EP3079932A1 - Verfahren und eine vorrichtung zur regelung eines hybridantriebs in einem fahrzeug - Google Patents

Verfahren und eine vorrichtung zur regelung eines hybridantriebs in einem fahrzeug

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EP3079932A1
EP3079932A1 EP14808503.8A EP14808503A EP3079932A1 EP 3079932 A1 EP3079932 A1 EP 3079932A1 EP 14808503 A EP14808503 A EP 14808503A EP 3079932 A1 EP3079932 A1 EP 3079932A1
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EP
European Patent Office
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combustion engine
internal combustion
charging
traction battery
route
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP14808503.8A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Boris Blasinski
Yaokui Xiong
Philipp Seyberth
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Audi AG
Original Assignee
Audi AG
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Filing date
Publication date
Application filed by Audi AG filed Critical Audi AG
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Withdrawn legal-status Critical Current

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    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/62—Hybrid vehicles

Definitions

  • the present invention relates to a method and a device for controlling a hybrid drive in a vehicle.
  • a battery In hybrid vehicles, a battery is charged to a large extent during the operation of an associated internal combustion engine, since sufficient charging can be achieved by recuperation or so-called regenerative braking with a regenerative operation of an electric machine and without additional fuel demand only in a few operating situations. Accordingly, as a charging strategy of a hybrid vehicle, a method is referred to that controls a state of charge of a traction battery by additionally loading the internal combustion engine using the electric machine as a generator. Typically, the charging strategy has the goal to generate energy to a particularly good efficiency of all components of the hybrid drive.
  • DE 10 2008 008 238 A1 discloses a method for charging strategy of a hybrid drive and a control unit performing this strategy in which, depending on various input variables, a charge or discharge function is selected from a number of different such functions and adjusted by a load point shift on the internal combustion engine ,
  • special operating states of the internal combustion engine are also taken into account by using a characteristic map for correcting a load point shift desired for optimum charge of the battery, with the aim of achieving sufficient battery life by limiting the state of charge fluctuations.
  • the aim of the present invention is to increase the efficiency of such a method and a device for controlling a hybrid drive in addition to achieving fuel savings in a respective operating situation and efficiency-optimal charging processes.
  • a charging strategy for controlling a state of charge of the high-voltage traction battery is superimposed on a predictive prioritization of charging the traction battery to the effect that a load point shift on the internal combustion engine to a largely avoid unfavorable Laczu- states of Internal combustion engine is limited.
  • the term of prioritization is also to be understood to mean that a respective charging strategy is also changed in order to avoid such operating ranges of the internal combustion engine, in which an enrichment of the mixture would be made in a gasoline engine and a carbon black limit would be exceeded in diesel engines. According to the invention, therefore, a knowledge of a current operating point of the internal combustion engine, a limitation of a load point shift while maintaining favorable operating ranges and thus made under the above exemplified unfavorable operating areas.
  • a so-called shell field of the internal combustion engine and a current-dependent internal resistance of the high-voltage traction battery can be considered.
  • An essential realization lies in the fact that it makes sense to charge the battery to an extent which is reduced in comparison to a maximum charge, whereby at the same time a shift of a load or operating point of the internal combustion engine from a favorable range into an unfavorable range is deliberately avoided , A reduced charging of the battery according to the invention thus at least temporarily accepted for avoiding excessive fuel consumption. Overall, this results in an improved overall efficiency of the hybrid drive.
  • the invention is additionally based on the finding that, under certain boundary conditions, it makes perfect sense to replace this rather static efficiency analysis with a situation-dependent consumption optimization with anticipatory prioritization of the charging of the traction battery.
  • a situation-dependent consumption optimization with anticipatory prioritization of the charging of the traction battery.
  • those driving situations are suitable for charging the traction battery, in which optimum combustion engine efficiency can be set.
  • the charging power is significantly less expensive than would be the case when idling when the vehicle is at a standstill.
  • forced charging When forced loading is largely introduced regardless of a current driving situation, a certain amount of energy in the traction battery. Partly so that the efficiency of the store is significantly deteriorated, which can lead to increased fuel consumption.
  • avoidance of adverse fuel-air ratios may limit the charging strategy so that the traction battery is discharged to forced loading. That is, in order to avoid a small deterioration of consumption in a current state, a large deterioration in consumption is put up in a coming state. In that case, a forced charging must be carried out regardless of how unfavorable this process may be for hybrid drive efficiency.
  • a method according to the invention intervenes: By evaluating respectively currently preceding driving situations, the method according to the invention takes ge planning a charging strategy, a consumption priority prioritization of charging the traction battery, which shuts off a currently optimal efficiency to an optimal overall efficiency of the drive over the route to a particular destination. For a respective current application or an application currently in use, preceding driving situations are evaluated until a destination point is reached, in order to plan a charging strategy on the basis of which optimum consumption of the traction battery is made via a selected route up to a respective destination.
  • a method according to the invention therefore not only focuses on a respective current operating state with a static efficiency consideration, but also orients itself to future operating states which will occur with relatively high probability, this probability being based, inter alia, on known conditions of a route to reach a current destination point be determined.
  • a consumption optimization is no longer operated for a particular time, but over a period until reaching a current destination or the arrival at a destination depending on a selected route.
  • future operating states are determined on the basis of a forward-looking evaluation of a route. So can be read from navigation route data, which route a driver is driving with a certain probability.
  • the map data also discloses attributes of the route sections, such as speed limits or number of stop locations. The preceding sections and / or their attributes are now evaluated at run time, in how far here or in each section such load points are to be expected at the internal combustion engine, which also allow a good charging efficiency in addition to providing a sufficient drive power.
  • such an evaluation of a route undergoes at least one update, for example by taking into account current weather data, a reported traffic situation and / or current messages about obstacles to the unrestricted flow of traffic, such as may be caused by construction sites or temporary speed limits.
  • certain sections of the route are assigned in advance to a predefined operating mode of the hybrid drive.
  • a lane tends to be less susceptible to charging the traction battery, as short and low horsepower requirements of the driver tend to favor driving that is purely electrical propulsion.
  • a slope in addition to the drive by the internal combustion engine may require the addition of the electric motor.
  • the internal combustion engine can then be switched off over a longer downgrade and a speed regulation can take place by means of a generator operation of the electric motor, at the same time causing charging of the traction battery.
  • values learned from the past e.g. are consumption-dependent for a respective vehicle, are usage-dependent on a traveled region or on a respective driver.
  • a device for controlling a hybrid drive or control device in a vehicle wherein the drive includes an internal combustion engine and a connected to a traction battery electric motor, clutches, a transmission and at least one coupled to the transmission driven wheel is characterized as a solution to the above Task for implementing a method described above, characterized in that the crizvorvorrjch- tion includes a control device for prioritizing the charging of the traction battery.
  • the control device is connected to a first database, in which a shell characteristic map of the internal combustion engine is stored, and includes Mit- Tel, which are formed with precise knowledge of a current operating point of the internal combustion engine to limit a load point shift while maintaining favorable operating ranges of the internal combustion engine.
  • the control device can optionally be connected further
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a control device 1 for a drive 2 of a hybrid vehicle not shown.
  • the drive 2 comprises an internal combustion engine 3 and an electric motor 5 connected to a traction battery 4.
  • the internal combustion engine 3 and / or the electric motor 5 are connected to a transmission 7 via clutches 6. Via the gear 7, at least one wheel 8 of the vehicle is then driven in a manner not shown.
  • the control device 1 further comprises a control device 9 for charging the traction battery 4 according to a charging strategy.
  • a charging strategy of a hybrid vehicle is called the controller, which controls the state of charge of the traction battery by additionally loading the internal combustion engine 3 and benefits of the electric motor 5 as a generator.
  • the charging strategy has the goal to generate the energy to a particularly good efficiency of all components of the hybrid drive 2.
  • the control device 1 comprises a control device 9, which is connected to a first database 10 is, are stored in the so-called mussel characteristic curves or maps of the internal combustion engine 3.
  • the control device 9 further comprises means which are formed under precise knowledge of a current operating point of the internal combustion engine 3 to limit a load point shift such that favorable operating ranges of the internal combustion engine are met and thus in particular a load point shift is avoided in unfavorable operating ranges.
  • an ideal manner desired charging of the traction battery 4 is limited as an additional load for the internal combustion engine 3 so far that the internal combustion engine 3 in a still favorable Horcel. Operating point is running.
  • control device 1 is also designed for predictive prioritization of the charging of the traction battery 4.
  • a current-dependent internal resistance of the traction battery 4 designed as a high-voltage battery is taken into account. Since it may be useful under certain boundary conditions to replace a static efficiency analysis by a situation-dependent consumption optimization, basic extensions for implementing a method with predictive prioritization of the charging of the traction battery 4 are described below.
  • those driving situations are suitable for charging the traction battery, in which optimum combustion engine efficiency can be set.
  • the charging performance is consistently much lower than that of idling when the vehicle is at a standstill.
  • forced charging With forced charging, regardless of the driving situation, a certain amount of energy is introduced into the traction battery.
  • the efficiency of the charging is thus sometimes significantly deteriorated, which can lead to increased fuel consumption.
  • avoidance of adverse air-fuel ratios may limit the charging strategy such that the traction battery 4 is discharged to forced loading. That is, in order to avoid a small deterioration in consumption in the current state, a large deterioration in consumption is expected in coming states.
  • the control device 1 therefore further comprises, in the present embodiment, a control device 9 for predictive prioritization of the charging of the traction battery 4, which is connected to a first database 10 in which a shell characteristic map of the internal combustion engine 2 is stored. Further, the device 9 is connected to a second database 11 in which a map of a current-dependent internal resistance of the high-voltage traction battery 4 is included.
  • the device 9 is connected to a navigation system 12, which also knows a respective destination of a journey and a selected route in addition to a precise knowledge of a current location. Finally, the device 9 is still connected to a receiver 13 for receiving further, a planned operation of the hybrid drive on the other hand influencing factors. These influencing factors include, but are not limited to, current weather data, traffic disruptions, construction sites, temporary speed limits and / or other traffic flows on the one hand and on the other hand influencing a planned operation of the hybrid drive factors and related information.
  • the control device 9 accesses a controller 14 of the electric motor 5, a controller 15 of the internal combustion engine 3 and a controller 16 for the transmission 7 and here two clutches 6 too.
  • An implementation of the respective driver's request F is realized with a maximum of dynamics of the hybrid drive, wherein a respective access to the internal combustion engine 3 and / or the electric motor 5 takes place under consideration of certain boundary conditions. Accordingly, the control device 9 converts the driver's request in the form of a situation-dependent and anticipated planned fuel consumption optimization, further charging the high-voltage traction battery 4 is in the foreground.
  • the charging strategy takes a consumption-optimal prioritization of charging the traction battery 4, which optimizes the overall efficiency of the drive on the route to a particular destination in the form of a route-dependent planning.
  • the navigation route data which route a driver is likely to drive.
  • the map data also discloses certain attributes of the route sections concerned, such as speed limits or the number of stops. The sections ahead are now evaluated at runtime to what extent load points on the internal combustion engine are to be expected, which allow a good charging efficiency.
  • a game street tends to be less suitable for charging the HV battery, since here by short and low power requirements of the driver usually the electrically driven driving is preferable.
  • Overland travel, in particular motorway travel is usually characterized by average speeds in a range between 100 km / h and 150 km / h. These speeds are also kept even. In this situation, the internal combustion engine can be operated by selecting a high gear ratio of the transmission in a very economical area, which also allows a load point shift by additionally charging the traction battery 4.
  • the calculation of the energy demand corresponds to a prediction of the operating strategy based on knowledge about the future.
  • values learned from the past can also be used.
  • a plug-in hybrid is interesting where a customer often uses a charging station. By storing the GPS position while loading on such a column, statistics can be generated so that when driving on typical routes to a frequently used charging post, it can be assumed that it will be reloaded. As a result, in these cases, it is possible to prioritize electrically driven driving versus loading. Thus, in this particular case, the fuel consumption over a period of time could be minimized again.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Regelung eines Hybridantriebs in einem Fahrzeug. Um neben der Erzielung von Kraftstoffeinsparungen in einer jeweiligen Betriebssituation und wirkungsgradoptimalen Ladevorgängen die Effizienz eines derartigen Verfahrens sowie einer Vorrichtung zur Regelung eines Hybridantriebs zu steigern, wird vorgeschlagen, dass einer Ladestrategie zur Steuerung eines Ladezustandes der Hochvolt-Traktionsbatterie (4) eine Priorisierung des Ladens dahingehend überlagert wird, dass eine Lastpunktverschiebung an der Brennkraftmaschine zu einer weitgehenden Meidung ungünstiger Betriebszustände der Brennkraftmaschine begrenzt wird.

Description

Verfahren und eine Vorrichtung zur Regelung eines Hybridantriebs in einem
Fahrzeug
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Regelung eines Hybridantriebs in einem Fahrzeug.
In Hybridfahrzeugen wird eine Batterie in einem weit überwiegenden Anteil während des Betriebs einer zugehörigen Verbrennungskraftmaschine geladen, da eine ausreichende Aufladung durch Rekuperation bzw. sog. Nutzbremsen mit einem generatorischen Betrieb einer elektrischen Maschine und ohne zusätzlichen Kraftstoffbedarf nur in wenigen Betriebssituationen erzielt werden kann. Dementsprechend wird als Ladestrategie eines Hybridfahrzeugs ein Verfahren bezeichnet, das einen Ladezustand einer Traktionsbatterie durch zusätzliches Belasten der Verbrennungskraftmaschine unter Nutzung der elektrischen Maschine als Generator steuert. Typischer Weise hat die Ladestrategie das Ziel, Energie zu einem besonders guten Wirkungsgrad aller Komponenten des Hybridantriebs zu erzeugen.
Aus dem Stand der Technik sind diverse Ansätze für Verfahren und Vorrichtungen der genannten Art bekannt, die das Ziel einer Reduzierung eines Kraftstoff- Verbrauchs durch eine geeignete Steuerungsstrategie verfolgen, durch die ein Betrieb der Verbrennungskraftmaschine in Bereichen geringer verbrennungsmotorischer Wirkungsgrade möglichst vermieden oder vorteilhaft durch Zuschaltung der Elektromaschine kombiniert wird. So offenbart z.B. die DE 10 2008 008 238 A1 ein Verfahren zur Ladestrategie eines Hybridantriebs und ein diese Strategie durchführendes Steuergerät, bei denen in Abhängigkeit verschiedener Eingangsgrößen eine Lade- oder Entladefunktion aus einer Anzahl verschiedener derartiger Funktionen ausgewählt und durch eine Lastpunktverschiebung an der Brennkraftmaschine eingestellt wird. Dabei werden auch besondere Betriebszustände der Brennkraftmaschine unter Verwendung eines Kennfeldes zur Korrektur einer für eine optimale Ladung der Batterie erwünschte Lastpunktverschiebung mit dem Ziel korrigierend bzw. begrenzend berücksichtigt, dass eine ausreichende Lebensdauer einer Batterie durch Begrenzung der Ladezustandsschwankungen erreicht wird. Die vorliegende Erfindung hat das Ziel, neben der Erzielung von Kraftstoffeinsparun- gen in einer jeweiligen Betriebssituation und wirkungsgradoptimalen Ladevorgängen die Effizienz eines derartigen Verfahrens sowie einer Vorrichtung zur Regelung eines Hybridantriebs zu steigern.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale von Anspruch 1 dadurch gelöst, dass einer Ladestrategie zur Steuerung eines Ladezustands der Hochvolt- Traktionsbatterie eine vorausschauende Priorisierung des Ladens der Traktionsbatterie dahingehend überlagert wird, dass eine Lastpunktverschiebung an der Brennkraftmaschine zu einer weitgehenden Meidung ungünstiger Betriebszu- stände der Brennkraftmaschine begrenzt wird. Der Begriff der Priorisierung ist dabei auch dahingehend zu verstehen, dass eine jeweilige Ladestrategie auch verändert wird, um derartige Betriebsbereiche der Brennkraftmaschine zu meiden, in denen ein Anfetten des Gemischs bei einer Otto-Maschine vorgenommen sowie eine Russgrenze bei Dieselmaschinen überschritten würde. Erfindungsgemäß wird also unter Kenntnis eines aktuellen Arbeitspunktes der Brennkraftmaschine eine Begrenzung einer Lastpunktverschiebung unter Einhaltung günstiger Betriebsbereiche und mithin unter Meidung vorstehend exemplarisch genannter ungünstiger Betriebsbereiche vorgenommen.
Um Energie für den Fahrbetrieb bei einem besonders guten Wirkungsgrad aller Komponenten des Hybridantriebs zu erzeugen, kann z.B. ein sog. Muschelfeld der Verbrennungskraftmaschine sowie ein stromabhängiger Innenwiderstand der Hochvolt-Traktionsbatterie berücksichtigt werden. Eine wesentliche Erkenntnis liegt nun darin, dass ein Laden der Batterie auch in einem Umfang sinnvoll ist, der gegenüber einer Maximalaufladung reduziert ist, wodurch zugleich eine Verschiebung eines Last- bzw. Arbeitspunktes der Brennkraftmaschine aus einem günstigen Bereich in einen ungünstigen Bereich hinein gezielt vermieden wird. Eine verringerte Aufladung der Batterie wird erfindungsgemäß also zumindest temporär für eine Vermeidung eines überhöhten Kraftstoffverbrauchs hingenommen. Insgesamt ergibt sich damit ein verbesserter Gesamtwirkungsgrad des Hybridantriebs. Der Erfindung liegt zusätzlich die Erkenntnis zugrunde, dass es unter bestimmten Randbedingungen durchaus sinnvoll ist, diese eher statische Wirkungsgradbetrachtung durch eine situationsabhängige Verbrauchsoptimierung mit vorausschauender Priorisierung des Ladens der Traktionsbatterie zu ersetzen. So wird zum Beispiel bei hohem Fahrerwunsch auf eine durch die Aufladung der Batterie hervorgerufene zusätzliche Last an der Verbrennungskraftmaschine dann vorübergehend bzw. temporär verzichtet, um ungünstige Luft- Kraftstoffmischverhältnisse zu vermeiden, beispielsweise eine Anfettung des Gemischs, wenn eine vergleichsweise günstigere Situation zum Laden der Batterie mit ausreichender Wahrscheinlichkeit zeitlich nahe liegt. Hierzu kann z.B. ein Aufladen der Batterie durch Rekuperation bzw. Nutzbremsen insbesondere dann gezählt werden, wenn sich eine längere Gefällestrecke einem Passanstieg anschließt.
Generell eignen sich diejenigen Fahrsituationen zum Laden der Traktionsbatterie, in denen sich ein optimaler Verbrennungsmotorwirkungsgrad einstellen lässt. Zum Beispiel erhält man bei einer Fahrt mit einer konstanten Geschwindigkeit von 50 km/h die Ladeleistung deutlich günstiger, als dies beim Betrieb im Leerlauf bei Fahrzeugstillstand der Fall wäre. Geht die in der Traktionsbatterie gespeicherte Menge elektrischer Energie aber zur Neige, muss gegebenenfalls die verbrauchsoptimale Ladestrategie verlassen werden und ein so genanntes Zwangsladen durchgeführt werden. Beim Zwangsladen wird weitgehend ohne Rücksicht auf eine aktuelle Fahrsituation eine gewisse Energiemenge in die Traktionsbatterie eingebracht. Teilweise wird damit also der Wirkungsgrad des Ladens deutlich verschlechtert, was zu erhöhtem Kraftstoffverbrauch führen kann. Zum Beispiel kann es sein, dass die Vermeidung von ungünstigen Kraftstoff- Luftverhältnissen die Ladestrategie derart begrenzt, dass die Traktionsbatterie bis zum Zwangsladen entladen wird. Das heißt, um in einem aktuellen Zustand eine kleine Verbrauchsverschlechterung zu vermeiden, wird in einem kommenden Zustand eine große Verbrauchsverschlechterung in Kauf genommen. Dann muss nämlich ein Zwangsladen unabhängig davon durchgeführt werden, wie ungünstig dieser Vorgang für einen Wirkungsgrad des Hybridantriebs auch sein mag.
Hier greift ein erfindungsgemäßes Verfahren ein: Durch Auswertung jeweils aktuell vorausliegender Fahrsituationen nimmt die ein erfindungsgemäßes Verfahren im Zu- ge einer Planung einer Ladestrategie eine verbrauchsoptimale Priorisierung von Ladevorgängen der Traktionsbatterie vor, die von einem aktuell optimalen Wirkungsgrad auf einen optimalen Gesamtwirkungsgrad des Antriebs über die Strecke bis zu einem jeweiligen Fahrziel abstellt. Für einen jeweils aktuellen bzw. einen jeweils aktuell vorliegenden Anwendungsfall werden vorausliegende Fahrsituationen bis zum Erreichen eines Zielpunktes ausgewertet, um auf dieser Basis eine Ladestrategie zu planen, gemäß derer verbrauchsoptimale Ladevorgänge der Traktionsbatterie über eine gewählte Fahrstrecke bis zu einem jeweiligen Fahrziel hin vorgenommen werden. Ein erfindungsgemäßes Verfahren legt den Focus also nicht nur auf einen jeweils aktuellen Betriebszustand niit einer statischen Wirkungsgradbetrachtung, sondern orientiert sich zudem an künftigen Betriebszuständen, die mit relativ hoher Wahrscheinlichkeit eintreten werden, wobei diese Wahrscheinlichkeit u.a. auf Basis bekannter Gegebenheiten einer Route zum Erreichen eines aktuellen Zielpunktes bestimmt werden. Damit wird eine Verbrauchsoptimierung nicht mehr für einen jeweiligen Zeitpunkt, sondern über einen Zeitraum bis zum Erreichen eines aktuellen Zielpunkt bzw. der Ankunft an einem Zielort in Abhängigkeit einer gewählten Route betrieben.
Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der weiteren Unteransprüche. Demnach werden gemäß einer wesentlichen Weiterbildung der Erfindung künftige Be- triebszustände auf Basis einer vorausschauenden Auswertung einer Fahrtstrecke ermittelt. So kann aus Navigationsstreckendaten gelesen werden, welche Route ein Fahrer mit gewisser Wahrscheinlichkeit fahren wird. Durch die Kartendaten sind in einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ebenfalls Attribute der Streckenabschnitte, wie zum Beispiel Geschwindigkeitsbegrenzungen oder Anzahl der Stoppstellen bekannt. Die vorausliegenden Streckenabschnitte und/oder deren Attribute werden nun zur Laufzeit bewertet, in wie weit hier bzw. in einem jeden Streckenabschnitt solche Lastpunkte an der Verbrennungskraftmaschine zu erwarten sind, die neben dem Bereitstellen einer ausreichenden Antriebsleistung auch einen guten Ladewirkungsgrad zulassen.
In einer Ausführungsform der Erfindung erfährt eine, derartige Auswertung einer Fahrtstrecke mindestens eine Aktualisierung z.B. durch Berücksichtigung aktuellerWetterdaten, einer gemeldeten Verkehrslage und/oder aktuelle Meldungen über Be- hinderungen des ungeschränkten Verkehrflusses, wie er z.B. durch Baustellen oder vorübergehende Geschwindigkeitsbeschränkungen gegeben sein kann.
Vorzugsweise werden bestimmte Streckenabschnitte vorausschauend einer vordefinierten Betriebsart des Hybridantriebs zugeordnet. Zum Beispiel eignet sich eine Spielstraße tendenziell weniger zum Laden der Traktions-Batterie, da hier durch kürze und geringe Leistungsanforderungen des Fahrers in der Regel das rein durch den elektrischen Antrieb bewirkte Fahren zu bevorzugen ist. Hingegen kann eine Steigung neben dem Antrieb durch die Verbrennungskraftmaschine das Hinzuschalten des elektrischen Motors erfordern. Über eine längere Gefällestrecke hinweg kann dann aber die Verbrennungskraftmaschine abgeschaltet und eine Geschwindigkeitsregulierung durch einen generatorischen Betrieb des elektrischen Motors erfolgen, wobei zugleich ein Laden der Traktions-Batterie bewirkt wird.
Vorteilhafter Weise werden in einer Ausführungsform der Erfindung neben prädikti- ven Streckendaten zur vorausschauenden Priorisierung auch aus der Vergangenheit angelernte Werte herangezogen werden, die z.B. für ein jeweiliges Fahrzeug verbrauchsabhängig, von einer befahrenen Region oder einem jeweiligen Fahrer nutzungsabhängig sind.
Insgesamt ist damit ein Verfahren beschrieben worden, das das elektrisch angetriebene Fahren durch vorausschauende Planung gegenüber dem Laden der Traktionsbatterien priorisiert und somit den Kraftstoffverbrauch über eine Laufzeit minimiert.
Eine Vorrichtung zur Regelung eines Hybrid antriebs bzw. Regelungsvorrichtung in einem Fahrzeug, bei dem der Antrieb eine Verbrennungskraftmaschine und einen mit einer Traktionsbatterie verbundenen elektrischen Motor, Kupplungen, ein Getriebe und mindestens ein mit dem Getriebe gekoppeltes angetriebenes Rad umfasst, zeichnet sich als Lösung der vorstehenden Aufgabe zur Umsetzung eines vorstehend beschriebenen Verfahrens dadurch besonders aus, dass die Regelungsvorrjch- tung eine Regeleinrichtung zur Priorisierung des Ladens der Traktionsbatterie umfasst. Die Regeleinrichtung ist dabei mit einer ersten Datenbank verbunden, in der ein Muschelkennfeld der Verbrennungskraftmaschine abgelegt ist, und umfasst Mit- tel, die unter genauer Kenntnis eines aktuellen Arbeitspunktes der Brennkraftmaschine zu einer Begrenzung einer Lastpunktverschiebung unter Einhaltung günstiger Betriebsbereiche der Verbrennungskraftmaschine ausgebildet sind. In nicht abschließender Aufzählung kann die Regeleinrichtung wahlweise weiter verbunden sein
* mit einer zweiten Datenbank, in der ein Kennfeld eines stromabhängigen Innenwiderstands der Hochvolt- Traktionsbatterie enthalten ist,
* mit einem Navigationssystem, das neben einer genauen Kenntnis eines aktuellen Aufenthaltsortes auch ein jeweiliges Ziel einer Fahrt und eine ausgewählte Route enthält, und/oder
* mit einem Empfänger zum Empfang weiterer, einen geplanten Betrieb des Hybridantriebs beeinflussenden Faktoren verbunden, die in der Regel externe bzw. Umwelt- bzw. Umgebungseinflüsse sind oder solche wiedergeben.
Nachfolgend werden weitere Merkmale und Vorteile einer erfindungsgemäßen Ausführungsform unter Bezugnahme auf ein Ausführungsbeispiel anhand der Zeichnung näher erläutert. Darin zeigt Figur 1 in schematischer Darstellung eine Regelungsvorrichtung 1 für einen Antrieb 2 eines nicht weiter dargestellten Hybrid-Fahrzeugs. Der Antrieb 2 umfasst im Sinne eines Antriebsstrangs eine Verbrennungskraftmaschine 3 und einen mit einer Traktionsbatterie 4 verbundenen elektrischen Motor 5. Über Kupplungen 6 werden die Verbrennungskraftmaschine 3 und/oder der elektrische Motor 5 mit einem Getriebe 7 verbunden. Über das Getriebe 7 wird dann in nicht weiter dargestellter Art und Weise mindestens ein Rad 8 des Fahrzeugs angetrieben.
Die Regelungsvorrichtung 1 .umfasst ferner eine Regeleinrichtung 9 zum Laden der Traktionsbatterie 4 gemäß einer Ladestrategie. Als Ladestrategie eines Hybridfahrzeuges bezeichnet man die Steuerung, welche den Ladezustand der Traktionsbatterie durch zusätzliches Belasten der Verbrennungskraftmaschine 3 und Nutzen des elektrischen Motors 5 als Generator steuert. Typischerweise hat die Ladestrategie das Ziel, die Energie zu einem besonders guten Wirkungsgrad aller Komponenten des Hybrid-Antriebs 2 zu erzeugen.
In einer zeichnerisch nicht separat dargestellten Basis-Form umfasst die Regelungsvorrichtung 1 eine Regeleinrichtung 9, die mit einer ersten Datenbank 10 verbunden ist, in der als sog. Muschelkennfeld Kennlinien bzw. Kennfelder der Verbrennungskraftmaschine 3 abgelegt sind. Die Regeleinrichtung 9 umfasst ferner Mittel, die unter genauer Kenntnis eines aktuellen Arbeitspunktes der Brennkraftmaschine 3 zu einer Begrenzung einer Lastpunktverschiebung derart ausgebildet sind, dass günstige Betriebsbereiche der Verbrennungskraftmaschine eingehalten werden und damit insbesondere eine Lastpunktverschiebung in ungünstige Betriebsbereiche vermieden wird. Anders ausgedrückt: Eine idealer Weise erwünschte Aufladung der Traktionsbatterie 4 wird als zusätzliche Last für die Verbrennungskraftmaschine 3 soweit begrenzt, dass die Verbrennungskraftmaschine 3 in einem immer noch günstigen Betriebsbzw. Arbeitspunkt läuft. Als derartige ungünstige Betriebsbereiche sind in der ersten Datenbank 10 in dem Fall, dass die Verbrennungskraftmaschine 3 ein Ottomotor ist ein Anfettungsbereich und für den Fall, dass die Verbrennungskraftmaschine 3 eine Dieselmaschine ist eine über eine Partikelgehalt im Abgas definierte Russgrenze vermerkt. Derartige Kennzeichnungen sind dem Fachmann in Form markierter Abschnitte in einem Muschelkennfeld bekannt.
In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Regelungsvorrichtung 1 darüber hinaus zur vorausschauenden Priorisierung des Ladens der Traktionsbatterie 4 ausgebildet. So wird in diesem Beispiel' neben dem Muschelkennfeld der Verbrennungskraftmaschine 3 auch ein stromabhängige Innenwiderstand der als Hochvoltbatterie ausgebildeten Traktionsbatterie 4 berücksichtigt. Da es unter bestimmten Randbedingungen sinnvoll sein kann, eine statische Wirkungsgradbetrachtung durch eine situationsabhängige Verbrauchsoptimierung zu ersetzen, werden nachfolgend grundlegende Erweiterungen zum Umsetzung eines Verfahrens mit vorausschauender Priorisierung des Ladens der Traktionsbatterie 4 beschrieben. Bei einem derartigen Ansatz wird dann zum Beispiel bei hohem Fahrerwunsch nach Beschleunigung a oder Geschwindigkeit v nach bekannten Ansätzen auf die zusätzliche Last an der Verbrennungskraftmaschine 3 gezielt verzichtet, um ungünstige Luft- Kraftstoffmischverhältnisse, z.B. eine Anfettung, zu vermeiden und die Verbrennungskraftmaschine 3 weiter in verbrauchsgünstigen Bereichen des Muschelkennfeldes zu betreiben.
Generell eignen sich diejenigen Fahrsituationen zum Laden der Traktionsbatterie, in denen sich ein optimaler Verbrennungsmotorwirkungsgrad einstellen lässt. Zum Bei- spiel erhält man bei einer Fahrt mit 50 km/h konstant die Ladeleistung deutlich günstiger, als dies beim Betrieb im Leerlauf bei Fahrzeugstillstand der Fall ist. Geht aber eine in der Hochvolt-Traktionsbatterie 4 gespeicherte Energiemenge zur Neige, muss gegebenenfalls die verbrauchsoptimale Ladestrategie verlassen werden und ein so genanntes Zwangsladen durchgeführt werden. Beim Zwangsladen wird ohne Rücksicht auf die Fahrsituation eine gewisse Energiemenge in die Traktionsbatterie eingebracht.
In bekannten Systemen wird der Wirkungsgrad des Ladens also teilweise deutlich verschlechtert, was zu erhöhtem Kraftstoffverbrauch führen kann. Zum Beispiel kann es sein, dass die Vermeidung von ungünstigen Kraftstoff- Luftverhältnissen die Ladestrategie derart begrenzt, dass die Traktionsbatterie 4 bis zum Zwangsladen entladen wird. Das heißt, um im aktuellen Zustand eine kleine Verbrauchsverschlechterung zu vermeiden, wird in kommenden Zuständen eine große Verbrauchsverschlechterung in Kauf genommen.
Aktuelle Systeme nutzen hierbei also keine vorausschauende Planung einer Ladestrategie, die eine Priorisierung des Ladens vorsieht. Durch Auswertung einer jeweils vorausliegenden Fahrsituation kann die Ladestrategie eine verbrauchsoptimale Priorisierung zwischen dem aktuellem und dem Gesamtwirkungsgrad des Antriebs auf der Strecke bis zum Fahrziel vornehmen. Die Regelungsvorrichtung 1 umfasst daher in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ferner eine Regeleinrichtung 9 zur vorausschauenden Priorisierung des Ladens der Traktionsbatterie 4, die mit einer ersten Datenbank 10 verbunden ist, in der ein Muschelkennfeld der Verbrennungskraftmaschine 2 abgelegt ist. Ferner ist die Einrichtung 9 mit einer zweiten Datenbank 11 verbunden, in der ein Kennfeld eines stromabhängigen Innenwiderstands der Hochvolt- Traktionsbatterie 4 enthalten ist. Weiter ist die Einrichtung 9 mit einem Navigationssystem 12 verbunden, das neben einer genauen Kenntnis eines aktuellen Aufenthaltsortes auch ein jeweiliges Ziel einer Fahrt und eine ausgewählte Route kennt. Schließlich ist die Einrichtung 9 noch mit einem Empfänger 13 zum Empfang weiterer, einen geplanten Betrieb des Hybridantriebs andererseits beeinflussenden Faktoren verbunden. Zu diesen Einflussfaktoren zählen in nicht abschließender Aufzählung u.a. aktuelle Wetterdaten, Verkehrsstörungen, Baustellen, temporäre Geschwindigkeitsbeschränkungen und/oder sonstiger den Verkehrsfluss einerseits und damit einen geplanten Betrieb des Hybridantriebs andererseits beeinflussende Faktoren und diesbezügliche Informationen.
Unter Kenntnis eines jeweiligen Fahrerwunsches F sowie aktueller Messwerte für eine aktuelle Geschwindigkeit v und Beschleunigung a an dem Rad 8 des Fahrzeugs greift die Regeleinrichtung 9 auf eine Steuerung 14 des elektrischen Motors 5, eine Steuerung 15 der Verbrennungskraftmaschine 3 sowie eine Steuerung 16 für das Getriebe 7 und die hier zwei Kupplungen 6 zu. Eine Umsetzung des jeweiligen Fahrerwunsches F wird dabei mit einem Maximum an Dynamik des Hybrid-Antriebs realisiert, wobei ein jeweiliger Zugriff auf die Verbrennungskraftmaschine 3 und/oder den elektrischen Motors 5 unter Berücksichtigung von bestimmten Randbedingungen erfolgt. Demnach setzt die Regeleinrichtung 9 den Fahrerwunsch in Form einer situationsabhängigen und vorausschauend geplanten Verbrauchsoptimierung um, wobei weiterhin ein Laden der Hochvolt-Traktionsbatterie 4 im Vordergrund steht.
Durch Auswertung jeweils aktuell vorliegender Fahrsituationen nimmt die Ladestrategie eine verbrauchsoptimale Priorisierung von Ladevorgängen der Traktionsbatterie 4 vor, die in Form einer streckenabhängigen Planung den Gesamtwirkungsgrad des Antriebs auf der Strecke bis zu einem jeweiligen Fahrziel optimiert.
In einer Umsetzung wird aus den Navigationsstreckendaten gelesen, welche Route ein Fahrer mit gewisser Wahrscheinlichkeit fahren wird. Durch die Kartendaten sind ebenfalls bestimmte Attribute der betreffenden Streckenabschnitte bekannt, wie zum Beispiel Geschwindigkeitsbegrenzungen oder Anzahl der Stoppstellen. Die vorausliegenden Streckenabschnitte werden nun zur Laufzeit bewertet, in wieweit hier Lastpunkte am Verbrennungsmotor zu erwarten sind, die einen guten Ladewirkungsgrad zulassen.
Konkrete Beispiele für vordefinierte Streckenabschnitte:
1. Eine Spielstraße eignet sich tendenziell weniger zum Laden der HV-Batterie, da hier durch kurze und geringe Leistungsanforderungen des Fahrers in der Regel das elektrisch angetriebene Fahren zu bevorzugen ist. 2. Eine Überlandfahrt, insbesondere eine Autobahnfahrt, ist durch i.d.R. durchschnittliche Geschwindigkeiten in einem Bereich zwischen 100 km/h bis 150 km/h gekennzeichnet. Diese Geschwindigkeiten werden zudem gleichmäßig gehalten. In dieser Situation kann die Verbrennungskraftmaschine unter Auswahl einer hohen Übersetzung des Getriebes in einem sehr ökonomischen Bereich betrieben werden, der zudem eine Lastpunktverschiebung durch zusätzliches Laden der Traktionsbatterie 4 zulässt.
Durch die Vorhersage des Energiebedarfs für das elektrische Fahren in den kommenden Streckenabschnitten und der Abgleich mit der aktuell in der Traktionsbatterie verfügbaren Energie kann entschieden werden, ob zum Beispiel die Begrenzung des Ladens aufgrund Anfettung im späteren Verlauf zum Zwangsladen führen wird oder nicht. Sollte zum Beispiel auf die Spielstraße eine Überlandsituation folgen, in der ideal geladen werden kann, kann die Begrenzung ohne negative Folgen aktiviert werden.
Die Berechnung des Energiebedarfs entspricht dabei einer Vorhersage der Betriebsstrategie aufgrund Kenntnis über die Zukunft. Neben den prädiktiven Streckendaten können auch aus der Vergangenheit angelernte Werte herangezogen werden. So ist zum Beispiel bei einem Plug-in Hybrid interessant, wo ein Kunde häufig eine Ladesäule benutzt. Durch Speichern der GPS-Position beim Laden an so einer Säule, kann eine Statistik erzeugt werden, so dass beim Fahren auf typischen Strecken hin zu einer häufig genutzten .Ladesäule vermutet werden kann, dass wieder geladen werden wird. Dadurch ist es in diesen Fällen möglich, das elektrisch angetriebene Fahren gegenüber dem Laden zu priorisieren. Somit würde in diesem Sonderfall wiederum der Kraftstoffverbrauch über eine Laufzeit minimiert werden können.
Es wird also Energie für den Fahrbetrieb bei einem besonders guten Wirkungsgrad aller Komponenten des Hybridantriebs erzeugt und zudem einem Laden der Hochvolt-Traktionsbatterie 4 Priorität eingeräumt. Diese Priorisierung ist unter Nutzung von Vorhersagen, die aus unterschiedlichsten Quellen stammen, dabei so gesteuert, dass ein Fahrer keine Komfort-Einbußen hinnehmen muss. Bezugszeichenliste
1 Regelungsvorrichtung
2 Antrieb
3 Verbrennungskraftmaschine
4 Hochvolt-Traktionsbatterie
5 elektrischer Motor
6 Kupplung
7 Getriebe
8 angetriebenes Rad
9 Einrichtung zur Priorisierung des Ladens der Traktionsbatterie 4
10 erste Datenbank (Muschelkennfeld) mit aktuellem Arbeitspunkt und entsprechender Markierung günstiger Betriebsbereiche der Verbrennungskraftmaschine 3
11 zweite Datenbank (Innenwiderstand d. Traktionsbatterie)
12 Navigationssystem
13 Empfänger aktueller Zusatzinformationen
14 Steuerung des elektrischen Motors 5
15 Steuerung der Verbrennungskraftmaschine 3
16 Steuerung für Getriebe 7 und die Kupplung(en) 6
F Fahrerwunsch
a Beschleunigung
v Geschwindigkeit

Claims

Ansprüche
1. Verfahren zur Regelung eines Hybridantriebs in einem Fahrzeug, bei dem eine Hochvolt-Traktionsbatterie (4) während des Betriebs einer zugehörigen Verbrennungskraftmaschine (3) durch einen elektrischen Motor (5) geladen wird,
dadurch gekennzeichnet, dass
einer Ladestrategie zur Steuerung eines Ladezustandes der Hochvolt- Traktionsbatterie (4) dahingehend eine Priorisierung des Ladens überlagert wird, dass eine Lastpunktverschiebung an der Brennkraftmaschine (2) zu einer weitgehenden Meidung ungünstiger Betriebszustände der Brennkraftmaschine (2) begrenzt wird.
2. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Priorisierung des Ladens der Traktionsbatterie (4) als eine vorausschauende Priorisierung ausgeführt wird.
3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für einen jeweils aktuell vorliegenden Anwendungsfall vorausliegende Fahrsituationen bis zum Erreichen eines Zielpunktes ausgewertet werden, um eine Ladestrategie zu planen, gemäß derer verbrauchsoptimale Ladevorgänge der Traktionsbatterie (4) über eine Fahrstrecke hinweg bis zum Erreichen eines jeweiligen Fahrziels hin vorgenommen werden.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine vorausschauende Priorisierung an künftigen Betriebszuständen orientiert wird, wobei die Betriebszustände mit relativ hoher Wahrscheinlichkeit eintreten werden.
5. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass diese Wahrscheinlichkeit u.a. auf Basis bekannter Gegebenheiten einer Route zum Erreichen eines aktuellen Zielpunktes bestimmt wird.
6. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass zur Bestimmung der künftigen Betriebszustände sowie deren Wahrscheinlichkeit neben der Kenntnis eines aktuellen Standortes, eines Zielpunktes und einer gewählten Fahrtroute auch Attribute von Streckenabschnitten der gewählten Fahrtroute dahingehend bewertet werden, in wieweit in einem jeden Streckenabschnitt solche Lastpunkte an der Verbrennungskraftmaschine zu erwarten sind, die neben dem Bereitstellen einer ausreichenden Antriebsleistung auch einen guten Ladewirkungsgrad zulassen.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine vorausschauende Priorisierung als Auswertung einer Fahrtstrecke mindestens eine Aktualisierung erfährt, insbesondere durch Berücksichtigung aktueller Wetterdaten, einer aktuell gemeldeten Verkehrslage und/oder aktuelle Meldungen über Behinderungen des ungeschränkten Verkehrflusses, wie er z.B. durch Baustellen oder vorübergehende Geschwindigkeitsbeschränkungen gegeben sein kann, wobei die Aktualisierung insbesondere bei der Festlegung einer Fahrtroute vorgenommen wird.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bestimmte Streckenabschnitte vorausschauend einer vordefinierten Betriebsart des Hybridantriebs zugeordnet werden.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass neben prädiktiven Streckendaten auch aus der Vergangenheit angelernte Werte zur vorausschauende Priorisierung herangezogen werden, die für ein jeweiliges Fahrzeug verbrauchsabhängig, von einer befahrenen Region und/oder einem jeweiligen Fahrer nutzungsabhängig sind.
10. Vorrichtung zur Regelung eines Hybridantriebs in einem Fahrzeug, wobei der Antrieb (2) eine Verbrennungskraftmaschine (3) und einen mit einer Traktionsbatterie (4) verbundenen elektrischen Motor (5), Kupplungen (6), ein Getriebe (7) und mindestens ein mit dem Getriebe (7) gekoppeltes angetriebenes Rad (8) umfasst,
wobei die Regelungsvorrichtung (1) zur Umsetzung eines Verfahrens nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche dadurch besonders ausge- bildet ist, dass
die Regelungsvorrichtung (1) ferner eine Regeleinrichtung (9) zur Priorisierung des Ladens der Traktionsbatterie (4) umfasst,
und die Regeleinrichtung (9) mit einer ersten Datenbank (10) verbunden ist * , in der ein Muschelkennfeld der Verbrennungskraftmaschine (2) abgelegt ist,
und Mittel umfasst, die unter genauer Kenntnis eines aktuellen Arbeitspunktes der Brennkraftmaschine (2) zur Begrenzung einer Lastpunktverschiebung unter Einhaltung günstiger Betriebsbereiche ausgebildet sind.
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