einen Elektromotor/Generator und eine wiederaufladbare Energiespeichervorrichtung, etwa eine Batterie. Folglich kann das Fahrzeug durch die Brennkraftmaschine, durch den Elektromotor oder durch beide angetrieben werden. Manchmal kann das Fahrzeug alleine von dem Elektromotor angetrieben werden, der von einer wiederaufladbaren Batterie mit Leistung versorgt wird. Manchmal kann das Fahrzeug dem Benutzer eine Option bieten, einen Fahrmodus manuell zu wählen, der als Bergmodus bekannt ist, wenn der Fahrzeugbenutzer das Fahren in gebirgigen Regionen erwartet, wobei erwartet wird, dass das Fahrzeug steile Steigungen bergauf erklimmt oder in einem sehr bergigen Gelände fährt. Im Bergmodus wird das Fahrzeug angewiesen, die Batterie auf einen vorbestimmten Ladezustand (SOC) aufzuladen, der als der Bergmodus-SOC bezeichnet werden kann, und eine elektrische Reserveladung der Batterie bei dem Bergmodus-SOC aufrecht zu erhalten, um ein minimales Niveau an Steigungskletterleistung bereitzustellen. Der vorbestimmte Wert für den Bergmodus-SOC ist unabhängig von den tatsächlichen Nutzungsbedingungen des Fahrzeugs, d. h. nicht variabel mit diesen, so dass der Bergmodus-SOC die tatsächliche Energie für die Straßenlast überschreiten kann, die von dem Fahrzeug benötigt wird, um die Fahrt zu beenden. Beim Fahren im Bergmodus und aufgrund des Ladungsbedarfs des Bergmodus kann das Fahrzeug eine weniger reaktionsfreudige Beschleunigung aufweisen. Wenn der Bergmodus von dem Fahrzeugbenutzer nicht gewählt wird, während er in bergigen Regionen fährt, kann die Antriebsleistung verringert werden und die Fahrzeugleistung eingeschränkt werden, was zu einem erhöhten Kraftstoffverbrauch führen kann.
ZUSAMMENFASSUNG
Es werden ein Verfahren und ein System zum adaptiven Steuern des Ladezustands (SOC) einer Energiespeichervorrichtung eines Hybridfahrzeugs für eine angegebene Fahrtroute bereitgestellt, wobei der Lademodus des Fahrzeugs und der Ladezustands-Schwellenwert, auf welchen die Energiespeichervorrichtung während der Fahrtroute aufgeladen wird, auf der Grundlage eines minimalen Energiebedarfs (MER, MER von minimum energy requirement) verändert werden, der für ein Fahrprofil auf der Grundlage der speziellen Fahrtroute dynamisch bestimmt wird, so dass das Auftreten eines Energiedefizits und von Leistungseffekten mit Bezug auf ein Energiedefizit, etwa eine verringerte Antriebsleistung, während des Fahrzeugbetriebs entlang der Fahrtroute vermieden werden. Das Verfahren und das System, die hier beschrieben werden, sind beispielsweise im Vergleich mit einem manuell gewählten Bergmodus vorteilhaft, welcher den Ladezustand der Energiespeichervorrichtung [engl.: energy storage deficit] kontinuierlich auf einem relativ hohen und willkürlichen Wert hält, indem die Energiespeichervorrichtung selektiv auf den minimalen Ladezustand aufgeladen wird, der benötigt wird, um das Auftreten eines Energiedefizits zu vermeiden, und indem die Energiespeichervorrichtung nur aufgeladen wird, wenn ein Energiedefizit angezeigt wird, wobei ein Lademodus verwendet wird, der für eine verfügbare Ladezeit der effizienteste ist. Das System und das Verfahren können das Fahrprofil in einer Reihe von Profilfenstern analysieren, die jeweils ein Fahrtsegment der Fahrtroute, die das Fahrprofil definiert, repräsentieren, so dass der minimale Energiebedarf bewertet und dynamisch neu bewertet werden kann, während das Fahrzeug auf der Fahrtroute fährt, um den minimalen Energiebedarf und den SOC-Schwellenwert während der Dauer der Fahrt adaptiv zu justieren.
Das Verfahren und das System, die hier bereitgestellt werden, verwenden einen minimalen Energiebedarf (MER), der durch ein Fahrprofil bestimmt wird, um den Betrieb des Hybridfahrzeugs zu steuern, indem das Fahrzeug angewiesen wird, zwischen einem Betrieb in dem Modus mit Ladungsentleerung (Normalmodus), dem Modus mit Ladungserhaltung (Haltemodus) und einer Vielzahl von Auflademodi des Hybridfahrzeugs zu wechseln, um die Verwendung von elektrischer Energie zu optimieren, Emissionen zu minimieren und die Kraftstoffsparsamkeit zu maximieren. Bei einem Beispiel umfasst die Vielzahl der Auflademodi einen Standardauflademodus, einen verlängerten Auflademodus und einen verdichteten Auflademodus. Der minimale Energiebedarf wird auf der Grundlage einer Energiedefizitverteilung bestimmt, die für eine spezielle Fahrtroute entwickelt wird, und ein Ladezustands-Schwellenwert (SOC-Schwellenwert) wird auf der Grundlage des minimalen Energiebedarfs definiert. Der SOC-Schwellenwert ist der minimale SOC, der von der Energiespeichervorrichtung des Fahrzeugs zur Verfügung stehen muss, um das Auftreten eines Energiedefizits während der Fahrtroute zu vermeiden, wobei das Energiedefizit aus der Energiedefizitverteilung identifiziert wird. Das Fahrprofil kann in einer Reihe von aufeinanderfolgenden Profilfenstern analysiert werden, so dass der minimale Energiebedarf und der SOC-Schwellenwert über die Dauer der Fahrtroute hinweg, die das Fahrprofil definiert, variieren können, und das Fahrzeug kann zwischen dem Modus mit Ladungsentleerung, dem Modus mit Ladungserhaltung und den Auflademodi wechseln, wenn der minimale Energiebedarf entlang der Fahrtroute variiert. Der SOC-Schwellenwert wird mit dem SOC der Energiespeichervorrichtung verglichen und wenn der SOC-Schwellenwert den SOC der Energiespeichervorrichtung überschreitet, wird das Fahrzeug selektiv angewiesen, entweder in einem Standard-Auflademodus oder in einem verdichteten Auflademodus oder in einem verlängerten Auflademodus zu arbeiten, um die Energiespeichervorrichtung in einer ausreichenden Zeitspanne auf den SOC-Schwellenwert aufzuladen, um das Auftreten des Energiedefizits, welches den minimalen Energiebedarf definiert, zu vermeiden. Der Auflademodus wird aus dem verdichteten Auflademodus, dem Standard-Auflademodus und dem verlängerten Auflademodus auf der Grundlage des Wählens des effizientesten Auflademodus gewählt, welcher die Energiespeichervorrichtung in der verfügbaren Aufladezeit auf den SOC-Schwellenwert aufladen wird, z. B. vor dem Auftreten eines Energiedefizitzwischenfalls, so dass verhindert werden kann, dass der Energiedefizitzwischenfall auftritt. Indem der minimale Energiebedarf für die angegebene Fahrtroute und/oder für Fahrtsegmente, die durch die Fahrtroute definiert werden, adaptiv bestimmt wird, kann der SOC-Schwellenwert so, wie er durch die Fahrtroute definiert wird, variiert werden, so dass die Energiespeichervorrichtung nur auf denjenigen Ladezustand aufgeladen wird, der benötigt wird, um das Auftreten eines Energiedefizitzwischenfalls auszugleichen, und nur, wenn ein Energiedefizit angezeigt wird.
Das System und das Verfahren betreffen ein Hybridfahrzeug, das einen Antriebsstrang enthält, welcher selektiv in einem Modus mit Ladungsentleerung, einem Modus mit Ladungserhaltung und einem Auflademodus betrieben werden kann. In dem Modus mit Ladungsentleerung (CD-Modus) verwendet das Hybridfahrzeug die elektrische Energie von der Energiespeichervorrichtung, um das Fahrzeug anzutreiben. Der Modus mit Ladungsentleerung kann hier auch als der Normalmodus des Fahrzeugs bezeichnet werden. In dem Modus mit Ladungsentleerung kann das Fahrzeug entweder in einem vollständigen Elektromodus (Elektromodus), bei dem das Fahrzeug nur durch Energie betrieben wird, die in der Energiespeichervorrichtung gespeichert ist, oder in einem Modus mit vergrößerter Reichweite (ERM) betrieben werden, bei dem das Fahrzeug durch Elektrizität betrieben wird, die von einer mit Kraftstoff gespeisten Kraftmaschine des Fahrzeugs erzeugt wird. In dem Modus mit Ladungserhaltung, der auch als Haltemodus bekannt ist, verwendet das Hybridfahrzeug Energie primär von der mit Kraftstoff gespeisten Kraftmaschine, um das Fahrzeug anzutreiben und spart (z. B. erhält) daher die Batterieladung bei dem dann aktuellen Ladezustand. Als Beispiel kann die mit Kraftstoff gespeiste Kraftmaschine eine Brennkraftmaschine sein. In einem Auflademodus verwendet das Hybridfahrzeug Energie von der Brennkraftmaschine, die an einen Motor/Generator übertragen wird, um eine Energiespeichervorrichtung (z. B. eine Hochspannungsbatterie) in dem Fahrzeug unter Verwendung des Motors/Generators im Generatormodus aufzuladen. Während des Fahrzeugbetriebs kann das Hybridfahrzeug zwischen dem Auflademodus, dem Modus mit Ladungsentleerung und dem Modus mit Ladungserhaltung (z. B. Haltemodus) umschalten.
Der Antriebsstrang enthält eine Brennkraftmaschine, einen Elektromotor/Generator, der durch eine Generatorleistung gekennzeichnet ist, eine Steuerungsmodul und eine Energiespeichervorrichtung. Die Energiespeichervorrichtung ist ausgestaltet, um elektrische Energie an den Elektromotor/Generator zu liefern. Das Steuerungsmodul ist programmiert, um das hier beschriebene Verfahren auszuführen, welches in einer Ausführungsform die folgenden Schritte umfasst, dass: (a) über das Steuerungsmodul Routendaten bezüglich einer Fahrtroute empfangen werden; (b) über das Steuerungsmodul ein Fahrprofil für die Fahrtroute zumindest teilweise auf der Grundlage der Routendaten bestimmt wird, wobei das Fahrprofil eine justierte Antriebsleistungsverteilung und die Generatorleistung enthält; (c) über das Steuerungsmodul eine Energiedefizitverteilung auf der Grundlage des Fahrprofils bestimmt wird, wobei die Energiedefizitverteilung ein Energiedefizit definiert, wenn die justierte Antriebsleistung die Generatorleistung überschreitet; (d) über das Steuerungsmodul ein minimaler Energiebedarf auf der Grundlage des Energiedefizits bestimmt wird; (e) über das Steuerungsmodul ein Ladezustands-Schwellenwert (SOC-Schwellenwert) bestimmt wird, der durch den minimalen Energiebedarf definiert ist; (f) über das Steuerungsmodul ein Ladezustand der Energiespeichervorrichtung mit dem SOC-Schwellenwert verglichen wird; und (g) der Antriebsstrang über das Steuerungsmodul angewiesen wird, in einen Auflademodus überzugehen und die Energiespeichervorrichtung auf den SOC-Schwellenwert aufzuladen, wenn der SOC-Schwellenwert einen Ladezustand der Energiespeichervorrichtung überschreitet, um das Energiedefizit auszugleichen. Das Verfahren kann ferner umfassen, dass der Antriebsstrang über das Steuerungsmodul angewiesen wird, in einen Modus mit Ladungserhaltung zu wechseln, wenn der Ladezustand der Energiespeichervorrichtung gleich dem SOC-Schwellenwert ist; und dass der Antriebsstrang über das Steuerungsmodul angewiesen wird, in einen Modus mit Ladungsentleerung zu wechseln, wenn der minimale Energiebedarf Null ist. Das Bestimmen der justierten Antriebsleistungsverteilung umfasst, dass über das Steuerungsmodul ein Justierungsfaktor auf die Antriebsleistungsverteilung der gewünschten Fahrt zumindest teilweise auf der Grundlage der Routendaten und der Fahrzeuginformationen angewendet wird.
Bei einer anderen Ausführungsform umfasst das Verfahren die folgenden Schritte, dass: (a) über das Steuerungsmodul Routendaten hinsichtlich einer gewünschten Fahrt empfangen werden; (b) über das Steuerungsmodul ein Fahrprofil für die gewünschte Fahrt zumindest teilweise auf der Grundlage der Routendaten bestimmt wird, wobei das Fahrprofil eine justierte Antriebsleistungsverteilung und die Generatorleistung enthält; (c) über das Steuerungsmodul eine Energiedefizitverteilung auf der Grundlage des Fahrprofils bestimmt wird; (d) über das Steuerungsmodul ein erstes Profilfenster des Fahrprofils bestimmt wird; (e) über das Steuerungsmodul bestimmt wird, ob das erste Profilfenster mindestens einen Energiedefizitzwischenfall enthält, der zumindest teilweise durch die Energiedefizitverteilung definiert wird, wenn die justierte Antriebsleistung die Generatorleistung überschreitet. Wenn festgestellt wird, dass das erste Profilfenster nicht mindestens einen Energiedefizitzwischenfall enthält, weist das Steuerungsmodul den Antriebsstrang an, entweder in einem Modus mit Ladungsentleerung oder in einen Modus mit Ladungserhaltung zu arbeiten. Wenn festgestellt wird, dass das erste Profilfenster mindestens einen Energiedefizitzwischenfall enthält, bestimmt das Steuerungsmodul ein maximales Energiedefizit, das durch den mindestens einen Energiedefizitzwischenfall definiert wird, der in dem ersten Profilfenster enthalten ist; es bestimmt einen anfänglichen Ladezustands-Schwellenwert (SOC-Schwellenwert), wobei der anfängliche SOC-Schwellenwert durch das maximale Energiedefizit des ersten Profilfensters definiert wird; es vergleicht das Steuerungsmodul einen Ladezustand der Energiespeichervorrichtung mit dem anfänglichen SOC-Schwellenwert; und es weist den Antriebsstrang an, in dem Auflademodus zu arbeiten und die Energiespeichervorrichtung auf den anfänglichen SOC-Schwellenwert aufzuladen, wenn der anfängliche SOC-Schwellenwert den Ladezustand der Energiespeichervorrichtung überschreitet.
Das Verfahren kann ferner die Schritte umfassen, dass: über das Steuerungsmodul eine Vielzahl von Profilfenstern des Fahrprofils bestimmt wird; und über das Steuerungsmodul festgestellt wird, ob jedes jeweilige Profilfenster der Vielzahl von Profilfenstern mindestens einen Energiedefizitzwischenfall enthält. Wenn festgestellt wird, dass das jeweilige Profilfenster nicht mindestens einen Energiedefizitzwischenfall enthält, fährt das Verfahren fort, indem der Antriebsstrang über das Steuerungsmodul angewiesen wird, in einem Modus mit Ladungsentleerung oder in einem Modus mit Ladungserhaltung zu arbeiten. Wenn festgestellt wird, dass das jeweilige Profilfenster mindestens einen Energiedefizitzwischenfall enthält, fährt das Verfahren fort, indem über das Steuerungsmodul ein maximales Energiedefizit bestimmt wird, das durch den mindestens einen Energiedefizitzwischenfall definiert wird, der in dem jeweiligen Profilfenster enthalten ist; indem über das Steuerungsmodul ein jeweiliger Ladezustands-Schwellenwert (SOC-Schwellenwert) für das jeweilige Profilfenster bestimmt wird, wobei der jeweilige SOC-Schwellenwert durch das maximale Energiedefizit des jeweiligen Profilfensters definiert wird; über das Steuerungsmodul der Ladezustand der Energiespeichervorrichtung mit dem jeweiligen SOC-Schwellenwert des jeweiligen Profilfensters verglichen wird; und dem Antriebsstrang über das Steuerungsmodul angewiesen wird, in dem Auflademodus zu arbeiten und die Energiespeichervorrichtung auf den jeweiligen SOC-Schwellenwert des jeweiligen Profilfensters aufzuladen, wenn der jeweilige SOC-Schwellenwert des jeweiligen Profilfensters den Ladezustand der Energiespeichervorrichtung überschreitet.
Die vorstehenden Merkmale und Vorteile und andere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich leicht aus der folgenden genauen Beschreibung der besten Arten, um die Erfindung auszuführen, wenn sie in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen gelesen wird.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine schematische Zeichnung eines Hybridfahrzeugs;
2 ist eine graphische Darstellung, die ein Fahrprofil veranschaulicht, das eine Antriebsleistungsverteilung für eine Fahrtroute und eine Energiedefizitverteilung für die Fahrtroute enthält, wobei die horizontale Achse die Zeit repräsentiert und der schraffierte Bereich ein Profilfenster des Fahrprofils repräsentiert;
3 ist ein Flussdiagramm, das ein Verfahren zum Steuern des Ladezustands eines Hybridfahrzeugs unter Verwendung eines Fahrprofils und einer Energiedefizitverteilung, die durch das Fahrprofil definiert wird, veranschaulicht; und
4 ist ein Flussdiagramm, das ein Verfahren zum Entwickeln des Fahrprofils und zum Bestimmen eines minimalen Energiebedarfs für ein Profilfenster des Fahrprofils veranschaulicht.
GENAUE BESCHREIBUNG
Mit Bezug auf die Zeichnungen, in denen gleiche Elemente überall durch identische Bezugszeichen bezeichnet sind, veranschaulicht 1 ein Hybridfahrzeug 10. Als Beispiele, die nicht einschränken sollen, kann das Hybridfahrzeug 10 ein Steckdosenhybrid-Elektrofahrzeug (PHEV) oder ein Elektrofahrzeug mit vergrößerter Reichweite (EREV) sein. In der dargestellten Ausführungsform enthält das Hybridfahrzeug 10 eine Fahrzeugkarosserie 12 und eine Vielzahl von Rädern 14, die mit der Fahrzeugkarosserie 12 wirksam gekoppelt sind. Jedes Rad 14 ist mit einem Reifen 16 gekoppelt. Das Hybridfahrzeug 10 enthält ferner einen Antriebsstrang 30. Der Antriebsstrang 30 enthält eine mit Kraftstoff gespeiste Kraftmaschine 18, die mit mindestens einem der Räder 14 wirksam gekoppelt ist. Als Beispiel kann die mit Kraftstoff gespeiste Kraftmaschine 18 eine Brennkraftmaschine sein. Im Betrieb kann die Brennkraftmaschine 18 das Fahrzeug 10 antreiben, indem es ein Drehmoment auf die Räder 14 aufbringt.
Der Antriebsstrang 30 enthält zusätzlich einen Elektromotor/Generator 20 und eine Energiespeichervorrichtung 22, die mit dem Elektromotor/Generator 20 elektrisch verbunden ist. Die Energiespeichervorrichtung 22 kann eine Batterie, ein Batteriestapel, eine Brennstoffzelle oder eine Kombination daraus sein und sie kann elektrische Energie an den Elektromotor/Generator 20 liefern. Die Energiespeichervorrichtung 22 kann hier auch als Hochspannungsbatterie bezeichnet werden. Abgesehen davon, dass er mit der Energiespeichervorrichtung 22 elektrisch verbunden ist, ist der Elektromotor/Generator 20 mit der Brennkraftmaschine 18 wirksam gekoppelt und kann daher mechanische Energie (z. B. Drehmoment) von der Brennkraftmaschine 18 empfangen. Der Elektromotor/Generator 20 ist auch mit mindestens einem der Räder 14 wirksam gekoppelt und kann daher verwendet werden, um die Räder 14 anzutreiben.
Der Elektromotor/Generator 20 kann in einem Motormodus und in einem Generatormodus arbeiten. Im Motormodus kann der Elektromotor/Generator 20 elektrische Energie, die er von der Energiespeichervorrichtung 22 empfängt, umwandeln, und er kann die elektrische Energie in mechanische Energie (z. B. Drehmoment) umwandeln. Bei einem Betrieb im Motormodus kann der Elektromotor/Generator 20 mechanische Energie (z. B. Drehmoment) an die Räder 14 übertragen, um das Fahrzeug 10 anzutreiben. Im Generatormodus kann der Elektromotor/Generator 20 mechanische Energie (z. B. Drehmoment) von der Brennkraftmaschine 18 empfangen und die mechanische Energie in elektrische Energie umwandeln. Die von dem Elektromotor/Generator 20 erzeugte elektrische Energie kann dann an die Energiespeichervorrichtung 22 übertragen werden.
Der Antriebsstrang 30 und das Hybridfahrzeug 10 können in einem Modus mit Ladungsentleerung, in einem Modus mit Ladungserhaltung und in einem Auflademodus betrieben werden. Während eines Betriebs des Fahrzeugs 10 kann das Hybridfahrzeug 10 zwischen dem Auflademodus, dem Modus mit Ladungsentleerung und dem Modus mit Ladungserhaltung (z. B. dem Haltemodus) wechseln.
In dem Modus mit Ladungsentleerung (CD-Modus) verwendet das Hybridfahrzeug 10 die elektrische Energie von der Energiespeichervorrichtung 22, um das Fahrzeug 10 anzutreiben. Folglich wird die elektrische Energie, die in der Energiespeichervorrichtung 22 gespeichert ist, entleert, wenn das Hybridfahrzeug 10 in dem Modus mit Ladungsentleerung betrieben wird. Der Modus mit Ladungsentleerung kann hier auch als der Normalmodus des Fahrzeugs 10 bezeichnet sein. Das Fahrzeug 10 in dem Modus mit Ladungsentleerung kann entweder in einem vollständigen Elektromodus (Elektromodus) oder in einem Modus mit vergrößerter Reichweite (ERM) betrieben werden. In dem Elektromodus wird das Fahrzeug 10 in dem Modus mit Ladungsentleerung nur durch die Energie angetrieben, die in der Energiespeichervorrichtung 22 gespeichert ist. In dem Modus mit vergrößerter Reichweite (ERM) kann das Fahrzeug 10 Energie von der Brennkraftmaschine 18 und von der Energiespeichervorrichtung 22 verwenden, wenn es in dem Modus mit Ladungsentleerung betrieben wird.
In dem Modus mit Ladungserhaltung, der auch als Haltemodus bekannt ist, verwendet das Hybridfahrzeug 10 nur Energie von der Brennkraftmaschine 18, um das Fahrzeug 10 anzutreiben, so dass die elektrische Energie, die in der Energiespeichervorrichtung 22 gespeichert ist, nicht entleert wird. Daher wird der Ladezustand (SOC) in dem Modus mit Ladungserhaltung oder dem Haltemodus, bei dem dann aktuellen SOC der Energiespeichervorrichtung 22 zu dem Zeitpunkt, an dem das Fahrzeug 10 in den Haltemodus eintritt, bewahrt, z. B. gehalten oder aufrecht erhalten.
In dem Auflademodus verwendet das Hybridfahrzeug 10 Energie von der Brennkraftmaschine 18, die an den Motor/Generator 20 übertragen wird, um die Energiespeichervorrichtung 22 in dem Fahrzeug 10 unter Verwendung des Motors/Generators 20 im Generatormodus aufzuladen. Das Fahrzeug 10 kann in dem Auflademodus entweder in einem verdichteten Auflademodus oder einem verlängerten Auflademodus oder einem Standard-Auflademodus arbeiten. Wenn sich das Fahrzeug 10 in dem verlängerten Auflademodus befindet, wird die Kraftmaschine 18 unter Bedingungen betrieben, welche die Effizienz der Kraftmaschine optimieren, während die Energiespeichervorrichtung 22 über eine mit Bezug auf die Aufladezeit verlängerte Aufladezeitspanne auf einen SOC-Schwellenwert aufgeladen wird, um das Aufladen auf den SOC-Schwellenwert unter einem Standard-Auflademodus zu erreichen, so dass die Aufladezeit zum Erreichen des SOC-Schwellenwerts verlängert wird, z. B. die Aufladerate, die zum Aufladen der Energiespeichervorrichtung 22 in dem Modus mit verlängertem Aufladen verwendet wird, kleiner als die Aufladerate des Standard-Auflademodus ist. Bei einem Beispiel wird die Kraftmaschine 18 in dem verlängerten Auflademodus unter Bedingungen betrieben, welche den Kraftstoffverbrauch des Antriebsstrangs 30 während des Aufladens der Energiespeichervorrichtung 22 auf den SOC-Schwellenwert minimieren. Der Kraftstoffverbrauch kann unter Verwendung einer beliebigen geeigneten Messung des Kraftstoffverbrauchs für das Fahrzeug 10 bestimmt werden, beispielsweise das Bestimmen des Kraftstoffverbrauchs als Funktion eines bremsenspezifischen Kraftstoffverbrauchs (BSFC). In diesem Fall wird die Zeit zum Aufladen der Energiespeichervorrichtung 22 auf den SOC-Schwellenwert größer als die Zeit zum Aufladen der Energiespeichervorrichtung 22 sein, wenn die Kraftmaschine unter Standard-Aufladebedingungen betrieben wird, so dass der BSFC des Antriebsstrangs 30 im verlängertem Auflademodus niedriger als der BSFC des Antriebsstrangs 30 im Standard-Auflademodus ist, und die verlängerte Aufladezeit ist länger als die Standard-Aufladezeit zum Erreichen des SOC-Schwellenwerts.
Wenn sich das Fahrzeug 10 im verdichteten Auflademodus befindet, wird der Antriebsstrang 30 unter Bedingungen betrieben, welche die Aufladezeit zum Aufladen der Energiespeichervorrichtung 22 auf einen SOC-Schwellenwert relativ zu der Aufladezeit zum Erreichen des SOC-Schwellenwerts unter dem Standard-Auflademodus verdichten, z. B. reduzieren, so dass die Aufladerate in dem verdichteten Auflademodus größer als die Aufladerate in dem Standard-Auflademodus ist. Wie hier weiter beschrieben wird, kann das Hybridfahrzeug 10 in dem verdichteten Auflademodus betrieben werden, wenn ein minimaler Energiebedarf (MER) aus einem Fahrprofil auf der Grundlage einer Fahrtroute für das Hybridfahrzeug 10 bestimmt wird, und aus dem Fahrprofil ferner festgestellt wird, dass unter Standard-Aufladebedingungen nicht genügend Zeit zur Verfügung steht, um die Energiespeichervorrichtung 22 auf einen Ziel-SOC-Schwellenwert aufzuladen, der durch den minimalen Energiebedarf definiert wird und hier als der SOC-Schwellenwert bezeichnet wird. Bei einem Beispiel kann der Antriebsstrang 30, der in dem verdichteten Auflademodus betrieben wird, eine weniger reaktionsfreudige Beschleunigung aufweisen als eine Beschleunigung des Antriebsstrangs 30, der unter Standard-Aufladebedingungen betrieben wird.
In dem Standard-Auflademodus wird die Kraftmaschine 18 betrieben, um die Energiespeichervorrichtung 22 mit einer Standard-Aufladerate aufzuladen, die kleiner als die verdichtete Aufladerate und größer als die verlängerte Aufladerate ist. Der Standard-Auflademodus und/oder die Standard-Aufladerate können durch Kalibrierung festgelegt werden, um Kraftmaschinenbetriebsbedingungen auf der Grundlage einer Kombination von Leistungsfaktoren des Antriebsstrangs 30 zu optimieren, die beispielsweise eine Kombination aus BSFC, Beschleunigungs-Ansprechverhalten, Antriebsleistung, Emissionen usw. umfassen.
Ein Navigationssystem 24 ist mit dem Hybridfahrzeug 10 gekoppelt. Das Navigationssystem 24 kann Teil des Hybridfahrzeugs 10 oder für das Hybridfahrzeug 10 extern sein. Unabhängig von seiner Anordnung kann das Navigationssystem 24 Eingabedaten von einem Benutzer hinsichtlich einer gewünschten Fahrt empfangen. Mit anderen Worten kann das Navigationssystem 24 Eingabedaten speziell für die gewünschte Fahrt empfangen. Die Eingabedaten können das Ziel der gewünschten Fahrt umfassen, sind aber nicht darauf beschränkt. Nach dem Empfangen der Eingabedaten von dem Benutzer kann das Navigationssystem 24 Routendaten speziell für die gewünschte Fahrt bestimmen. Die Routendaten können einen Startpunkt, eine Fahrtroute, eine Fahrtdistanz und eine Fahrzeit umfassen, sind aber nicht darauf beschränkt. Bei einem Beispiel kann die Fahrzeit von dem Navigationssystem 24 unter Verwendung bekannter Geschwindigkeitsbegrenzungen für jeden Abschnitt der Fahrtroute geschätzt werden. Bei der Verwendung hierin bezeichnet der Begriff ”Fahrtdistanz” eine Distanz von dem Startpunkt zu dem Ziel der gewünschten Fahrt, und der Begriff ”Fahrtsegment” bezeichnet einen Abschnitt der Fahrtroute von einer Stelle entlang der Fahrtroute zu einer nachfolgenden Stelle entlang der Fahrtroute in die Richtung auf das Fahrtziel hin.
Die Fahrtroute kann in eine Vielzahl von Fahrtsegmenten unterteilt werden. Bei einem Beispiel kann jedes der Fahrtsegmente einer Fahrtroute von gleicher Dauer sein, so dass die Zeit zum Fahren durch jedes Fahrtsegment im Wesentlichen gleich ist, was aus den Routendaten bestimmt wird. Beispielsweise kann die Fahrtroute in eine Vielzahl von Fahrtsegmenten unterteilt werden, wobei jedes Fahrtsegment eine Segmentdauer von 30 Minuten aufweist, wie es durch die Routendaten bestimmt wird, wobei es sich versteht, dass ein Segment, das mit einer relativ höheren Durchschnittsgeschwindigkeitsgrenze verbunden ist, eine längere Distanz aufweisen würde als ein Segment, das mit einer relativ niedrigeren Durchschnittsgeschwindigkeitsgrenze verbunden ist. Bei einem anderen Beispiel können alle Fahrtsegmente einer Fahrtroute eine im Wesentlichen gleiche Distanz aufweisen, wie durch die Routendaten bestimmt wird. Beispielsweise kann die Fahrtroute in eine Vielzahl von Fahrtsegmenten unterteilt werden, wobei jedes Fahrtsegment eine Segmentdistanz von 100 Kilometern aufweist, wobei es sich versteht, dass die Fahrzeit durch ein Fahrtsegment, das mit einer relativ höheren Durchschnittsgeschwindigkeitsgrenze verbunden ist, eine kürzere Zeitdauer aufweisen wird als ein Fahrtsegment, das mit einer relativ niedrigen Durchschnittsgeschwindigkeitsgrenze verbunden ist. Die Routendaten können ferner Steigungs- und Höhendaten der Fahrtroute enthalten, einschließlich von Veränderungen bei der Steigung und der Höhe für jedes Fahrtsegment der Fahrtroute. Die Fahrtroute kann unter Verwendung des Verfahrens und des Systems, die hier beschrieben werden, innerhalb eines Fahrtsegments analysiert werden, z. B. kann jedes Fahrtsegment der Fahrtroute analysiert werden, um festzustellen, ob ein minimaler Energiebedarf für das Fahrtsegment benötigt wird. Wie in 2 gezeigt ist und hier in weiteren Detail beschrieben wird, kann ein Fahrprofil 40, das auf der Grundlage der Fahrtroute entwickelt wird, in eine Vielzahl von Profilfenstern 42 unterteilt werden, so dass jedes Profilfenster 42 ein Fahrtsegment der Fahrtroute repräsentiert. Bei einem Beispiel können die Fahrtsegmente als abrollende Fahrtsegmente definiert sein, wobei jedes Fahrtsegment ein vorheriges Fahrtsegment überlappt und sich in ein nachfolgendes Fahrtsegment hinein ausdehnt, und das System kann ausgestaltet sein, um in einer Schleife kontinuierlich durch das Verfahren hindurchzulaufen, so dass das System kontinuierlich ein nachfolgendes Profilfenster 42 und ein nachfolgendes Fahrtsegment mit jeder Schleife analysiert.
Das Hybridfahrzeug 10 enthält ferner ein Steuerungsmodul 26 in elektronischer Kommunikation mit einem Navigationssystem 24, dem Motor/Generator 20 und der Brennkraftmaschine 18. Die Begriffe ”Steuerungsmodul”, ”Steuerung”, ”Controller”, ”Steuerungseinheit”, ”Prozessor” und ähnliche Begriffe bezeichnen eine beliebige oder verschiedene Kombinationen aus einer oder mehreren anwendungsspezifischen integrierten Schaltungen (ASICs), elektronischen Schaltungen, zentralen Verarbeitungseinheiten (vorzugsweise Mikroprozessoren) und zugehörigem Arbeitsspeicher und Massenspeicher (Festwertspeicher, programmierbarer Festwertspeicher, Speicher mit wahlfreiem Zugriff, Festplattenlaufwerk usw.), die ein oder mehrere Software- oder Firmwareprogramme oder Routinen ausführen, kombinatorischen Logikschaltungen, sequentiellen Logikschaltungen, Eingabe/Ausgabe-Schaltungen und -Vorrichtungen, geeigneten Signalaufbereitungsund Pufferschaltungen und anderen Komponenten, um die beschriebene Funktionalität bereitzustellen. ”Software”, ”Firmware”, ”Programme”, ”Anweisungen”, ”Routinen”, ”Code”, ”Algorithmen” und ähnliche Begriffe bezeichnen beliebige von einem Controller ausführbare Anweisungssätze, die Kalibrierungen und Nachschlagetabellen enthalten. In der vorliegenden Offenbarung enthält das Steuerungsmodul 26 mindestens einen Prozessor und mindestens einen zugehörigen Arbeitsspeicher und es kann Routendaten von dem Navigationssystem 24 empfangen, welche die gewünschte Fahrt betreffen. Folglich steht das Steuerungsmodul 26 in elektronischer Kommunikation mit dem Navigationssystem 24. Das Navigationssystem 24 und das Steuerungsmodul 26 können Teil eines Systems 28 zum Steuern des Hybridfahrzeugs 10 sein, das den Antriebsstrang 30 enthält. Die Brennkraftmaschine 18, der Elektromotor/Generator 20, das Steuerungsmodul 26 und die Energiespeichervorrichtung 22 können Teil des Antriebsstrangs 30 sein. Der Antriebsstrang 30 ist ausgestaltet, um das Hybridfahrzeug 10 anzutreiben. Der Antriebsstrang 30 kann in einem Modus mit Ladungserhaltung, in einem Modus mit Ladungsentleerung und in einem Auflademodus betrieben werden, wie vorstehend mit Bezug auf das Hybridfahrzeug 10 erörtert wurde. Das Steuerungsmodul 26 ist nicht unbedingt Teil des Antriebsstrangs 30.
Das Steuerungsmodul 26 steht in elektronischer Kommunikation mit dem Navigationssystem 24, so dass Steuerungsmodul 26 Routendaten von dem Navigationssystem 24 empfangen kann und die Routendaten in Kombination mit Fahrzeuginformationen von dem Fahrzeug 10 verwenden kann, um ein Fahrprofil 40 für die Fahrtroute zu erzeugen, wie in 2 gezeigt ist, wobei die vertikale Achse die Leistung repräsentiert, welche beispielsweise in Kilowatt (kW) gemessen werden kann, und die horizontale Achse die Fahrzeit t des Fahrprofils 40 für die Fahrtroute ist. Das Erzeugen des Fahrprofils 40 umfasst das Berechnen einer Antriebsleistung PT zu einem Zeitpunkt t entlang der Fahrtroute für die Dauer der Fahrtroute, um eine Antriebsleistungsverteilung 44 bereitzustellen, dann das Anwenden eines Justierungsfaktors AF auf die Antriebsleistung PT, um eine justierte Antriebsleistung PA zu einem Zeitpunkt t entlang der Fahrtroute für die Dauer der Fahrtroute zu erzeugen, um eine justierte Antriebsleistungsverteilung 46 bereitzustellen. Die Bedürfnisse nach Antriebsleistung PT werden während der Fahrtroute über die Zeit t hinweg variieren aufgrund von Variationen bei den Routendaten, welche Veränderungen bei der Höhe und der Steigung für jedes Segment der Route umfassen, und aufgrund von Veränderungen bei der Geschwindigkeit (Fahrgeschwindigkeit) mit welcher das Fahrzeug 10 entlang der Fahrtroute fährt, so dass die Antriebsleistung PT an einem beliebigen Zeitpunkt von der Antriebsleistung PT an einem beliebigen anderen Zeitpunkt entlang der Fahrtroute abweichen kann, wie durch die Antriebsleistungsverteilung 44 und die justierte Antriebsleistungsverteilung 46 gezeigt ist, die in 2 gezeigt sind, ohne aber darauf beschränkt zu sein. Das Steuerungsmodul 26 kann Geschwindigkeitsbeschränkungsinformationen verwenden, die, beispielsweise von dem Navigationssystem 24, für die Routendaten bereitgestellt werden, um eine erwartete oder geschätzte Geschwindigkeit zu bestimmen, mit welcher das Fahrzeug 10 zu jedem Zeitpunkt t während der Fahrtroute betrieben werden würde. Das Steuerungsmodul 26 kann einen Lernmodus enthalten, so dass das Steuerungsmodul 26 Fahrzeuginformationen, etwa die tatsächliche (gemessene) Geschwindigkeit des Fahrzeugs 10 mit Routendaten vergleichen kann, etwa einer Geschwindigkeitsbegrenzung, die in das Navigationssystem 24 einprogrammiert und/oder von diesem empfangen wurden, um die Geschwindigkeit des Fahrzeug 10 zu schätzen, die beim Berechnen der Antriebsleistung PT zum Zeitpunkt t während der Fahrtroute verwendet werden soll.
Das Erzeugen des Fahrprofils 40 umfasst, dass das Steuerungsmodul 26 einen Algorithmus ausführt, um die Antriebsleistung PT zu bestimmen, die für die Fahrtroute benötigt wird. Die Antriebsleistung PT ist auch als Straßenlastleistung bekannt und/oder wird so bezeichnet, und sie kann beispielsweise in Kilowatt (kW) gemessen werden. Als Beispiel kann das Steuerungsmodul 26 einen Algorithmus zum Bestimmen der Antriebsleistung PT verwenden, etwa die hier gezeigte Gleichung (1), wobei P(t)_Tractive die Antriebsleistung PT ist, die zum Zeitpunkt t während der Fahrtroute benötigt wird. P(t)_Tractive = F₀v + F₁v² + F₂v³ + w(v² _i+1 – v² _i) + mgv(sinθ) (1)
Wie in 2 gezeigt ist und wie durch die vorstehende Gleichung (1) repräsentiert ist, wird die Antriebsleistung PT während der Fahrtroute variieren, wobei die Variation bei PT zumindest teilweise auf der Konfiguration des Fahrzeugs 10, den Betriebsbedingungen des Fahrzeugs 10 und den Routendaten beruht. Bei der beispielhaften Gleichung (1) sind F₀, F₁ und F₂ Straßenlastkoeffizienten, z. B. Antriebsleistungskoeffizienten, welche spezifisch für die Konfiguration des Fahrzeugs 10 sind, und sie sind beispielsweise aus aerodynamischen Eigenschaften des Fahrzeugs 10 abgeleitet, welche durch das Testen des Fahrzeugs 10 bestimmt worden sein können, etwa durch Testen beim Ausrollen, und/oder sie können auch aus Fahrzeugattributen bestimmt worden sein, wie etwa der Masse (m) des Fahrzeugs 10, des Typs und der Konfiguration der Räder 14 und/oder der Reifen 16, des Typs und der Konfiguration der Bremsen oder des Bremssystems (nicht gezeigt) des Fahrzeugs 10 usw. In der beispielhaften Gleichung (1) repräsentiert m die Masse des Fahrzeugs 10, w repräsentiert das Gewicht des Fahrzeugs 10, g repräsentiert die Gravitätskonstante und θ repräsentiert die Steigung, z. B. den Neigungswinkel der Straße. In der beispielhaften Gleichung (1) repräsentiert v die Geschwindigkeit zum Zeitpunkt t des Fahrzeugs, das gerade entlang der Fahrtroute fährt. Bei einem Beispiel kann das Steuerungsmodul 26 Routendaten verwenden, die es von dem Navigationssystem 24 empfängt, etwa die Geschwindigkeitsbegrenzungsinformationen für die Fahrtroute, die in das Navigationssystem 24 einprogrammiert oder von diesem empfangen wurden, um die Fahrzeuggeschwindigkeit v zum Zeitpunkt t entlang der Fahrtroute zu bestimmen. Bei einem anderen Beispiel kann das Steuerungsmodul 26 in einem Lernmodus arbeiten und/oder einen Schätzalgorithmus für die Fahrzeuggeschwindigkeit v zum Zeitpunkt t auf der Grundlage von Verlaufsdaten, die dem Steuerungsmodul 26 für die Fahrtroute zur Verfügung stehen, der tatsächlichen Fahrzeuggeschwindigkeit mit Bezug auf die Geschwindigkeitsbegrenzung, einer Kombination dieser und/oder anderer Informationen, welche für das Steuerungsmodul 26 zur Verfügung stehen können, beispielsweise Informationen von dem Navigationssystem 24 wie etwa der Straßenzustand (z. B. Bauarbeiten und/oder Verkehrsinformationen) und/oder von Informationen zur Fahrumgebung (Wetter, Tageszeit) ausführen.
Der Justierungsfaktor AF wird auf die Antriebsleistung PT angewendet, um die justierte Antriebsleistung PA zu jedem Zeitpunkt t entlang der Fahrtroute zu erzeugen. Der Justierungsfaktor AF kann ein kalibrierter Wert sein, der beispielsweise auf einer oder mehreren Schwankungen der Fahrzeugleistung des Fahrzeugs 10 beruht, welche beispielsweise aus einer geschätzten Veränderung des Fahrerverhaltens und/oder der Fahrzeugleistung resultieren können, etwa einer Veränderung bei der tatsächlichen Fahrzeuggeschwindigkeit, einer Veränderung des Beschleunigungs/Verzögerungsverhaltens des Fahrers, einer Veränderung bei der Verwendung elektrischer Komponenten durch den Fahrzeugbenutzer/Fahrer wie etwa eine Veränderung bei der Verwendung der Heizung/Lüftung/Klimaanlage (HVAC), einer Veränderung bei der Antriebsstrangleistung aufgrund einer Variabilität des Fahrzeugzustandes über die Zeit usw. Der Justierungsfaktor AF kann, muss aber nicht, ein konstanter Wert sein, der zu der Antriebsleistung PT addiert wird, um die justierte Antriebsleistung PA zu erzeugen, wie in dem Beispiel, das nicht einschränken soll und in 2 veranschaulicht ist, gezeigt ist. Bei einem anderen Beispiel kann der Justierungsfaktor AF ein Multiplikator sein, so dass die justierte Antriebsleistung PA bestimmt wird, indem die Antriebsleistung PT mit dem Justierungsfaktor AF multipliziert wird, z. B. so, dass PA = PT·AF.
Das Fahrprofil 40 enthält ferner die Generatorkapazität des Motors/Generators 20 zum Erzeugen von Leistung zum Aufladen der Energiespeichervorrichtung 22 während eines Betriebs des Fahrzeugs 10, wobei die Generatorkapazität in 2 als Generatorleistung PG gezeigt ist. Die Generatorleistung PG kann für das Fahrzeug 10 beispielsweise durch eine Kalibrierung des Fahrzeugs 10 bestimmt werden. Die justierte Antriebsleistung PA wird mit der Generatorleistung PG verglichen, um eine Energiedefizitverteilung 50 für das Fahrprofil 40 zu erzeugen, wie in 2 gezeigt ist, wobei festgestellt wird, dass ein Energiedefizitzwischenfall 52 bei einem beliebigen Zeitpunkt t_n während der Fahrtroute beginnt, bei dem die justierte Antriebsleistung PA die Generatorleistung PG überschreitet. Der Energiedefizitzwischenfall 52 dauert bis zu einem nachfolgenden Zeitpunkt t_n+1 an, bei dem die justierte Antriebsleistung PA kleiner als die Generatorleistung PG ist und das kumulierte Delta zwischen der justierten Antriebsleistung PA und der Generatorleistung PG, z. B. das Energiedefizit ED auf Null zurückkehrt. Während der Dauer der Fahrtroute kann mehr als ein Energiedefizitzwischenfall 52 auftreten, z. B. innerhalb des Fahrprofils 40 und/oder innerhalb eines Profilfensters 42, wie durch die Energiedefizitverteilung 50 veranschaulicht ist, die in 2 gezeigt ist, bei der das Profilfenster 42 einen Energiedefizitzwischenfall 52A, der von Zeitpunkt t₁ bis t₃ auftritt, und einen weiteren Energiedefizitzwischenfall 52B enthält, der bei Zeitpunkt t₄ beginnt und über die verbleibende Dauer des Profilfensters 42 hinweg andauert, z. B. bis nach t_close andauert. Als Beispiel kann das Steuerungsmodul 26 einen Algorithmus zum Bestimmen des Energiedefizits ED während jedes Auftretens eines Energiedefizitzwischenfalls 52 in dem Fahrprofil verwenden, etwa die hier gezeigte Gleichung (2). ED_{(tn, tn+1)} = ∫(PA – PG)dt, integrieren von t_n, wenn (PA – PG) > 0 bis t_n+1, wenn ED → 0 (2)
Wie in 2 gezeigt ist, wird unter Verwendung des Beispiels für den Energiedefizitzwischenfall 52A, der bei t₁ beginnt, wenn die justierte Antriebsleistung PA die Generatorleistung PG bei einem Punkt W überschreitet, der auf dem Fahrprofil 40 gezeigt ist, z. B. ist bei Punkt W (PA – PG) größer als Null, das Energiedefizit ED zu einem beliebigen Zeitpunkt t in dem ersten Energiedefizitzwischenfall 52 unter Verwendung des vorstehenden Algorithmus bestimmt, indem die schraffierte Fläche des Fahrprofils 40, die durch PA und PG begrenzt ist, integriert wird, wobei zum Zeitpunkt t₁ begonnen wird, bei dem PA zum ersten Mal PG kreuzt, z. B. (PA – PG) > 0, und mit dem Integrieren der Fläche zwischen PA und PG bis zu einem nachfolgenden Zeitpunkt t₃ fortgefahren wird, wenn die kumulierte Fläche, die durch PA und PG begrenzt ist, auf Null zurückkehrt. Wie in 2 gezeigt ist, ist bei dem ersten Energiedefizitzwischenfall 52 die Fläche des Fahrprofils 40, die durch PA und PG begrenzt ist, vom Zeitpunkt t₁ bis zum Zeitpunkt t₂ positiv (PA > PG) und vom Zeitpunkt t₂ bis zum Zeitpunkt t₃ negativ (PA < PG), so dass das Energiedefizit ED von t₁ bis t₂ ansteigt, zum Zeitpunkt t₂ bei ED_WX maximal ist und von t₂ bis t₃ abnimmt, wobei das Energiedefizit ED des ersten Energiedefizitzwischenfalls 52 zum Zeitpunkt t₃ auf Null zurückkehrt. Bei dem gezeigten Beispiel tritt nach dem Energiedefizitzwischenfall 52A ein weiterer Energiedefizitzwischenfall 52B in dem Fahrprofil 40 und innerhalb des Profilfensters 42 auf. Das Energiedefizit ED des nachfolgenden Energiedefizitzwischenfalls 52B wird unter Verwendung des vorstehenden Algorithmus bestimmt, indem die schraffierte Fläche des Fahrprofils 40 integriert wird, die durch PA und PG begrenzt wird, wobei bei Zeitpunkt t₄ begonnen wird, wenn (PA – PG) > 0 ist. Während des nachfolgenden Energiedefizits 52B ist die Fläche des Fahrprofils 40, die durch PA und PG begrenzt wird, vom Zeitpunkt t₄ bis zum Zeitpunkt t₅ positiv und ist beginnend beim Zeitpunkt t₅ negativ (PA < PG), so dass das Energiedefizit ED von t₄ bis t₅ ansteigt, bei ED_YZ zum Zeitpunkt t₅ maximal ist und beginnend bei Zeitpunkt t₅ abnimmt. Der minimale Energiebedarf (MER), um das Energiedefizit ED eines Energiedefizitzwischenfalls 52 auszugleichen, z. B. die minimale Energie, die aus der Energiespeichervorrichtung 22 zur Verfügung stehen muss, um das Auftreten des Energiedefizits ED zu verhindern, ist gleich dem maximalen Wert des Energiedefizits ED von diesem jeweiligen Energiedefizitzwischenfall 52. Der minimale Energiebedarf entspricht einem und/oder definiert einen minimalen Ladezustand (SOC), der vor dem Zeitpunkt t_n, an dem der Energiedefizitzwischenfall 52 beginnen soll, aus der Energiespeichervorrichtung 22 zur Verfügung stehen muss, um das antizipierte Energiedefizit auszugleichen und dadurch das Auftreten des Energiedefizitzwischenfalls 52 zu verhindern. Der minimale Ladezustand (SOC), der dem minimalen Energiebedarf (MER) entspricht, wird hier als der SOC-Schwellenwert bezeichnet. Folglich ist in dem in 2 gezeigten Beispiel der minimale Energiebedarf, um den anfänglichen Energiedefizitzwischenfall 52A auszugleichen, gleich ED_WX, welches das maximale Energiedefizit ED ist, das für den anfänglichen Energiedefizitzwischenfall 52A bestimmt wurde, und der minimale Energiebedarf, der benötigt wird, um den nachfolgenden Energiedefizitzwischenfall 52B auszugleichen, ist gleich ED_YZ, welches das maximale Energiedefizit ED ist, das für den nachfolgenden Energiedefizitzwischenfall 52B bestimmt wurde.
Das System 28 kann ausgestaltet sein, um das Fahrprofil 40 zu analysieren, indem es die Energiedefizitverteilung 50 in einer Reihe von Profilfenstern bestimmt, wobei jedes Profilfenster 42 (siehe 2) als ein Segment des Fahrprofils 40 definiert ist, das eine Dauer von t_window aufweist, so dass das Profilfenster so definiert ist, dass es bei einem Fensteröffnungszeitpunkt t_open startet und bei einem Fensterschließzeitpunkt t_close schließt. Bei einem Beispiel kann das System 28 ausgestaltet sein, um sequentielle Profilfenster 42 zu analysieren, wobei der Öffnungszeitpunkt t_open eines jeden jeweiligen Profilfensters dem Öffnungszeitpunkt t_open des Profilfensters, das unmittelbar vor dem jeweiligen Profilfenster geöffnet wurde, zeitlich nachfolgt. Bei einem bevorzugten Beispiel sind das System 28 und ein Verfahren 90 ausgestaltet, um abrollende Profilfenster 42 zu analysieren, so dass das System 28 jedes Profilfenster 42 sequentiell auf ein Energiedefizit ED hin analysiert, indem es für jedes Profilfenster 42 kontinuierlich durch das hier beschriebene Verfahren 90 hindurchläuft. Bei einem bevorzugten Beispiel überlappt jedes nachfolgende Profilfenster 42 ein vorheriges Profilfenster 42, so dass t_open des nachfolgenden Profilfensters 42 zwischen t_open und t_close des vorherigen Profilfensters 42 auftritt. Die Zeitdauer t_window des Profilfensters 42 kann bestimmt und/oder analysiert werden, um ausreichend Fahrzeugbetriebszeit bereitzustellen, um das Fahrzeug 10 zwischen Betriebsmodi übergehen zu lassen und/oder um Zeit zum Aufladen der Energiespeichervorrichtung 22 auf einen SOC bereitzustellen, der ausreicht, um den minimalen Energiebedarf bereitzustellen, z. B. auf einen SOC-Schwellenwert, um das maximale Energiedefizit ED_max, das für das Profilfenster 42 bestimmt wurde, vor dem Zeitpunkt, an dem das Energiedefizit ED auftritt, auszugleichen, so dass das Energiedefizit ED ausgeglichen wird, z. B. wird das Auftreten der Energiedefizitzwischenfälle 52A, 52B in dem Profilfenster 42, verhindert, und die Fahrzeugleistung wird auf einem befriedigenden Niveau gehalten. In dem in 2 gezeigten Beispiel ist das maximale Energiedefizit ED_max für das Profilfenster 42 mit der Dauer t_window das höchste maximale Energiedefizit der Energiedefizitzwischenfälle 52A, 52B, die in dem Profilfenster 42 bestimmt wurden, so dass das maximale Energiedefizit ED_max für das Profilfenster 42 ED_YZ ist, das zum Zeitpunkt t₅ auftritt. Das System 28 überführt mit Hilfe des Steuerungsmoduls 26 und nach dem Identifizieren von ED_max als den minimalen Energiebedarf, um zu vermeiden, dass ein Energiedefizitzwischenfall 52 während des Profilfensters 42 auftritt, den Betriebsmodus und/oder den Auflademodus des Fahrzeugs 10 nach Bedarf, um einen Ladezustand an der Energiespeichervorrichtung 22 bereitzustellen, der ausreicht, um den minimalen Energiebedarf bereitzustellen, z. B. einen SOC-Schwellenwert, der dem maximalen Energiedefizit ED_max entspricht und ausreicht, um dieses auszugleichen, und derart, dass die Fahrzeugleistung auf einem befriedigenden Niveau gehalten wird, z. B. werden das Beschleunigungsansprechverhalten und die Antriebsleistung über die Dauer des Profilfensters 42 hinweg auf befriedigenden Niveaus gehalten.
Mit Bezug auf 3 und 4 wird hier ein Verfahren 90 zum adaptiven Steuern des Ladezustands (SOC) der Energiespeichervorrichtung 22 des Hybridfahrzeugs 10 unter Verwendung des Systems 28 beschrieben. Das Steuerungsmodul 26 kann das Verfahren 90 ausführen, um die Verwendung von elektrischer Energie zu optimieren und um eine verringerte Antriebsleistung des Hybridfahrzeugs 10 während einer Fahrtroute zu vermeiden, indem ein Fahrprofil 40 und eine Energiedefizitverteilung 50 zumindest teilweise auf der Grundlage von Routendaten, die von einem Navigationssystem 24 an ein Steuerungsmodul 26 des Fahrzeugs 10 geliefert werden, erzeugt werden. Das Steuerungsmodul 26 analysiert die Energiedefizitverteilung 50, um Energiedefizite ED in dem Fahrprofil 40 zu identifizieren und weist das Fahrzeug 10 an, zwischen Betriebsmodi und/oder zwischen Auflademodi zu wechseln, um einen SOC der Energiespeichervorrichtung 22 aufrecht zu erhalten, der gleich oder größer als ein minimaler Energiebedarf (MER) ist, der benötigt wird, um das identifizierte Energiedefizit auszugleichen, z. B., um den SOC der Energiespeichervorrichtung 22 bei dem SOC-Schwellenwert zu halten. Bei einem Beispiel führt das Steuerungsmodul 26 das Verfahren 90 in einer ununterbrochenen Schleife aus, wobei jeder Durchlauf des Steuerungsmoduls 26 ein Fahrtsegment der Fahrtroute, das durch ein Profilfenster 42 des Fahrprofils 50 definiert ist, analysiert und den Betrieb des Hybridfahrzeugs 10 wechselt, um einen SOC an der Energiespeichervorrichtung 22 bereitzustellen, der gleich dem oder größer als der SOC-Schwellenwert ist, z. B. gleich oder größer als der minimale Energiebedarf, der benötigt wird, um das maximale Energiedefizit ED_max, das in dem Profilfenster 42 identifiziert wurde, auszugleichen.
Mit Bezug auf 3 beginnt das Verfahren 90 bei Schritt 100. Schritt 100 umfasst, dass das Steuerungsmodul 26 eine Kommunikation mit dem Navigationssystem 24 und dem Antriebsstrang 30 des Fahrzeugs 10 einleitet. Schritt 100 kann beispielsweise beim Einschalten des Schlüssels oder beim Starten des Fahrzeugs 10 stattfinden. Bei Schritt 102 fordert das Steuerungsmodul 26 zyklisch Routendaten vom Fahrzeug 10 einschließlich des Navigationssystems 24 an. Die Routendaten können Routendaten sein, die ein gewünschtes Fahrtziel enthalten, welches von einem Fahrzeugbenutzer in das Navigationssystem 24 eingegeben wird. Wenn Routendaten zur Verfügung stehen, empfängt das Steuerungsmodul 26 die Routendaten und geht zu Schritt 102 weiter. Wenn keine Routendaten zur Verfügung stehen, bleibt das Steuerungsmodul 26 bei Schritt 102 und fährt damit fort, vom Fahrzeug 10 einschließlich des Navigationssystems 24 zyklisch Daten anzufordern, wobei es Routendaten zyklisch anfordert, welche in das Navigationssystem 24 eingegeben werden können oder an einem nachfolgenden Zeitpunkt von dem Fahrzeug 10 auf andere Weise empfangen werden können. Wie hier vorstehend beschrieben wurde, können die Routendaten einen Startpunkt, eine Fahrtroute, eine Fahrtdistanz, eine Fahrtzeit, Geschwindigkeitsbegrenzungen für jedes Fahrtsegment der Fahrtroute und Steigungs- und Höhendaten der Fahrtroute enthalten, sind aber nicht darauf beschränkt. Bei Schritt 104 entwickelt das Steuerungsmodul 26 wie vorstehend beschrieben ein Fahrprofil 40 auf der Grundlage der Routendaten und zusätzlicher Fahrzeuginformationen, es entwickelt eine Energiedefizitverteilung 50 auf der Grundlage der justierten Antriebsleistung PA und der Generatorleistung PG des Fahrprofils 40, es identifiziert, ob ein Energiedefizit ED durch die Energiedefizitverteilung 50 angezeigt wird, und wenn dem so ist, bestimmt es bei Schritt 106 ein maximales Energiedefizit ED_max, einen minimalen Energiebedarf (MER), um das maximale Energiedefizit ED_max auszugleichen, und einen SOC-Schwellenwert, der durch den minimalen Energiebedarf definiert wird, wobei wie vorstehend beschrieben der SOC-Schwellenwert der minimale Ladezustand ist, welcher aus der Energiespeichervorrichtung 22 zur Verfügung stehen muss, um das Auftreten des Energiedefizitzwischenfalls 52 zu vermeiden.
Wie hier vorstehend beschrieben wurde, kann das Fahrprofil 40 in eine Vielzahl von Profilfenstern 42 segmentiert werden, wobei jedes Profilfenster 42 durch einen Startzeitpunkt t_open, einen Endzeitpunkt t_close und eine Dauer t_window definiert ist, wobei jedes Profilfenster 42 ein Fahrtsegment der Fahrtroute des Fahrprofils 40 repräsentiert. Bei einem Beispiel ist das Steuerungsmodul 26 bei den Schritten 104 und 106 und wie in 4 im zusätzlichen Detail veranschaulicht ist ausgestaltet, um das Fahrprofil 40 zu entwickeln und um jedes Profilfenster 42 innerhalb des Fahrprofils 40 zu analysieren, um festzustellen, ob ein minimaler Energiebedarf durch die Energiedefizitverteilung 50 eines jeden jeweiligen Profilfensters 42 angezeigt wird. Wie vorstehend erörtert wurde, überlappen sich die Profilfenster 42 in einer bevorzugten Konfiguration, so dass t_window eines jeden Profilfensters 42 t_window eines nachfolgenden Profilfensters 42 überlappt und das Steuerungsmodul 26 die Profilfenster 42 in der Weise einer kontinuierlichen Schleife analysiert. Das Beispiel des Analysierens des Fahrprofils 40 als eine Reihe von Profilfenstern 42 ist keine Einschränkung und es versteht sich, dass das Fahrprofil 40 insgesamt auf ein Energiedefizit ED hin analysiert werden kann, so dass in diesem Fall das Fahrprofil 40 und das Profilfenster 42, das gerade analysiert wird, die gleiche Dauer t_window haben würden und das Fahrtsegment, das durch das Profilfenster 42 repräsentiert wird, die gesamte Fahrtroute sein würde. Die Analyse der gesamten Fahrtroute, z. B. des gesamten Fahrprofils 40 innerhalb eines einzigen Profilfensters 42 kann beispielsweise in Situationen angezeigt sein, bei denen die Fahrtroute eine relativ kurze Distanz und/oder Dauer aufweist. Es versteht sich, dass eine Analyse jedes Profilfensters 42 vorzugsweise abgeschlossen wird, wobei genügend Zeit zur Verfügung steht, um das Betriebssystem 28 des Fahrzeugs 10 von einem Betriebsmodus und/oder von einem Auflademodus in einen anderen zu überführen, so dass das Fahrzeug 10 über ausreichend Zeit verfügt, um die Energiespeichervorrichtung 22 vor dem angezeigten Zeitpunkt des Auftretens des Energiedefizits ED im Fahrprofil 40 auf den SOC-Schwellenwert aufzuladen, der dem minimalen Energiebedarf entspricht, der benötigt wird, um das maximale Energiedefizit ED_max auszugleichen, entweder, indem das Fahrzeug 10 in den Modus mit Ladungserhaltung überführt wird, wenn der SOC der Energiespeichervorrichtung 22 gleich dem minimalen Energiebedarf ist, z. B. gleich dem SOC-Schwellenwert, oder indem das Fahrzeug 10 in einen Auflademodus überführt wird, um den SOC der Energiespeichervorrichtung 22 auf den SOC-Schwellenwert zu erhöhenq, um zu vermeiden, dass Energiedefizitzwischenfälle 52 auftreten, und folglich jegliche Leistungsbeeinträchtigung zu vermeiden, die mit einem Energiedefizit in Bezug steht, etwa eine verringerte Antriebsleistung.
Als Beispiel, das nicht einschränken soll, kann eine Fahrtroute, z. B. die Distanz bis zu dem gewünschten Ziel, 500 Kilometer lang sein und das System 28 kann so ausgestaltet sein, dass das Profilfenster 42 ein Fahrtsegment der Fahrtroute repräsentiert, welches 100 Kilometer lang ist, wodurch ein ausreichender Zeitpuffer bereitgestellt wird, um den Betriebsmodus des Fahrzeugs 10 zu wechseln, um die Energiespeichervorrichtung 22 auf den SOC-Schwellenwert aufzuladen, bevor ein Energiedefizit ED auftritt. Das Profilfenster 42 kann beispielsweise in festgelegten Inkrementen von 10 Kilometern abgerollt werden, so dass das erste Profilfenster 42, das auf ein Energiedefizit ED hin analysiert werden soll, die ersten 100 Kilometer der Fahrtroute repräsentiert, z. B. die Kilometer 0–100, das zweite Profilfenster 42, das analysiert werden soll, die Kilometer 10–110 der Fahrtroute repräsentiert, das dritte zu analysierende Profilfenster 42 die Kilometer 20–120 der Fahrtroute repräsentiert und so weiter, so dass das Profilfenster 42 alle 10 Kilometer der Fahrtroute zur Analyse durch das Steuerungsmodul 28 abgerollt wird und jedes Profilfenster 42 ein nachfolgendes Profilfenster 42 überlappt. In diesem Fall versteht es sich, dass die Zeit t_windows von einem Profilfenster 42 zum nächsten variieren würde, beispielsweise aufgrund von Veränderungen bei der Fahrzeuggeschwindigkeit und/oder von Geschwindigkeitsbegrenzungen für den Abschnitt der Fahrtroute, die in jedem Fahrtsegment, das in einem jeweiligen Profilfenster 42 repräsentiert wird, enthalten sind. Bei einer kürzeren Fahrtroute, beispielsweise einer Fahrtroute, bei der die Gesamtdistanz zu dem gewünschten Ziel kleiner als die Distanz und/oder die Dauer von zwei Profilfenstern 42 sein kann, zum Beispiel eine Fahrtroute mit einer Länge von 120 Kilometern, kann die Fahrtroute insgesamt betrachtet werden, z. B. innerhalb eines einzigen Profilfensters 42, wobei die Analyse auf ein Energiedefizit hin für das Profilfenster 42 mit zeitlichen Inkrementen wiederholt werden kann, um zyklisch den Effekt von sich ändernden Bedingungen abzufragen, etwa die tatsächliche Geschwindigkeit des Fahrzeugs 10, die elektrische Last durch HVAC auf dem Fahrzeug 10 usw.
Die Schritte 104 und 106 sind in 4 in zusätzlichem Detail gezeigt, wobei mit Schritt 104 mit dem Empfangen von Routendaten durch das Steuerungsmodul 26 begonnen wird. Bei Schritt 132 bestimmt das Steuerungsmodul 26 die Antriebsleistung PT zu jedem Zeitpunkt t entlang der Fahrtroute, die das Fahrprofil 40 definiert. Bei Schritt 134 wendet das Steuerungsmodul 26, wie vorstehend erörtert wurde, einen Justierungsfaktor AF auf die Antriebsleistung PT an, um eine justierqte Antriebsleistung PA zu jedem Zeitpunkt t entlang der Fahrtroute zu erzeugen. Bei Schritt 136 vergleicht das Steuerungsmodul 26 bei jedem Profilfenster 42 die justierte Antriebsleistung PA mit der Generatorleistung GP für das Fahrzeug 10, wie hier vorstehend beschrieben wurde, um festzustellen, ob ein Energiedefizit ED innerhalb des Profilfensters 42 angezeigt wird.
Das Verfahren geht von Schritt 136 zu Schritt 106 weiter (in 3 und 4 gezeigt), wobei dann, wenn im Profilfenster 42 kein Energiedefizit ED identifiziert wird, das Verfahren bei Schritt 106 zu Schritt 138 weitergeht, wo festgestellt wird, dass es keinen minimalen Energiebedarf für das Profilfenster 42 gibt. Von Schritt 138 aus springt das Verfahren zurück zu Schritt 136, wobei das Steuerungsmodul 26 in der Art einer Schleife damit fortfährt, das Fahrprofil 40 und die Energiedefizitverteilung 50 mit einem nachfolgenden, z. B. abgerollten Profilfenster 42 zu analysieren, um ein nachfolgendes Profilfenster 42 auf ein Energiedefizit ED hin zu analysieren. Wenn bei Schritt 106 mindestens ein Energiedefizit ED innerhalb des Profilfensters 42, das gerade analysiert wird, identifiziert wird, geht das Verfahren zu Schritt 140 weiter, und ein Wert für das maximale Energiedefizit ED wird für jeden Energiedefizitzwischenfall 52 bestimmt, der in dem Profilfenster 42 identifiziert wird, und bei Schritt 142 wird das maximale Energiedefizit ED_max für das Profilfenster 42 identifiziert. Wie vorstehend und anhand von Beispielen beschrieben wurde, treten in dem Profilfenster 42, das in 2 gezeigt ist, zwei Energiedefizitzwischenfälle 52 auf, wobei der erste Energiedefizitzwischenfall 52A zwischen den Zeitpunkten t₁ und t₃ auftritt und durch ein maximales Energiedefizit ED_WX gekennzeichnet ist, und der zweite Energiedefizitzwischenfall 52B bei Zeitpunkt t₄ beginnt und bis zum Schließen des Profilfensters bei t_close andauert, wobei der zweite Energiedefizitzwischenfall 52B durch ein maximales Energiedefizit ED_YZ gekennzeichnet ist, das zu einem Zeitpunkt t₅ innerhalb des Profilfensters 42 auftritt. Wie in 2 gezeigt ist, ist ED_YZ größer als ED_WX, so dass ED_max für das Profilfenster 42 ED_YZ ist. Bei Schritt 144 bestimmt das Steuerungsmodul 26 einen minimalen Energiebedarf (MER) gleich dem maximalen Energiedefizit ED_max und es bestimmt einen SOC-Schwellenwert auf der Grundlage des minimalen Energiebedarfs, wobei der SOC-Schwellenwert der minimale Ladezustand (SOC) ist, welcher aus der Energiespeichervorrichtung 22 zur Verfügung stehen muss, um das maximale Energiedefizit ED_max auszugleichen, und um dadurch das Auftreten eines Energiedefizits während des Fahrtsegments zu verhindern, das durch das Profilfenster 42 repräsentiert wird. Indem das Auftreten eines Energiedefizits verhindert wird, wird das Fahrzeug 10 beispielsweise vermeiden, dass es eine Reduktion bei der Antriebsleistung, beim Beschleunigungsansprechverhalten und/oder beim BSFC erfährt, die auf ein Energiedefizit zurückzuführen ist. Das Verfahren geht dann von Schritt 144 zu Schritt 108 weiter, der in 3 gezeigt ist.
Wieder mit Bezug auf 3 wird der bei Schritt 106 bestimmte SOC-Schwellenwert bei Schritt 108 durch das Steuerungsmodul 26 mit dem aktuellen Ladezustand (SOC) der Energiespeichervorrichtung 22 verglichen. Wenn der SOC der Energiespeichervorrichtung 22 bei Schritt 108 gleich dem SOC-Schwellenwert ist, der bei Schritt 106 bestimmt wurde, geht das Verfahren zu Schritt 110 weiter und das Steuerungsmodul 26 weist den Antriebsstrang 30 und/oder das Fahrzeug 10 an, in einem Modus mit Ladungserhaltung zu arbeiten, z. B. einem Haltemodus, so dass der SOC der Energiespeichervorrichtung 22 auf einem Ladungsniveau gehalten wird, das ausreicht, um den minimalen Energiebedarf bereitzustellen, der bei Schritt 106 bestimmt wurde. Das Verfahren 90 geht von Schritt 110 zu Schritt 112 weiter, wobei das Steuerungsmodul 26 damit fortfährt, das Fahrprofil 40 zu analysieren, um festzustellen, ob sich der minimale Energiebedarf MER und der daraus definierte SOC-Schwellenwert geändert haben, beispielsweise, indem nachfolgende Profilfenster 42 in der Weise einer Schleife analysiert werden, wie in 4 gezeigt ist. Wenn sich der minimale Energiebedarf nicht verändert hat, springt das Verfahren 90 zurück zu Schritt 112 und das Steuerungsmodul 26 fährt damit fort, das Fahrprofil 40 zu analysieren, um festzustellen, ob sich der minimale Energiebedarf verändert hat. Wenn bei Schritt 112 festgestellt wird, dass sich der minimale Energiebedarf verändert hat, geht das Verfahren 90 zu Schritt 114 weiter.
Wenn bei Schritt 114 der minimale Energiebedarf beseitigt worden ist, z. B. wenn in dem Fahrprofil 40 und/oder in dem Profilfenster 42, das gerade analysiert wird, keine Energiedefizite ED mehr detektiert werden, so dass der MER nun Null ist, geht das Verfahren 90 zu Schritt 116 weiter und das Steuerungsmodul 26 weist den Antriebsstrang 30 und/oder das Fahrzeug 10 an, in den Modus mit Ladungsentleerung, z. B. einen normalen Betriebsmodus, zu wechseln, welcher beispielsweise entweder ein vollständiger Elektromodus oder ein Modus mit vergrößerter Reichweite sein kann. Von Schritt 116 springt das Verfahren 90 zurück zu Schritt 112, bei dem das Steuerungsmodul 26 fortfährt, das Fahrprofil 40 zu analysieren, um festzustellen, ob sich der minimale Energiebedarf MER verändert hat, zum Beispiel, indem nachfolgende Profilfenster 42 in der Weise einer Schleife analysiert werden, wie in 4 gezeigt ist. Wenn bei Schritt 114 festgestellt wird, dass sich der minimale Energiebedarf MER auf einen anderen Wert als Null verändert hat, z. B. auf einen Wert größer als Null, springt das Verfahren 90 zu Schritt 108 zurück, um den SOC-Schwellenwert, der dem veränderten minimalen Energiebedarf entspricht, mit dem dann aktuellen SOC der Energiespeichervorrichtung 22 zu vergleichen.
Wenn der dann aktuelle SOC der Energiespeichervorrichtung 22 bei Schritt 108 nicht gleich dem SOC-Schwellenwert ist, geht das Verfahren zu Schritt 118 weiter, um festzustellen, ob der dann aktuelle SOC der Energiespeichervorrichtung 22 größer als der SOC-Schwellenwert ist. Wenn der SOC bei Schritt 118 größer als der SOC-Schwellenwert ist, ist in der Energiespeichervorrichtung 22 genügend Energie gespeichert, um das maximale Energiedefizit ED_max auszugleichen, das dem minimalen Energiebedarf entspricht, so dass der Antriebsstrang 30 und/oder das Fahrzeug 10 auf das Energiedefizit ED_max ohne eine Verringerung bei der Fahrzeugleistung als Folge des Energiedefizits ED_max antworten können, und das Verfahren springt von Schritt 118 zu Schritt 108 zurück, um in einer Weise einer Schleife damit fortzufahren, den dann aktuellen SOC der Energiespeichervorrichtung 22 mit dem dann aktuellen SOC-Schwellenwert zu vergleichen.
Wenn bei Schritt 118 der SOC kleiner als der SOC-Schwellenwert ist, dann geht das Verfahren 90 zu Schritt 120 weiter und das Steuerungsmodul 26 weist den Antriebsstrang 30 und/oder das Fahrzeug 10 an, in einen Auflademodus zu wechseln, um die Energiespeichervorrichtung 22 aufzuladen, um den SOC der Energiespeichervorrichtung 22 auf den SOC-Schwellenwert zu erhöhen. In dem in 3 gezeigten Beispiel geht das Verfahren von Schritt 120 zu Schritt 124 weiter und das Fahrzeug 10 wird in einen verdichteten Auflademodus überführt. In dem verdichteten Auflademodus ist wie vorstehend beschrieben die Zeitspanne, die zum Aufladen der Energiespeichervorrichtung 22 auf den SOC-Schwellenwert benötigt wird, verdichtet, z. B. kürzer als die Zeitspanne, die benötigt würde, um die Energiespeichervorrichtung 22 auf den benötigten SOC unter Standard-Aufladebedingungen aufzuladen, und folglich ist der verdichtete Auflademodus ein weniger effizienter Auflademodus als der Standard-Auflademodus des Fahrzeugs 10.
In vorteilhafter Weise kann der verdichtete Auflademodus effizienter sein als beispielsweise ein Auflademodus wie etwa der Bergmodus, wobei im Bergmodus, welcher typischerweise ein Modus ist, der von einem Fahrzeugbenutzer manuell gewählt wird, der Antriebsstrang 30 angewiesen wird, die Energiespeichervorrichtung 22 auf einen voreingestellten SOC (Bergmodus-Ziel-SOC) unter Aufladebedingungen aufzuladen, welche den Betrag an Aufladezeit minimieren, um den Bergmodus-Ziel-SOC zu erreichen. Im Gegensatz zu dem hier offenbarten Verfahren kann der Bergmodus-Ziel-SOC höher als der SOC-Schwellenwert sein, der durch eine Analyse des Fahrprofils 40 bestimmt wird, so dass die Energiespeichervorrichtung 22 im Bergmodus auf einen SOC aufgeladen werden kann, der höher als derjenige ist, der benötigt wird, um das Energiedefizit auszugleichen (wobei der Bergmodus-Ziel-SOC höher als der SOC-Schwellenwert ist), wodurch mehr Kraftstoff verbraucht wird als beim Aufladen der Energiespeichervorrichtung 22 in dem verdichteten Auflademodus auf den SOC-Schwellenwert. Ferner wird das Aufladen im Bergmodus typischerweise auf die Wahl durch einen Fahrzeugbenutzer hin eingeleitet, und er hält den SOC der Energiespeichervorrichtung 22 auf dem Bergmodus-Ziel-SOC, bis der Bergmodus von dem Fahrzeugbenutzer abgewählt wird, so dass beim Erreichen und Beibehalten des Bergmodus-Ziel-SOC während Fahrzeugbetriebszeiten Kraftstoff verbraucht wird, wenn der zusätzliche SOC nicht benötigt wird, z. B. vor und/oder nachdem ein Energiedefizit durch das Fahrprofil 40 angezeigt wird. Im Gegensatz dazu analysiert das Verwenden des Verfahrens 90, das hier beschrieben wird, in vorteilhafter Weise kontinuierlich das Fahrprofil 40 auf Energiedefizite hin und es bestimmt adaptiv einen SOC-Schwellenwert und/oder Veränderungen beim SOC-Schwellenwert, die während des Fahrprofils auftreten, und es überführt das Fahrzeug 10 zwischen den Modi mit Ladungserhaltung, Ladungsentleerung und Aufladung, wie durch die Energiedefizitverteilung 50 angezeigt wird, um zu ermöglichen, dass das Fahrzeug 10 in den effizientesten Kraftstoffmodus in Übereinstimmung mit dem Fahrprofil 40 arbeitet, wobei sichergestellt wird, dass die Energiespeichervorrichtung 22 an denjenigen Zeitpunkten während des Fahrprofils 40 auf den SOC-Schwellenwert aufgeladen ist, wenn ein Energiedefizit angezeigt wird, ohne dass die Energiespeichervorrichtung 22 auf einen SOC übermäßig aufgeladen wird, der größer als derjenige ist, der benötigt wird, um das Energiedefizit ED auszugleichen, das durch die Energiedefizitverteilung 50 angezeigt wird, und ohne die Energiespeichervorrichtung 22 auf einen voreingestellten SOC über eine Zeitspanne hinweg aufzuladen, die länger als diejenige ist, die benötigt wird, um das Energiedefizit ED auszugleichen, das durch die Energiedefizitverteilung 50 angezeigt wird. Immer noch mit Bezug auf 3 wird die Energiespeichervorrichtung 22 bei Schritt 124 in dem verdichteten Auflademodus auf den SOC-Schwellenwert aufgeladen und das Verfahren 90 fährt mit Schritt 108 fort, um in der Weise einer Schleife damit fortzufahren, den dann aktuellen SOC der Energiespeichervorrichtung 22 mit dem dann aktuellen SOC-Schwellenwert zu vergleichen.
Wieder mit Bezug auf 3 kann das Verfahren 90 optional, wenn eine Anforderung für einen Auflademodus bei Schritt 120 gestellt wird, bei Schritt 120 den Betrag an verfügbarer Aufladezeit bestimmen, z. B. den Zeitbetrag, der zum Aufladen der Energiespeichervorrichtung 22 auf den SOC-Schwellenwert zur Verfügung steht, so dass die Energiespeichervorrichtung 22 bei der Beendigung der Aufladezeit genügend Energie zur Verfügung hat, um das Auftreten des Energiedefizits ED auszugleichen. Bei Schritt 120 überführt das Steuerungsmodul 26 das Fahrzeug 10 in den energieeffizientesten Auflademodus, welcher die Energiespeichervorrichtung 22 innerhalb der verfügbaren Aufladezeit auf den SOC-Schwellenwert aufladen wird. Bei dem gezeigten Beispiel und wie vorstehend beschrieben wurde kann das Steuerungsmodul 26 den Antriebsstrang 30 und/oder das Fahrzeug 10 anweisen, zwischen einem verdichteten Auflademodus, einem Standard-Auflademodus und einem verlängerten Auflademodus zu wechseln. Wie vorstehend beschrieben wurde, ist der verdichtete Auflademodus der am wenigsten energieeffiziente und er benötigt den kürzesten Betrag an Aufladezeit, um den SOC-Schwellenwert zu erreichen, im Vergleich mit dem Standard-Auflademodus und dem verlängerten Auflademodus, und der verlängerte Auflademodus ist der energieeffizienteste und benötigt den größten Betrag an Aufladezeit, um den SOC-Schwellenwert zu erreichen, mit Bezug auf den Standard-Auflademodus und den verdichteten Auflademodus. Wie in 3 gezeigt ist, kann das Verfahren 90 optional bei Schritt 120, bei dem eine Anforderung gestellt wird, das Fahrzeug 10 in einen Auflademodus zu überführen, über das Steuerungsmodul 26 die verfügbare Aufladezeit bestimmen und den Antriebsstrang 30 und/oder das Fahrzeug 10 anweisen, in denjenigen aus dem verdichteten Auflademodus, dem Standard-Auflademodus und dem verlängerten Auflademodus zu wechseln, welcher ermöglichen wird, dass der Antriebsstrang 30 die Energiespeichervorrichtung 22 innerhalb der verfügbaren Aufladezeit auf den SOC-Schwellenwert auflädt. Wenn die verfügbare Aufladezeit kleiner als die Standard-Aufladezeit ist, z. B. die Aufladezeit, die benötigt wird, um die Energiespeichervorrichtung 22 auf den SOC-Schwellenwert aufzuladen, wenn der Antriebsstrang 30 in einem Standard-Auflademodus betrieben wird, dann wird bei Schritt 122 bestimmt, dass der verdichtete Auflademodus benötigt wird, und das Verfahren geht zu Schritt 124 weiter, bei dem wie vorstehend erörtert wurde das Fahrzeug 10 in den verdichteten Auflademodus überführt wird, um die Energiespeichervorrichtung 22 auf den SOC-Schwellenwert aufzuladen.
Wenn bei Schritt 122 festgestellt wird, dass die verfügbare Aufladezeit gleich oder größer als die Standard-Aufladezeit ist, geht das Verfahren 90 zu Schritt 126 weiter, wo festgestellt wird, ob die Bedingungen für ein verlängertes Aufladen erfüllt sind. Beispielsweise wird das Steuerungsmodul 26 feststellen, ob die verfügbare Aufladezeit gleich oder größer als die verlängerte Aufladezeit ist, wobei die verlängerte Aufladezeit die Aufladezeit ist, die benötigt wird, um die Energiespeichervorrichtung 22 auf den SOC-Schwellenwert aufzuladen, wobei das Fahrzeug 10 in dem verlängerten Auflademodus betrieben wird. Bei Schritt 126 können andere Parameter des Fahrzeugs 10, das Fahrprofil 40 und die Routendaten in Betracht gezogen werden, um festzustellen, ob Bedingungen für ein verlängertes Aufladen erfüllt sind, etwa die elektrische Last auf dem Fahrzeug 10 unter den dann aktuellen Betriebsbedingungen, welche beispielsweise eine relativ höhere elektrische Last für die Verwendung von HVAC, die Schwere und die Frequenz von Veränderungen bei der Steigung und in der Höhe, welche die Frequenz und die Größe von Energiedefizitzwischenfällen entlang des Fahrprofils 40 beeinflussen, das Kraftstoffniveau des Fahrzeugs 10 usw. umfassen. Wenn bei Schritt 126 von dem Steuerungsmodul 26 festgestellt wird, dass die verfügbare Aufladezeit gleich der oder größer als die verlängerte Aufladezeit ist und die zusätzlichen Fahrzeugbedingungen, falls vorhanden, für ein verlängertes Aufladen erfüllt sind, dann geht das Verfahren 90 zu Schritt 128 weiter und das System 28 überführt das Fahrzeug 10 in den verlängerten Auflademodus, um die Energiespeichervorrichtung 22 auf den SOC-Schwellenwert aufzuladen. Wenn Bedingungen für ein verlängertes Aufladen bei Schritt 126 nicht erfüllt sind, dann geht das Verfahren 90 zu Schritt 130 weiter, bei dem das Steuerungsmodul 26 das Fahrzeug 10 in den Standard-Auflademodus überführt, um die Energiespeichervorrichtung 22 auf den SOC-Schwellenwert aufzuladen. Das Verfahren 90 springt von Schritt 130 zurück auf Schritt 108 zum Vergleich des dann aktuellen SOC der Energiespeichervorrichtung 22 mit dem dann aktuellen SOC-Schwellenwert.
Obwohl die besten Arten zum Ausführen der Erfindung im Detail beschrieben wurden, wird der Fachmann auf dem Gebiet, das diese Erfindung betrifft, verschiedene alternative Konstruktionen und Ausführungsformen erkennen, um die Erfindung im Umfang der beigefügten Ansprüche in die Praxis umzusetzen.

Claims

Verfahren zum Steuern eines Hybridfahrzeugs, wobei das Hybridfahrzeug einen Antriebsstrang enthält, wobei der Antriebsstrang eine Brennkraftmaschine, einen Elektromotor/Generator, der sich durch eine Generatorleistung auszeichnet, ein Steuerungsmodul und eine Energiespeichervorrichtung enthält, wobei die Energiespeichervorrichtung ausgestaltet ist, um elektrische Energie an den Elektromotor/Generator zu liefern, wobei das Verfahren umfasst, dass: mit Hilfe des Steuerungsmoduls Routendaten im Hinblick auf eine Fahrtroute empfangen werden; mit Hilfe des Steuerungsmoduls ein Fahrprofil für die Fahrtroute zumindest teilweise auf der Grundlage der Routendaten bestimmt wird; wobei das Fahrprofil eine justierte Antriebsleistungsverteilung und die Generatorleistung enthält; mit Hilfe des Steuerungsmoduls eine Energiedefizitverteilung auf der Grundlage des Fahrprofils bestimmt wird; wobei die Energiedefizitverteilung ein Energiedefizit definiert, wenn die justierte Antriebsleistung die Generatorleistung übersteigt; mit Hilfe des Steuerungsmoduls ein minimaler Energiebedarf auf der Grundlage des Energiedefizits bestimmt wird; mit Hilfe des Steuerungsmoduls ein Ladezustands-Schwellenwert (SOC-Schwellenwert) bestimmt wird, der durch den minimalen Energiebedarf definiert wird; mit Hilfe des Steuerungsmoduls ein Ladezustand der Energiespeichervorrichtung mit dem Ladezustands-Schwellenwert verglichen wird; und mit Hilfe des Steuerungsmoduls der Antriebsstrang angewiesen wird, in einen Auflademodus zu wechseln und die Energiespeichervorrichtung auf den Ladezustands-Schwellenwert aufzuladen, wenn der Ladezustands-Schwellenwert einen Ladezustand der Energiespeichervorrichtung überschreitet, um das Energiedefizit auszugleichen.
Verfahren nach Anspruch 1, das ferner umfasst, dass: mit Hilfe des Steuerungsmoduls der Antriebsstrang angewiesen wird, in einen Modus mit Ladungserhaltung zu wechseln, wenn der Ladezustand der Energiespeichervorrichtung gleich dem Ladezustands-Schwellenwert ist.
Verfahren nach Anspruch 1, das ferner umfasst, dass: mit Hilfe des Steuerungsmoduls der Antriebsstrang angewiesen wird, in einen Modus mit Ladungsentleerung zu wechseln, wenn der minimale Energiebedarf gleich Null ist.
Verfahren nach Anspruch 1, das ferner umfasst, dass: mit Hilfe des Steuerungsmoduls eine Antriebsleistungsverteilung der gewünschten Fahrt zumindest teilweise auf der Grundlage der Routendaten und von Fahrzeuginformationen bestimmt wird; und mit Hilfe des Steuerungsmoduls ein Justierungsfaktor auf die Antriebsleistungsverteilung angewendet wird; wobei die justierte Antriebsleistungsverteilung bestimmt wird, indem der Justierungsfaktor auf die Antriebsleistungsverteilung [englisch: tractive power mode] angewendet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Routendaten Straßensteigungsinformationen und eine geschätzte Geschwindigkeit für die Fahrtroute enthalten; und wobei die justierte Antriebsleistungsverteilung zumindest teilweise auf den Straßensteigungsinformationen und der geschätzten Geschwindigkeit beruht.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Energiedefizit bei einem Beginnzeitpunkt beginnt, wenn die justierte Antriebsleistung größer als die Generatorkapazität ist und bei einem Endzeitpunkt nach dem Beginnzeitpunkt endet, wenn eine kumulierte Differenz zwischen der justierten Antriebsleistung und der generierten Leistung Null ist.
Verfahren nach Anspruch 1, das ferner umfasst, dass: mit Hilfe des Steuerungsmoduls eine verfügbare Aufladezeit zumindest teilweise auf der Grundlage des Fahrprofils und der Energiedefizitverteilung bestimmt wird; wobei der Antriebsstrang im Auflademodus entweder in einem verdichteten Auflademodus oder einem Standard-Auflademodus oder einem verlängerten Auflademodus arbeitet; mit Hilfe des Steuerungsmoduls entweder der verdichtete Auflademodus oder der Standard-Auflademodus oder der verlängerte Auflademodus zumindest teilweise auf der Grundlage der verfügbaren Aufladezeit gewählt wird; und mit Hilfe des Steuerungsmoduls der Antriebsstrang angewiesen wird, in den gewählten aus dem verdichteten Auflademodus, dem Standard-Auflademodus und dem verlängerten Auflademodus zu wechseln, um die Energiespeichervorrichtung innerhalb der verfügbaren Aufladezeit auf den Ladezustands-Schwellenwert aufzuladen.
Verfahren zum Steuern eines Hybridfahrzeugs, wobei das Hybridfahrzeug einen Antriebsstrang enthält, wobei der Antriebsstrang eine Brennkraftmaschine, einen Elektromotor/Generator, der sich durch einen Generatorleistung auszeichnet, ein Steuerungsmodul und eine Energiespeichervorrichtung enthält, wobei die Energiespeichervorrichtung ausgestaltet ist, um elektrische Energie an den Elektromotor/Generator zu liefern, wobei das Verfahren umfasst, dass: mit Hilfe des Steuerungsmoduls Routendaten im Hinblick auf eine gewünschte Fahrt empfangen werden; mit Hilfe des Steuerungsmoduls ein Fahrprofil für die gewünschte Fahrt zumindest teilweise auf der Grundlage der Routendaten bestimmt wird; wobei das Fahrprofil eine justierte Antriebsleistungsverteilung und die Generatorleistung enthält; mit Hilfe des Steuerungsmoduls eine Energiedefizitverteilung auf der Grundlage des Fahrprofils bestimmt wird; mit Hilfe des Steuerungsmoduls ein erstes Profilfenster des Fahrprofils bestimmt wird; mit Hilfe des Steuerungsmoduls festgestellt wird, ob das erste Profilfenster mindestens einen Energiedefizitzwischenfall enthält, der zumindest teilweise durch die Energiedefizitverteilung definiert ist, wenn die justierte Antriebsleistung die Generatorleistung überschreitet.
Verfahren nach Anspruch 8, das ferner umfasst, dass: wobei, wenn festgestellt wird, dass das erste Profilfenster nicht mindestens einen Energiedefizitzwischenfall enthält: der Antriebsstrang mit Hilfe des Steuerungsmoduls angewiesen wird, entweder in einem Modus mit Ladungsentleerung oder in einem Modus mit Ladungserhaltung zu arbeiten; und wobei, wenn festgestellt wird, dass das erste Profilfenster mindestens einen Energiedefizitzwischenfall enthält: mit Hilfe des Steuerungsmoduls ein maximales Energiedefizit bestimmt wird, das durch den mindestens einen Energiedefizitzwischenfall definiert wird, der in dem ersten Profilfenster enthalten ist; mit Hilfe des Steuerungsmoduls ein anfänglicher Ladezustands-Schwellenwert (SOC-Schwellenwert) bestimmt wird; wobei der anfängliche Ladezustands-Schwellenwert durch das maximale Energiedefizit des ersten Profilfensters definiert wird; mit Hilfe des Steuerungsmoduls ein Ladezustand der Energiespeichervorrichtung mit dem anfänglichen Ladezustands-Schwellenwert verglichen wird; und der Antriebsstrang mit Hilfe des Steuerungsmoduls angewiesen wird, in einem Auflademodus zu arbeiten und die Energiespeichervorrichtung auf den anfänglichen Ladezustands-Schwellenwert aufzuladen, wenn der anfängliche Ladezustands-Schwellenwert den Ladezustand der Energiespeichervorrichtung überschreitet.
Hybridfahrzeug, umfassend: einen Antriebsstrang, umfassend: eine Brennkraftmaschine; einen Elektromotor/Generator, der sich durch eine Generatorleistung auszeichnet; und eine Energiespeichervorrichtung; wobei die Energiespeichervorrichtung ausgestaltet ist, um elektrische Energie an den Elektromotor/Generator zu liefern; ein Steuerungsmodul, das programmiert ist, um: mit Hilfe des Steuerungsmoduls Routendaten hinsichtlich einer Fahrtroute zu empfangen; mit Hilfe des Steuerungsmoduls ein Fahrprofil für die Fahrtroute zumindest teilweise auf der Grundlage der Routendaten zu bestimmen; wobei das Fahrprofil eine justierte Antriebsleistungsverteilung und die Generatorleistung enthält; mit Hilfe des Steuerungsmoduls eine Energiedefizitverteilung auf der Grundlage des Fahrprofils zu bestimmen; wobei die Energiedefizitverteilung ein Energiedefizit definiert, wenn die justierte Antriebsleistung die Generatorleistung überschreitet; mit Hilfe des Steuerungsmoduls einen minimalen Energiebedarf auf der Grundlage des Energiedefizits zu bestimmen; mit Hilfe des Steuerungsmoduls einen Ladezustands-Schwellenwert (SOC-Schwellenwert) zu bestimmen, der durch den minimalen Energiebedarf definiert wird; mit Hilfe des Steuerungsmoduls einen Ladezustand der Energiespeichervorrichtung mit dem Ladezustands-Schwellenwert zu vergleichen; und den Antriebsstrang mit Hilfe des Steuerungsmoduls anzuweisen, in einen Auflademodus zu wechseln und die Energiespeichervorrichtung auf den Ladezustands-Schwellenwert aufzuladen, wenn der Ladezustands-Schwellenwert einen Ladezustand der Energiespeichervorrichtung überschreitet, um das Energiedefizit auszugleichen.