DE102015209883A1 - Method and device for operating a hybrid vehicle - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Hybridantriebssystems mit mehreren Antriebseinheiten (3, 4) in einem Kraftfahrzeug (1) mit folgenden zyklisch ausgeführten Schritten: – Übermitteln (S2) einer Positionsangabe über eine aktuelle Position des Kraftfahrzeugs (1) an eine extern vom Kraftfahrzeug angeordnete Zentraleinheit (20); – als Antwort auf die Übermittlung der Positionsangabe; Empfangen (S3) einer Angabe über eine Lastverteilung, die eine Aufteilung der von den Antriebseinheiten (3, 4) bereitzustellenden Leistungen angibt; – Betreiben (S4) der Antriebseinheiten (3, 4) gemäß der Angabe über die Lastverteilung.The invention relates to a method for operating a hybrid drive system with a plurality of drive units (3, 4) in a motor vehicle (1) with the following cyclically executed steps: - Transmission (S2) of a position information about a current position of the motor vehicle (1) to an external from the motor vehicle arranged central unit (20); - in response to the transmission of the position information; Receiving (S3) an indication of a load distribution, which indicates a distribution of the services to be provided by the drive units (3, 4); - Operating (S4) of the drive units (3, 4) according to the indication of the load distribution.
Description
Technisches GebietTechnical area
Die Erfindung betrifft Verfahren zum Betreiben eines hybriden Antriebssystems in einem Kraftfahrzeug, und insbesondere Verfahren zum Bereitstellen einer optimalen Betriebsstrategie.sThe invention relates to methods for operating a hybrid drive system in a motor vehicle, and more particularly to methods for providing an optimal operating strategy
Stand der TechnikState of the art
Hybride Antriebssysteme sind häufig mit verschiedenen Antriebseinheiten, wie beispielsweise einem Verbrennungsmotor oder einem Elektromotor versehen, die gemeinsam eine Antriebsleistung für das Kraftfahrzeug bereitstellen. Entsprechend einer Hybridbetriebsstrategie kann der Kraftstoffverbrauch des Verbrennungsmotors durch gezielte Unterstützung durch den Elektromotor mit elektrischer Energie aus einer Hochvoltbatterie reduziert bzw. minimiert werden. Je nach Hybridisierungsart, d.h. der Dimensionierung der Komponenten des elektrischen Antriebsstrangs, wird zwischen Mikro-HEVs (HEV: Hybrid Electric Vehicle), Mild HEVs, Full/Strong HEVs und Plug-In HEVs unterschieden. Hybrid drive systems are often provided with various drive units, such as an internal combustion engine or an electric motor, which together provide drive power to the motor vehicle. According to a hybrid operating strategy, the fuel consumption of the internal combustion engine can be reduced or minimized by targeted support by the electric motor with electrical energy from a high-voltage battery. Depending on the type of hybridization, i. the dimensioning of the components of the electric powertrain, a distinction is made between micro-HEVs (HEV: Hybrid Electric Vehicle), Mild HEVs, Full / Strong HEVs and plug-in HEVs.
Für die Anwendung der Hybridbetriebsstrategie sind insbesondere die Full/Strong-HEVs und Plug-In-HEVs interessant, da diese einerseits signifikante Anteile der Fahrstrecke rein elektrisch, d.h. mit abgekoppeltem oder abgeschaltetem Verbrennungsmotor zurücklegen und andererseits eine deutliche Verschiebung des Lastpunktes des Verbrennungsmotors bei dessen Unterstützung bereitstellen können. Dadurch kann eine deutliche Erhöhung des Wirkungsgrades des Verbrennungsmotors und damit eine deutliche Senkung des Kraftstoffverbrauchs erreicht werden. For the application of the hybrid operating strategy, in particular the full / strong HEVs and plug-in HEVs are of interest because, on the one hand, they contain significant portions of the route purely electrically, i. covered with disconnected or switched off internal combustion engine and on the other hand can provide a significant shift of the load point of the internal combustion engine in its support. As a result, a significant increase in the efficiency of the internal combustion engine and thus a significant reduction in fuel consumption can be achieved.
Allgemein bietet der Elektroantrieb in Verbindung mit der entsprechenden Batterie somit bei allen Hybridbetriebsstrategien einen Freiheitsgrad, um den Kraftstoffverbrauch zu senken. Insbesondere wenn die Hybridbetriebsstrategie die Topografie der vorausliegenden Fahrstrecke berücksichtigt, kann dieser Freiheitsgrad zur Reduzierung des Kraftstoffverbrauchs sinnvoll eingesetzt werden.In general, the electric drive in conjunction with the corresponding battery thus provides a degree of freedom in all hybrid operating strategies to reduce fuel consumption. In particular, if the hybrid operating strategy takes into account the topography of the route ahead, this degree of freedom can be usefully used to reduce fuel consumption.
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Erfindungsgemäß sind ein Verfahren zum Betreiben eines Hybridantriebssystems in einem Kraftfahrzeug gemäß Anspruch 1 sowie eine Vorrichtung, ein System und ein Kraftfahrzeug gemäß den nebengeordneten Ansprüchen vorgesehen.According to the invention, a method for operating a hybrid drive system in a motor vehicle according to
Weitere Ausgestaltungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben. Gemäß einem ersten Aspekt ist ein Verfahren zum Betreiben eines Hybridantriebssystems mit mehreren Antriebseinheiten in einem Kraftfahrzeug vorgesehen, mit folgenden zyklisch ausgeführten Schritten:
- – Übermitteln einer Positionsangabe über eine aktuelle Position des Kraftfahrzeugs an eine extern vom Kraftfahrzeug angeordnete Zentraleinheit;
- – als Antwort auf die Übermittlung der Positionsangabe, Empfangen einer Angabe über eine Lastverteilung, die eine Aufteilung der von den Antriebseinheiten bereitzustellenden Leistungen angibt; und
- – Betreiben der Antriebseinheiten gemäß der Angabe über die Lastverteilung.
- Transmitting a position information about a current position of the motor vehicle to a central unit arranged externally of the motor vehicle;
- In response to the transmission of the position indication, receiving an indication via a load distribution which indicates a distribution of the services to be provided by the drive units; and
- - Operating the drive units as specified by the load distribution.
Gemäß einem weiteren Aspekt ist ein Verfahren zum Betreiben einer Zentraleinheit vorgesehen, mit folgenden zyklisch ausgeführten Schritten:
- – Empfangen einer Positionsangabe über eine aktuelle Position eines von der Zentraleinheit separaten Kraftfahrzeugs;
- – Ermitteln einer Angabe über eine optimierte Lastverteilung für Antriebseinheiten eines Hybridantriebssystems des Kraftfahrzeugs abhängig von der empfangenen Positionsangabe, wobei die Lastverteilung eine Aufteilung der von den Antriebseinheiten bereitzustellenden Leistungen angibt;
- – Übermitteln der Angabe über die optimierte Lastverteilung an das Kraftfahrzeug.
- - Receiving a position information on a current position of a separate from the central unit motor vehicle;
- - Determining an indication of an optimized load distribution for drive units of a hybrid drive system of the motor vehicle depending on the received position information, wherein the load distribution indicates a distribution of the services to be provided by the drive units;
- - Transmission of the information about the optimized load distribution to the motor vehicle.
Aus dem Stand der Technik ist eine Vielzahl von Ansätzen zur Auslegung von Hybridbetriebsstrategien für hybride Antriebssysteme in Kraftfahrzeugen bekannt. Beispielsweise sieht eine ECMS-Betriebsstrategie (ECMS: Equivalent Consumption Minimization Strategy) vor, für einen zu befahrenden Streckenabschnitt die Lastverteilung zwischen verschiedenen Antriebseinheiten so zu wählen, dass die Gesamtenergiekosten über eine betrachtete Fahrstrecke minimal werden. Der Gesamtenergieverbrauch ergibt sich aus einer Kostenfunktion, die der Summe der gewichteten Energieverbräuche der verschiedenen Energiearten, beispielsweise einer Kraftstoffenergie als der chemischen Energie des Kraftstoffs oder einer elektrischen Energie in einer aufladbaren Traktionsbatterie entspricht. Zu jedem Zeitpunkt wird also die Lastverteilung der Leistung des Verbrennungsmotors und der Leistung des Elektroantriebs so gewählt, dass die gewichtete Summe aus der zugeführten Kraftstoffleistung und der zugeführten gewichteten elektrischen Leistung minimal wird. From the prior art, a variety of approaches to the design of hybrid operating strategies for hybrid drive systems in motor vehicles are known. For example, an ECMS (Equivalent Consumption Minimization Strategy) provides for the load distribution between different drive units to be selected for a section of track to be traveled in such a way that the total energy costs over a considered route are minimal. The total energy consumption results from a cost function corresponding to the sum of the weighted energy consumptions of the various types of energy, for example, a fuel energy as the chemical energy of the fuel or an electric energy in a rechargeable traction battery. At any point in time, therefore, the load distribution of the power of the internal combustion engine and the power of the electric drive is selected so that the weighted sum of the supplied fuel power and the supplied weighted electrical power is minimal.
Das ECMS-Verfahren ist in der Lage, eine nahezu global optimale Lösung, d.h. einen minimalen Kraftstoffverbrauch für die gesamte Fahrstrecke des Kraftfahrzeugs zu erzielen. Dazu muss lediglich der Gewichtungsfaktor der Kostenfunktion in geeigneter Weise eingestellt werden. Eine bekannte Möglichkeit zur Festlegung des Gewichtungsfaktors (auch Äquivalenzfaktor genannt) besteht darin, diesen auf Basis einer Abweichung zwischen einem aktuellen Ladezustand eines elektrischen Energiespeichers von einem geplanten Soll-Ladezustand zu ermitteln und den Gewichtungsfaktor so anzupassen, dass der aktuelle Ladezustand dem Soll-Ladezustand in zufriedenstellender Näherung folgt. Dadurch kann das Optimierungsproblem anstatt auf die Suche nach dem korrekten Gewichtungsfaktor auf die Planung des optimalen Soll-Ladezustands des elektrischen Energiespeichers abgebildet werden.The ECMS method is able to achieve a nearly globally optimal solution, ie a minimum fuel consumption for the entire driving distance of the motor vehicle. For this purpose, only the weighting factor of the cost function has to be adjusted in a suitable manner. One known way of determining the weighting factor (also called equivalence factor) is to calculate it based on a deviation between a current one To determine the state of charge of an electrical energy storage of a planned target state of charge and to adjust the weighting factor so that the current state of charge the nominal state of charge follows in a satisfactory approximation. This allows the optimization problem to be mapped to the planning of the optimum desired state of charge of the electrical energy store instead of the search for the correct weighting factor.
Der Verlauf des Soll-Ladezustands bzw. einer sonstigen Angabe über die Lastverteilung kann prädiktiv unter Berücksichtigung einer vorausliegenden Fahrstrecke bestimmt werden. Dazu ist eine Kenntnis des Streckenprofils der vorausliegenden Fahrstrecke notwendig. Es erfordert jedoch im Kraftfahrzeug einen hohen Speicheraufwand zum Speichern von Streckeninformation, wie beispielsweise in einer digitalen Straßenkarte mit einem Höhenprofil und dergleichen. Zudem ist es aufwändig, eine solche digitale Straßenkarte mit einem entsprechenden Höhenprofil in jedem Kraftfahrzeug regelmäßig zu aktualisieren, und sich schnell ändernde Streckenzustände, wie beispielsweise bei baulichen Veränderungen und Baustellen, Verkehrsaufkommen und dergleichen können nicht in ihrer aktuellsten Form berücksichtigt werden. The course of the desired state of charge or any other information about the load distribution can be determined predictively taking into account a route lying ahead. This requires knowledge of the route profile of the route ahead. However, in the motor vehicle, it requires a large memory overhead for storing route information, such as in a digital road map with a height profile and the like. In addition, it is laborious to regularly update such a digital road map with a corresponding elevation profile in each motor vehicle, and rapidly changing road conditions, such as in structural changes and construction sites, traffic and the like can not be considered in their most recent form.
Es ist daher mit den obigen Verfahren vorgesehen, regelmäßig eine jeweils aktuelle Angabe zu einer Lastverteilung für Antriebseinheiten in einem hybriden Antriebssystem in einem Kraftfahrzeug positionsabhängig von extern bereitzustellen. Dazu übermittelt das Kraftfahrzeug eine jeweilige Positionsangabe an ein zentrales System und empfängt als Antwort eine in dem zentralen System basierend auf der dort vorliegenden digitalen Straßenkarte mit den darin enthaltenen Streckeninformationen ermittelte Angabe über die einzustellende Lastverteilung. It is therefore provided with the above method, regularly provide a respective current information on a load distribution for drive units in a hybrid drive system in a motor vehicle position-dependent from external. For this purpose, the motor vehicle transmits a respective position information to a central system and in response receives an information about the load distribution to be set in the central system based on the digital road map present therein with the route information contained therein.
Im Kraftfahrzeug wird nun die empfangene Angabe über die Lastverteilung entsprechend umgesetzt. Die Übermittlung der Positionsangabe durch das hybride Antriebssystem sowie der Empfang der entsprechenden Angabe über die Lastverteilung erfolgen zyklisch, so dass das Kraftfahrzeug während des Befahrens der vorausliegenden Fahrstrecke stets gemäß einer extern optimierten Lastverteilung betrieben werden kann. Dies hat den Vorteil, dass die ansonsten aufwändige Berechnung der Lastverteilung basierend auf einer prädiktiven Vorausschau von Streckenparametern einer vorausliegenden Fahrstrecke nicht im hybriden Antriebssystem, sondern extern in einer Zentraleinheit vorgenommen werden kann. In the motor vehicle, the received information about the load distribution is now converted accordingly. The transmission of the position information by the hybrid drive system and the receipt of the corresponding information about the load distribution are cyclic, so that the motor vehicle can always be operated while driving on the route ahead in accordance with an externally optimized load distribution. This has the advantage that the otherwise complex calculation of the load distribution based on a predictive forecast of route parameters of a preceding route can not be made in the hybrid drive system, but externally in a central processing unit.
Die kontinuierliche Übermittlung der jeweils optimierten Angabe zur Lastverteilung an das hybride Antriebssystem von extern ermöglicht zum einen einen Betrieb des hybriden Antriebssystems mit einer Kraftstoffersparnis. Andererseits ist es lediglich notwendig, die aktuelle Fahrzeugposition im Kraftfahrzeug zu ermitteln und diese an die Zentraleinheit zu übermitteln, ohne dass im Kraftfahrzeug eine stets aktuelle virtuelle Straßenkarte mit Höhenprofil und sonstigen Streckeninformationen, die den Kraftstoffverbrauch beeinflussen können, vorgehalten werden muss. Dadurch kann weiterhin eine Schnittstelle zwischen einem Navigationssystem, in dem eine digitale Straßenkarte gespeichert sein könnte, und einer Steuereinheit für das hybride Antriebssystem entfallen.The continuous transmission of the respectively optimized indication of the load distribution to the hybrid drive system from the outside makes it possible on the one hand to operate the hybrid drive system with a fuel saving. On the other hand, it is only necessary to determine the current vehicle position in the motor vehicle and to transmit this to the central unit without having to keep in the motor vehicle an always current virtual road map with altitude profile and other route information that can affect fuel consumption. As a result, an interface between a navigation system in which a digital road map could be stored and a control unit for the hybrid drive system can be omitted.
Weiterhin können die Antriebseinheiten einen Elektroantrieb umfassen, der mit einem elektrischen Energiespeicher zum Versorgen des Elektroantriebs mit elektrischer Energie verbunden ist, wobei die Angabe über die Lastverteilung einen Soll-Ladezustand umfasst, wobei der Elektroantrieb mit einer Leistung betrieben wird, so dass ein Ist-Ladezustand des elektrischen Energiespeichers in Richtung des Soll-Ladezustands eingestellt wird bzw. der Ladezustand auf den Soll-Ladezustand geregelt wird. Furthermore, the drive units may comprise an electric drive, which is connected to an electrical energy store for supplying the electric drive with electrical energy, wherein the indication of the load distribution comprises a desired state of charge, wherein the electric drive is operated with a power, so that an actual state of charge of the electrical energy storage is set in the direction of the desired state of charge or the state of charge is regulated to the desired state of charge.
Die Angabe über die einzustellende Lastverteilung kann also in Form eines Soll-Ladezustands für die Traktionsbatterie an das Kraftfahrzeug übermittelt werden bzw. von diesem empfangen werden. Abhängig von der erhaltenen Angabe über die Lastverteilung kann nun das Antriebssystem in entsprechender Weise mit einer Lastverteilung zwischen den Antriebseinheiten entsprechend der empfangenen Angabe über die Lastverteilung betrieben werden. The information about the load distribution to be set can thus be transmitted in the form of a desired state of charge for the traction battery to the motor vehicle or be received by the latter. Depending on the information given about the load distribution, the drive system can now be operated in a corresponding manner with a load distribution between the drive units in accordance with the information received about the load distribution.
Durch die Wahl des Soll-Ladezustands des elektrischen Energiespeichers als Angabe über die Lastverteilung, die übermittelt wird, kann in der Zentraleinheit eine beliebige Betriebsstrategie vorgesehen werden. Zudem kann die digitale Straßenkarte in einfacher Weise einmalig in der Zentraleinheit aktualisiert bereitgestellt werden und somit auch kurzfristige Änderungen auf Streckenabschnitten, die den Kraftstoffverbrauch beeinflussen können, berücksichtigt werden.By choosing the desired state of charge of the electrical energy storage as an indication of the load distribution that is transmitted, any operating strategy can be provided in the central unit. In addition, the digital road map can be provided in a simple manner updated once in the central unit and thus also short-term changes on routes that can affect fuel consumption, are taken into account.
Weiterhin kann bei dem Verfahren zum Betreiben einer Zentraleinheit die Angabe über die optimierte Lastverteilung abhängig von Streckenparametern einer vorausliegenden Fahrstrecke ermittelt werden.Furthermore, in the method for operating a central unit, the information about the optimized load distribution can be determined as a function of route parameters of a route lying ahead.
Gemäß einer Ausführungsform kann bei dem Verfahren zum Betreiben einer Zentraleinheit die Angabe über die Lastverteilung ermittelt werden, indem eine Geschwindigkeitstrajektorie entlang eines elektronischen Streckenhorizonts bestimmt und eine Optimierung des Verlaufs der Lastverteilung entlang der Geschwindigkeitstrajektorie durchgeführt wird. According to one embodiment, in the method for operating a central processing unit, the information about the load distribution can be determined by determining a velocity trajectory along an electronic route horizon and optimizing the course of the load distribution along the velocity trajectory.
Insbesondere kann bei dem Verfahren zum Betreiben einer Zentraleinheit der elektronische Streckenhorizont als eine am wahrscheinlichsten befahrene Fahrstrecke oder einem Abschnitt davon ermittelt werden. In particular, in the method for operating a central processing unit, the electronic route horizon may be determined as a most likely traveled route or a portion thereof.
Es kann bei dem Verfahren zum Betreiben einer Zentraleinheit vorgesehen sein, dass als Angabe über die Lastverteilung ein Soll-Ladezustand eines elektrischen Energiespeichers des Hybridantriebssystems ermittelt und übermittelt wird. It can be provided in the method for operating a central unit that is determined as an indication of the load distribution, a desired state of charge of an electrical energy storage of the hybrid drive system and transmitted.
Gemäß einem weiteren Aspekt ist eine Vorrichtung zum Betreiben eines Hybridantriebssystems in einem Kraftfahrzeug vorgesehen, umfassend:
- – eine Steuereinheit zum Betreiben der Antriebseinheiten gemäß einer Angabe über eine Lastverteilung, wobei die Lastverteilung eine Aufteilung der von Antriebseinheiten des Hybridantriebssystems bereitzustellenden Leistungen angibt; und
- – eine Sende-/Empfangseinrichtung zum Übermitteln einer Positionsangabe über eine aktuelle Position des Kraftfahrzeugs nach extern, insbesondere an eine extern vom Kraftfahrzeug angeordnete Zentraleinheit, und zum Empfangen einer Angabe über eine Lastverteilung als Antwort auf die Übermittlung der Positionsangabe.
- A control unit for operating the drive units according to an indication of a load distribution, the load distribution indicating a distribution of the services to be provided by drive units of the hybrid drive system; and
- - A transmitting / receiving device for transmitting a position information about a current position of the motor vehicle to the outside, in particular to an externally arranged from the motor vehicle central unit, and for receiving an indication of a load distribution in response to the transmission of the position information.
Gemäß einem weiteren Aspekt ist ein Hybridantriebssystem mit Antriebseinheiten vorgesehen, die mindestens einen Elektroantrieb und einen elektrischen Energiespeicher zum Bereitstellen von elektrischer Energie für den Elektroantrieb umfassen, und die obige Vorrichtung.According to a further aspect, a hybrid drive system is provided with drive units, which comprise at least one electric drive and an electrical energy store for providing electrical energy for the electric drive, and the above device.
Gemäß einem weiteren Aspekt ist eine Zentraleinheit zum Bereitstellen von Angaben über Lastverteilungen an ein oder mehrere Kraftfahrzeuge vorgesehen, wobei die Zentraleinheit ausgebildet ist, eines der obigen Verfahren durchzuführen. According to a further aspect, a central unit is provided for providing information about load distributions to one or more motor vehicles, wherein the central unit is designed to perform one of the above methods.
Gemäß einem weiteren Aspekt ist ein System mit der obigen Zentraleinheit und einem oder mehreren jeweils in Kraftfahrzeugen vorgesehenen obigen Hybridantriebssystemen vorgesehen.According to another aspect, there is provided a system comprising the above central unit and one or more hybrid drive systems provided respectively in automobiles.
Kurzbeschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings
Ausführungsformen werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:Embodiments are explained below with reference to the accompanying drawings. Show it:
Beschreibung von AusführungsformenDescription of embodiments
Die Antriebseinheiten
Die Zentraleinheit
In den
Neben der Position des Kraftfahrzeugs können auch Fahrzeugtyp, Typ des Hybridantriebssystems
In Schritt S3 wird eine abhängig von der zuvor übertragenen Position des Kraftfahrzeugs
In der Zentraleinheit
In Schritt S11 wird zunächst auf die Positionsangabe gewartet und ggfs. empfangen, so dass diese in der Zentraleinheit
Basierend auf der Position des Kraftfahrzeugs
Der elektronische Streckenhorizont entspricht einer am wahrscheinlichsten zu befahrenden Fahrstrecke bzw. einem Abschnitt davon, auf dem die prädiktive Betrachtung zur Ermittlung der Angabe über die Lastverteilung basiert. Der elektronische Streckenhorizont setzt sich aus Streckenabschnitten zusammen, denen jeweils eine oder mehrere der folgenden Informationen zugeordnet sein können: Informationen über eine Fahrbahnsteigung oder ein Fahrbahngefälle, eine Kurvenkrümmung, eine gesetzliche Geschwindigkeitsbegrenzung, ein Verkehrsaufkommen, eine Wetterbedingung und dergleichen. Basierend auf diesen Angaben wird im Schritt S13 mit Hilfe einer geeigneten Hybridbetriebsstrategie, zum Beispiel auf Basis eines einfachen Längsdynamikmodells des Kraftfahrzeugs
Die Übermittlung der der aktuellen Position des Kraftfahrzeugs
Auch das Verfahren in der Zentraleinheit
Claims (13)
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