DE102015202644A1 - Method and device for operating a hybrid vehicle - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Betreiben eines Hybridfahrzeugs, das eine elektrische Maschine und einen Verbrennungsmotor umfasst, wobei mindestens eine Betriebsart vorgesehen ist, bei der mindestens ein Zylinder des Verbrennungsmotors nicht betrieben wird, während mindestens ein weiterer Zylinder des Verbrennungsmotors betrieben wird.The invention relates to a method and an apparatus for operating a hybrid vehicle comprising an electric machine and an internal combustion engine, wherein at least one mode is provided in which at least one cylinder of the internal combustion engine is not operated, while at least one further cylinder of the internal combustion engine is operated.
Description
Stand der TechnikState of the art
Es sind Kraftfahrzeuge bekannt, die einen Verbrennungsmotor und einen Elektromotor umfassen, wobei beide Motoren direkt oder indirekt zum Vortrieb des Kraftfahrzeugs beitragen. Solche Fahrzeuge werden als Hybridfahrzeuge bezeichnet. Je nach Ausgestaltung des Hybridfahrzeugs können sowohl der Verbrennungsmotor als auch der Elektromotor verwendet werden, um Drehmoment für den Antriebsstrang des Fahrzeugs beizutragen. Es sind aber auch Hybridfahrzeuge bekannt, bei denen der Verbrennungsmotor ausschließlich verwendet wird, um einen Generator anzutreiben, der wiederrum eine Batterie lädt und somit elektrische Energie für den Elektromotor bereitstellt. In Abhängigkeit der gewählten Betriebsstrategie können Hybridfahrzeuge entweder sowohl durch den Elektromotor als auch durch den Verbrennungsmotor angetrieben werden, oder es wird zumindest zeitweise nur der Verbrennungsmotor oder nur der Elektromotor zum Vortrieb des Fahrzeugs verwendet. Der Elektromotor kann sowohl motorisch als auch generatorisch, also zum Aufladen der Batterie während der Fahrt, betrieben werden.There are motor vehicles are known which comprise an internal combustion engine and an electric motor, both motors contribute directly or indirectly to the propulsion of the motor vehicle. Such vehicles are referred to as hybrid vehicles. Depending on the design of the hybrid vehicle, both the engine and the electric motor may be used to contribute torque to the powertrain of the vehicle. However, hybrid vehicles are also known in which the internal combustion engine is used exclusively to drive a generator, which in turn charges a battery and thus provides electrical energy for the electric motor. Depending on the chosen operating strategy, hybrid vehicles can either be driven by the electric motor or by the internal combustion engine, or at least temporarily only the internal combustion engine or only the electric motor is used to propel the vehicle. The electric motor can be both motor and generator, so for charging the battery while driving, operated.
Um zu entscheiden, welche Betriebsstrategie angewendet werden soll, werden sogenannte Kostenfunktionen betrachtet, die in Abhängigkeit eines geforderten Drehmomentes, einer gegebenen Drehzahl sowie weiterer Eingangsgrößen fiktive Kosten angeben, die für einen gegebenen Zeitraum für eine gewisse Leistungsverteilung zwischen den beiden Motoren anfallen. Um die für einen gegebenen Zeitpunkt günstigste Betriebsart bzw. Leistungsverteilung zu ermitteln, wird das Minimum der Kostenfunktion ermittelt und die zu diesem Minimum gehörige Leistungsverteilung ausgewählt. Die Kostenfunktion berücksichtigt dabei wesentliche Größen wie etwa drehmoment- und drehzahlabhängige Effizienzen der Motoren.In order to decide which operating strategy is to be used, so-called cost functions are considered which, depending on a required torque, a given speed and other input variables, indicate fictitious costs which arise for a given period for a certain power distribution between the two motors. In order to determine the most favorable operating mode or power distribution for a given time, the minimum of the cost function is determined and the power distribution belonging to this minimum is selected. The cost function takes into account significant variables such as engine torque and speed-dependent efficiencies.
Es ist ferner bekannt, während des Betriebs eines Fahrzeugs, das lediglich über einen Verbrennungsmotor verfügt, einen oder mehrere Zylinder zumindest zeitweise nicht zu betreiben. Die verbleibenden Zylinder können dadurch an einem günstigeren Lastpunkt betrieben werden, was den Verbrauch des Verbrennungsmotors reduziert. Neben dem Abschalten einzelner Zylinder ist das Abschalten ganzer Zylinderbänke bekannt.It is also known, during operation of a vehicle which has only one internal combustion engine, one or more cylinders at least temporarily not operate. The remaining cylinders can thereby be operated at a more favorable load point, which reduces the consumption of the internal combustion engine. In addition to switching off individual cylinders shutdown of whole cylinder banks is known.
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung haben demgegenüber den Vorteil, dass beim Betreiben eines Hybridfahrzeugs, das eine elektrische Maschine und einen Verbrennungsmotor umfasst, mindestens eine Betriebsart vorgesehen ist, bei der mindestens ein Zylinder des Verbrennungsmotors nicht betrieben wird, während mindestens ein weiterer Zylinder des Verbrennungsmotors betrieben wird. Hierdurch kann das Kraftstoff-Einsparpotential eines Hybridantriebs mit dem einer Zylinderabschaltung verbunden werden. Somit lassen sich weitere Kraftstoffeinsparungen realisieren.The inventive method and the device according to the invention have the advantage that when operating a hybrid vehicle comprising an electric machine and an internal combustion engine, at least one mode is provided in which at least one cylinder of the internal combustion engine is not operated, while at least one further cylinder of the Internal combustion engine is operated. As a result, the fuel-saving potential of a hybrid drive can be connected to that of a cylinder deactivation. Thus, further fuel savings can be realized.
Vorteilhaft ist, eine Sollbetriebsart aus einer ersten bis vierten Betriebsart auszuwählen, wobei die erste Betriebsart umfasst, dass alle Zylinder des Verbrennungsmotors betrieben werden und die elektrische Maschine in einem motorischen Betrieb betrieben wird, die zweite Betriebsart umfasst, dass alle Zylinder des Verbrennungsmotors betrieben werden und die elektrische Maschine in einem generatorischen Betrieb betrieben wird, die dritte Betriebsart umfasst, dass mindestens ein Zylinder des Verbrennungsmotors nicht betrieben wird, während mindestens ein weiterer Zylinder des Verbrennungsmotor betrieben wird und die elektrische Maschine in einem motorischen Betrieb betrieben wird, und die vierte Betriebsart umfasst, dass mindestens ein Zylinder des Verbrennungsmotors nicht betrieben wird, während mindestens ein weiterer Zylinder des Verbrennungsmotor betrieben wird und die elektrische Maschine in einem generatorischen Betrieb betrieben wird. Somit ist sichergestellt, dass alle möglichen Betriebsarten bei der Ermittlung einer Sollbetriebsart in Betracht gezogen werden, die durch die unterschiedliche Verwendung der elektrischen Maschine im motorischen und generatorischen Betrieb sowie der Möglichkeit einer Abschaltung mindestens eines Zylinders gegeben sind.It is advantageous to select a desired operating mode from a first to fourth operating mode, the first operating mode comprising operating all the cylinders of the internal combustion engine and operating the electric machine in an engine operation, the second operating mode operating all cylinders of the internal combustion engine and the electric machine is operated in a generator mode, the third mode includes that at least one cylinder of the internal combustion engine is not operated while at least one further cylinder of the internal combustion engine is operated and the electric machine is operated in a motor mode, and the fourth mode includes in that at least one cylinder of the internal combustion engine is not operated, while at least one further cylinder of the internal combustion engine is operated and the electric machine is operated in a generator mode. This ensures that all possible operating modes are taken into account in the determination of a desired operating mode, which are given by the different use of the electric machine in motor and generator operation and the possibility of switching off at least one cylinder.
Vorteilhaft ist außerdem, wenn die Sollbetriebsart des Hybridfahrzeugs in Abhängig von mindestens einer Kostenfunktion gewählt wird. Unter Kostenfunktion ist dabei eine Funktion zu verstehen, die in Abhängigkeit von verbrauchsrelevanten Eingangsgrößen wie zum Beispiel Drehmoment und/oder Drehzahl sowie gegebenenfalls einem Ladezustand einer Batterie Kosten angibt, die beim Betrieb der elektrischen Maschine und des Verbrennungsmotors anfallen. Unter Kosten kann dabei eine Größe verstanden werden, die versucht die tatsächlichen monetären Kosten eines Fahrzeugbetriebs darzustellen. Unter Kosten kann aber auch eine Größe verstanden werden, die mit einer Kraftstoffaufwendung korreliert und beispielsweise die Dimension einer Leistung hat. In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung setzt sich eine Kostenfunktion additiv aus einem ersten und einem zweiten Term zusammen, wobei der erste Term die Kosten des Betriebs der elektrischen Maschine darstellt und der zweite Term die Kosten des Betriebs des Verbrennungsmotors. In bevorzugter Ausgestaltung sind der erste und der zweite Term abhängig von einer abzurufenden Leistung der elektrischen Maschine bzw. des Verbrennungsmotors. Auf diese Art und Weise kann eine Leistungsverteilung zwischen elektrischer Maschine und Verbrennungsmotor optimiert werden. In einer alternativen Ausgestaltung sind der erste und der zweite Term abhängig von einem Drehmoment, dass durch die elektrische Maschine bzw. den Verbrennungsmotor bereitgestellt wird.It is also advantageous if the desired operating mode of the hybrid vehicle is selected as a function of at least one cost function. Under cost function is a function to understand that indicates costs depending on consumption-related input variables such as torque and / or speed and possibly a state of charge of a battery incurred during operation of the electric machine and the internal combustion engine. Costs may be understood to mean a quantity that attempts to represent the actual monetary costs of a vehicle operation. However, costs can also be understood to mean a quantity which correlates with a fuel expenditure and, for example, has the dimension of a service. In a preferred embodiment of the invention, a cost function is composed additively of a first and a second term, the first term representing the cost of the operation of the electric machine and the second term the cost of operating the internal combustion engine. In a preferred embodiment, the first and the second term are dependent on a power to be retrieved from the electric machine or the Combustion engine. In this way, a power distribution between the electric machine and the internal combustion engine can be optimized. In an alternative embodiment, the first and the second term are dependent on a torque that is provided by the electric machine or the internal combustion engine.
Besonders vorteilhaft ist es, die Sollbetriebsart in Abhängigkeit einer ersten bis vierten Kostenfunktion zu wählen, wobei die erste Kostenfunktion die erste Betriebsart repräsentiert, die zweite Kostenfunktion die zweite Betriebsart repräsentiert, die dritte Kostenfunktion die dritte Betriebsart repräsentiert und die vierte Kostenfunktion die vierte Betriebsart repräsentiert. Somit ist sichergestellt, dass bei der Auswahl der Sollbetriebsart die Einsparpotentiale aller möglichen Betriebsarten ermittelt und sauber miteinander verglichen werden können.It is particularly advantageous to select the desired operating mode as a function of a first to fourth cost function, wherein the first cost function represents the first operating mode, the second cost function represents the second operating mode, the third cost function represents the third operating mode, and the fourth cost function represents the fourth operating mode. This ensures that when selecting the desired operating mode, the potential savings of all possible operating modes can be determined and compared cleanly.
Vorteilhaft ist, die Sollbetriebsart in Abhängigkeit einer Minimierung von mindestens einer Kostenfunktion zu wählen.It is advantageous to select the desired operating mode as a function of minimizing at least one cost function.
Besonders vorteilhaft ist, wenn die Sollbetriebsart in Abhängigkeit von Minimierungen jeweils der ersten bis vierten Kostenfunktion gewählt wird. Somit besteht die Möglichkeit für jede der zur Verfügung stehenden Betriebsarten die spezifischen Kosten zu ermitteln, die bei Auswahl der jeweiligen Betriebsart bei günstigster Leistungsverteilung zwischen elektrischer Maschine und Verbrennungsmotor anfallen würden.It is particularly advantageous if the desired operating mode is selected as a function of minimizations of the first to fourth cost function. Thus, it is possible for each of the available operating modes to determine the specific costs that would be incurred in selecting the respective operating mode with the most favorable power distribution between the electric machine and the internal combustion engine.
Besonders vorteilhaft ist, die Betriebsart als Sollbetriebsart auszuwählen, deren repräsentierende Kostenfunktion den niedrigsten Wert der minimierten ersten bis vierten Kostenfunktion aufweist. Es wird also die Betriebsart ausgewählt, deren Kostenfunktion an der Stelle eines zuvor ermittelten Minimums den niedrigsten Wert aller betrachteten Kostenfunktionen aufweist. Hierfür werden bevorzugt zunächst die erste bis vierte Kostenfunktion unabhängig voneinander minimiert, d.h. es wird jeweils das Minimum der ersten bis vierten Kostenfunktion ermittelt und der Wert der ersten bis vierten Kostenfunktion an der Stelle des jeweils ermittelten Minimums bestimmt. Somit ist sichergestellt, dass nicht nur die verbrauchsgünstigste Betriebsart ausgewählt wird, sondern darüber hinaus auch noch die innerhalb der Sollbetriebsart verbrauchsgünstigste Leistungsverteilung zwischen elektrischer Maschine und Verbrennungsmotor bestimmt wird.It is particularly advantageous to select the operating mode as the desired operating mode, whose representative cost function has the lowest value of the minimized first to fourth cost function. Thus, the operating mode is selected whose cost function has the lowest value of all considered cost functions at the location of a previously determined minimum. For this, it is preferred to first minimize the first to fourth cost functions independently of each other, i. In each case, the minimum of the first to fourth cost function is determined and the value of the first to fourth cost function determined at the location of the respectively determined minimum. Thus, it is ensured that not only the most fuel-efficient operating mode is selected, but in addition also the most fuel-efficient within the desired operating mode power distribution between the electric machine and the internal combustion engine is determined.
Vorteilhaft ist, wenn die Sollbetriebsart ausschließlich aus der ersten oder zweiten Betriebsart gewählt wird und die dritte und vierte Kostenfunktion nicht minimiert werden, wenn mindestens eine Zylinderabschaltungs-Ausschlussbedingung vorliegt. Somit kann Rechenleistung einer elektronischen Steuereinheit gespart werden, da die Anzahl der zu minimierenden Kostenfunktionen vermindert wird, falls Bedingungen vorliegen, die einen Betrieb des Verbrennungsmotors mit Abschaltung einzelner Zylinder ausschließen. Solche Bedingungen werden als Zylinderabschaltungs-Ausschlussbedingungen bezeichnet. Zylinderabschaltungs-Ausschlussbedingungen sowie deren Ermittlung sind dem Fachmann grundsätzlich bekannt.It is advantageous if the desired operating mode is selected exclusively from the first or second operating mode and the third and fourth cost function are not minimized if at least one cylinder deactivation condition is present. Thus, computing power of an electronic control unit can be saved, since the number of cost functions to be minimized is reduced if there are conditions that preclude operation of the internal combustion engine with shutdown of individual cylinders. Such conditions are referred to as cylinder deactivation conditions. Cylinder shut-off conditions and their determination are known in the art.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung wird die Wahl der Sollbetriebsart in regelmäßigen Zeitabständen neu durchgeführt. In besonders vorteilhafter Ausgestaltung wird die Sollbetriebsart alle 10 ms in erfindungsgemäßer Weise ermittelt.In an advantageous embodiment, the selection of the desired operating mode is performed again at regular intervals. In a particularly advantageous embodiment, the desired operating mode is determined every 10 ms in accordance with the invention.
Vorteilhaft ist es eine fünfte Betriebsart vorzusehen, bei der die elektrische Maschine motorisch betrieben wird, während der Verbrennungsmotor nicht betrieben wird.It is advantageous to provide a fifth mode, in which the electric machine is operated by a motor, while the internal combustion engine is not operated.
Vorteilhaft sind weiterhin eine Vorrichtung, die dazu eingerichtet ist, das erfindungsgemäße Verfahren durchzuführen, sowie ein Computerprogramm, das dazu ausgebildet ist oder durch Kompilieren dazu ausgebildet wird, jeden Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens auszuführen.Also advantageous are a device which is set up to carry out the method according to the invention and a computer program which is designed or is designed by compiling to carry out each step of the method according to the invention.
Vorteilhaft sind außerdem ein elektronisches Speichermedium, auf dem besagtes Computerprogramm gespeichert ist, sowie eine elektronische Steuereinheit, die besagtes Speichermedium umfasst.Also advantageous are an electronic storage medium, on which said computer program is stored, and an electronic control unit, which comprises said storage medium.
Das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung beschränken sich nicht auf Hybridfahrzeuge mit genau einem Verbrennungsmotor und einer elektrischen Maschine. In einer vorteilhaften Weiterbildung ist vielmehr vorgesehen, dass bei einem Hybridfahrzeug, das über mehrere elektrische Maschinen und/oder mehrere Verbrennungsmotoren verfügt, für jede elektrische Maschine und jeden Verbrennungsmotor jeweils zwei Kostenfunktionen betrachtet werden. Bei elektrischen Maschinen, die entweder ausschließlich generatorisch oder ausschließlich motorisch betrieben werden, sowie bei Verbrennungsmotoren, bei denen im Betrieb immer alle Zylinder betrieben werden, ist dabei jeweils nur eine Kostenfunktion vorgesehen.The inventive method and the device according to the invention are not limited to hybrid vehicles with exactly one internal combustion engine and one electric machine. In an advantageous development, it is rather provided that in a hybrid vehicle which has a plurality of electrical machines and / or a plurality of internal combustion engines, two cost functions are considered for each electrical machine and each internal combustion engine. In electrical machines that are operated either exclusively as a generator or exclusively by motor, as well as in internal combustion engines in which all cylinders are always operated during operation, only one cost function is provided in each case.
Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigt:Hereinafter, an embodiment of the present invention will be explained in more detail with reference to the accompanying drawings. Showing:
Kurze Beschreibung der ZeichnungShort description of the drawing
Ausführungsformen der Erfindung Embodiments of the invention
Das Hybridfahrzeug (
Das Hybridfahrzeug (
Die elektronische Steuereinheit (
Im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens ermittelt das Betriebsartenkoordinierungsmodul (
In einem zweiten Schritt wird vom Betriebsartenkoordinierungsmodul (
Im zweiten Schritt wird außerdem eine zweite Kostenfunktion an das zweite Minimierungsmodul (
Im zweiten Schritt wird außerdem eine dritte Kostenfunktion an die dritte Minimierungseinheit (
Im zweiten Schritt wird außerdem eine vierte Kostenfunktion an das vierte Minimierungsmodul (
In der vierten Betriebsart wird die elektrische Maschine (
In einem dritten Schritt minimieren die Minimierungsmodule (
In einem vierten Schritt wählt das Vergleichsmodul aus allen eingegangenen Minimal-Kostenwerten durch Vergleich den niedrigsten Wert aus und übermittelt diesen zusammen mit der dazugehörigen Leistungsverteilung an das Umsetzungsmodul (
Handelt es sich bei der Sollbetriebsart um entweder die dritte oder vierte Betriebsart und wurde während der Entprellzeit nicht die erste oder zweite Betriebsart ausgewählt, wird die Abschaltung des mindestens einen Zylinders von einem Zylinderabschaltungsmodul (
Liegt zu Beginn des zweiten Schrittes ein Ausschlusssignal vor, wird im zweiten Schritt lediglich die erste Kostenfunktion an das erste Minimierungsmodul (
In regelmäßigen Zeitabständen, bevorzugt alle 10 ms, wird das Verfahren wiederholt, indem der erste Schritt ausgeführt wird. At regular intervals, preferably every 10 ms, the process is repeated by performing the first step.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist auch geeignet, auf einfache Weise das Hybridfahrzeug (
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