WO2013071990A1 - Verfahren und vorrichtung zur steuerung eines hybridantriebsstrangs eines fahrzeugs mit einer nebenabtriebsfunktion - Google Patents

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vehicle
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Axel Zuschlag
Christof Bunz
Wilhelmus Kok
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Daimler Ag
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    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/62—Hybrid vehicles

Definitions

  • the invention relates to a method for controlling a hybrid drive train of a vehicle with a power take-off function according to the preamble of
  • the invention relates to a device for controlling a hybrid drive train of a vehicle with a power take-off function according to the preamble of patent claim 7.
  • US Pat. No. 5,892,346 A describes an operating strategy for a hybrid vehicle, wherein the vehicle is operated predictively on the basis of map information such that, at the end of the journey, the electrical energy store has the lowest possible charge state.
  • the invention has for its object to provide an improved method and an improved apparatus for controlling a hybrid powertrain of a vehicle with a power take-off function.
  • the object is achieved by a method for controlling a hybrid drive train of a vehicle with a power take-off function with the features of claim 1.
  • the object is achieved by a device for controlling a hybrid powertrain of a vehicle with a
  • the hybrid powertrain having at least one
  • Braking operation is operated as a generator and electrical energy in one
  • Hybrid powertrain with a power take-off function in particular the control and / or regulation of the state of charge of the energy storage in response to a detected and / or a predicted traffic situation, of map information, a given route and their profile, on this route
  • the energy storage can be almost completely discharged at the end of a journey and charging of the energy storage can advantageously be done in a resting state of the vehicle in the so-called plug-in process.
  • the inventive method allows by such a forward-looking operation, a reduction in fuel consumption and the resulting pollutant emissions.
  • the hybrid powertrain having at least one Internal combustion engine and an electric machine comprising, which in the
  • Braking operation as a generator is operable and electrical energy in one
  • control unit Functions of the internal combustion engine and the electric machine can be controlled by means of a control unit
  • the control unit according to the invention comprises a
  • Prediction module and a powertrain coordinator.
  • FIG. 1 schematically shows a hybrid powertrain of a vehicle with a
  • Figure 1 shows schematically a hybrid powertrain 1 of a not shown
  • the hybrid powertrain 1 is preferred as conventional
  • Hybrid drive train formed and includes in the illustrated embodiment, at least one internal combustion engine 2 and an electric machine 3 coupled thereto, a coupled with these control unit 10, a clutch 4, a
  • the electric machine 3 acts in the illustrated embodiment directly on an input shaft of the transmission 5 a.
  • the electric machine 3 may be integrated into the transmission 5 in a particularly advantageous embodiment.
  • a conventional power take-off 11 On the transmission 5 branches a conventional power take-off 11.
  • a power take-off 11 is also referred to as PTO or after the abbreviation of the English term power take-off as PTO and provides for tractors and trucks and commercial vehicles a switchable mechanical drive source at a side exit of the transmission 5 ready ,
  • the mechanical drive energy of the power take-off 11 can directly via a Be used propeller shaft or drive, for example, mounted mower bars, belt transmissions or hydraulic pumps 12.
  • the internal combustion engine 2 and the electric machine 3 connected thereto can be mechanically coupled by means of the clutch 4, so that a frictional connection or a mechanical operative connection between the internal combustion engine 2 and the electric machine 3 and, as a result, the transmission 5 can be generated.
  • the clutch 4 is preferably designed as a conventional automated starting clutch, which, for example by means of an electrical, hydraulic,
  • pneumatic actuators which may also have these types of functions in combined form, an operating level on the clutch 4 sets, which transmits a desired torque via the clutch 4.
  • the electric machine 3 is coupled to an energy store 19, for example a conventional battery, an accumulator and / or a capacitor.
  • the electric machine 3 controlled by the control unit 10 or regulated to be operated by electric motor or generator.
  • the electric machine 3 converts electrical energy from the energy store 19 into mechanical energy and drives an input shaft of the transmission 5.
  • generator operation converts the electric machine 3 mechanical energy into electrical energy, which is stored in the energy storage 19.
  • Such a conversion of mechanical energy into electrical energy takes place, for example, in a conventional recuperation process for regenerative braking energy.
  • the energy storage 19 is coupled to a charging module 20, by means of which the energy storage 19 in the vehicle standstill from outside the vehicle, for example, from a conventional electrical energy network, electrical energy is supplied.
  • the vehicle and / or the power take-off 11 can each exclusively by means of
  • Internal combustion engine 2 or the electric machine 3 are operated or internal combustion engine 2 and electric machine 3 drive the vehicle and / or the power take-off 11 in common.
  • a transmission output of the transmission 5 is connected by means of the propeller shaft 9 with the differential 6.
  • the differential 6 can be integrated into the housing of the transmission 5 and a propeller shaft 9 is not needed.
  • the differential 6 is connected to the drive axle of the vehicle by means of two drive shafts 8 with the two drive wheels 7 and the friction brakes.
  • a non-illustrated embodiment is possible for a vehicle with four-wheel drive, in which both axes of the vehicle formed as drive axles and the two differentials 6 are connected by means of cardan shafts 9 to the transmission output.
  • the internal combustion engine 2, the electric machine 3 and the clutch 4 are connected to the control unit 10 by means of a conventional bus system 13.
  • the bus system 13 is preferably designed as a CAN (Controller Area Network) or LIN (Local Interconnect Network) bus.
  • the transmission 5 can likewise be connected to the control unit 10 by means of the bus system 13.
  • the control unit 10 is designed as a conventional control unit and comprises a plurality of individual control units, for example a control unit of
  • Control unit of the clutch 4 and a transmission control unit In a preferred embodiment,
  • control unit 10 is formed as an integrated control unit, in which the individual functions for controlling and / or regulating
  • Internal combustion engine 2, electrical machine 3, clutch 4 and / or gear 5 run as programs on a microprocessor.
  • control unit 10 In the control unit 10 are means for performing the method according to the invention, for.
  • control, regulation, evaluation and / or analysis modules that are implemented as control programs and / or acquisition and analysis programs integrated.
  • Control unit 10 sensor signals from internal combustion engine 2, electrical machine 3, clutch 4 and / or gear 5 can be supplied, which are processed by at least one of the modules for generating control signals and / or output signals.
  • These sensors are, in particular, torque sensors for detecting moments of the internal combustion engine 2 and the electric machine 3 and speed sensors for detecting rotational speeds of the internal combustion engine 2 and the electric machine 3.
  • control unit 10 comprises a prediction module 14 and a
  • the prediction module 14 comprises at least three prediction modules
  • the powertrain coordinator 15 controls or regulates the hybrid powertrain 1 as a function of the determined and / or predicted values of the prediction module 14.
  • a power take-off function is used, which supplies the corresponding additional units with mechanical energy.
  • the power take-off 11 can be operated purely electrically by means of the electric machine 3 or by means of the internal combustion engine 2. Under certain circumstances, it may also be desirable in special places, for example in residential areas, due to the occurring noise in the drive means of
  • Power take-off function is only possible if the driving profile is known and the control unit 10 is an information on how much energy use in future operation for the power take-off respectively the driving operation will be necessary. through This information can be used to determine an optimized charging and discharging strategy of the energy store 19 for the present driving profile.
  • hybrid powertrains 1 are implemented as so-called plug-in systems, i. the energy storage 19 is charged by means of the charging module 20 in the downtime of the vehicle, for example, overnight, on the stationary power grid.
  • the energy storage 19 is charged by means of the charging module 20 in the downtime of the vehicle, for example, overnight, on the stationary power grid.
  • the internal combustion engine 2 compared to the charging by means of the internal combustion engine 2 during driving a significantly improved efficiency in the charging of the energy storage device 19 is achieved.
  • the control unit 10 may also have an interface via which information about the preceding driving profile can be read.
  • the interface may be implemented, for example, as a reader for a data card, a radio interface or a keyboard. It is also possible for the prediction module 14 to have self-learning algorithms by means of which information about the driving profile can be learned, filed and retrieved upon recognition of the profile.
  • control unit 10 comprises the prediction module 14, which is formed at least from the analysis modules 16 to 18.
  • the analysis modules 16 to 18 By means of the analysis modules 16 to 18, for example, traffic situations can be detected and / or predicted, map information, a predetermined route and their profile can be determined. Furthermore, by means of the analysis modules 16 to 18, the recuperable on this route electric energy and / or an energy demand of the power take-off function can be predicted.
  • the powertrain coordinator 15 processes the information of the prediction module 14 and determines therefrom an operating strategy of the hybrid powertrain 1, which preferably uses the existing electrical energy stored in the energy store 19 for the electrical operation of the power take-off 11.
  • the energy storage 19 is charged while driving the vehicle by recuperation of braking energy by means of the electric machine 3, for example when decelerating or driving on a downgrade.
  • the electrical energy accumulating along the predeterminable travel route is predicted by the prediction module 14, in particular predicted by the second analysis module 17, and fed to the powertrain coordinator 15. This predicted electrical energy is used in the calculation of the operating strategy of the
  • Hybrid powertrain 1 included.
  • a recharging of the energy storage 19 by means of the electric machine 3 takes place only in the form that the electrical energy generated thereby for the remaining, by means of the third analysis module 18 predicted operating time of the power take-off 11 im
  • Another objective of the operating strategy is to discharge the state of charge of the energy store 19 towards the end of the route to a defined target value.
  • Power take-off 11 and the recuperated braking energy can be such an optimal
  • Charge state history of the energy storage 19 can be determined.
  • the powertrain coordinator 15 controls or regulates according to the calculated operating strategy the electric machine 3 and the internal combustion engine 2, which enable the travel drive and / or the drive of the power take-off 11.
  • control unit 10 in particular the prediction module 14, be coupled to a conventional navigation system, which includes corresponding map material with altitude information, in which, for example, the route parameters of the predetermined route in a three-dimensional, electronic route map are deposited.
  • a conventional navigation system which includes corresponding map material with altitude information, in which, for example, the route parameters of the predetermined route in a three-dimensional, electronic route map are deposited.
  • Positioning system is a route section and a route profile determined on which the vehicle is located or which is to drive in front of the vehicle, and by means of the map material with height information can be determined whether this section is a slope distance, a level or a downgrade.
  • Positioning system, navigation systems or traffic control systems are detected.
  • the control unit 10 of the vehicle predicts when driving or permanently on the basis of these environmental parameters, vehicle parameters, vehicle operating parameters and / or route parameters an energy demand of the vehicle drive and the
  • Power take-off 11 while the vehicle is traveling over a certain, for example, predeterminable distance.
  • the energy consumption forecasting means described may each be applied separately, in parallel but independently, cooperatively and / or in addition to each other.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung eines Hybridantriebsstrangs (1) eines Fahrzeugs mit einer Nebenabtriebsfunktion, wobei der Hybridantriebsstrang (1) mindestens eine Verbrennungskraftmaschine (2) und eine elektrische Maschine (3) umfasst, welche im Bremsbetrieb als Generator betrieben wird und elektrische Energie in einem Energiespeicher (19) speichert und im Antriebsbetrieb für den Fahrzeugantrieb und/oder den Antrieb der Nebenabtriebsfunktion genutzt wird, wobei die Nebenabtriebsfunktion von Verbrennungskraftmaschine (2) und/oder elektrischer Maschine (3) angetrieben wird und Funktionen des Hybridantriebsstrangs (1) mittels einer Steuereinheit (10) gesteuert werden. Erfindungsgemäß wird ein aus einer Steuerung oder Regelung des Hybridantriebsstrangs (1) resultierender Ladezustand des Energiespeichers (19) in Abhängigkeit einer voraus liegenden Fahrtstrecke, der auf dieser Fahrtstrecke prognostizierten rekuperierbaren elektrischen Energie und/oder einem prognostizierten Energiebedarf der Nebenabtriebsfunktion prädiktiv gesteuert oder geregelt. Weiterhin betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Steuerung eines Hybridantriebsstrangs (1) eines Fahrzeugs mit einer Nebenabtriebsfunktion.

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Steuerung eines Hybridantriebsstrangs eines Fahrzeugs mit einer Nebenabtriebsfunktion
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung eines Hybridantriebsstrangs eines Fahrzeugs mit einer Nebenabtriebsfunktion gemäß dem Oberbegriff des
Patentanspruchs 1. Weiterhin betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Steuerung eines Hybridantriebsstrangs eines Fahrzeugs mit einer Nebenabtriebsfunktion gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 7.
Die US 5 892 346 A beschreibt eine Betriebstrategie für ein Hybridfahrzeug, wobei anhand von Karteninformationen das Fahrzeug derart prädiktiv betrieben wird, dass am Ende der Fahrt der elektrische Energiespeicher einen möglichst niedrigen Ladezustand aufweist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Verfahren und eine verbesserte Vorrichtung zur Steuerung eines Hybridantriebsstrangs eines Fahrzeugs mit einer Nebenabtriebsfunktion anzugeben.
Hinsichtlich des Verfahrens wird die Aufgabe erfindungsgemäß durch ein Verfahren zur Steuerung eines Hybridantriebsstrangs eines Fahrzeugs mit einer Nebenabtriebsfunktion mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Hinsichtlich der Vorrichtung wird die Aufgabe erfindungsgemäß durch eine Vorrichtung zur Steuerung eines Hybridantriebsstrangs eines Fahrzeugs mit einer
Nebenabtriebsfunktion mit den Merkmalen des Anspruchs 7 gelöst. Bevorzugte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Beim Verfahren zur Steuerung eines Hybridantriebsstrangs eines Fahrzeugs mit einer Nebenabtriebsfunktion, wobei der Hybridantriebsstrang mindestens eine
Verbrennungskraftmaschine und eine elektrische Maschine umfasst, welche im
Bremsbetrieb als Generator betrieben wird und elektrische Energie in einem
Energiespeicher speichert und im Antriebsbetrieb für den Fahrzeugantrieb und/oder den Antrieb der Nebenabtriebsfunktion genutzt wird, wobei die Nebenabtriebsfunktion von Verbrennungskraftmaschine und/oder elektrischer Maschine angetrieben wird und Funktionen des Hybridantriebsstrangs mittels einer Steuereinheit gesteuert werden, wird erfindungsgemäß ein aus einer Steuerung oder Regelung des Hybridantriebsstrangs resultierender Ladezustand des Energiespeichers in Abhängigkeit einer voraus liegenden Fahrtstrecke, der auf dieser Fahrtstrecke prognostizierten rekuperierbaren elektrischen Energie und/oder einem prognostizierten Energiebedarf der Nebenabtriebsfunktion prädiktiv gesteuert oder geregelt.
Hierdurch wird mit einfachen Mitteln eine energieeffiziente Steuerung eines
Hybridantriebsstrangs mit einer Nebenabtriebsfunktion, insbesondere die Steuerung und/oder Regelung des Ladezustands des Energiespeichers in Abhängigkeit einer erkannten und/oder einer prognostizierten Verkehrssituation, von Karteninformationen, einer vorgegebenen Fahrtstrecke und deren Profil, der auf dieser Fahrtstrecke
prognostizierten rekuperierbaren elektrischen Energie und/oder einem prognostizierten Energiebedarf der Nebenabtriebsfunktion, ermöglicht.
Somit kann der Energiespeicher am Ende einer Fahrt nahezu vollständig entladen sein und ein Aufladen des Energiespeichers kann vorteilhafterweise in einem Ruhezustand des Fahrzeugs im so genannten Plug-In-Verfahren erfolgen.
Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht durch eine derartige vorausschauende Betriebsweise eine Reduzierung des Kraftstoffverbrauchs und der daraus resultierenden Schadstoffemissionen.
Bei der Vorrichtung zur Steuerung eines Hybridantriebsstrangs eines Fahrzeugs mit einer Nebenabtriebsfunktion, wobei der Hybridantriebsstrang mindestens eine Verbrennungskraftmaschine und eine elektrische Maschine umfasst, welche im
Bremsbetrieb als Generator betreibbar ist und elektrische Energie in einem
Energiespeicher speichert und im Antriebsbetrieb für den Fahrzeugantrieb und/oder den Antrieb der Nebenabtriebsfunktion nutzbar ist, wobei die Nebenabtriebsfunktion von Verbrennungskraftmaschine und/oder elektrischer Maschine antreibbar ist und
Funktionen der Verbrennungskraftmaschine und der elektrischen Maschine mittels einer Steuereinheit steuerbar sind, umfasst die Steuereinheit erfindungsgemäß ein
Prädiktionsmodul und einen Antriebsstrangkoordinator.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im Folgenden anhand einer Zeichnung näher erläutert.
Dabei zeigt:
Fig. 1 schematisch einen Hybridantriebsstrang eines Fahrzeugs mit einer
Nebenabtriebsfunktion.
Figur 1 zeigt schematisch einen Hybridantriebsstrang 1 eines nicht dargestellten
Fahrzeugs mit einer Nebenabtriebsfunktion zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Der Hybridantriebsstrang 1 ist bevorzugt als herkömmlicher
Hybridantriebsstrang ausgebildet und umfasst in der dargestellten Ausführungsform mindestens eine Verbrennungskraftmaschine 2 sowie eine damit koppelbare elektrische Maschine 3, eine mit diesen gekoppelte Steuereinheit 10, eine Kupplung 4, ein
Getriebe 5, ein Differential 6, die Antriebsräder 7, die Antriebswellen 8 und eine
Kardanwelle 9.
Die elektrische Maschine 3 wirkt in der dargestellten Ausführungsform direkt auf eine Eingangswelle des Getriebes 5 ein. Dabei kann die elektrische Maschine 3 in einer besonders vorteilhaften Ausführungsform in das Getriebe 5 integriert sein.
Am Getriebe 5 zweigt ein herkömmlicher Nebenabtrieb 11. Ein solcher Nebenabtrieb 11 wird auch als Zapfwelle oder nach der Abkürzung des englischen Begriffs power take-off als PTO bezeichnet und stellt bei Traktoren sowie Lastkraftwagen und Nutzfahrzeugen eine zuschaltbare mechanische Antriebsquelle an einem Nebenausgang des Getriebes 5 bereit. Die mechanische Antriebsenergie des Nebenabtriebs 11 kann direkt über eine Gelenkwelle genutzt werden oder beispielsweise angebaute Mähbalken, Riemengetriebe oder Hydraulikpumpen 12 antreiben.
Die Verbrennungskraftmaschine 2 sowie die damit verbundene elektrische Maschine 3 sind mittels der Kupplung 4 mechanisch koppelbar, so dass ein Kraftschluss oder eine mechanische Wirkverbindung zwischen der Verbrennungskraftmaschine 2 und der elektrischen Maschine 3 und daraus resultierend dem Getriebe 5 erzeugbar ist. Dabei ist die Kupplung 4 vorzugsweise als herkömmliche automatisierte Anfahrkupplung ausgebildet, welche beispielsweise mittels einer elektrischen, hydraulischen,
pneumatischen Aktorik, welche diese Funktionsarten auch in kombinierter Form aufweisen kann, ein Betätigungsniveau an der Kupplung 4 einstellt, welches ein gewünschtes Moment über die Kupplung 4 überträgt.
Die elektrische Maschine 3 ist mit einem Energiespeicher 19, beispielsweise einer herkömmlichen Batterie, einem Akkumulator und/oder einem Kondensator, gekoppelt. Dabei kann die elektrische Maschine 3 von der Steuereinheit 10 gesteuert oder geregelt elektromotorisch oder generatorisch betrieben werden. Im elektromotorischen Betrieb wandelt die elektrische Maschine 3 elektrische Energie aus dem Energiespeicher 19 in mechanische Energie um und treibt eine Eingangswelle des Getriebes 5 an. Im
generatorischen Betrieb wandelt die elektrische Maschine 3 mechanische Energie in elektrische Energie um, welche im Energiespeicher 19 gespeichert wird. Eine solche Wandlung mechanischer Energie in elektrische Energie erfolgt beispielsweise bei einem herkömmlichen Rekuperationsvorgang zur Bremsenergierückgewinnung.
Der Energiespeicher 19 ist mit einem Lademodul 20 gekoppelt, mittels dessen dem Energiespeicher 19 im Fahrzeugstillstand von außerhalb des Fahrzeugs, beispielsweise aus einem herkömmlichen elektrischen Energienetz, elektrische Energie zugeführt wird.
In Abhängigkeit einer Steuerung oder Regelung des Hybridantriebsstrangs 1 können das Fahrzeug und/oder der Nebenabtrieb 11 jeweils ausschließlich mittels der
Verbrennungskraftmaschine 2 oder der elektrischen Maschine 3 betrieben werden oder Verbrennungskraftmaschine 2 und elektrische Maschine 3 treiben das Fahrzeug und/oder den Nebenabtrieb 11 gemeinsam an. Ein Getriebeausgang des Getriebes 5 ist mittels der Kardanwelle 9 mit dem Differential 6 verbunden. In einer nicht näher dargestellten Ausführungsform für ein Fahrzeug mit Frontantrieb kann das Differential 6 in das Gehäuse des Getriebes 5 integriert werden und eine Kardanwelle 9 wird nicht benötigt.
Das Differential 6 ist an der Antriebsachse des Fahrzeugs mittels zweier Antriebswellen 8 mit den beiden Antriebsrädern 7 und den Reibbremsen verbunden. Zusätzlich ist eine nicht näher dargestellte Ausführungsform für ein Fahrzeug mit Allradantrieb möglich, bei welcher beide Achsen des Fahrzeugs als Antriebsachsen ausgebildet und die beiden Differentiale 6 mittels Kardanwellen 9 mit dem Getriebeausgang verbunden sind.
Die Verbrennungskraftmaschine 2, die elektrische Maschine 3 und die Kupplung 4 sind mittels eines herkömmlichen Bussystems 13 mit der Steuereinheit 10 verbunden. Das Bussystem 13 ist dabei vorzugsweise als CAN- (Controller Area Network) oder LIN- (Local Interconnect Network) Bus ausgebildet. Das Getriebe 5 kann ebenfalls mittels des Bussystems 13 mit der Steuereinheit 10 verbunden sein.
Die Steuereinheit 10 ist als herkömmliche Steuereinheit ausgebildet und umfasst eine Mehrzahl einzelner Steuergeräte, beispielsweise ein Steuergerät der
Verbrennungskraftmaschine 2, ein Steuergerät der elektrischen Maschine 3, ein
Steuergerät der Kupplung 4 und ein Getriebesteuergerät. In einer bevorzugten
Ausführungsform ist die Steuereinheit 10 als integrierte Steuereinheit ausgebildet, bei welcher die einzelnen Funktionen zur Steuerung und/oder Regelung von
Verbrennungskraftmaschine 2, elektrischer Maschine 3, Kupplung 4 und/oder Getriebe 5 als Programmabläufe auf einem Mikroprozessor ablaufen.
In der Steuereinheit 10 sind Mittel zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, z. B. Steuer-, Regel-, Auswerte- und/oder Analysemodule, die als Steuerprogramme und/oder Erfassungs- und Analyseprogramme implementiert sind, integriert. Der
Steuereinheit 10 sind Sensorsignale von Verbrennungskraftmaschine 2, elektrischer Maschine 3, Kupplung 4 und/oder Getriebe 5 zuführbar, die von mindestens einem der Module zur Erzeugung von Steuersignalen und/oder Ausgabesignalen verarbeitet werden. Bei diesen nicht näher dargestellten Sensoren handelt es sich insbesondere um Drehmomentsensoren zur Erfassung von Momenten der Verbrennungskraftmaschine 2 und der elektrischen Maschine 3 sowie Drehzahlsensoren zur Erfassung von Drehzahlen der Verbrennungskraftmaschine 2 und der elektrischen Maschine 3.
Weiterhin umfasst die Steuereinheit 10 ein Prädiktionsmodul 14 und einen
Antriebsstrangkoordinator 15. Das Prädiktionsmodul 14 umfasst zumindest drei
Analysemodule 16 bis 18.
Dabei wird mittels des ersten Analysemoduls 16 ein Energiebedarf für die voraus liegende Fahrtstrecke des Fahrzeugs prognostiziert.
Mittels des zweiten Analysemoduls 17 wird eine entlang der voraus liegenden
Fahrtstrecke anfallende Rekuperationsenergie prognostiziert.
Mittels des dritten Analysemoduls 18 wird ein entlang der voraus liegenden Fahrtstrecke entstehender Energiebedarf für die Nebenabtriebsfunktion prognostiziert.
Der Antriebsstrangkoordinator 15 steuert oder regelt in Abhängigkeit der ermittelten und/oder prognostizierten Werte des Prädiktionsmoduls 14 den Hybridantriebsstrang 1.
Bei Nutzfahrzeugen ist neben dem reinen Fahrantrieb auch der Antrieb von
Zusatzaggregaten mittels des Nebenabtriebs 11 notwendig, beispielsweise beim
Betreiben einer Müllpresse in einem Müllfahrzeug. Dazu wird eine Nebenabtriebsfunktion eingesetzt, die die entsprechenden Zusatzaggregate mit mechanischer Energie versorgt. Um einen möglichst geringen Kraftstoffverbrauch zu erreichen und die Emissionen zu reduzieren, kann der Nebenabtrieb 11 rein elektrisch mittels der elektrischen Maschine 3 oder mittels der Verbrennungskraftmaschine 2 betrieben werden. Unter Umständen kann es auch gewünscht sein, an speziellen Orten, beispielsweise in Wohngebieten, aufgrund der auftretenden Geräuschentwicklung beim Antrieb mittels der
Verbrennungskraftmaschine 2 einen elektrischen Antrieb der Nebenabtriebsfunktion zu benutzen.
Eine optimierte Ansteuerung eines solchen Hybridantriebsstrangs 1 mit einer
Nebenabtriebsfunktion ist nur dann möglich, wenn das Fahrprofil bekannt ist und der Steuereinheit 10 eine Information darüber vorliegt, wie viel Energieeinsatz im zukünftigen Betrieb für den Nebenabtrieb respektive den Fahrbetrieb notwendig sein wird. Mittels dieser Informationen kann eine optimierte Lade- und Entladestrategie des Energiespeichers 19 für das vorliegende Fahrprofil ermittelt werden.
Um zusätzliche Kraftstoffeinsparungen zu erzielen, werden Hybridantriebsstränge 1 als so genannte Plug-In-Systeme ausgeführt, d.h. der Energiespeicher 19 wird mittels des Lademoduls 20 in den Stillstandszeiten des Fahrzeugs, beispielsweise über Nacht, am stationären Stromnetz aufgeladen. Hierbei wird im Vergleich zur Aufladung mittels der Verbrennungskraftmaschine 2 während des Fahrbetriebs ein signifikant verbesserter Wirkungsgrad bei der Aufladung des Energiespeichers 19 erzielt.
Somit ist bei derartigen extern aufladbaren Plug-In-Systemen anzustreben, den
Energiespeicher 19 im Fahrbetrieb möglichst wenig mittels der
Verbrennungskraftmaschine 2 aufzuladen und vielmehr nahezu vollständig zu entleeren, um den Energiespeicher 19 mit optimiertem Wirkungsgrad am Stromnetz aufzuladen.
Um dies zu erreichen, ist eine genaue Kenntnis der voraus liegenden Fahrtstrecke erforderlich, welche mittels des Prädiktionsmoduls 14 ermöglicht ist. Wenn bekannt ist, zu welchem Zeitpunkt die Fahrt endet, kann im Fahrbetrieb gezielt eine Entladung des Energiespeichers 19 auf einen gewünschten Zielwert am Ende der Fahrt erfolgen. Die Steuereinheit 10 kann auch über eine Schnittstelle verfügen, über welche Informationen über das voraus liegende Fahrprofil eingelesen werden können. Die Schnittstelle kann beispielsweise als ein Leser für eine Datenkarte, eine Funkschnittstelle oder eine Tastatur ausgeführt sein. Es ist auch möglich, dass das Prädiktionsmodul 14 selbstlernende Algorithmen aufweist, mittels welchen Informationen über das Fahrprofil gelernt, abgelegt und bei einer Wiedererkennung des Profils abgerufen werden können.
Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens umfasst die Steuereinheit 10 das Prädiktionsmodul 14, welches zumindest aus den Analysemodulen 16 bis 18 gebildet ist.
Mittels der Analysemodule 16 bis 18 können beispielweise Verkehrssituationen erkannt und/oder prognostiziert werden, Karteninformationen, eine vorgegebene Fahrtstrecke und deren Profil ermittelt werden. Weiterhin kann mittels der Analysemodule 16 bis 18 die auf dieser Fahrtstrecke rekuperierbare elektrische Energie und/oder ein Energiebedarf der Nebenabtriebsfunktion prognostiziert werden. Der Antriebsstrangkoordinator 15 verarbeitet die Informationen des Prädiktionsmoduls 14 und ermittelt daraus eine Betriebsstrategie des Hybridantriebsstrangs 1 , die die vorhandene, im Energiespeicher 19 gespeicherte, elektrische Energie vorzugsweise für das elektrische Betreiben des Nebenabtriebs 11 verwendet.
Je nach Topographie und Fahrprofil wird der Energiespeicher 19 im Fahrbetrieb des Fahrzeugs durch Rekuperation von Bremsenergie mittels der elektrischen Maschine 3, beispielsweise beim Verzögern oder beim Befahren einer Gefällestrecke, aufgeladen. Die dabei entlang der vorgebbaren Fahrtstrecke anfallende elektrische Energie wird vom Prädiktionsmodul 14 vorausgesagt, insbesondere vom zweiten Analysemodul 17 prognostiziert, und dem Antriebsstrangkoordinator 15 zugeleitet. Dabei wird diese prognostizierte elektrische Energie in die Berechnung der Betriebsstrategie des
Hybridantriebsstrangs 1 einbezogen.
Ein Nachladen der Energiespeicher 19 mittels der elektrischen Maschine 3 erfolgt nur in der Form, dass die dadurch erzeugte elektrische Energie für die restliche, mittels des dritten Analysemoduls 18 prognostizierte Betriebszeit des Nebenabtriebs 11 im
elektrischen Modus noch ausreicht. Ein unnötiges Aufladen des Energiespeichers 19 im Fahrbetrieb wird dadurch vermieden. Die bevorzugte Aufladung erfolgt außerhalb der Betriebszeiten des Fahrzeuges mittels des Lademoduls 20.
Ein weiteres Ziel der Betriebsstrategie ist es, den Ladezustand des Energiespeichers 19 zum Ende der Fahrstrecke hin auf einen definierten Zielwert zu entladen. Durch die vom Prädiktionsmodul 14 vorausgesagten Energiemengen für den Fahrantrieb, den
Nebenabtrieb 11 und die rekuperierte Bremsenergie kann so ein optimaler
Ladezustandsverlauf des Energiespeichers 19 ermittelt werden.
Der Antriebsstrangkoordinator 15 steuert oder regelt entsprechend der berechneten Betriebsstrategie die elektrische Maschine 3 und die Verbrennungskraftmaschine 2, welche den Fahrantrieb und/oder den Antrieb des Nebenabtriebs 11 ermöglichen.
In einer nicht dargestellten Ausführungsform kann die Steuereinheit 10, insbesondere das Prädiktionsmodul 14, mit einem herkömmlichen Navigationssystem gekoppelt sein, welches entsprechendes Kartenmaterial mit Höheninformationen umfasst, in welchem beispielsweise die Streckenparameter der vorgegebenen Fahrtstrecke in einer dreidimensionalen, elektronischen Streckenkarte hinterlegt sind. Durch eine Positionsbestimmung des Fahrzeugs mittels eines globalen
Positionsbestimmungssystems ist ein Streckenabschnitt und ein Streckenprofil ermittelbar, auf welchem sich das Fahrzeug befindet oder welcher vor dem Fahrzeug zu befahren ist, und mittels des Kartenmaterials mit Höheninformationen ist ermittelbar, ob dieser Streckenabschnitt eine Steigungsstrecke, eine Ebene oder eine Gefällestrecke ist.
Als weitere Parameter zur Bestimmung des Streckenprofils und des daraus
resultierenden Energiebedarfs für die voraus liegende Fahrtstrecke des Fahrzeugs können der Straßenverlauf, Kreuzungen mit Ampelbetrieb, beschilderte Kreuzungen, vorgeschriebene Höchstgeschwindigkeiten, angegebene Steigungen etc., aber auch auf der zu befahrenden Strecke ereignete Unfälle, Staus usw. hinzugezogen werden.
Gerade die zuletzt genannten Parameter können im Voraus mittels des globalen
Positionsbestimmungssystems, Navigationssystemen oder Verkehrsleitsystemen erfasst werden.
Im Fahrzeug mit dem Hybridantriebsstrang 1 sind somit Mittel, beispielsweise
herkömmliche Sensoren, zur Erfassung mehrerer Umgebungsparameter,
Fahrzeugparameter, Fahrzeugbetriebsparameter und/oder Streckenparameter vorhanden und mit der Steuereinheit 10 zur Steuerung des Hybridantriebsstrangs 1 verbunden. Die Steuereinheit 10 des Fahrzeugs prognostiziert bei Fahrtantritt oder permanent an Hand dieser Umgebungsparameter, Fahrzeugparameter, Fahrzeugbetriebsparameter und/oder Streckenparameter einen Energiebedarf des Fahrzeugantriebs und des
Nebenabtriebs 11 , während sich das Fahrzeug über eine bestimmte, beispielsweise vorgebbare Strecke fortbewegt.
Die beschriebenen Mittel zur Prognostizierung des Energieverbrauchs können je für sich, parallel, aber voneinander unabhängig, zusammenwirkend und/oder einander ergänzend angewandt werden.
Besonders bevorzugt wird als eine Optimierungsfunktion eine Steigerung des
Gesamtwirkungsgrades des Hybridantriebsstrangs 1 oder eine Maximierung der
Betriebszeiten der elektrisch betriebenen Nebenabtriebsfunktion für den Betrieb von Verbrennungskraftmaschine 2, elektrischer Maschine 3 und/oder Nebenabtriebsfunktion vorgegeben.
Mittels der prädiktiven Steuerung oder Regelung einer Betriebsart des Fahrzeugs, insbesondere der Nebenabtriebsfunktion, während der Fahrt entlang der Fahrtstrecke erfolgt vorteilhafter Weise eine gezielte Entladung des Energiespeichers 19 auf einen vorgebbaren Wert bei Fahrtende.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Steuerung oder Regelung eines Hybridantriebsstrangs (1 ) eines Fahrzeugs mit einer Nebenabtriebsfunktion, wobei der Hybridantriebsstrang (1 ) mindestens eine Verbrennungskraftmaschine (2) und eine elektrische Maschine (3) umfasst, welche im Bremsbetrieb als Generator betrieben wird und elektrische Energie in einem Energiespeicher (19) speichert und im Antriebsbetrieb für den Fahrzeugantrieb und/oder den Antrieb der Nebenabtriebsfunktion genutzt wird, wobei die Nebenabtriebsfunktion von Verbrennungskraftmaschine (2) und/oder elektrischer Maschine (3) angetrieben wird und Funktionen des
Hybridantriebsstrangs (1 ) mittels einer Steuereinheit (10) gesteuert oder geregelt werden,
dadurch gekennzeichnet, dass ein aus einer Steuerung oder Regelung des Hybridantriebsstrangs (1 ) resultierender Ladezustand des Energiespeichers (19) in Abhängigkeit einer voraus liegenden Fahrtstrecke, der auf dieser Fahrtstrecke prognostizierten rekuperierbaren elektrischen Energie und/oder einem
prognostizierten Energiebedarf der Nebenabtriebsfunktion prädiktiv gesteuert oder geregelt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet, dass der Ladezustand des Energiespeichers (19) zusätzlich in Abhängigkeit einer erkannten und/oder einer prognostizierten
Verkehrssituation, von Karteninformationen und/oder einem Profil der voraus liegenden Fahrtstrecke prädiktiv gesteuert oder geregelt wird. Verfahren nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, dass als Karteninformationen die Daten einer digitalen Straßenkarte eines Navigationssystems, insbesondere Höhendaten, wie Daten von Steigungs- und Gefällestrecken sowie Knotenpunkten, verwendet werden.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass als eine Optimierungsfunktion eine Steigerung des Gesamtwirkungsgrades des Hybridantriebsstrangs (1 ) oder eine Maximierung der Betriebszeiten der elektrisch betriebenen Nebenabtriebsfunktion für den Betrieb von Verbrennungskraftmaschine (2), elektrischer Maschine (3) und/oder
Nebenabtriebsfunktion vorgegeben wird.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass mittels der prädiktiven Steuerung oder Regelung des Hybridantriebsstrangs (1 ) während der Fahrt entlang der vorgegebenen
Fahrtstrecke eine gezielte Entladung des Energiespeichers (19) auf einen vorgebbaren Wert bei Fahrtende erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet, dass mittels der prädiktiven Steuerung oder Regelung der Nebenabtriebsfunktion während der Fahrt entlang der Fahrtstrecke eine gezielte Entladung des Energiespeichers (19) auf einen vorgebbaren Wert bei Fahrtende erfolgt.
Vorrichtung zur Steuerung eines Hybridantriebsstrangs (1 ) eines Fahrzeugs mit einer Nebenabtriebsfunktion, wobei der Hybridantriebsstrang (1 ) mindestens eine Verbrennungskraftmaschine (2) und eine elektrische Maschine (3) umfasst, welche im Bremsbetrieb als Generator betreibbar ist und elektrische Energie in einem Energiespeicher (19) speichert und im Antriebsbetrieb für den Fahrzeugantrieb und/oder den Antrieb der Nebenabtriebsfunktion nutzbar ist, wobei die
Nebenabtriebsfunktion von Verbrennungskraftmaschine (2) und/oder elektrischer Maschine (3) antreibbar ist und Funktionen der Verbrennungskraftmaschine (2) und der elektrischen Maschine (3) mittels einer Steuereinheit (10) steuerbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (10) ein Prädiktionsmodul (14) und einen Antriebsstrangkoordinator (15) umfasst.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet, dass mittels des Prädiktionsmoduls (14) ein
Energiebedarf für die voraus liegende Fahrtstrecke prognostiziert wird.
9. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8,
dadurch gekennzeichnet, dass mittels des Prädiktionsmoduls (14) eine entlang der voraus liegenden Fahrtstrecke anfallende Rekuperationsenergie prognostiziert wird.
10. Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass mittels des Prädiktionsmoduls (14) ein entlang der voraus liegenden Fahrtstrecke entstehender Energiebedarf für die
Nebenabtriebsfunktion prognostiziert wird.
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