WO2010054727A1 - Verfahren zum betrieb eines hybridfahrzeugs - Google Patents

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Definitions

  • the present invention relates to a method for operating a hybrid vehicle, in particular a so-called “full hybrid”, according to the preamble of claim 1.
  • Hybrid vehicles are known to be characterized by the combination of an internal combustion engine with at least one electric machine.
  • So-called “full hybrids” full hybrids
  • Full hybrid vehicles switch to the operating mode "electric driving" with the aim of saving fuel when the drive power desired by the driver is comparatively low, the state of charge of the battery is sufficiently high and other basic parameters such.
  • B. current vehicle speed, battery temperature, etc. allow this.
  • the object of the invention is to provide a method for operating a hybrid vehicle, in which can be driven electrically for as long as possible in stowage phases or in slow driving phases.
  • the starting point of the invention is the recognition that the potential energy saving potential that is possible in electric driving compared to internal combustion engine driving is greater, the lower the drive power demanded by the driver.
  • the basic idea of the invention therefore consists in "distributing" the existing electrical energy as prospectively as possible with such lack of stored electrical energy in those route sections in which the efficiency advantage of the electromotive drive is particularly high compared to the internal combustion engine drive recognized or an expected lack of electrical energy, the "electric driving operation window” against conditions in which sufficient electrical energy is present in the memory, limited, resulting in the result to an improved use of existing electrical energy.
  • the "threshold value” may be a single parameter or a parameter set or a vector, i. multiple parameters, a bandwidth of a parameter or bandwidths of several parameters.
  • a “threshold value” for example, an average vehicle speed assumed or estimated or estimated in advance for the relevant route section concerned may be used and / or the average drive power or the like requested by the driver may be used.
  • the "horizon" within which the route is investigated in advance can be, for example, n times the distance that could be driven at the current actual state of charge in the electric drive mode, where "n" is a real positive number that is greater than 1 is.
  • Announces for example, in a few kilometers away a stagnation phase in which purely electric driving is possible or from an energetic point of view is basically useful, and is in the electrical energy storage insufficient electrical energy available to ensure that the entire length of the expected stagnation phase purely electric can be passed through, it is adapted according to the invention of the relevant for switching to the purely electric driving mode "threshold" or "Threshold".
  • "Matching" in this context means that, for example, the speed at which the electrical operating mode is switched over is reduced in comparison to states in which sufficient electrical energy is present in the memory.
  • the setpoint state of charge of the battery is increased even before the relevant route section is reached, so that more electric energy is available in the memory when the relevant route section is reached and the vehicle is driven longer purely electrically during the stagnation phase can or that as possible the entire stagnation phase purely electric can be passed. Therefore, if a route section coming into consideration for electric driving is detected as part of the forward-looking route analysis, the electrical energy store can be charged in an early stage, ie before reaching the relevant route section in the combustion engine operating mode, in order to increase the "energy reserve" for the upcoming electric drive The resulting "limited energy absorption" of the memory has virtually no disadvantage in traffic jams, since at low speeds hardly any braking energy can be recuperated anyway.
  • the threshold value or threshold value set can be reset to the predetermined initial value (s).
  • a “threshold reset” can be carried out, for example, if the speed of the hybrid vehicle is above a predetermined speed for at least a predetermined period of time or if it is otherwise recognizable to the vehicle electronics that the congestion or slow-driving phase has ended.
  • the decision as to whether driving through the route section which is to be considered for "electric driving" is likely to lead to a lowering of the state of charge into a critical state of charge can be made on the basis of predetermined rules and for the specific route section of available general and / or current traffic information may be known from a telematics or navigation system that there is a speed limit of, for example, 30 km / h on a certain section of the route.
  • the information can be known from a traffic information system via which current traffic data is "fed” into the vehicle be that on the route section in question there is a traffic jam and thus a slow-moving traffic.
  • the decision as to whether passing through the route section presumably leads to a decrease in the state of charge to a critical state of charge range can be made on the basis of an estimated speed profile assumed and present for the route section concerned and the state of charge derived therefrom End of the relevant route section is to be expected.

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Abstract

Verfahren zum Betrieb eines in einem verbrennungsmotorischen und/oder elektromotorischen Antriebsmodus betreibbaren Hybridfahrzeugs, bei dem auf einem zu durchfahrenden, für ein Fahren im elektromotorischen Antriebsmodus in Betracht kommenden Routenabschnitt ein Wechsel in den elektromotorischen Antriebsmodus nur dann erfolgt, wenn ein Schwellwert, der den auf dem Routenabschnitt durch einen Wechsel vom verbrennungsmotorischen in den elektromotorischen Antriebsmodus erzielbaren Effizienzvorteil repräsentiert oder damit korreliert, überschritten wird. Ausgehend von der momentanen Position des Hybridfahrzeugs wird die Route vorausschauend nach einem solchen Routenabschnitt untersucht, wobei der Schwellwert angepasst wird, wenn ein solcher Routenabschnitt erkannt wurde und ein Durchfahren des Routenabschnitts im elektrischen Antriebsmodus voraussichtlich zu einem Absinken des Ladezustands eines elektrischen Energiespeichers des Hybridfahrzeugs in einen kritischen Ladezustandsbereich führen würde.

Description

Verfahren zum Betrieb eines Hybridfahrzeugs
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines Hybridfahrzeugs, insbesondere eines so genannten „Fullhybrids", gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
Hybridfahrzeuge zeichnen sich bekanntlich durch die Kombination eines Verbrennungsmotors mit mindestens einer elektrischen Maschine aus. So genannte „Vollhybride" (Fullhybrids) ermöglichen wahlweise einen rein verbrennungsmotorischen Antrieb, einen rein elektromotorischen Antrieb, bei dem der Verbrennungsmotor abgekoppelt bzw. abgeschaltet ist, und einen kombinierten Antrieb, bei dem der Verbrennungsmotor durch die mindestens eine elektrische Maschine unterstützt wird. Betriebsstrategien von Vollhybridfahrzeugen wechseln mit dem Ziel der Kraftstoffeinsparung in den Betriebsmodus „elektrisches Fahren", wenn die vom Fahrer gewünschte Antriebsleistung vergleichsweise gering ist, der Ladezustand der Batterie hinreichend hoch ist und andere grundlegende Parameter, wie z. B. momentane Fahrzeuggeschwindigkeit, Batterietemperatur etc. dies erlauben.
Rein elektrisches Fahren benötigt bereits auf relativ kurzen Strecken von weit unter 5km Länge mehr Energie als heutige Energiespeicher üblicherweise liefern können. In längeren Staus oder längeren Langsamfahrphasen, wie z.B. verkehrsberuhigten Zonen, kann es daher aufgrund von Energiemangel relativ bald zu einer Einschränkung bzw. Beendigung des Betriebszustands „elektrisches Fahren" kommen.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zum Betrieb eines Hybridfahrzeugs anzugeben, bei dem in Stauphasen bzw. in Langsamfahrphasen möglichst lange elektrisch gefahren werden kann.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
Ausgangspunkt der Erfindung ist die Erkenntnis, dass das im elektrischen Fahrbetrieb gegenüber dem verbrennungsmotorischen Fahrbetrieb mögliche Energieeinsparpotential umso größer ist, je niedriger die vom Fahrer geforderte Antriebsleistung ist.
Der Grundgedanke der Erfindung besteht somit darin, bei drohendem Mangel an gespeicherter elektrischer Energie die vorhandene elektrische Energie möglichst vorausschauend auf solche Routenabschnitte „zu verteilen", in denen der Effizienzvorteil des elektromotorischen Antriebs gegenüber dem verbrennungsmotorischen Antrieb besonders hoch ist. Anders ausgedrückt wird bei einem vorausschauend erkannten bzw. einem erwarteten Mangel an elektrischer Energie das „elektrische Fahr-Betriebsfenster" gegenüber Zuständen, in denen hinreichend elektrische Energie im Speicher vorhanden ist, eingeschränkt, was im Ergebnis zu einer verbesserten Nutzung der vorhandenen elektrischen Energie führt.
Durch eine vorausschauende Einschränkung des elektrischen Fahrens auf Routenabschnitte mit sehr niedrigen Antriebsleistungen steht zeitlich länger Energie zum (eingeschränkten) elektrischen Fahren zur Verfügung. Die im elektrischen Energiespeicher vorhandene Energie wird also nicht bei höheren vom Fahrer geforderten Antriebsleistungen, bei denen der spezifische Verbrauchsvorteil des elektrischen Verfahrens zwar vorhanden aber vergleichsweise gering ist, „verschwendet", sondern vorzugsweise gezielt bei niedrigeren vom Fahrer geforderten Antriebsleistungen eingesetzt, was energetisch vorteilhaft ist und ein zeitlich längeres elektrisches Fahren ermöglicht.
Bei Vollhybridfahrzeugen ist rein elektrisches Fahren üblicherweise nur bei vergleichsweise geringen Geschwindigkeiten von z. B. weniger als 60 km/h möglich. Bei Geschwindigkeiten unterhalb der vorgegebenen „Grenzgeschwindigkeit", bis zu der rein elektrisches Fahren möglich ist, erfolgt erfindungsgemäß ein „Umschalten" vom verbrennungsmotorischen Betriebsmodus in den elektromotorischen Betriebsmodus aus Effizienzgründen nur dann, wenn ein „Schwellwert", der den im elektromotorischen gegenüber dem verbrennungsmotorischen Betriebsmodus erzielbaren Effizienzvorteil repräsentiert oder damit korreliert, überschritten wird.
Der in der Beschreibung und in den Patentansprüchen der Einfachheit stets nur im Singular verwendete Begriff „Schwellwert" ist äußerst breit zu interpretieren. Bei dem „Schwellwert" kann es sich um einen einzelnen Parameter oder um einen Parametersatz bzw. um einen Vektor, d.h. um mehrere Parameter, um eine Bandbreite eines Parameters bzw. um Bandbreiten mehrerer Parameter handeln. Als „Schwellwert" kann beispielsweise eine für den betreffenden bevorstehenden Routenabschnitt angenommene oder geschätzte bzw. näherungsweise voraus berechnete durchschnittliche Fahrzeuggeschwindigkeit verwendet werden und/oder die vom Fahrer angeforderte durchschnittliche Antriebsleistung o. ä..
Der Kern der Erfindung besteht darin,
• dass ausgehend von der momentanen Position und vom momentanen Betriebszustand des Hybridfahrzeugs die Route vorausschauend nach einem Routenabschnitt bzw. nach dem nächstliegenden Routenabschnitt untersucht wird, bei dem voraussichtlich ein Wechsel in den elektromotorischen Antriebsmodus in Betracht kommen kann und • dass der „Schwellwert", ab dem ein Wechsel in den elektromotorischen Betriebsmodus tatsächlich erfolgt, „angepasst" wird, wenn ein derartiger Routenabschnitt erkannt wurde und ein Durchfahren des Routenabschnitts im elektrischen Antriebsmodus voraussichtlich zu einem Absinken des Ladezustands des elektrischen Energiespeichers in einen kritischen Ladezustandsbereich führen würde.
Der „Horizont", innerhalb dessen die Route vorausschauend untersucht wird kann beispielsweise das n-Fache der Strecke betragen, die bei dem momentanen Ist-Ladezustand im elektrischen Antriebsmodus maximal gefahren werden könnte, „n" ist dabei eine reelle positive Zahl, die größer als 1 ist.
Kündigt sich beispielsweise in einigen Kilometern Entfernung eine Stauphase an, in der rein elektrisches Fahren möglich bzw. aus energetischer Sicht grundsätzlich sinnvoll ist, und steht im elektrischen Energiespeicher nicht hinreichend elektrische Energie zur Verfügung, um sicherzustellen, dass die gesamte Streckenlänge der erwarteten Stauphase rein elektrisch durchfahren werden kann, so wird gemäß der Erfindung der für das Umschalten in den rein elektrischen Fahrmodus maßgebliche „Schwellwert" bzw. „Schwellwertsatz" angepasst. „Anpassen" bedeutet in diesem Zusammenhang, dass beispielsweise die Geschwindigkeit, ab der in den elektrischen Betriebsmodus umgeschaltet wird, im Vergleich zu Zuständen, in denen hinreichend elektrische Energie im Speicher vorhanden ist, herabgesetzt wird.
Alternativ oder ergänzend kann vorgesehen sein, dass im Rahmen der Schwellwertanpassung bereits vor Erreichen des betreffenden Routenabschnitts der Soll-Ladezustand der Batterie heraufgesetzt wird, so dass bei Erreichen des betreffenden Routenabschnitts im Speicher mehr elektrische Energie verfügbar ist und in der Stauphase länger rein elektrisch gefahren werden kann bzw. dass möglichst die gesamte Stauphase rein elektrisch durchfahren werden kann. Wird also im Rahmen der vorausschauenden Routenanalyse ein für elektrisches Fahren in Betracht kommender Routenabschnitt erkannt, so kann frühzeitig, d. h. vor Erreichen des betreffenden Routenabschnitts im verbrennungsmotorischen Betriebsmodus der elektrische Energiespeicher gezielt aufgeladen werden, um so den „Energievorhalt" für das bevorstehende elektrische Fahren zu steigern. Die dadurch „eingeschränkte Energieaufnahmefähigkeit" des Speichers hat im Stau praktisch keinen Nachteil, da bei niedrigen Geschwindigkeiten ohnehin kaum Bremsenergie rekuperiert werden kann.
Am Ende der Stau- bzw. Langsamfahrphase kann der Schwellwert bzw. Schwellwertsatz wieder auf den bzw. die vorgegebenen lnitialwert(e) zurückgesetzt werden. Ein derartiger „Schwellwert-Reset" kann beispielsweise durchgeführt werden, wenn die Geschwindigkeit des Hybridfahrzeugs mindestens für eine vorgegebene Zeitdauer oberhalb einer vorgegebenen Geschwindigkeit liegt oder wenn anderweitig für die Fahrzeugelektronik erkennbar ist, dass die Stau- bzw. Langsamfahrphase beendet ist.
Die Entscheidung, ob ein Durchfahren des für „elektrisches Fahren" in Betracht kommenden Routenabschnitts voraussichtlich zu einem Absinken des Ladezustands in einen kritischen Ladezustandsbereich führen wird, kann auf Basis vorgegebener Regeln und für den konkreten Routenabschnitt vorliegender allgemeiner und/oder aktueller Verkehrsinformationen getroffen werden. Beispielsweise kann aus einem Telematik- bzw. Navigationssystem bekannt sein, dass auf einem bestimmten Streckenabschnitt eine Geschwindigkeitsbeschränkung von z. B. 30 km/h besteht. Aus einem Verkehrsinformationssystem, über das aktuelle Verkehrsdaten in das Fahrzeug „eingespeist" werden, kann beispielsweise die Information bekannt sein, dass auf dem betreffenden Routenabschnitt ein Stau und somit ein nur zäh fließender Verkehr herrscht. Die Entscheidung, ob ein Durchfahren des Routenabschnitts voraussichtlich zu einem Absinken des Ladezustands in einen kritischen Ladezustandsbereich führt, kann auf Basis eines für den betreffenden Routenabschnitt angenommenen bzw. vorhandenen, geschätzten Geschwindigkeitsprofils und dem hieraus abgeleiteten Ladezustand getroffen werden, der bei dem derzeit eingestellten Schwellwert am Ende des betreffenden Routenabschnitts zu erwarten ist.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Betrieb eines in einem verbrennungsmotorischen und/oder elektromotorischen Antriebsmodus betreibbaren Hybridfahrzeugs, bei dem auf einem zu durchfahrenden, für ein Fahren im elektromotorischen Antriebsmodus in Betracht kommenden Routenabschnitt ein Wechsel in den elektromotorischen Antriebsmodus nur dann erfolgt, wenn ein Schwellwert, der den auf dem Routenabschnitt durch einen Wechsel vom verbrennungsmotorischen in den elektromotorischen Antriebsmodus erzielbaren Effizienzvorteil repräsentiert oder damit korreliert, überschritten wird, dadurch gekennzeichnet, dass ausgehend von der momentanen Position des Hybridfahrzeugs die Route vorausschauend nach einem solchen Routenabschnitt untersucht wird, wobei der Schwellwert angepasst wird, wenn
• ein solcher Routenabschnitt erkannt wurde und
• ein Durchfahren des Routenabschnitts im elektrischen Antriebsmodus voraussichtlich zu einem Absinken des Ladezustands eines elektrischen Energiespeichers des Hybridfahrzeugs in einen kritischen Ladezustandsbereich führen würde.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Entscheidung, ob ein Durchfahren des Routenabschnitts voraussichtlich zu einem Absinken des Ladezustands in einen kritischen Ladezustandsbereich führen wird, auf Basis vorgegebener Regeln und für den Routenabschnitt vorliegender allgemeiner und/oder aktueller Verkehrsinformationen getroffen wird.
3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass davon ausgegangen wird, dass der Ladezustand in einen kritischen Ladezustandsbereich absinken wird, wenn auf dem Routenabschnitt ein Verkehrsstau oder eine vorgegebene Geschwindigkeitsbeschränkung besteht.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine Stauung als Verkehrsstau angesehen wird, wenn sie länger als eine vorgegebene Strecke ist.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine Stauung als Verkehrsstau angesehen wird, wenn die durchschnittliche Geschwindigkeit innerhalb der Stauung kleiner als eine vorgegebene Geschwindigkeit ist.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Entscheidung, ob ein Durchfahren des Routenabschnitts voraussichtlich zu einem Absinken des Ladezustands in einen kritischen Ladezustandsbereich führt, getroffen wird, indem auf der Basis eines für den Routenabschnitt angenommenen Geschwindigkeitsprofils der sich am Ende des Routenabschnitts ergebende Ladezustand näherungsweise abgeleitet bzw. errechnet wird.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Geschwindigkeitsprofil ein für den Routenabschnitt vorliegendes, gespeichertes Geschwindigkeitsprofil ist.
8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Geschwindigkeitsprofil auf Basis aktueller, vom Hybridfahrzeug empfangener Verkehrsinformationen erzeugt wird.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der kritische Ladezustandsbereich definiert ist als der Ladezustandsbereich unterhalb eines fest vorgegebenen Grenzwerts.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Horizont, innerhalb dessen die Route vorausschauend untersucht wird, das n-Fache der Strecke beträgt, die mit dem Ist-Ladezustand im elektrischen Antriebsmodus maximal gefahren werden kann, wobei gilt, n>1 und n Element der positiven reellen Zahlen.
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