-
Die Erfindung betrifft ein Steuerungsverfahren zur Optimierung der Betriebsstrategie für Hybridfahrzeuge mit hohem Elektrifizierungsgrad.
-
Hybridfahrzeuge haben den Vorteil, dass aufgrund des zusätzlich zum Verbrennungsmotor vorhandenen Elektromotors die benötigte Antriebsleistung nicht unmittelbar aus fossilem Brennstoff generiert werden muss. Zum Bereitstellen von genügend hohem Ladezustand der Batterie bzw. des Hochvolt-Speichers und zur Optimierung des Zusammenwirkens von Verbrennungsmotor und Elektromotor bei herkömmlichen Hybridfahrzeugen, also bei Hybrid-Fahrzeugen, welche bei leerem Hochvolt-Speicher dominant vom Verbrennungsmotor angetrieben werden, sind bereits Lösungen aus dem Stand der Technik bekannt, um die angeforderte Leistung basierend auf dem aktuellen Fahrerwunsch bereitzustellen, z.B. aus der
DE102016206733A1 , der
DE102013203948A1 , der
WO2019110341 A1 , der
EP2620343B1 , der
DE102012011996A1 , der
DE102014012319A1 , der
US20140288742A1 , der
EP3079962B1 , der
US20060278449A1 , oder der
DE102015209883A1 .
-
Bei den bisher bekannten Verfahren zur Steuerung der Betriebsstrategie geht es allerdings entweder um eine Wirkungsgradoptimierung des Antriebs oder um eine Maximierung von Anteilen des elektrischen Fahrens in vorgegebenen Bereichen, z.B. im Stop and Go-Verkehr oder in der Stadt. Darüber hinaus gehen alle diese Verfahren bei laufendem Verbrennungsmotor von einer fest vorgegebenen Drehzahl des Verbrennungsmotors aus, da diese hauptsächlich durch den Fahrerwunsch und nicht durch die energetische Betriebsstrategie vorgegeben wird.
-
Zukünftige Hybridfahrzeuge werden einen höheren Elektrifizierungsgrad aufweisen, d.h. dass der Verbrennungsmotor nicht mehr dominant antreibt bzw. antreiben kann. Für solche Antriebe mit größerer elektrischer Leistung als verbrennungsmotorischer Leistung, bei denen der Elektromotor als dominanter Antrieb dient, sind die aus dem Stand der Technik bekannten Maßnahmen nur sehr begrenzt einsetzbar, da sie keine Lösung für das Problem der ausreichenden Energieversorgung bei diesen neuartigen Antriebskonzepten anbieten.
-
Deshalb ist es eine Aufgabe dieser Erfindung, ein Steuerungsverfahren zur Optimierung der Betriebsstrategie für Hybridfahrzeuge mit hohem Elektrifizierungsgrad bereitzustellen, durch welches ein stabiler Ladezustand der Batterie im Wesentlichen unabhängig von der aktuellen Leistungsanforderung bereitgestellt wird. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
-
Vorgeschlagen wird ein Steuerungsverfahren zur Optimierung der Betriebsstrategie für Hybridfahrzeuge mit hohem Elektrifizierungsgrad, aufweisend einen Verbrennungsmotor und einen dominant antreibenden Elektromotor, wobei ein benötigter Betrieb des Verbrennungsmotors abhängig vom aktuellen Energieverbrauch des Fahrzeugs bestimmt wird, die im Mittel benötigte Energiemenge des Fahrzeugs in Abhängigkeit vom aktuellen und/oder vergangenen Energieverbrauch des Fahrzeugs prädiziert wird, und während der Fahrt die Betriebsstrategie abhängig vom aktuellen Energieverbrauch des Fahrzeugs derart angepasst wird, dass die vom Verbrennungsmotor zur Verfügung gestellte Leistung ausreichend ist, um die im Mittel benötigte Energiemenge zum Antreiben des Elektromotors bereitzustellen.
-
Dabei wird auch die Größe des für ein vorausliegendes Zeitintervall benötigten Energievorhalts durch die gewählte Betriebsstrategie bestimmt.
-
Der Energieverbrauch des Fahrzeugs setzt sich aus dem Energieverbrauch der Antriebskomponenten und dem Energieverbrauch anderer Verbraucher des Fahrzeugs, z.B. der Klimaanlage, zusammen. Das heißt, die Bestimmung des Energieverbrauchs ist unabhängig vom Grund des Energieverbrauchs, also ob ein erhöhter Verbrauch einer dynamischen Fahrweise, einer Bergfahrt, extremen Wetterbedingungen oder schwerer Beladung geschuldet ist.
-
Durch die Bestimmung einer mittleren benötigten Energiemenge zum Antreiben des Fahrzeugs während der Fahrt kann eine Ladestrategie der Batterie, welche zum Antreiben des Elektromotors verwendet wird, verfolgt werden, die unabhängig vom Fahrverhalten oder vom Bordnetzverbrauch ist. Außerdem kann somit ein Energieverbrauch in einem zukünftigen Zeitraum prädiziert werden, so dass die Betriebsstrategie entsprechend angepasst werden kann, um geringstmögliche akustische Störungen durch eine nicht-optimale Gangwahl für die Insassen des Fahrzeugs zu verursachen.
-
Des Weiteren ist vorgesehen, dass die aktuell im Mittel benötigte Energiemenge prädiziert wird, indem kontinuierlich über ein vorgegebenes Zeitintervall die vom Fahrzeug aufgewendete Leistung bestimmt und daraus ein mittlerer aktueller Energiebedarf über das vorgegebene Zeitintervall berechnet wird.
-
Des Weiteren ist vorgesehen, dass zusätzlich eine Berechnung einer maximal generierbaren Energiemenge für unterschiedliche, für das Fahrzeug verwendbare, Betriebsstrategien erfolgt. Der in einem Hybridfahrzeug mit hohem Elektrifizierungsgrad verwendete Verbrennungsmotor kann bei unterschiedlichen Betriebsbedingungen eine unterschiedliche Energiemenge erzeugen und zur Verfügung stellen. Je mehr Betriebsbedingungen zur Ermittlung der Betriebsstrategie herangezogen werden, desto besser kann diese ermittelt werden. Dabei ist die Schaltstrategie ein zentraler Punkt der zu wählenden Betriebsstrategie, wobei auch bisher verwendete Stellglieder wie der Energiebedarf von Verbrauchern im Fahrzeug, die Strategie zum An- bzw. Ausschalten des Verbrennungsmotors, die Höhe der Lastpunktanhebung oder die strategische Degradation der Antriebsleistung und/oder von Verbrauchern wie z.B. der Klimaanlage oder der elektrischen Heizung im Fahrzeug herangezogen werden können.
-
Des Weiteren ist vorgesehen, dass die Berechnung der maximal generierbaren Energiemenge für die unterschiedlichen Betriebsstrategien erfolgt, indem über das Zeitintervall die vom Verbrennungsmotor bei aktueller Betriebsstrategie maximal generierbare Energiemenge und für weitere, vorgegebene Betriebsstrategien maximal generierbare Energiemengen berechnet, z.B. aufintegriert, werden, wobei basierend auf dem Ergebnis eine Berechnung erfolgt, mit welcher Betriebsstrategie das Fahrzeug die für die aktuelle Fahrweise benötigte Energiemenge bereitstellen kann. Wie bereits erwähnt, wird hier die Schaltstrategie möglichst optimal gewählt, d.h. sie ist im Wesentlichen unabhängig vom aktuellen Fahrerwunsch.
-
Des Weiteren ist vorgesehen, dass basierend auf dem Ergebnis der Berechnung der maximal generierbaren Energiemenge eine Berechnung erfolgt, mit welcher Betriebsstrategie das Fahrzeug die für die aktuelle Fahrweise benötigte Energiemenge bereitstellen kann, und/oder wieviel Energie der Verbrennungsmotor bei den unterschiedlichen Betriebsstrategien zu viel oder zu wenig über eine Dauer generiert. Daraus wird die Betriebsstrategie ermittelt. Vorteilhaft ist vorgesehen, dass die ermittelte Betriebsstrategie mindestens eine Schaltstrategie zur Gangwahl bereitstellt. Des Weiteren ist vorgesehen, dass die ermittelte Betriebsstrategie eine Strategie zum An- bzw. Ausschalten des Verbrennungsmotors und/oder eine Erhöhung einer Lastpunktanhebung und/oder eine strategische Leistungsreduktion der Antriebsleistung und/oder eine Leistungsreduktion von elektrischen Verbrauchern bereitstellt, wenn eine erhöhte im Mittel benötigte Energiemenge prädiziert wird. Das heißt, dass der Verbrennungsmotor auch in Richtung niedrigeren Geschwindigkeiten gestartet wird.
-
Die Betriebsstrategie kann also zur optimalen Bereitstellung einer zukünftig benötigten Energiemenge auch zusätzlich zur Wahl der Schaltstrategie den Betrieb von Verbrauchern im Fahrzeug, z.B. der Klimaanlage, einschränken. So kann sofort bei Erkennen, dass zukünftig mehr Energie verbraucht wird, die Leistung verringert werden, um Energie zu sparen bzw. um einen Energievorhalt bereitzustellen. Somit kann dennoch möglichst bis zum Ende des erhöhten Energieverbrauchs die benötigte Energie so bereitgestellt werden, dass keine oder nur wenige für Insassen merkliche Leistungseinbußen resultieren. Je genauer die für die aktuelle Fahrt benötigte und verfügbare Energie ermittelt werden kann, desto besser kann durch einen entsprechenden Energievorhalt eine akustische Störung der Insassen durch erhöhte Drehzahlen des Verbrennungsmotors oder gar eine Reduktion der Antriebsleistung vermieden oder minimiert werden.
-
Des Weiteren ist vorgesehen, dass zur Ermittlung der Betriebsstrategie Streckendaten einer vorgegebenen Fahrstrecke aus einem Navigationssystem herangezogen werden. Durch Abfragen von Streckendaten kann eine noch genauere Ermittlung des benötigten Energieverbrauchs und damit eine noch bessere Bestimmung einer optimalen Betriebsstrategie erfolgen.
-
Des Weiteren ist vorgesehen, dass ein Energievorhalt abhängig von der prädizierten im Mittel benötigte Energiemenge und von antizipierten zukünftigen Energiebedarfen variiert wird. Somit kann bei Fahrten mit erhöhtem mittlerem Energiebedarf, z.B. bei sehr dynamischen Fahrweise, ein höherer Energievorhalt genutzt werden, um immer ausreichend Leistung zur Verfügung zu stellen. Gleichzeitig kann bei einer ruhigeren Fahrt, z.B. zur heimischen Garage, der Energievorhalt wieder kleiner gewählt werden, damit der gesamte Speicherinhalt der Batterie auch maximal genutzt wird. Zusätzlich kann bei Fahrten mit erhöhtem Energie-Ausgabe-Potential wie z.B. einer antizipierten Bergfahrt vorausschauend der Energievorhalt entsprechend angehoben werden. Der zukünftige Energiebedarf kann aus einem bekannten oder mit entsprechenden Hilfsmitteln ermittelten weiteren Streckenverlauf antizipiert werden. Je mehr Betriebsbedingungen zur Berechnung des notwendigen Energievorhalts einbezogen werden, desto genauer kann der benötigte Energievorhalt bestimmt werden.
-
Ferner wird ein Computerprogrammprodukt vorgeschlagen, welches das Steuerungsverfahren durchführt und auf einem Steuergerät des Hybridfahrzeugs ausführbar ist.
-
Ferner wird ein Steuergerät in einem Hybridfahrzeug vorgeschlagen, aufweisend einen Verbrennungsmotor und einen dominant antreibenden Elektromotor, in welchem das Computerprogrammprodukt implementiert ist.
-
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung, anhand der Figuren der Zeichnung, die erfindungsgemäße Einzelheiten zeigt, und aus den Ansprüchen. Die einzelnen Merkmale können je einzeln für sich oder zu mehreren in beliebiger Kombination bei einer Variante der Erfindung verwirklicht sein.
-
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert.
- 1 zeigt ein Ablaufdiagramm des Verfahrens gemäß einer Ausführung der vorliegenden Erfindung.
-
Da bisherige Hybridfahrzeuge nicht dominant vom Elektromotor angetrieben werden, befasst sich keines der bisher bekannten Verfahren mit den Bedürfnissen eines Antriebs mit hohem Elektrifizierungsgrad, also mit einem dominanten elektrischen Antrieb und dem damit verbundenen generell effizient betriebenen, jedoch im Vergleich zum Elektromotor klein dimensionierten Verbrennungsmotor. Keines der bisher bekannten Verfahren zur Steuerung der energetischen Betriebsstrategie von Hybridfahrzeugen geht auf die Problematik der Sicherstellung von ausreichend Energie zur Erfüllung des Fahrerwunsches ein. Keines dieser Verfahren nutzt die Gangwahl im Getriebe als Stellglied der energetischen Betriebsstrategie.
-
Mit steigendem Elektrifizierungsgrad bei Hybrid-Fahrzeugen und einer Verschiebung der Fahrzeugcharakteristik hin zum elektrischen Fahren wird der Verbrennungsmotor immer kleiner im Vergleich zu der Gesamtantriebsleistung des Fahrzeugs. Ab einem bestimmten Elektrifizierungsgrad wird der Verbrennungsmotor dann so klein dimensioniert, dass er nicht mehr für jede Fahrsituation ausreichend Leistung generieren kann. In diesen Fahrsituationen gibt das Hybrid-Fahrzeug mehr Energie aus als aktuell über den Verbrennungsmotor generiert wird. Besteht über einen längeren Zeitraum eine negative Energiebilanz, z.B. am Berg, oder weil das Fahrzeug sehr dynamisch bewegt wird, kann die Batterie aufgrund ihrer endlichen Kapazität die geforderte Leistung irgendwann nicht mehr bereitstellen. In diesen Fällen müssen Maßnahmen getroffen werden, um die angeforderte oder potentiell in naher Zukunft angeforderte Leistung dennoch bereitzustellen. Idealerweise muss versucht werden, die benötigte Energie vorzuhalten. Wenn darüber hinaus mehr Energie ausgegeben wird, muss der Verbrennungsmotor über eine entsprechende Gangwahl und Lastpunktanhebung dazu gebracht werden, ausreichend viel Energie zu genieren. In Extremsituationen kann zusätzlich eine strategische Degradation von Antriebsleistung und/oder Bordnetzverbrauchern vorgenommen werden.
-
Bei bisher bekannten Betriebsstrategien für herkömmliche Hybridfahrzeuge wird in einem ersten Schritt der Verbrennungsmotor in Fahrsituationen gestartet, in welchen er üblicherweise nicht läuft. Kann das Energiedefizit damit nicht ausreichend ausgeglichen werden, erfolgen zusätzlich Gang-Rückschaltungen, weil über die höhere Drehzahl mehr Energie über den Verbrennungsmotor generiert werden kann. Allerdings resultiert dies in einer hohen Drehzahl, welche subjektiv nicht zur Fahrsituation passt und deshalb von den meisten Menschen negativ wahrgenommen wird. Reicht die so generierte Energiemenge weiterhin nicht aus, um den Fahrerwunsch zu bedienen, so sind Leistungsdegradationen die Folge, was ebenfalls häufig negativ wahrgenommen wird oder zur Vermutung eines Defekts führt.
-
Für zukünftige, dominant über den Elektromotor angetriebene Hybridfahrzeuge sind die bekannten Verfahren allerdings nicht anwendbar, da der Verbrennungsmotor zu klein dimensioniert ist, um die Hauptantriebsleistung zu übernehmen. Deshalb wird vorgeschlagen, eine negative Energiebilanz über einen Energievorhalt in der Batterie abzufangen, der über eine entsprechend gewählte Betriebsstrategie bereitgestellt wird. Die Höhe des Energievorhaltes ist variabel und abhängig vom aktuellen mittleren Energiebedarf und/oder antizipierten Energiebedarfen wie z.B. aus einer Vorausschau mittels Daten des Navigationssystems. Hauptstellglied der Betriebsstrategie ist eine Anpassung der Schaltstrategie, weitere Stellglieder sind eine Anpassung der Strategie zum An- bzw. Ausschalten des Verbrennungsmotors, eine Anpassung der Lastpunktanhebung über den Verbrennungsmotor, sowie eine strategische Degradation von Bornetz-Verbrauchern und/oder Antriebsleistung.
-
Wie bereits erwähnt wird im Stand der Technik davon ausgegangen, dass immer ausreichend Leistung für die aktuelle Fahrsituation generiert werden kann, wenn der Verbrennungsmotor an ist, und dass der Last-/Drehzahl-Arbeitspunkt des Verbrennungsmotors hauptsächlich über den Fahrerwunsch vorgegeben ist. Basierend auf dieser Annahme wird versucht, diesen Arbeitspunkt zu optimieren.
-
Da erfindungsgemäß aber von einem neuartigen Antriebskonzept mit einem dominant antreibenden Elektromotor ausgegangen wird, können bisherige Konzepte nicht angewendet werden, so dass eine neuartige Lösung gefunden werden muss, nämlich den Arbeitspunkt bzgl. Last und Drehzahl des Verbrennungsmotors selbst zu verändern, um SOC-Stabilität (SOC = State of Charge bzw. Batterieladezustand) im weiteren Streckenverlauf sicherzustellen.
-
Bisher treibt ein ausreichend großer Verbrennungsmotor das Hybridfahrzeug an, und der Elektromotor wird lediglich zur Entlastung des Verbrennungsmotors eingesetzt. Dies bedeutet, dass der Verbrennungsmotor zu jedem Zeitpunkt in der Lage ist, einen Großteil der Gesamtantriebsleistung zur Verfügung zu stellen. Bei zukünftigen Hybrid-Generationen wird der Elektromotor das Fahrzeug allerdings dominant antreiben, so dass aufgrund des höheren Elektrifizierungsgrads, d.h. des immer kleiner dimensionierten Verbrennungsmotors, überwiegend auf den Batterieladezustand (State of Charge: SOC) geachtet werden muss. Der Verbrennungsmotor wird dabei lediglich zur Entlastung des Elektromotors, genauer des Hochvolt-Speichers, eingesetzt. Das heißt, dass der Verbrennungsmotor so klein dimensioniert ist, dass er nicht mehr in jeder Situation ausreichend Leistung zur Verfügung stellen kann, um alle Fahranforderungen zu erfüllen. Genauer kann bzw. soll er nur die mittlere Fahrleistung generieren. Der Verbrennungsmotor läuft somit im Wesentlichen mit hohem Wirkungsgrad, ist dafür aber aus eigener Kraft nicht in der Lage, das Fahrzeug auf Anforderung zu beschleunigen.
-
Fällt der SOC der Batterie, muss ein immer kleinerer Gang gewählt werden, damit der Verbrennungsmotor mehr Leistung generieren kann. Das heißt, dass für neue, höher elektrifizierte Hybridfahrzeuge geeignete Strategien zur Kompensation der konzeptionell klein dimensionierten verbrennungsmotorischen Leistung zu entwickeln sind. Durch das vorgeschlagene Steuerungsverfahren wird die Schaltstrategie nicht ausschließlich am SOC ausgerichtet, sondern an einer ermittelten und/oder prädizierten Energiebilanz des Fahrzeugs. Eine SOC-basierte Betriebsstrategie als Lösungsansatz des hier aufgezeigten Problems hat den Nachteil, dass sie stark reaktiv ist. Das heißt, dass zuerst der SOC fallen muss, damit eine Reaktion des Fahrzeugs erfolgen kann. Anschließend muss der SOC wieder steigen, bis die ggf. unangenehme Maßnahme wieder zurückgenommen werden kann. Um dies zu vermeiden, wird ein neues Steuerungsverfahren vorgeschlagen, bei dem die Betriebsweise des Verbrennungsmotors und des Getriebes abhängig vom aktuellen Energieverbrauch bestimmt (S1 in 1) und während der Fahrt die Betriebsstrategie, insbesondere eine Lastpunktanhebung und die Schaltkennlinien, abhängig vom aktuellen Energieverbrauch angepasst wird (S2 in 1).
-
Bereitgestellt wird ein neuer Ansatz zur Verhinderung von Leistungsdegradation und NVH-Belästigung (NVH=Noise Vibration Harshness, also Schwingungs- und Akustikverhalten) aufgrund einer negativen Energiebilanz bei Hybrid-Fahrzeugen durch ausreichend Motorlauf und eine optimale Schaltstrategie, d.h. Gangwahl. Die Belästigung der Insassen und der Fahrzeugumgebung durch damit verbundene hohe Drehzahlen wird minimiert, indem frühzeitig durch eine geeignete Gangwahl die benötigte Energie zu einem Zeitpunkt generiert wird, bei dem die erhöhte Drehzahl entweder während der Fahrt möglichst nicht auffällt, oder sie klar erkennbar einer extremen Fahrsituation geschuldet ist. Möglich wird dies durch eine frühzeitige Erkennung der negativen Energiebilanz mit genauer Kenntnis, wie groß das EnergieDefizit ist und wie groß das Energie-Potential der einzelnen Maßnahmen, also unterschiedlicher Schaltkennliniensätze, ist.
-
Durch das vorgeschlagene Steuerungsverfahren wird eine Betriebsstrategie bestimmt, welche sich hauptsächlich einer optimalen Schaltstrategie des Fahrzeugs basierend auf folgenden Erkenntnissen bedient:
- - Je höher die Drehzahl eines Verbrennungsmotors ist, desto höher ist die von ihm abgegebene Leistung.
- - Auf der anderen Seite steigt mit der Drehzahl auch die NVH-Emission durch den Verbrennungsmotor.
-
Aus diesem Grund wählt die Schaltstrategie den Gang so hoch wie möglich und so niedrig wie nötig. Wichtig für die vorgeschlagene Schaltstrategie ist nicht mehr der aktuelle Fahrerwunsch, sondern, dass die vom Verbrennungsmotor zur Verfügung gestellte Leistung ausreichend ist, um den Fahrerwunsch im Mittel zu bedienen. Hierbei wird rechtzeitig in einen niedrigeren Gang geschaltet, um ein späteres Rückschalten von mehreren Gängen zu verhindern.
-
Die Schaltstrategie wird im Weiteren nur noch zusammengefasst als Betriebsstrategie bezeichnet. Unterschiedliche Schaltkennlinien-Sätze stellen somit jeweils eine eigene Betriebsstrategie dar, unabhängig davon, ob sich hinter einem Schaltkennliniensatz immer nur ein fester Gang oder eine komplexe Logik verbirgt. Die Betriebsstrategie kann aber auch noch weitere Einstellungen an Komponenten des Fahrzeugs vorgeben, um die zu erzielende Energiemenge bereitzustellen.
-
Das Grundprinzip des vorgeschlagenen Verfahrens zur Bestimmung einer geeigneten Betriebsstrategie ist eine Bilanzierung von benötigten und generierbaren Energiemengen, wobei dieses Verfahren aus zwei Funktionsteilen besteht, welche in Relation zueinander gesetzt werden:
- 1) Einer Prädiktion der aktuell im Mittel benötigten Energiemenge, und
- 2) Einer Berechnung der maximal generierbaren Energiemenge für unterschiedliche Betriebsstrategien (S3 in 1).
-
Für die Prädiktion der aktuell im Mittel benötigten Energiemenge wird kontinuierlich über ein Zeitintervall Δt die vom Fahrzeug benötigte Leistung, also die Antriebsleistung und alle Nebenverbraucher, berechnet, z.B. aufintegriert, und somit eine Energiemenge berechnet, welche das Fahrzeug aktuell über das Zeitintervall Δt benötigt. Die Prädiktion geht dann davon aus, dass in näherer Zukunft ein ähnlicher Energieverbrauch benötigt wird und stimmt die Betriebsstrategie entsprechend auf diesen Verbrauch ab. Ändert sich der Verbrauch, z.B. weil der Fahrer seinen Fahrstil ändert, sich das Fahrprofil und/oder das Fahrziel ändert, jemand zusteigt oder elektrische Verbraucher zugeschaltet werden, etc., so ändert sich über das Zeitintervall Δt auch der angenommene mittlere Energiebedarf und die Betriebsstrategie wird auf den neuen mittleren Energieverbrauch angepasst.
-
Die Berechnung der maximal generierbaren Energiemenge für unterschiedliche Betriebsstrategien erfolgt, indem über das Zeitintervall Δt die vom Verbrennungsmotor bei aktueller Betriebsstrategie maximal generierbare Energiemenge berechnet, z.B. aufintegriert, wird. Zusätzlich werden für andere Betriebsstrategien, also für Verbraucher, die ein Einschalten des Verbrennungsmotors bei niedrigeren Geschwindigkeitsschwellen anfordern, und für die Nutzung anderer Schaltkennlinien, welche höhere Anteile kleinerer Gängen enthalten, die maximal generierbare Energiemenge berechnet, z.B. aufintegriert.
-
Anschließend kann durch entsprechende Optimierungsalgorithmen berechnet werden, mit welcher Betriebsstrategie das Fahrzeug die für die aktuelle Fahrweise benötigte Energiemenge optimal bereitstellen kann. Es kann weiter berechnet werden, wieviel Energie der Verbrennungsmotor bei den unterschiedlichen Betriebsstrategien zu viel oder zu wenig über eine Dauer generiert. Dadurch ist es möglich, frühzeitig eine andere Betriebsstrategie zu wählen, welche vom Insassen des Fahrzeugs kaum bis gar nicht wahrgenommen wird. Somit kann vermieden werden, dass mit einem Schalten in einen anderen Gang gewartet wird, bis eine vom Insassen negativ wahrgenommene Betriebsstrategie gewählt werden muss. Das Prinzip wird nachfolgend anhand zweier Beispiele verdeutlicht.
-
In einem ersten Beispiel fährt das Fahrzeug einen steilen Berg hinauf. Rein SOC-basierte Betriebsstrategien würden hier aus dem Speicher der Batterie leben. Kurz bevor das Fahrzeug den Gipfel erreicht, wäre der Speicher leer und es müssten sehr niedrige Gänge gewählt werden, auch in Passagen mit sehr niedriger Geschwindigkeit, um die benötigte Leistung bereitzustellen. Bergab würde das Verhalten noch eine Weile beibehalten werden, da der SOC erst wieder steigen muss, bis das Fahrzeug wieder zu einer komfortablen Betriebsstrategie wechseln kann. Gemäß dem vorgeschlagenen Steuerungsverfahren wird allerdings bei Befahren einer ersten Steigung des Bergs erkannt, dass der Verbrennungsmotor nicht ausreichend Energie für diese Bergfahrt generiert. Durch diese Kenntnis kann sofort eine andere Schaltkennlinie gewählt werden, welche z.B. bei höheren Geschwindigkeiten oder Lasten einen Gang runterschaltet, so dass die Energie aus der Batterie noch bis um Gipfel ausreicht, selbst wenn bei niedrigen Geschwindigkeiten der Verbrennungsmotor abgelegt wird. Bergab wird sofort wieder auf die optimale Betriebsstrategie gewechselt, da der Energiebedarf der Strecke sofort deutlich unter der generierbaren Energiemenge liegt und dem System bekannt ist, dass der SOC steigen wird. Eine direkte Nutzung der Steigungs-Information alleine ist nicht optimal, weil es sonst an jeder Brücke oder Unterführung zu Schaltungen kommen würde. Auch ist für eine optimale betriebsstrategisch getriggerte Gangwahl eine Betrachtung weiterer Kriterien wie z.B. die Beladung oder die Fahrzeugdynamik sinnvoll.
-
In einem zweiten Beispiel wird ein Zielort in ein Navigationssystem des Fahrzeugs eingegeben oder die Strecke wird antizipiert, z.B. aufgrund der GPS-Koordinaten und verfügbaren Straßen, auch unterstützt durch künstliche Intelligenz. Durch das vorgeschlagene Steuerungsverfahren wird basierend auf den vom Navigationssystem oder im oder am Fahrzeug vorhandenen Sensoren wie GPS-Sensoren ermittelten Streckendaten erkannt, welcher Energieverbrauch demnächst erfolgen wird, insbesondere ob ein erhöhter Energieverbrauch bevorsteht. Beispielsweise wird erkannt, dass eine bergige Fahrstrecke bevorsteht, also eine Fahrstrecke mit größerem mittlerem Energiebedarf, als der Verbrennungsmotor in der Lage ist, zur Verfügung zu stellen. Aus diesem Grund wird entweder die fehlende Energiemenge vorgehalten, oder, falls dies nicht möglich ist, unmittelbar vor dem energieintensiven Streckenanteil durch höhere Lastpunktanhebung auch unter Fahren niedrigerer Gänge als bei normaler Betriebsstrategie aufgebaut. Wird bereits lange vor Erreichen des Bergs energieintensiver gefahren, so wird auch früher die Betriebsstrategie gewechselt, was vom Insassen weniger bemerkt wird, als wenn bei Erreichen des Bergs eine Betriebsstrategie gewählt wird, die akustisch aufgrund der höheren Drehzahl deutlich auffälliger ist. Somit dient die Nutzung von Navigationsdaten nicht wie bisher der Aufteilung in Streckenmodule, wie der Verbrennungsmotor am effizientesten verwendet wird, sondern diese Daten werden genutzt, um früher auf einen sich ändernden mittleren Energiebedarf durch den weiteren Streckenverlauf reagieren zu können. Dadurch ist es möglich, SOC-Stabilität mit kleineren Sicherheits-Vorhalten zu realisieren, weil das mögliche worst-case-Szenario für den benötigten Energiebedarf kalkulierbarer wird.
-
Bei dem vorgeschlagenen Steuerungsverfahren werden abhängig von dem zurückliegenden Energieverbrauch entsprechende Schaltkennlinien ausgewählt, und damit grundsätzlich die Betriebsweise des Verbrennungsmotors hin zu höheren bzw. niedrigeren Drehzahlen verändert. Dabei wird der Verbrennungsmotor akustisch auffälliger bzw. unauffälliger bis hin zu nicht wahrnehmbar, sodass bei beliebigem Streckenprofil mit beliebigen Randbedingungen der Energieinhalt der Batterie maximal genutzt wird und die restliche Energie über den Verbrennungsmotor mit minimaler Kundenwahrnehmbarkeit bereitgestellt wird.
-
Außerdem kann mit einer zusätzlichen bekannten oder antizipierten Streckeninformation der benötigte Energievorhalt in der Batterie verändert werden, was die Betriebsweise des Verbrennungsmotors hin zu höheren Drehzahlen verändert, damit das Fahrzeug überhaupt einen energetisch aufwändigeren Streckenanteil ohne Leistungseinbußen bewältigen kann, z.B. einen Berg.
-
Durch das vorausschauende Anpassen der Schaltstrategie können unerwünschte, durch hohe Drehzahlen zu ungünstigen Zeitpunkten verursachte akustische Störungen vermieden oder stark eingeschränkt werden, und dennoch eine ausreichende Energiemenge bereitgestellt werden, um eine gewünschte Fahraufgabe zu bewältigen.
-
Das Verfahren wird vorteilhaft mittels einem auf einem Steuergerät des Hybridfahrzeugs ausgeführtem Computerprogramm durchgeführt. Das Steuergerät kann dabei ein bereits im Fahrzeug vorhandenes Steuergerät oder ein separates Steuergerät sein, das mit den entsprechenden Sensoren und Aktuatoren zur Durchführung des Verfahrens in Kommunikations- und Wirkverbindung steht.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- DE 102016206733 A1 [0002]
- DE 102013203948 A1 [0002]
- WO 2019110341 A1 [0002]
- EP 2620343 B1 [0002]
- DE 102012011996 A1 [0002]
- DE 102014012319 A1 [0002]
- US 20140288742 A1 [0002]
- EP 3079962 B1 [0002]
- US 20060278449 A1 [0002]
- DE 102015209883 A1 [0002]
