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Technisches Gebiet
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Antriebsstrangs, ein elektronisches Steuergerät zum Steuern eines Antriebsstrangs, ein Computerprogramm sowie ein maschinenlesbares Speichermedium.
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Stand der Technik
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Aus der Praxis ist es bekannt, dass in einem Antriebsstrang eines Fahrzeugs sowohl lediglich nur ein Verbrennungsmotor als auch zusätzlich dazu eine elektrische Maschine mit einem Batteriesystem aufgenommen sein kann. Der Antriebsstrang kann dann in einem reinen Verbrennungsbetrieb betrieben werden, bei dem Brennstoff zu einem Zylinder des Verbrennungsmotors zugeführt und in diesem verbrannt wird. Alternativ kann der Antriebsstrang in einem reinen elektrischen Betrieb betrieben werden, bei dem durch die elektrische Maschine ein Antriebsmoment für den Verbrennungsmotor bereitgestellt wird. Dabei kann in dem Batteriesystem gespeicherte Energie verwendet werden. Die Energie kann unter anderem durch einen Bremsvorgang eines rekuperativen bzw. regenerativen Bremssystems des Antriebsstrangs gewonnen und wiederum im Batteriesystem gespeichert werden, um Brennstoff für den Verbrennungsmotor zu minimieren. Der Antriebsstrang kann auch in einem hybridischen Betrieb betrieben werden, bei dem die elektrische Maschine zusätzlich zum Verbrennen des Brennstoffs im Zylinder des Verbrennungsmotors das Antriebsmoment bereitstellt.
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Es ist ebenfalls bekannt, dass der Verbrennungsmotor ein Dualsystem aufweisen kann, bei dem Brennstoff mittels einer Saugrohreinspritzung des Verbrennungsmotors und/oder einer Brennstoffdirekteinspritzung des Verbrennungsmotors in Übereinstimmung eines Aufteilungsfaktors des Brennstoffs auf diese beiden Einspritzungspfade zum Zylinder des Verbrennungsmotors zugeführt werden kann. Ein Dualsystem wird in der Regel zur Emissionsverringerung verwendet.
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Insgesamt ist die Auswahl des geeigneten Betriebszustands des Antriebsstrangs, also der Betriebsart des Antriebsstrangs, angesichts der vielen Betriebsarten komplex. Es besteht folglich ein Bedürfnis, Techniken bereitzustellen, die es ermöglichen, dass ein Antriebsstrang mit einem Verbrennungsmotor, der insbesondere ein Dualsystem aufweist, einer elektrischen Maschine, einem Batteriesystem sowie einem rekuperativen Bremssystem auf besonders einfache und gezielte Weise betreibbar ist. Insbesondere ist es ferner wünschenswert, zu jedem Betriebspunkt eines solchen Antriebsstrangs einen emissionsoptimalen Betrieb unter allen möglichen Betriebsarten einzustellen.
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Offenbarung der Erfindung
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Es ist ein Verfahren zum Betreiben eines Antriebsstrangs, ein elektronisches Steuergerät zum Steuern eines Antriebsstrangs, ein Computerprogramm sowie ein maschinenlesbares Speichermedium gemäß den unabhängigen Ansprüchen bereitgestellt. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Gemäß einem ersten Aspekt ist ein Verfahren zum Betreiben eines Antriebsstrangs bereitgestellt, der einen Verbrennungsmotor, eine elektrische Maschine, ein rekuperatives Bremssystem und ein Batteriesystem aufweist, wobei das Verfahren die Schritte Ermitteln einer Rekuperationsenergie, die mittels des rekuperativen Bremssystems für eine zukünftig zurückzulegende Strecke gewonnen werden kann, Ermitteln zumindest eines Betriebszustands für den Antriebsstrang für die zurückzulegende Strecke basierend auf der ermittelten Rekuperationsenergie und Betreiben des Antriebsstrangs in dem ermittelten zumindest einen Betriebszustand aufweist.
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In dem erfindungsgemäßen Verfahren werden erstmalig Informationen aus verschiedenen Informationsquellen, beispielsweise einem Motorsteuergerät zum Steuern des Verbrennungsmotors, der elektrischen Maschine und des Batteriesystems und einem Steuergerät für das rekuperative Bremssystem (insbesondere einem Elektronisches Stabilitätsprogramm(ESP)-Steuergerät) bereitgestellt, um vorausschauend eine geeignete Ansteuerung des Verbrennungsmotors, der elektrischen Maschine, des rekuperativen Bremssystems und des Batteriesystems des Antriebsstrangs, beispielsweise unter Minimierung eines Kraftstoffverbrauchs bzw. einer Emission, zu ermitteln. Dabei kann das Batteriesystem einem einzelligen oder mehrzelligen Energiespeicher entsprechen und/oder Energie für weitere Verbraucher eines Fahrzeugs, das den Antriebsstrangstrang aufweist, wie beispielweise eine Klimaanlage, neben der elektrischen Maschine bereitstellen. In dem Verfahren wird eine zukünftig zurückzulegende Strecke derart (insbesondere unter Verwendung von Navigationsdaten aus einem Globalen Positionsbestimmungssystem(GPS)-Zielführungssystem eines Fahrzeugs, das den Antriebsstrang aufweist) betrachtet, um eine zukünftig gewonnene Rekuperationsenergie zu ermitteln, die dann zum Betreiben des Antriebsstrangs auf der zukünftig zurückzulegenden Strecke verwendet werden kann.
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Insgesamt kann das Verfahren eine einfache und gezielte Steuerung des Betriebs des Antriebsstrangs über einen zukünftigen Zeitraum bereitgestellt werden, bei dem ein optimaler Energieansatz unter Verwendung aller möglichen Energiequellen des Antriebsstrangs verwendet wird und proaktiv alle Aktuatoren für den Antriebsstrang angesteuert und damit unnötige Brennstoffverluste oder auch eine zu hohe Emission vermieden werden können. Ein solches Energieeinsparpotential kann bis zu 20 % gegenüber konventionell ausgewählten Betriebszuständen betragen.
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In einer Ausführungsform kann das Ermitteln der Rekuperationsenergie Aufteilen der zurückzulegenden Strecke in zumindest einen ersten Streckenabschnitt mit abfallender bzw. negativer Steigung (d.h. einen steigungsmäßig abfallenden Streckenabschnitt) und zumindest einen zweiten Streckenabschnitt mit nicht abfallender Steigung (d.h. einen ebenen Streckenabschnitt ohne Steigung und/oder einen steigungsmäßig ansteigenden Streckenabschnitt bzw. einen Streckenabschnitt mit positiver Steigung) und Ermitteln der Rekuperationsenergie für (insbesondere lediglich)den zumindest ersten Streckenabschnitt aufweisen. Dabei kann die zukünftig zurückzulegende Strecke derart unterteilt werden, dass der zumindest erste Streckenabschnitt jeweils ein Ende der betrachteten zurückzulegenden Strecke darstellt. In diesem Fall kann der Antriebsstrang entlang weiterer, zumindest zweiter Streckenabschnitte im Anschluss an den zumindest ersten Streckenabschnitt stets im Verbrennungsbetrieb betrieben werden. Die Rekuperationsenergie wird dabei basierend auf der in dem zumindest ersten Streckenabschnitt zulässigen Geschwindigkeit sowie einer Länge und Steigung des zumindest ersten Streckenabschnitts ermittelt, in dem die geschwindigkeits-, steigungs- und längenabhängige Bremskraft in diesem Streckenschnitt berechnet und daraus die Rekuperationsenergie ermittelt wird. Dadurch kann eine besonders genaue Ermittlung der Rekuperationsenergie erfolgen, so dass der ermittelte Betriebszustand zum Betreiben des Antriebsstrangs entlang der zurückzulegenden Strecke optimal ermittelt werden kann.
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In einer Ausführungsform kann das Ermitteln der Rekuperationsenergie ferner Ermitteln, ob die abfallende Steigung des zumindest ersten Streckenabschnitts (insbesondere betragsmäßig) gleich oder größer als ein vorgegebener Steigungsschwellwert ist, aufweisen, wobei der ermittelte zumindest eine Betriebszustand für den zumindest ersten Streckenabschnitt einem elektrischen Betrieb entsprechen kann, wenn die Steigung (insbesondere betragsmäßig) gleich oder größer als der Steigungsschwellwert ist, und der ermittelte zumindest eine Betriebszustand für den zumindest ersten Streckenabschnitt kann einem Verbrennungsbetrieb oder einem hybridischen Betrieb entsprechen, wenn die Steigung (insbesondere betragsmäßig) kleiner als der Steigungsschwellwert ist. Dabei kann von der Annahme ausgegangen werden, dass der Antriebsstrang dazu eingerichtet ist, bei abfallenden Streckenabschnitten ab einem Mindeststeigungswert (beispielsweise 5%) stets rekuperieren kann und das Antriebsmoment für diesen Streckenabschnitt lediglich aus dem Batteriesystem ohne zusätzliches Antriebsmoment aus dem Verbrennungsmotor genommen werden kann. Alternativ kann es notwendig sein, den Antriebsstrang zusätzlich mittels des Verbrennungsmotors anzutreiben, wenn eine zu geringe negative Steigung vorliegt.
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In einer Ausführungsform kann das Verfahren ferner Ermitteln, ob der zumindest zweite Streckenabschnitt, insbesondere bis zu einem Erreichen des zumindest ersten Streckenabschnitts und/oder insbesondere ausschließlich, unter Verwendung der Rekuperationsenergie, die in dem zumindest ersten Streckenabschnitt gewonnen werden kann, zurückgelegt werden kann, aufweisen, wobei der ermittelte zumindest eine Betriebszustand für den zumindest zweiten Streckenabschnitt einem elektrischen Betrieb entsprechen kann, wenn der zumindest zweite Streckenabschnitt, insbesondere ausschließlich, unter Verwendung der Rekuperationsenergie zurückgelegt werden kann, und der ermittelte zumindest eine Betriebszustand für den zumindest zweiten Streckenabschnitt kann einem Verbrennungsbetrieb oder einem hybridischen Betrieb entsprechen, wenn der zumindest zweite Streckenabschnitt nicht, insbesondere ausschließlich, unter Verwendung der Rekuperationsenergie zurückgelegt werden kann. Dadurch kann eine besonders einfache Abfrage verwendet werden, um entsprechend der zurückzulegenden Strecke den Betriebszustand für den zumindest zweiten Streckenabschnitt in Abhängigkeit der möglichen Rekuperationsenergie zu ermitteln.
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In einer Ausführungsform kann das Verfahren ferner Ermitteln, ob die im zumindest ersten Streckenabschnitt gewonnene Rekuperationsenergie ausreicht, um das Batteriesystem auf einen Mindestladezustand aufzuladen, aufweisen, wobei der ermittelte zumindest eine Betriebszustand für den zumindest zweiten Streckenabschnitt einem elektrischen Betrieb entsprechen kann, wenn die im zumindest ersten Streckenabschnitt gewonnene Rekuperationsenergie ausreicht, um das Batteriesystem auf den Mindestladezustand aufzuladen, und der ermittelte zumindest eine Betriebszustand für den zumindest zweiten Streckenabschnitt kann einem Verbrennungsbetrieb oder einem hybridischen Betrieb entsprechen, wenn die im zumindest ersten Streckenabschnitt gewonnene Rekuperationsenergie nicht ausreicht, das Batteriesystem auf den Mindestladezustand aufzuladen. Durch diese Maßnahme kann sichergestellt werden, dass nach Zurücklegen der geplanten Strecke das Batteriesystem stets einen Mindestladezustand aufweisen kann, um den Antriebsstrang unter Verwendung der elektrischen Maschine und optional andere Fahrzeugsysteme zu betreiben.
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Insbesondere kann der zumindest eine Betriebszustand für den zumindest zweiten Streckenabschnitt unter Verwendung einer Geschwindigkeit, welche auf dem zumindest zweiten Streckenabschnitt erlaubt ist, ermittelt werden. Es können beispielsweise verschiedene Betriebszustände ermittelt werden, die hinsichtlich eines Einsparpotenzials des Brennstoffs und einer Minimierung von Emissionen (beispielsweise durch gezieltes Einstellen einer Saugrohreinspritzung des Verbrennungsmotors anstatt einer Brennstoffdirekteinspritzung des Verbrennungsmotors bei geringen Drehzahlen bzw. Lasten des Antriebsstrangs) möglich sind.
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Insbesondere kann die Ermittlung des zumindest einen Betriebszustands für den zumindest zweiten Streckenabschnitt umfassen, dass ermittelt wird, ob die möglichen Betriebszustände des Verbrennungsmotors (d.h. der elektrische Betriebszustand, der hybridische Betriebszustand oder der Betriebszustand mit einer reinen Verbrennung mit einer definierten Einspritzart) physikalisch innerhalb der Bauteilgrenzen des Antriebsstrangs und/oder der Bauteilgrenzen der einzelnen Komponenten des Antriebsstrangs umsetzbar sind, um solche Betriebszustände auszuschließen, mit denen der Antriebsstrang auf dem zumindest zweiten Streckenabschnitt physikalisch nicht betreibbar ist. Eine physikalische Umsetzbarkeit kann beispielsweise eine minimale Durchsatzmenge von Injektoren der Saugrohreinspritzung und/oder der Brennstoffdirekteinspritzung betreffen, damit nicht ein nicht geeigneter Aufteilungsfaktor des Brennstoffs auf die beiden Einspritzpfade je nach Streckenaufteilung insbesondere direkt vor einer Phase der Gewinnung der Rekuperationsenergie im zumindest ersten Streckenabschnitt eingestellt wird.
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In einer Ausführungsform kann das Ermitteln des zumindest einen Betriebszustands für den zumindest zweiten Streckenabschnitt unter Gewichtung der Rekuperationsenergie und Anforderungen an den Verbrennungsbetrieb bzw. den hybridischen Betrieb des Antriebsstrangs erfolgen, um die Auswahl des zumindest einen Betriebszustands und die Ansteuerung des Antriebsstrangs in diesem Betriebszustand unter Kostenfunktionalitätsgesichtspunkten im Hinblick auf die Rekuperationsenergie gegenüber den Betriebsanforderungen variabel zu gestalten, so dass nicht ein fester Betriebszustand für den Verbrennungsmotor bzw. für das Bremssystem eingestellt wird, sondern dass die Ansteuerung des Antriebsstrangs abhängig von einem Potenzial der Einsparung als auch vom Energiebedarf von jeweiligen Aktuatoren für den Verbrennungsmotor bzw. für das Bremssystem erfolgt.
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In einer Ausführungsform kann das Verfahren ferner Ermitteln eines Ladezustands des Batteriesystems aufweisen, wobei der ermittelte zumindest eine Betriebszustand ferner basierend auf dem ermittelten Ladezustand des Batteriesystems ermittelt werden kann. Dabei kann der Ladezustand einem initialen Ladezustand des Batteriesystems, also einem Ladezustand bei Zündung des Antriebsstrangs, oder einem aktuellen Ladezustand während eines Betriebs des Antriebsstrangs entsprechen. Insbesondere kann der Ladezustand des Batteriesystems bei dem Ermitteln, ob der zumindest zweite Streckenabschnitt unter Verwendung der Rekuperationsenergie zurückgelegt werden kann, und/oder bei dem Ermitteln, ob die im zumindest ersten Streckenabschnitt gewonnene Rekuperationsenergie ausreicht, um das Batteriesystem auf einen Mindestladezustand aufzuladen, berücksichtigt werden. Das Berücksichtigen des Ausgangsladezustands bzw. des aktuellen Ladezustands des Batteriesystems kann eine Genauigkeit erhöhen, mit der der geeignete Betriebszustand unter vorgegebenen Randbedingungen wie Brennstoffminimierung und/oder Emissionsminimierung ermittelt werden kann indem der initiale bzw. aktuelle Energiezustand des Antriebsstrangs überprüft und berücksichtigt wird.
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Insbesondere kann der initiale Ladezustand des Batteriesystems und der aktuelle Ladezustand des Batteriesystems in dem Verfahren ermittelt werden. Der Ladezustand kann, beispielsweise in regelmäßigen oder unregelmäßigen Zeitintervallen, wiederholt ermittelt werden. Dabei kann in dem Verfahren der jeweils zuletzt ermittelte Ladezustand betrachtet werden. Das wiederholte Ermitteln des Ladezustands kann eine Veränderung des Ladezustands erfassen, die beispielweise bei einem Zuschalten von einem Verbraucher, wie z.B. einer Klimaanlage, oder bei einer Vollbremsung mittels des Bremssystems auftreten kann und die sich direkt auf den zu ermittelnden Betriebszustand für die zukünftig zurückzulegende Strecke bzw. einen oder mehrere Streckenabschnitte auswirken kann.
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In einer Ausführungsform kann der zumindest eine Betriebszustand für den Antriebsstrang während eines automatisierten Fahrbetriebs ermittelt werden. Ein solcher automatisierter Fahrbetrieb kann insbesondere frei von einem Einfluss eines Fahrers des Fahrzeugs, das den Antriebsstrang aufweist, sein, da der Eingriff des Fahrers in den Fahrbetrieb nicht benötigt wird und es auch nicht erwartet wird, dass dieser in den Fahrbetrieb eingreift. Dabei kann ein Fahrverhalten von anderen Fahrern anderer Fahrzeuge in dem automatisierten Fahrbetrieb in der Regel nicht berücksichtig werden. Solche automatisierten Fahrbetriebe können beispielsweise eine Verwendung eines Staupilots bzw. Traffic Jam Pilot-Betriebs, ein Lane-Keep-Betrieb oder ein Platooning-Fahren umfassen. Dadurch kann sichergestellt werden, dass die Auswahl des zukünftig zu verwendenden zumindest einen Betriebszustands nicht durch ein unbeabsichtigtes oder auch beabsichtigtes Eingreifen des Fahrers beeinflusst wird. Insbesondere kann das Verfahren gemäß dem ersten Aspekt abbrechen, wenn aufgrund eines Fahrverhaltens der anderen Fahrer ein Eingreifen des Fahrers in den automatisierten Fahrbetrieb notwendig ist. In diesem Fall können die konventionelle Steuerung des Motorsteuergeräts und die konventionelle Steuerung des Bremssystems zum Tragen kommen.
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Gemäß einem zweiten Aspekt ist ein elektronisches Steuergerät zum Steuern eines Antriebsstrangs bereitgestellt, das dazu eingerichtet ist, Schritte eines Verfahrens gemäß dem ersten Aspekt durchzuführen. Dazu kann das elektronische Steuergerät Steuersignale ausgeben, die zum Einstellen von Aktuatoren für den Verbrennungsmotor, die elektrische Maschine, das Batteriesystem und/oder das rekuperative Bremssystem, insbesondere vermittelt über das Motorsteuergerät bzw. das Steuergerät für das Bremssystem, dienen können. Das Steuergerät kann eine oder mehrere Einheiten aufweisen, die dazu eingerichtet sind, eine oder mehrere der Verfahrensschritte durchzuführen und die beispielsweise als elektronische Bauteile, wie Schaltungen, Kapazitäten, Transistoren oder ähnliches, ausgebildet sein können. Das elektronische Steuergerät kann auch einen herkömmlichen Prozessor aufweisen, auf dem das Computerprogramm ablaufen kann, das die Ausführung des Verfahrens verursacht.
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Das elektronische Steuergerät kann dabei geeignete Schnittstellen zum Motorsteuergerät und zum Steuergerät zum Ansteuern des Bremssystems aufweisen, die beispielsweise untereinander über ein sogenanntes System-Interface-Prinzip und/oder beispielsweise unter Verwendung eines Controller Area Network(CAN)-Protokolls, miteinander verbunden sind. Das elektronische Steuergerät kann dabei separat von dem Motorsteuergerät und dem Steuergerät für das Bremssystem ausgebildet sein oder auch in einem dieser beiden Geräte oder gleichzeitig teilweise in beiden Geräten integriert sein, so dass das erfindungsgemäße Verfahren auf dem separaten Steuergerät bzw. in einem der beiden anderen Steuergeräte oder in beiden Steuergeräten abläuft.
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Gemäß einem dritten Aspekt ist ein Computerprogramm bereitgestellt, das dazu eingerichtet ist, Schritte eines Verfahrens gemäß dem ersten Aspekt durchzuführen. Das Computerprogramm kann beispielsweise vom elektronischen Steuergerät ausgeführt werden. Das Computerprogramm kann beispielsweise Teil eines Computerprogramms sein, das den konventionellen Betrieb des Antriebsstrangs ohne Verwendung des Verfahrens gemäß dem ersten Aspekt ermöglichen kann.
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Gemäß einem vierten Aspekt ist ein maschinenlesbares Speichermedium bereitgestellt ist, auf dem ein Computerprogramm gemäß dem dritten Aspekt gespeichert sein kann. Das maschinenlesbare Speichermedium kann beispielsweise als externer Speicher, als interner Speicher, als Festplatte oder als USB-Speichergerät ausgebildet sein.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
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1 eine schematische Darstellung eines Antriebsstrangs und eines elektronischen Steuergeräts gemäß einer Ausführungsform;
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2 eine schematische Darstellung eines Zylinders eines Verbrennungsmotors des Antriebsstrangs in 1, der mit zwei Einspritzungen betreibbar ist;
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3 eine schematische Darstellung des elektronischen Steuergeräts in 1;
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4 ein Flussdiagramm zur Veranschaulichung eines Verfahrens zum Betreiben des Antriebsstrangs in 1 gemäß einer Ausführungsform; und
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5 ein höhenabhängiger Verlauf unter Verwendung des in 1 gezeigten Antriebsstrangs zurückzulegender Streckenabschnitte einer zurückzulegenden Strecke.
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Beschreibung von Ausführungsformen
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1 zeigt ein Fahrzeug 10 mit einem Antriebsstrang 12, der einen Verbrennungsmotor 14 in Form eines Vier-Zylinder-Ottomotors, eine Kupplung 16 und ein Getriebe 18 sowie eine elektrische Maschine 20 aufweist. Die elektrische Maschine 20 und der Verbrennungsmotor 14 sind direkt aneinander gekoppelt. Der Verbrennungsmotor 14 ist über eine Motorwelle 22 an die Kupplung 16 gekoppelt, und die Kupplung 16 ist mittels eines Getriebestrangs 24 an das Getriebe 18 gekoppelt. Ein Antriebsrad 26 des Fahrzeugs 10 ist über eine Antriebswelle 28 mit dem Getriebe 18 verbunden. Es versteht sich, dass alle Antriebsräder 26 des Fahrzeugs 10 mit der Antriebswelle 28 verbunden sind. Jedes der Antriebsräder 26 ist mit einem rekuperativen Bremssystem 32 ausgestattet, das indirekt mit der elektrischen Maschine 20 und direkt einem Batteriesystem 34 des Antriebsstrangs 12 in Verbindung steht. Das Batteriesystem 34 ist ferner an den Verbrennungsmotor 14 gekoppelt. Ein Motorsteuergerät 36 ist dazu eingerichtet, den Verbrennungsmotor 14, die elektrische Maschine 20 und das Batteriesystem 34 anzusteuern und einen geeigneten Betriebszustand basierend auf den Eingangsdaten aus den von ihm gesteuerten Bauteilen 14, 20, 34 gemäß einem konventionellen Verfahren ohne Interaktion mit einer Ansteuerung des Bremssystems 32 zu ermitteln. Ein Steuergerät 38 in Form eines ESP-Steuergeräts ist dazu eingerichtet, das rekuperative Bremssystem 32 gemäß einem konventionellen Verfahren ohne Interaktion mit dem Motorsteuergerät 36 anzusteuern. Ein elektronisches Steuergerät 40 ist dazu eingerichtet, zumindest einen Betriebszustand für den Antriebsstrang 12 für eine zurückzulegende Strecke basierend auf der bestimmten Rekuperationsenergie und auf durch den Verbrennungsmotor 14, die elektrische Maschine 20 und das Batteriesystem 32 festgelegte Systemanforderungen zu ermitteln und entsprechende Steuersignale zum Steuern des Antriebsstrang 12 auszugeben. Die Steuergeräte 36, 38, 40 sind mittels eines System-Interface-Busses über CAN-basierten Schnittstellen miteinander verbunden. Das Steuergerät 40 kann auch Teil des Steuergeräts 36 und/oder 38 sein. Die Steuergeräte 36–40 können auch in einem gemeinsamen Steuergerät implementiert sein.
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Der Verbrennungsmotor 14 weist vier Zylindern 42 auf, von denen der Übersicht halber in 2 lediglich ein Zylinder 42 dargestellt ist. Der Zylinder 42 weist einen Brennraum 44 auf, dessen freies Volumen durch Bewegung eines Kolbens 46 vergrößerbar oder verkleinerbar ist. Der Zylinder 42 ist ferner mit einem Einlassventil 48 versehen, um Luft oder ein Brennstoff-Luft-Gemisch in den Brennraum 44 einzulassen. Die Luft bzw. das Gemisch wird über ein Saugrohr 50 eines Luftzuführungssystems zugeführt, an dem ein Saugrohreinspritzventil 52 angeordnet ist, das ein Bauteil eines Injektors ist. Das Saugrohr 50 und der Injektor mit dem Saugrohreinspritzventil 52 sind Bauteile einer Saugrohreinspritzung 54. Mittels des Saugrohreinspritzventils 52 wird Brennstoff in das Saugrohr 50 eingespritzt, so dass sich dort das Brennstoff-Luft-Gemisch bildet, das über das Einlassventil 48 in den Brennraum 44 des Zylinders 42 zugeführt wird. Verbrennungsabgase werden nach einer Verbrennung aus dem Zylinder 42 über ein Abgasabführungsrohr 56 eines Abgasabführungssystems ausgestoßen. Das Ausstoßen erfolgt abhängig von einem Öffnen eines Auslassventils 58, das ebenfalls an dem Zylinder 42 angeordnet ist. Ein- und Auslassventile 48, 58 werden geöffnet und geschlossen, um einen Viertaktbetrieb des Verbrennungsmotors 14 in bekannter Weise auszuführen. Ferner ist ein Direkteinspritzventil 60, das Bauteil eines Injektors ist, an dem Zylinder 42 angebracht, um Brennstoff direkt in dessen Brennraum 44 einzuspritzen. Der Injektor mit dem Direkteinspritzventil 60 ist Bauteil einer Brennstoffdirekteinspritzung 62, die es ermöglicht, dass das zur Verbrennung benötigte Brennstoff-Luft-Gemisch direkt in dem Brennraum 44 des Zylinders 42 gebildet wird. Der Zylinder 42 ist ferner mit einer Zündeinrichtung 64 versehen, um zum Starten einer Verbrennung in dem Brennraum 44 einen Zündfunken zu erzeugen. Eine Drosselklappe 66 in dem Luftzuführungssystem dient zum Einstellen des erforderlichen Luftmassenstroms in dem Zylinder 42.
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Die Steuergeräte 36, 38, 40 können mittels Hardwarekomponenten und/oder Software realisiert sein und ein in 4 dargestelltes Verfahren durchführen. Wie in 3 dargestellt, arbeitet das Steuergerät 40 auf Ausgabesignalen der Steuergeräte 36 und 38 und gibt Steuersignale für den Antriebsstrang 12 entweder direkt an Aktuatoren für den Verbrennungsmotor 14, die elektrische Maschine 20, das Bremssystem 32 und das Batteriesystem 34 und/oder an das Motorsteuergerät 36 bzw. das Steuergerät 38 aus, die dann die jeweiligen Aktuatoren für den Verbrennungsmotor 14, die elektrische Maschine 20 und das Batteriesystem 34 bzw. das Bremssystem 32 ansteuern. Das Motorsteuergerät 36 arbeitet basierend auf Eingangssignalen vom Verbrennungsmotor 14, der elektrischen Maschine 20 und dem Batteriesystem 32 und das Steuergerät 38 arbeitet basierend auf Eingangssignalen vom Bremssystem 32. Es ist auch möglich, dass zwischen den Steuergeräten 36 und 38 Signale ausgetauscht werden.
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Bei einem Betreiben des Antriebsstrangs 12 gemäß einer Ausführungsform wird in einem Verfahrensschritt S0 zur Initialisierung des Verfahrens ermittelt, ob ein automatisierter Fahrbetrieb des Fahrzeugs 10 vorliegt, der frei von einem Einfluss eines Fahrers des Fahrzeugs 10 ist. Ist dies der Fall, wird ein Verfahrensschritt S2 durchgeführt, andernfalls endet das Verfahren. Im Verfahrensschritt S2 wird ein Ladezustand des Batteriesystems 34 insbesondere basierend auf einem Eingangssignal des Steuergeräts 36 bestimmt. Ist das Fahrzeug 10 gerade gezündet worden, entspricht der Ladezustand dem initialen Ladezustand des Batteriesystems 34. Ist das Fahrzeug 10 bereits länger im Betrieb, entspricht der Ladezustand dem aktuellen Ladezustand des Batteriesystems 34. In einem weiteren Verfahrensschritt S4 wird eine Rekuperationsenergie, die aus dem rekuperativen Bremssystem 32 während des Zurücklegens einer zukünftig zurückzulegenden Strecke gewonnen werden kann, ermittelt. Dazu wird in einem Unterschritt S4-1 des Verfahrensschritts S4 die zurückzulegende Strecke unter Verwendung von Navigationsdaten in zumindest einen ersten Streckenabschnitt mit abfallender Steigung und zumindest einen zweiten Streckenabschnitt mit nicht abfallender Steigung aufgeteilt und die Rekuperationsenergie für den zumindest ersten Streckenabschnitt ermittelt. In 5 ist beispielhaft eine solche Aufteilung der zurückzulegenden Strecke 70 in Streckenabschnitte 72, 74, 76, 80 gezeigt. Dabei stellt in dem gezeigten Diagramm 82 eine Entfernung und 84 eine Höhe der zurückzulegenden Strecke 70 dar. Ein Streckenabschnitt mit abfallender Steigung ist beispielsweise der Streckenabschnitt 74, während die Streckenabschnitte 72, 76, 78, 80 Streckenabschnitte mit nicht abfallender Steigung, also die ebenen Streckenabschnitte 72, 76 bzw. die Streckenabschnitte 78, 80 mit ansteigender Steigung, sind. Um die Rekuperationsenergie für den Streckenabschnitt 74 mit abfallender Steigung 74 zu bestimmen, wird in einem Unterschritt S4-2 des Verfahrensschritt S4 ermittelt, ob die abfallende Steigung des Streckenabschnitts 74 betragsmäßig gleich oder größer als ein vorgegebener Steigungsschwellwert ist. Dieser Steigungsschwellwert kann beispielsweise 5 % betragen. Ist dies der Fall, wird in einem Unterschritt S4-3 des Verfahrensschritt S4 ermittelt, dass der Betriebszustand für den Streckenabschnitt 74 einem elektrischen Betrieb entspricht. Wird dagegen entschieden, dass die abfallende Steigung des Streckenabschnitts 74 kleiner als der vorgegebene Steigungsschwellwert ist, wird in einem Unterschritt S4-4 des Verfahrensschritt S4 ermittelt, dass der Betriebszustand für den Streckenabschnitt 74 einem Verbrennungsbetrieb oder einem hybridischen Betrieb entspricht. Die in den Schritten S4-3, S4-4 ermittelte Rekuperationsenergie, die entlang des Streckenabschnitts 74 voraussichtlich in Abhängigkeit der auf diesem Streckenabschnitt 74 zulässigen Geschwindigkeit und der Steigung und Entfernung des Streckenabschnitts 74 gewonnen werden kann, entspricht dann entsprechend der in den Unterschritten S4-3, S4-4 bestimmten Betriebszustände der maximal möglich speicherbaren Energie. Diese Rekuperationsenergien können beispielsweise in einem separaten Speicherarray des Steuergeräts 40 zwischengespeichert werden, damit sie zu einem späteren Zeitpunkt abrufbar sind. Beispielweise können für die Ermittlung der Rekuperationsenergien bzw. der Betriebszustände der Unterschritte S4-3, S4-4 Information über einem Bremswunsch des Fahrers vom Motorsteuergerät 36 an das Steuergerät 38 für das Bremssystem 32 übermittelt werden, wodurch dieses Steuergerät 38 seine Ansteuerung des Bremsaktuators mit einem gezielten Bremsdruck und einer Aufbaukurve des Bremsdrucks (z.B. wie schnell liegt das Bremsmoment am Reifen an) berechnet. Der Bremswunsch bzw. die Ansteuerinformation des Bremsaktuators können vom Motorsteuergerät 36 bzw. dem Steuergerät 38 an das Steuergerät 40 übermittelt werden, das dann die Rekuperationsenergien bzw. der Betriebszustände unter Berücksichtigung dieser Informationen ermittelt.
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In einem sich an den Unterschritt S4-3 bzw. S4-4 anschließenden Verfahrensschritt S6 wird ermittelt, ob die Streckenabschnitte 72, 76, 78, 80 ausschließlich unter Verwendung der Energie des Batteriesystems 34, die dem im Schritt S2 ermittelten Ladezustand des Batteriesystems 34 entspricht, und der im Streckenabschnitt 74 gewonnenen Rekuperationsenergie zurückgelegt werden kann. Ist dies der Fall, wird in einem Verfahrensschritt S8 ermittelt, ob die Energie des Batteriesystems 34, die dem Ladezustand des Batteriesystems 34 entspricht, und die im Streckenabschnitt 74 gewonnene Rekuperationsenergie ausreichen, um das Batteriesystem 34 trotz Bereitstellen des Antriebsmoments für die Streckenabschnitte 72, 76, 78, 80 auf einen vorbestimmten Mindestladezustand aufzuladen. Ist dies der Fall, wird in einem Verfahrensschritt S10 ermittelt, dass der Betriebszustand für den Streckenabschnitt 72, 76, 78, 80 einem elektrischen Betrieb des Antriebsstrangs 10 entspricht. Dabei kann das Steuergerät 40 auf Eingangsinformationen aus dem Motorsteuergerät 36 wie beispielweise einer vom Fahrer gewünschten Geschwindigkeit oder Beschleunigung entlang der Streckenabschnitte 72, 76, 78, 80 zurückgreifen.
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Wird in dem Verfahrensschritt S6 allerdings ermittelt, dass der Streckenabschnitt 72, 76, 78, 80 nicht ausschließlich unter Verwendung der Energie des Batteriesystems 34, die dem Ladezustand des Batteriesystems 34 entspricht, und der im Streckenabschnitt 74 zu gewinnen Rekuperationsenergie zurückgelegt werden kann bzw. wird in dem Verfahrensschritt S8 ermittelt, dass die Energie des Batteriesystems 34, die dem Ladezustand des Batteriesystems 34 entspricht, und die im Streckenabschnitt 74 gewonnene Rekuperationsenergie nicht ausreicht, um das Batteriesystem 34 auf den vorgegebenen Mindestladezustand zu laden, wird in einem Verfahrensschritt S12 der Betriebszustand für den Streckenabschnitt 72, 76, 78, 80 ermittelt. Dieser kann einem Verbrennungsbetrieb des Antriebsstrangs 12 oder einem Hybridantrieb des Antriebsstrangs 12 entsprechen. Dabei kann das Steuergerät 40 auch auf Eingangsinformationen aus dem Motorsteuergerät 36 wie beispielweise der vom Fahrer gewünschten Geschwindigkeit oder Beschleunigung entlang der Streckenabschnitte 72, 76, 78, 80 zurückgreifen.
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Bei der Ermittlung des Betriebszustands für den Streckenabschnitt 72, 76, 78, 80 kann im Verfahrensschritt S12 eine Gewichtung der Rekuperationsenergie und von Anforderungen an den Verbrennungsbetrieb bzw. den hybridischen Betrieb durchgeführt werden. Es kann im Verfahrensschritt S12 auch zusätzlich oder alternativ ermittelt werden, ob der angestrebte Betriebszustand physikalisch umsetzbar ist, wobei insbesondere ermittelt wird, ob der Durchsatz durch die Injektoren der Saugrohreinspritzung 54 bzw. der Brennstoffdirekteinspritzung 62 ausreicht, um den Antriebsstrang 12 zu betreiben. Der ermittelte Betriebszustand kann einem Verbrennungsbetrieb unter ausschließlicher Verwendung der Saugrohreinspritzung 54, unter ausschließlicher Verwendung der Brennstoffdirekteinspritzung 62 oder einem Verbrennungsbetrieb unter paralleler Verwendung der Saugrohreinspritzung 54 und der Brennstoffdirekteinspritzung 62 entsprechen. In diesem Fall kann ein geeigneter Aufteilungsfaktor für den Brennstoff auf den Saugrohreinspritzungs-Einspritzpfad und auf den Brennstoffdirekteinspritzungs-Einspritzpfad ausgewählt werden. In einem Verfahrensschritt S14 wird der Antriebsstrang entlang der Streckenabschnitte 72–80 entsprechend den in dem Schritten S4-3, S4-4, S12 ermittelten Betriebszuständen betrieben. Danach endet das Verfahren.
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Es versteht sich, dass lediglich die Streckenabschnitte 72, 74 in den Schritten S4–S12 betrachtet werden, und dass die Streckenabschnitte 76–80 dann stets in einem Verbrennungsbetrieb des Antriebsstrangs 14 zurückgelegt werden.
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Der Schritt S2 kann an beliebiger Stelle zwischen dem Schritt S4-1 und dem Schritt S6 durchgeführt werden. Es ist auch möglich, dass der Schritt S2 wiederholt durchgeführt wird, also beispielsweise direkt nach dem Schritt S0 und direkt nach dem Schritt S4-3, S4-4. Sollte in dem Schritt S2 festgestellt werden, dass der Ladezustand des Batteriesystems 34 unter einem kritischen Schwellwert liegt, der Leitungsschäden des Batteriesystems 34 zugeordnet ist, kann das Fahrzeug 10 automatisch abgeschaltet werden, wodurch das Verfahren endet.
