DE102018101926A1

DE102018101926A1 - Verfahren zur Optimierung eines Kraftstoffverbrauchs eines Hybridkraftfahrzeugs

Info

Publication number: DE102018101926A1
Application number: DE102018101926.2A
Authority: DE
Inventors: Ziqi Ye; Thorsten Plum
Original assignee: FEV Europe GmbH
Current assignee: FEV Europe GmbH
Priority date: 2017-02-06
Filing date: 2018-01-29
Publication date: 2018-03-15
Also published as: DE102017102222A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Optimierung eines Kraftstoffverbrauchs eines Hybridkraftfahrzeugs. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Computerprogramm, ein Steuergerät und ein Hybridkraftfahrzeug.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Optimierung eines Kraftstoffverbrauchs eines Hybridkraftfahrzeugs umfasst die Schritte: a) Unterteilen eines Streckenverlaufs in Streckensegmente; b) Für jedes Segment: Bestimmen einer Änderung eines Ladezustands der Batterie im Falle eines elektrischen Betriebs, Bestimmen einer Änderung des Ladezustands der Batterie und des Kraftstoffverbrauchs im Falles eines Hybridbetriebs, und Bestimmen von Kraftstoffverbrauchskosten für jeweils ein Segment; c) Bestimmen der Segmente für einen Hybridbetrieb durch Minimierung der Kraftstoffverbrauchskosten für den Hybridbetrieb für den Streckenverlauf unter Berücksichtigung des Ladezustands der Batterie.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Optimierung des Kraftstoffverbrauchs eines Hybridkraftfahrzeugs. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Computerprogramm, ein Steuergerät und ein Hybridkraftfahrzeug.
Aus der US20100131139A1 als auch aus der US8612077B2 sind Verfahren bekannt, einen Betrieb eines Hybridkraftfahrzeugs in Abhängigkeit des Ladezustands einer Batterie zu planen.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Optimierung eines Kraftstoffverbrauchs eines Hybridkraftfahrzeugs umfasst: a) Unterteilen eines Streckenverlaufs in Streckensegmente; b) Für jedes Segment: Bestimmen einer Änderung eines Ladezustands der Batterie im Falle eines elektrischen Betriebs, Bestimmen einer Änderung des Ladezustands der Batterie und des Kraftstoffverbrauchs im Falle eines Hybridbetriebs, und Bestimmen von Kraftstoffverbrauchskosten für jeweils ein Segment; c) Bestimmen der Segmente für einen Hybridbetrieb durch Minimierung der Kraftstoffverbrauchskosten für den Hybridbetrieb für den Streckenverlauf unter Berücksichtigung des Ladezustands der Batterie.
Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht es, auf einfache Weise und numerisch stabil eine verbrauchsoptimierte Hybridbetriebsstrategie für das Hybridkraftfahrzeug zu bestimmen. Das Verfahren benötigt, wenn auf einem Computer realisiert, nur geringe Rechenleistung und eignet sich damit für kostengünstige Prozessoren.
Des Weiteren ist erfindungsgemäß ein Computerprogramm vorgesehen, welches eingerichtet ist, das Verfahren auszuführen.
Des Weiteren ist erfindungsgemäß ein maschinenlesbares Speichermedium vorgesehen, auf welchem das Computerprogramm gespeichert ist.
Des Weiteren ist erfindungsgemäß ein Steuergerät für ein Hybridkraftfahrzeug mit einem erfindungsgemäßen Computerprogramm und ein Hybridkraftfahrzeug mit einem erfindungsgemäßen Steuergerät vorgesehen.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele werden anhand der folgenden Figuren erläutert. Dabei zeigt
1 eine Segmentierung eines Streckenverlaufs,
2 eine Tabelle, die für jeweils ein Segment die Änderung des Ladezustands einer Batterie, einen Kraftstoffverbrauch und die Kraftstoffverbrauchskosten des Hybridkraftfahrzeugs wiedergibt,
3 die Tabelle nach Ordnen der Segmente nach der Höhe Kraftstoffverbrauchskosten bei hybridischer Fahrweise,
4 die Tabelle mit Kennzeichnung, für welche Segmente ein elektrischer Betrieb und für welche Segmente ein Hybridbetrieb vorgesehen ist.
Ein Hybridkraftfahrzeug ist ein Kraftfahrzeug mit einem elektrischen Motor und einem Verbrennungsmotor. Im elektrischen Betrieb gewährleistet der elektrische Motor den Antrieb, im Hybridbetrieb der Verbrennungsmotor. Ein kombinierter Betrieb kann ebenfalls möglich sein. Der elektrische Motor wird über eine Batterie mit Energie versorgt, der Verbrennungsmotor wird mit Kraftstoff betrieben. Über den Betrieb des Verbrennungsmotors, durch Bremsen oder durch Fahren auf einer Strecke mit Gefälle kann die Möglichkeit bestehen, durch den Betrieb des Elektromotors als Generator die Batterie zu laden.
Erfindungsgemäß soll für einen bekannten Streckenverlauf, den das Hybridkraftfahrzeug zurücklegen soll, unter dem Gesichtspunkt der Optimierung des Kraftstoffverbrauchs eine Strategie bestimmt werden, für welche Streckenabschnitte ein elektrischer Betrieb und für welche Streckenabschnitte ein Hybridbetrieb vorteilhaft ist. Dabei ist auch der Ladezustand der Batterie zu berücksichtigen.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Optimierung eines Kraftstoffverbrauchs eines Hybridkraftfahrzeugs werden die folgenden Schritte, hier nacheinander, durchgeführt: a) Unterteilen eines Streckenverlaufs in Streckensegmente; b) Für jedes Segment: Bestimmen einer Änderung eines Ladezustands der Batterie im Falle eines elektrischen Betriebs, Bestimmen einer Änderung des Ladezustands der Batterie und des Kraftstoffverbrauchs im Falles eines Hybridbetriebs, und Bestimmen von Kraftstoffverbrauchskosten für jeweils ein Segment; c) Bestimmen der Segmente für einen Hybridbetrieb durch Minimierung der Kraftstoffverbrauchskosten für den Hybridbetrieb für den Streckenverlauf unter Berücksichtigung des Ladezustands der Batterie.
Die 1 zeigt beispielhaft die Unterteilung des Streckenverlaufs in Streckensegmente. Der Streckenverlauf kann beispielsweise mittels eines Computers mit geeigneten Daten, wie einem Navigationsgerät mit Streckenprofilen, über Vorgabe des Start und eines Ziels bestimmt werden. Die Unterteilung des Streckenverlaufs in einzelne Segmente kann beispielsweise anhand zeitlicher, räumlicher oder betrieblicher Kriterien erfolgen. Insbesondere können Annahmen über die Geschwindigkeit oder Beschleunigung des Kraftfahrzeugs eingehen.
In diesem Ausführungsbeispiel wurde für den Streckenverlauf ein Geschwindigkeitsprofil angenommen. Ein Geschwindigkeitsprofil lässt sich beispielsweise über die Information, ob die der Streckenverlauf Land-, Stadt- oder Autobahnabschnitte umfasst, ermitteln. Es können auch individuelle Fahrgewohnheiten und/oder aktuelle Verkehrssituationen einfließen. Gemäß des Geschwindigkeitsprofils wurde der Streckenverlauf in einzelne Segmente unterteilt, wobei jeweils ein Segment eine Beschleunigungsphase, eine Phase konstanter Geschwindigkeit oder eine Bremsphase ist. In 1 ist für jedes Segment die gemäß Schritt b) bestimmte Änderung des Ladezustands der Batterie SoC im elektrischen sowie im Hybridbetrieb und der Kraftstoffverbrauch m_fuel im Falle des Hybridbetriebs dargestellt.
2 zeigt eine Tabelle, die für die einzelnen Segmente die anhand des Streckenprofils und des Geschwindigkeitsprofils vorausbestimmte Änderung des Ladezustands der Batterie SoC im elektrischen Betrieb dSOC_E und die vorausbestimmte Änderung des Ladezustands der Batterie SoC im Hybridbetrieb dSOC_H und den Kraftstoffverbrauch im Hybridbetrieb FC_H zeigt. Des Weiteren sind die Kraftstoffverbrauchskosten Cost für jedes Segment aufgeführt.
In diesem Ausführungsbeispiel werden die Kraftstoffverbrauchskosten Cost über die einfache Funktion Cost = FC_H/dSOC_H bestimmt. Es ist selbstverständlich möglich, für die Bestimmung der Kraftstoffverbrauchskosten einen anderen Ansatz zu wählen.
Bevorzugt ist, dass die einem Segment zugeordneten Kraftstoffverbrauchskosten durch eine von dem Kraftstoffverbrauch in diesem Segment abhängige Funktion bestimmt werden. Des Weiteren ist es vorteilhaft, dass die Funktion abhängig von der Änderung des Ladezustands der Batterie in diesem Segment ist.
Gemäß Schritt c) erfolgt die Bestimmung der Strategie anhand der Kraftstoffverbrauchskosten. 3 zeigt die Tabelle mit nach der Höhe der Kraftstoffverbrauchskosten geordneten Segmenten. Die erste Zeile ist entsprechend das Segment mit den niedrigsten Kraftstoffverbrauchskosten, die letzte Zeile das Segment mit den höchsten Kraftstoffverbrauchskosten.
In diesem Ausführungsbeispiel bestimmen sich die Segmente für den Hybridbetrieb und die Segmente für den elektrischen Betrieb über das Minimum der Funktion
wobei i ein Segment kennzeichnet. Die 4 stellt dies grafisch dar. Bei der Bestimmung wurde berücksichtigt, dass der Ladezustand der Batterie SoC am Ende des Streckenverlaufs mit höchstens geringfügen Abweichungen dem Ladezustand am Start entspricht. Abweichungen können zwangsläufig durch die gewählte Funktion zur Bestimmung der Kraftstoffverbrauchskosten und die Segmentierung auftreten, wie auch in diesem Ausführungsbeispiel. Vorteilhafterweise sind solche Abweichungen möglichst gering.
In einem alternativen Ausführungsbeispiel wird vorgegeben, welchen Ladezustand SoC die Batterie am Ende des Streckenverlaufs haben soll. Die Segmente für den Hybridbetrieb und die Segmente für den elektrischen Betrieb über das Minimum der Funktion bestimmten sich in diesem Falle über die Funktion
wobei SOC_Ini der Ladezustand der Batterie am Start des Streckenverlaufs und SOC_Tar der vorgegebene Ladezustand der Batterie am Ende des Streckenverlaufs ist.
Das Verfahren ist vorzugsweise als Computerprogramm ausgeführt, das eingerichtet ist, die jeweiligen Schritte durchzuführen. Das Computerprogramm ist vorzugsweise auf einem maschinenlesbaren Speichermedium, wie einem Festspeicher, gespeichert. In diesem Ausführungsbeispiel ist das Verfahren als Computerprogramm auf einem Steuergerät (auch Electronic Control Unit – ECU genannt) des Hybridkraftfahrzeugs eingerichtet.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 20100131139 A1 [0002]
US 8612077 B2 [0002]

Claims

Verfahren zur Optimierung eines Kraftstoffverbrauchs eines Hybridkraftfahrzeugs, umfassend: a) Unterteilen eines Streckenverlaufs in Streckensegmente, b) Für jedes Segment: Bestimmen einer Änderung eines Ladezustands der Batterie im Falle eines elektrischen Betriebs, Bestimmen einer Änderung des Ladezustands der Batterie und des Kraftstoffverbrauchs im Falle eines Hybridbetriebs, und Bestimmen von Kraftstoffverbrauchskosten für jeweils ein Segment, c) Bestimmen der Segmente für einen Hybridbetrieb durch Minimierung der Kraftstoffverbrauchskosten für den Hybridbetrieb für den Streckenverlauf unter Berücksichtigung des Ladezustands der Batterie.
Verfahren nach Anspruch 1, dass das Bestimmen der Segmente für einen Hybridbetrieb gemäß Schritt c) unter der Voraussetzung erfolgt, dass am Ende des Streckenverlaufs die Batterie einen bestimmten Ladezustand aufweist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die einem Segment zugeordneten Kraftstoffverbrauchskosten durch eine von dem Kraftstoffverbrauch in diesem Segment abhängige Funktion bestimmt werden.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei die Funktion abhängig von der Änderung des Ladezustands der Batterie in diesem Segment ist.
Computerprogramm, welches eingerichtet ist, das Verfahren nach einem der Ansprüche 1 Fehler! Verweisquelle konnte nicht gefunden werden. bis 4 auszuführen.
Maschinenlesbares Speichermedium, auf welchem das Computerprogramm nach Anspruch 5 gespeichert ist.
Steuergerät für ein Hybridkraftfahrzeug mit einem Computerprogramm nach Anspruch 5.
Hybridkraftfahrzeug mit einem Steuergerät nach Anspruch 7.