WO2020164860A1 - Verfahren zum betreiben eines hybridelektrokraftfahrzeugs, steuereinrichtung sowie hybridelektrokraftfahrzeug - Google Patents

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WO2020164860A1
WO2020164860A1 PCT/EP2020/051224 EP2020051224W WO2020164860A1 WO 2020164860 A1 WO2020164860 A1 WO 2020164860A1 EP 2020051224 W EP2020051224 W EP 2020051224W WO 2020164860 A1 WO2020164860 A1 WO 2020164860A1
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electrical energy
drive unit
route segments
combustion engine
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PCT/EP2020/051224
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Johannes Buerger
Roland Schmid
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Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft
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Definitions

  • the invention relates to a method for operating an electrical drive unit and an internal combustion engine drive unit
  • the invention also relates to a control device and a hybrid electric motor vehicle.
  • Hybrid vehicles have an electric drive unit with an electric one
  • Such a hybrid drive train makes it possible to reduce fuel consumption of the hybrid vehicle through the targeted use of the electrical energy provided by the energy store.
  • the hybrid vehicle can be operated in a hybrid driving mode and a load point of the hybrid vehicle, that is to say the distribution of the power required by the hybrid vehicle to the internal combustion engine and the electric motor, can be set. In this way, fuel-optimized operation of the hybrid vehicle can be guaranteed.
  • a load point of the hybrid vehicle that is to say the distribution of the power required by the hybrid vehicle to the internal combustion engine and the electric motor
  • the driving modes differ in terms of the consumption of electrical energy from an electrical energy store in the vehicle.
  • a driving mode defines one or more characteristic curves that indicate which driving speed is required and which one is requested
  • Optimization-based operating strategies are based on mathematical optimization methods and thus guarantee fuel-optimized operation of the hybrid vehicle.
  • the disadvantage of such operating strategies, however, is that the optimization method does not take into account anything desired by the customer
  • Driving behavior or can be placed on a driving comfort desired by the customer.
  • Route segments are divided and the route segments are rule-based as electrically drivable, first route segments or hybrid drivable, second
  • a required electrical energy to be provided by an electrical energy store of the electric drive unit is predicted for the first route segments and a residual energy is determined for the second route segments as a function of the electrical energy required for the first route segments.
  • the electrical energy is applied to the second route segments while minimizing fuel consumption
  • Internal combustion engine of the internal combustion engine drive unit determined based on optimization as a function of the residual energy of the electrical energy storage and as a function of a limitation of start-stop processes of the internal combustion engine.
  • the invention also relates to a control device for a hybrid electric vehicle which is designed to carry out a method according to the invention or an advantageous embodiment thereof.
  • a hybrid electric motor vehicle according to the invention comprises a control device according to the invention.
  • the hybrid electric motor vehicle, hybrid vehicle for short has the electrical drive unit with the electrical energy store and the electrical machine and the internal combustion engine drive unit with a fuel tank and the
  • the hybrid vehicle is in particular a plug-in hybrid vehicle, so that the electrical energy store of the electrical drive unit can be charged by a charging station external to the vehicle.
  • the hybrid vehicle has a parallel drive train and can be operated in a purely electric driving mode by only connecting the electric drive unit to a drive axle of the
  • the Drivetrain acts and provides drive power for the hybrid vehicle.
  • the internal combustion engine drive unit can be decoupled from the drive axle of the hybrid vehicle.
  • the electrical energy store is designed in particular as a high-voltage battery or traction battery.
  • the hybrid vehicle can also be operated in a hybrid driving mode in which, as an alternative or in addition to the electric drive unit, the internal combustion engine drive unit is switched to
  • the drive axle acts and provides drive power for the hybrid vehicle. To determine when to use the all-electric driving mode and when to use the hybrid
  • Route initially divided or subdivided into the route segments is preferably a function of
  • the route can be predicted, for example, on the basis of a destination input by a driver of the hybrid vehicle in the navigation system.
  • Route segment has at least one route point.
  • each route segment it is determined whether it can be driven electrically, that is, whether an electric driving mode is mandatory, or whether the route segment can also be driven in a hybrid manner and thus the hybrid driving mode can be provided.
  • This classification or division of the route segments into electrically drivable and hybrid drivable route segments is carried out rule-based.
  • E-zones can be located on the route due to legal requirements, i.e. areas in which vehicles can only be operated purely electrically and thus emission-free.
  • E-Zones can be located in city centers and / or at busy traffic points, for example.
  • the driver can also use the input specific to the driver to define certain areas in which he can use a purely electric driving mode
  • Hybrid vehicle Such areas can include residential areas,
  • the remaining route segments that do not have to be driven on purely electrically are defined as second, hybrid route segments.
  • the drive power for the hybrid vehicle can be from the
  • the drive power can be applied to the electric drive unit and the internal combustion engine drive unit.
  • the division of the drive power between the electric and the internal combustion engine drive unit over the route segments corresponds to a load point shift.
  • Route segments is discharged due to the purely electric driving mode, there is, depending on an initial state of charge of the electrical energy store and on a number and duration of the first route segments, a residual electrical energy, which for the hybrid drive-on second route segments
  • the remaining energy is an energy delta or an energy difference between an initial energy corresponding to the initial state of charge and the energy required for the first route segments.
  • This residual electrical energy is at least partially distributed to the second route segments that can be driven on in a hybrid manner.
  • a proportion of the electric drive unit on the drive line is therefore determined for each route segment. For example, further electric driving times, that is to say route segments that can be driven purely electrically, can be determined in the second route segments.
  • the electrical energy which corresponds at most to the remaining energy available, is distributed in such a way that, on the one hand, the fuel consumption in every second route segment is optimal, in particular minimal, and, on the other hand, start-stop processes, in particular high-frequency start-stop processes, of the internal combustion engine are limited , in particular minimized.
  • a purely electric driving decision can be made for certain second route segments, while for others a second one
  • Route segments a route segment-specific load point is determined through which the drive power is provided by both the internal combustion engine and the electric machine.
  • the internal combustion engine is always switched on, for example, when the operation of the hybrid vehicle changes from the purely electric driving mode to the hybrid driving mode or when the hybrid vehicle drives off from a standstill, for example at a traffic light, and, for example, switched off when the hybrid vehicle is operated from the hybrid Driving mode changes to the all-electric driving mode or the hybrid vehicle comes to a standstill.
  • switching on the internal combustion engine is both electrical Both energy and fuel are necessary until the internal combustion engine has reached a certain speed required for activation. It may therefore be that it is not worthwhile in terms of energy and fuel consumption to carry out a start-stop operation of the internal combustion engine.
  • start-stop processes of the internal combustion engine are noticed by the driver of the hybrid vehicle and, if they occur frequently and in quick succession or at high frequencies, they can be perceived as restless engine behavior and have a negative effect on driver comfort.
  • a purely optimization-based load point shift or distribution of the electrical energy to the second route segments i.e. an exclusively fuel-optimized operating strategy, without taking into account the start-stop processes of the
  • start-stop processes occur frequently and / or at high frequencies. With the high-frequency start-stop processes, start processes and stop processes take place for a short period of time. To prevent this frequency and / or frequency of the start-stop processes affecting both the energy and
  • the start-stop processes are limited when the electrical energy is distributed over the second route segments. Limiting the start-stop processes is understood here to mean both a reduction in an, in particular an absolute, number and a frequency of the start-stop processes.
  • the division of electrical energy while minimizing fuel consumption corresponds to an optimization-based operating strategy or one
  • the method according to the invention thus combines the optimization-based and the rule-based operating strategy or integrates the rule-based operating strategy into the optimization-based operating strategy.
  • the method according to the invention therefore has the advantage that both fuel consumption can be minimized and secondary conditions in the form of purely electric driving modes and the limited start-stop processes of the internal combustion engine can be taken into account. Due to the secondary conditions, a realistic behavior of the hybrid vehicle can be achieved in the consumption optimization, taking into account consumption and
  • Hybrid electric vehicle is determined and for this purpose an optimization task that minimizes fuel consumption is solved via the route segments, with a rule-based, optimization-based distribution of the electrical energy preventing the optimization-based distribution of the electrical energy in the solution of the optimization task on certain route segments
  • the optimization task is solved in particular globally across all route segments, for example by means of a computationally efficient and real-time-capable optimization algorithm, with the solution of the optimization task simultaneously classifying the route segments and limiting the start-stop processes.
  • the classification takes place in that rule-based fixing of the degree of freedom is carried out for those route segments which are to be driven purely electrically. In these route segments, the
  • the start-stop processes are limited in that the start-stop processes are charged with costs. The costs are taken into account using the cost function or penalty function.
  • the optimization task is a fuel-optimized control for the drive units, which also takes legal and / or driver-defined electric driving zones into account and ensures a smooth start-stop behavior of the internal combustion engine.
  • At least one condition relating to the route in the optimization-based determination of the load point shift or distribution of the electrical energy, at least one condition relating to the route, in particular one
  • the at least one condition relating to the route is determined in particular in advance.
  • the at least one condition can be determined using digital map information that is relevant for the navigation system of the
  • Hybrid vehicle are stored. So it is a forecast of the route created, for example, to find out those route segments in which a purely electric driving mode would be inefficient and would result in unintentionally high energy consumption. This unintentionally high energy consumption can result, for example, from a steep road gradient, for example when driving uphill, in certain route segments. For these route segments, for example, as further
  • Input variable for the optimization task the hybrid driving mode are specified and it is determined that the internal combustion engine drive unit one
  • the at least one condition is determined while the hybrid vehicle is driving on the route or is determined again for updating.
  • the at least one condition is determined while the hybrid vehicle is driving on the route or is determined again for updating.
  • Condition can be determined by means of sensor data from a vehicle-side sensor device while driving and the optimal control function can be adjusted while driving.
  • At least one environmental condition in particular an ambient temperature and / or a time of day and / or the weather, are additionally taken into account. These environmental conditions have a particular impact on you
  • On-board network components can include a heater, air conditioning,
  • Headlights, windshield wipers, etc. are supplied with energy from the electrical energy store of the electrical drive unit.
  • these on-board electrical system components can be partially active and thus consume an amount of energy that is dependent on at least one environmental condition and must be held by the energy store.
  • the at least one environmental condition can in turn be determined in a predictive manner and / or while driving and can be provided as a further input variable for the optimization task.
  • a physical model of the electrical drive unit and / or a physical model of the internal combustion engine drive unit of the hybrid electric vehicle is also taken into account.
  • Drive unit and / or the internal combustion engine drive unit be stored.
  • the state of charge limits of the electrical energy storage device be taken into account.
  • the physical models can, for example, be stored in the form of characteristic maps for the drive components, i.e. combustion engine, electric motor, energy storage, etc.
  • a map can describe the losses of the internal combustion engine as a function of the speed.
  • These models in turn form further rule-based input variables for determining the control function.
  • the rule-based, fuel-optimized control of the drive units therefore also advantageously ensures gentle operation of the drive components of the drive units.
  • a predetermined, required state of discharge of the energy store at the end of the route is also taken into account.
  • the electrical energy that is available for dividing the hybrid drive-on route segments is therefore the remaining energy minus the electrical energy necessary to maintain the discharge state.
  • the remaining energy can only be partially distributed over the hybrid road segments.
  • the state of discharge different from zero can be required if there is no possibility of charging the electrical energy store at the end of the route.
  • the required state of discharge can be determined, for example, as a value through which a predetermined distance can still be traveled purely electrically. In this way it can be guaranteed that when the hybrid vehicle travels again, starting from the end of the route, it can still drive through a legally prescribed E-zone before the energy store has to be charged. So there are more
  • a driving style of a driver of the hybrid electric motor vehicle is also taken into account in the optimization-based distribution of the electrical energy.
  • the driver's driving style can also be stored in characteristic maps and describe, for example, an acceleration behavior and a recuperation behavior of the driver.
  • the electric one assists with strong acceleration processes Engine and thus provides a boost function. This discharges the energy storage device.
  • Braking the hybrid vehicle leads to high-frequency charging and discharging of the energy storage device. As a result, this ensures faster aging of the energy storage device and therefore has a negative effect on the service life and the electrical range of the hybrid vehicle.
  • the driving style or driving behavior of the driver when shifting the load point a particularly gentle operation of the energy store can be provided.
  • the driving behavior can for example be recorded, saved and continuously updated while the hybrid vehicle is driving.
  • Fig. 1 is a schematic representation of a hybrid drive system
  • FIG. 2 shows a schematic representation of a sequence of an embodiment of the method according to the invention.
  • Fig.1 shows a schematic representation of a hybrid drive 1 for a
  • the hybrid drive 1 has a parallel drive train with an electric drive unit 2 and an internal combustion engine drive unit 3.
  • the internal combustion engine drive unit 3 has an internal combustion engine 4 and a fuel tank 5 coupled to the internal combustion engine 4.
  • Internal combustion engine 4 is coupled to a clutch 7 via a crankshaft 6.
  • the clutch 7 is coupled to a transmission 8, which is coupled to a drive axle 10 of the hybrid vehicle via a drive shaft 9.
  • the drive axle 10 is designed to transmit the torque provided by the internal combustion engine 4 to the wheels 11 of the hybrid vehicle.
  • the electric drive unit 2 has an electric machine 12 which is arranged here on the drive shaft 9 and is separated from the internal combustion engine 4 via the clutch 7.
  • the internal combustion engine 4 can thus be decoupled from the electrical machine 12.
  • the electrical machine 12 can when coupled
  • Combustion engine 4 in addition to combustion engine 4 or, when the combustion engine 4 is decoupled, as an alternative to combustion engine 4, provide a torque which is transmitted to wheels 11 via clutch 7, transmission 8, drive shaft 9 and drive axle 10.
  • the electrical machine 12 is supplied with electrical energy by an electrical energy store 13 of the electrical drive unit 2.
  • the electrical machine 12 can, for example, a
  • the electrical energy store 13 is designed in particular as a high-voltage store or a high-voltage battery and thus has a voltage of greater than 60 V, in particular greater than 100 V.
  • the hybrid drive 1 also has a
  • Control device 14 which is designed to control the electric drive unit 2 and the internal combustion engine drive unit 3 for operating the hybrid vehicle on a route. For this purpose, a control function is determined for the drive units 2, 3, by means of which the hybrid vehicle is operated with optimum fuel efficiency under certain secondary conditions.
  • the determination of the control function is illustrated in FIG. In the center, visualized by box 15, is a computationally efficient and real-time capable one
  • Optimization algorithm which is designed to determine the control function for each segment of the route in such a way that the fuel consumption is minimal.
  • the optimization algorithm is additionally fed with input variables, visualized by arrow 16, which are taken into account when minimizing fuel consumption.
  • the input variables are among others
  • Further input variables are cost functions, by means of which start-stop processes of the internal combustion engine 4 and shift processes of the transmission 8 are charged with costs. When minimizing fuel consumption, these cost functions simultaneously result in a limitation of start-stop processes of the internal combustion engine 4 and shift processes of the transmission 8.
  • physical models can be used as input variables, which enable a realistic behavior of the electrical

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines eine elektrische Antriebseinheit (2) und eine verbrennungsmotorische Antriebseinheit (3) aufweisenden Hybridelektrokraftfahrzeugs auf einer Fahrstrecke, mit den Schritten: - Unterteilen der Fahrstrecke in Streckensegmente; - regelbasiertes Klassifizieren der Streckensegmente als elektrisch zu befahrende, erste Streckensegmente oder hybrid befahrbare, zweite Streckensegmente, - Vorhersagen einer für die ersten Streckensegmente erforderlichen, von einem elektrischen Energiespeicher (13) der elektrischen Antriebseinheit (2) bereitzustellenden elektrischen Energie, - Bestimmen einer Restenergie für die zweiten Streckensegmente in Abhängigkeit von der für die ersten Streckensegmente erforderlichen elektrischen Energie, - optimierungsbasierte und regelbasierte Bestimmung einer Lastpunktverteilung zwischen der elektrischen Antriebseinheit (2) und der verbrennungsmotorischen Antriebseinheit (3) in den zweiten Streckensegmente unter Minimierung eines Kraftstoffverbrauchs eines Verbrennungsmotors (4) der verbrennungsmotorischen Antriebseinheit (3) in Abhängigkeit von der Restenergie des elektrischen Energiespeichers (13) sowie einer Limitierung von Start-Stopp-Vorgängen des Verbrennungsmotors (4). Die Erfindung betrifft außerdem eine Steuereinrichtung sowie ein Hybridelektrokraftfahrzeug.

Description

Verfahren zum Betreiben eines Hybridelektrokraftfahrzeugs, Steuereinrichtung sowie
Hybridelektrokraftfahrzeug
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines eine elektrische Antriebseinheit und eine verbrennungsmotorische Antriebseinheit aufweisenden
Hybridelektrokraftfahrzeugs auf einer Fahrstrecke. Die Erfindung betrifft außerdem eine Steuereinrichtung sowie ein Hybridelektrokraftfahrzeug.
Vorliegend richtet sich das Interesse auf parallele Hybridantriebe bzw. hybride
Antriebsstränge für Hybridelektrokraftfahrzeuge, kurz Hybridfahrzeuge. Solche
Hybridfahrzeuge weisen eine elektrische Antriebseinheit mit einem elektrischen
Energiespeicher und einer elektrischen Maschine bzw. einem Elektromotor sowie eine verbrennungsmotorische Antriebseinheit mit einem kraftstoffbetriebenen
Verbrennungsmotor auf. Durch einen solchen hybriden Antriebsstrang besteht die Möglichkeit, einen Kraftstoffverbrauch des Hybridfahrzeugs durch den gezielten Einsatz der durch den Energiespeicher bereitgestellten elektrischen Energie zu senken. Zu diesem Zweck kann das Hybridfahrzeug in einem hybriden Fahrmodus betrieben werden und ein Lastpunkt des Hybridfahrzeugs, also die Verteilung der vom Hybridfahrzeug angeforderten Leistung auf den Verbrennungsmotor und den Elektromotor, eingestellt werden. So kann ein kraftstoffoptimaler Betrieb des Hybridfahrzeugs gewährleistet werden. Des Weiteren ist es, je nach Antriebsarchitektur des hybriden Antriebsstranges, möglich, den Verbrennungsmotor gezielt abzuschalten und mittels des von dem
Energiespeicher versorgten Elektromotors einen rein elektrischen Fahrmodus bereitzustellen. So kann eine weitere Reduzierung des Kraftstoffverbrauchs erreicht werden.
Dabei ist es aus dem Stand der Technik bekannt, die Lastpunkte in den hybriden Fahrmodi sowie die rein elektrischen Fahrmodi auf einer Fahrroute bzw. Fahrstrecke mittels unterschiedlicher Betriebsstrategien, nämlich einer regel- und kennfeldbasierten Betriebsstrategie oder einer optimierungsbasierten Betriebsstrategie, zu bestimmen. Zur regel- und kennfeldbasierten Betriebsstrategie ist die DE 10 2016 206 727 A1 bekannt, welche einen vorausschauenden Betrieb eines Hybridfahrzeugs auf einer Fahrroute offenbart. Dabei wird die Fahrroute, auf Basis von digitaler Karteninformation, in eine Sequenz von Segmenten unterteilt und eine Sequenz von Fahrmodi für die
entsprechende Sequenz von Segmenten ermittelt. Die Fahrmodi unterscheiden sich dabei in Bezug auf den Verbrauch an elektrischer Energie aus einem elektrischen Energiespeicher des Fahrzeugs. Ein Fahrmodus definiert ein oder mehrere Kennlinien, die anzeigen, bei welcher Fahrgeschwindigkeit, bei welchem angeforderten
Antriebsmoment und/oder bei welchem Ladezustand ein verbrennungsmotorischer Antrieb, also ein Verbrennungsmotor, des Hybridfahrzeugs aktiviert wird. Durch die ein oder mehreren Kennlinien kann somit die Verteilung zwischen der
verbrennungsmotorischen Antriebseinheit und der elektrischen Antriebseinheit definiert werden.
Diese Kennlinien werden in der Regel vorab auf Basis bestimmter, repräsentativer Fahrzyklen optimiert, definiert und appliziert. Somit weisen sie für die jeweils betrachteten Fahrsituationen ein optimales Verhalten auf. Kundenzyklen weichen jedoch von diesen vorab betrachteten Fahrzyklen ab, wodurch die vorab definierten Kennfelder nicht mehr zu einem optimalen Verhalten führen können. Somit wird das volle Potential von Plug-In- Hybridfahrzeugen nicht vollständig ausgenutzt.
Optimierungsbasierte Betriebsstrategien hingegen basieren auf mathematischen Optimierungsmethoden und garantieren somit einen kraftstoffoptimalen Betrieb des Hybridfahrzeugs. Der Nachteil solcher Betriebsstrategien liegt jedoch darin, dass durch die Optimierungsmethode keinerlei Rücksicht auf ein vom Kunden gewünschtes
Fahrverhalten bzw. auf einen vom Kunden gewünschten Fahrkomfort gelegt werden kann.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine gegenüber dem Stand der Technik verbesserte Strategie zum Betreiben eines Hybridfahrzeugs bereitzustellen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren, eine Steuereinrichtung sowie ein Hybridelektrokraftfahrzeug mit den Merkmalen gemäß den jeweiligen unabhängigen Patentansprüchen gelöst. Vorteilhafte Ausführungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche, der Beschreibung sowie der Figuren. Ein erfindungsgemäßes Verfahren dient zum Betreiben eines eine elektrische
Antriebseinheit und eine verbrennungsmotorische Antriebseinheit aufweisenden
Hybridelektrokraftfahrzeugs auf einer Fahrstrecke. Dazu wird die Fahrstrecke in
Streckensegmente unterteilt und die Streckensegmente werden regelbasiert als elektrisch zu befahrende, erste Streckensegmente oder hybrid befahrbare, zweite
Streckensegmente klassifiziert. Für die ersten Streckensegmente wird eine erforderliche, von einem elektrischen Energiespeicher der elektrischen Antriebseinheit bereitzustellende elektrische Energie vorhergesagt und für die zweiten Streckensegmente wird eine Restenergie in Abhängigkeit von der für die ersten Streckensegmente erforderlichen elektrischen Energie bestimmt. Außerdem wird die elektrische Energie auf die zweiten Streckensegmente unter Minimierung eines Kraftstoffverbrauchs eines
Verbrennungsmotors der verbrennungsmotorischen Antriebseinheit in Abhängigkeit von der Restenergie des elektrischen Energiespeichers sowie in Abhängigkeit von einer Limitierung von Start-Stopp-Vorgänge des Verbrennungsmotors optimierungsbasiert bestimmt.
Die Erfindung betrifft außerdem eine Steuereinrichtung für ein Hybridelektrofahrzeug, welche dazu ausgelegt ist, ein erfindungsgemäßes Verfahren oder eine vorteilhafte Ausführungsform davon durchzuführen. Darüber hinaus umfasst ein erfindungsgemäßes Hybridelektrokraftfahrzeug eine erfindungsgemäße Steuereinrichtung.
Das Hybridelektrokraftfahrzeug, kurz Hybridfahrzeug, weist die elektrische Antriebseinheit mit dem elektrischen Energiespeicher und der elektrischen Maschine sowie die verbrennungsmotorische Antriebseinheit mit einem Kraftstofftank und dem
Verbrennungsmotor auf. Das Hybridfahrzeug ist insbesondere ein Plug-In- Hybridfahrzeug, sodass der elektrische Energiespeicher der elektrischen Antriebseinheit durch eine fahrzeugexterne Ladestation aufladbar ist. Das Hybridfahrzeug weist dabei einen parallelen Antriebsstrang und kann in einem rein elektrischen Fahrmodus betrieben werden, indem nur die elektrische Antriebseinheit auf eine Antriebsachse des
Antriebsstranges wirkt und Antriebsleistung für das Hybridfahrzeug bereitstellt. Dazu kann die verbrennungsmotorische Antriebseinheit von der Antriebsachse des Hybridfahrzeugs abgekoppelt werden. Der elektrische Energiespeicher ist hierfür insbesondere als eine Hochvoltbatterie bzw. Traktionsbatterie ausgebildet. Auch kann das Hybridfahrzeug in einem hybriden Fahrmodus betrieben werden, in dem alternativ oder zusätzlich zu der elektrischen Antriebseinheit die verbrennungsmotorische Antriebseinheit auf die
Antriebsachse wirkt und Antriebsleistung für das Hybridfahrzeug bereitstellt. Um zu bestimmen, wann der rein elektrische Fahrmodus und wann der hybride
Fahrmodus bereitgestellt wird, wird die von dem Hybridfahrzeug zu befahrende
Fahrstrecke zunächst in die Streckensegmente aufgeteilt bzw. unterteilt. Das Unterteilen der Fahrstrecke in die Streckensegmente wird vorzugsweise in Abhängigkeit von
Navigationsdaten eines Navigationssystems des Hybridelektrofahrzeugs durchgeführt.
Die Fahrstrecke kann beispielsweise aufgrund einer Zielorteingabe eines Fahrers des Hybridfahrzeugs in das Navigationssystem vorhergesagt werden. Jedes
Streckensegment weist dabei zumindest einen Streckenpunkt auf.
Für jedes Streckensegment wird dabei bestimmt, ob es elektrisch zu befahren ist, also ob ein elektrischer Fahrmodus obligatorisch ist, oder ob das Streckensegment auch hybrid befahren werden kann und somit der hybride Fahrmodus bereitgestellt werden kann. Diese Klassifizierung bzw. Einteilung der Streckensegmente in elektrisch zu befahrende und hybrid befahrbare Streckensegmente wird dabei regelbasiert durchgeführt.
Insbesondere wird zum regelbasierten Klassifizieren der Streckensegmente eine gesetzliche Vorgabe und/oder eine fahrerwunschspezifische Eingabe berücksichtig.
Beispielsweise können auf der Fahrstrecke aufgrund von gesetzlichen Vorgaben sogenannte E-Zonen liegen, also Bereiche, in welchen Kraftfahrzeuge nur rein elektrisch und damit emissionsfrei betrieben werden dürfen. Solche E-Zonen können beispielsweise in Innenstädten und/oder an stark befahrenen Verkehrspunkten liegen. Alternativ oder zusätzlich kann der Fahrer über die fahrerwunschspezifische Eingabe auch bestimmte Bereiche definieren, in welchen er einen rein elektrischen Fahrmodus seines
Hybridfahrzeugs wünscht. Solche Bereiche können beispielsweise Wohngebiete,
Innenstädte, etc. sein. Falls nun erkannt wird, dass ein bestimmtes Streckensegment in einer E-Zone und/oder in einem von dem Fahrer definierten Bereich liegt, so wird dieses Streckensegment als erstes, elektrisch zu befahrendes Streckensegment definiert bzw. klassifiziert.
Die übrigen Streckensegmente, welche nicht rein elektrisch befahren werden müssen, werden als zweite, hybrid befahrbare Streckensegmente definiert. In diesen zweiten Streckensegmenten kann die Antriebsleistung für das Hybridfahrzeug von der
elektrischen Antriebseinheit und/oder der verbrennungsmotorischen Antriebseinheit bereitgestellt werden. Auf den hybrid befahrbaren Streckensegmenten kann also die Antriebsleistung beliebig auf die elektrische Antriebseinheit und die
verbrennungsmotorische Antriebseinheit aufgeteilt werden. Beispielsweise kann ein Anteil x der elektrischen Antriebseinheit an der Antriebsleistung zwischen x=0% und x=100% betragen, wobei ein Anteil y der verbrennungsmotorischen Antriebseinheit an der Antriebsleistung in Abhängigkeit von dem Anteil x der elektrischen Antriebseinheit zu y=100%-x bestimmt wird. Das Aufteilen der Antriebsleistung auf die elektrische und die verbrennungsmotorische Antriebseinheit über die Streckensegmente entspricht dabei einer Lastpunktverschiebung.
Da der elektrische Energiespeicher des Hybridfahrzeugs in den ersten
Streckensegmenten aufgrund des rein elektrischen Fahrmodus entladen wird, ergibt sich, in Abhängigkeit von einem Anfangsladezustand des elektrischen Energiespeichers und von einer Anzahl sowie einer Zeitdauer der ersten Streckensegmente, eine elektrische Restenergie, welche für die hybrid befahrbaren zweiten Streckensegmenten zur
Verfügung steht. Die Restenergie ist ein Energiedelta bzw. eine Energiedifferenz zwischen einer mit dem Anfangsladezustand korrespondierenden Anfangsenergie und der für die ersten Streckensegmente notwendigen Energie. Diese elektrische Restenergie wird zumindest partiell auf die hybrid befahrbaren zweiten Streckensegmente verteilt. Es wird also für jedes Streckensegment ein Anteil der elektrischen Antriebseinheit an der Antriebsleitung bestimmt. Beispielsweise können in den zweiten Streckensegmenten weitere E-Fahrzeitpunkte, also rein elektrisch befahrbare Streckensegmente, bestimmt werden.
Die elektrische Energie, welche höchstens der zur Verfügung stehenden Restenergie entspricht, wird derart verteilt, dass einerseits der Kraftstoffverbrauch in jedem zweiten Streckensegment optimal, insbesondere minimal, ist und andererseits Start-Stopp- Vorgänge, insbesondere hochfrequente Start-Stopp-Vorgänge, des Verbrennungsmotors limitiert, insbesondere minimiert, werden. Durch das Bestimmen der
Lastpunktverschiebung kann für bestimmte zweite Streckensegmente eine rein elektrische Fahrentscheidung getroffen werden, während für andere zweite
Streckensegmente ein streckensegmentspezifischer Lastpunkt bestimmt wird, durch welchen die Antriebsleistung sowohl durch den Verbrennungsmotor als auch die elektrische Maschine bereitgestellt wird. Bei einem Start-Stopp-Vorgang des
Verbrennungsmotors wird dieser zugeschaltet und abgeschaltet. Der Verbrennungsmotor wird beispielsweise immer dann zugeschaltet, wenn der Betrieb des Hybridfahrzeugs von dem rein elektrischen Fahrmodus in den hybriden Fahrmodus übergeht oder wenn das Hybridfahrzeug aus dem Stillstand, beispielsweise an einer Ampel, losfährt, und beispielsweise abgeschaltet, wenn der Betrieb des Hybridfahrzeugs von dem hybriden Fahrmodus in den rein elektrischen Fahrmodus übergeht oder das Hybridfahrzeug zum Stillstand kommt. Beim Zuschalten des Verbrennungsmotors ist dabei sowohl elektrische Energie als auch Kraftstoff notwendig, bis der Verbrennungsmotor eine bestimmte, für das Zuschalten erforderliche Drehzahl erreicht hat. Daher kann es sein, dass es sich im Hinblick auf einen Energie- und Kraftstoffverbrauch nicht lohnt, einen Start-Stopp- Vorgang des Verbrennungsmotors durchzuführen. Außerdem werden Start-Stopp- Vorgänge des Verbrennungsmotors von dem Fahrer des Hybridfahrzeugs bemerkt und können, wenn sie häufig und kurz hintereinander bzw. hochfrequent auftreten, als unruhiges Motorverhalten wahrgenommen werden und sich negativ auf einen Komfort für den Fahrer auswirken.
Eine rein optimierungsbasierte Lastpunktverschiebung bzw. Verteilung der elektrischen Energie auf die zweiten Streckensegmente, also eine ausschließlich kraftstoffoptimale Betriebsstrategie, ohne Berücksichtigung der Start-Stopp-Vorgänge des
Verbrennungsmotors, könnte zur Folge haben, dass in den hybrid befahrbaren
Streckensegmenten Start-Stopp-Vorgänge häufig und/oder hochfrequent auftreten. Bei den hochfrequenten Start-Stopp-Vorgängen erfolgen Start-Vorgänge und Stopp- Vorgänge kurze Zeit hintereinander. Um zu verhindern, dass diese Häufigkeit und/oder Frequenz der Start-Stopp-Vorgänge sich sowohl auf den Energie- und
Kraftstoffverbrauch als auch auf den Komfort negativ auswirkt, werden die Start-Stopp- Vorgänge bei der Aufteilung der elektrischen Energie auf die zweiten Streckensegmente limitiert. Unter Limitierung der Start-Stopp-Vorgänge ist hier sowohl eine Reduzierung einer, insbesondere absoluten, Anzahl als auch einer Frequenz der Start-Stopp-Vorgänge zu verstehen.
Die Aufteilung der elektrischen Energie unter Minimierung des Kraftstoffverbrauchs entspricht dabei einer optimierungsbasierten Betriebsstrategie bzw. einer
Verbrauchsoptimierung, während das Klassifizieren der Streckensegmente einer regelbasierten Betriebsstrategie entspricht. Die Berücksichtigung der Start-Stopp- Vorgänge kann sowohl optimierungsbasiert als auch regelbasiert umgesetzt werden. Das erfindungsgemäße Verfahren kombiniert also die optimierungsbasierte und die regelbasierte Betriebsstrategie bzw. integriert die regelbasierte Betriebsstrategie in die optimierungsbasierte Betriebsstrategie. Daher weist das erfindungsgemäße Verfahren den Vorteil auf, dass sowohl der Kraftstoffverbrauch minimiert werden kann, als auch Nebenbedingungen in Form von den rein elektrischen Fahrmodi sowie den limitierten Start-Stopp-Vorgängen des Verbrennungsmotors berücksichtigt werden können. Durch die Nebenbedingungen kann also in der Verbrauchsoptimierung ein realitätsnahes Verhalten des Hybridfahrzeugs unter Berücksichtigung von Verbrauchs- und
Komfortanforderungen berücksichtigt werden. Durch das erfindungsgemäße Verfahren ergeben sich somit für den Fahrer des Hybridfahrzeugs sowohl Verbrauchsvorteile als auch Komfortvorteile.
Dabei kann vorgesehen sein, dass zum Betreiben des Hybridelektrokraftfahrzeugs auf der Fahrstrecke eine optimale Steuerfunktion für die Antriebseinheiten des
Hybridelektrokraftfahrzeugs bestimmt wird und dazu über die Streckensegmente eine den Kraftstoffverbrauch minimierende Optimierungsaufgabe gelöst wird, wobei bei der Lösung der Optimierungsaufgabe auf bestimmten Streckensegmenten eine regelbasierte, die optimierungsbasierte Aufteilung der elektrischen Energie verhindernde
Freiheitsgradfixierung sowie eine Kostenfunktion für die Start-Stopp-Vorgänge
berücksichtigt werden. Die Optimierungsaufgabe wird dabei insbesondere global über alle Streckensegmente, beispielsweise mittels eines recheneffizienten und realzeitfähigen Optimierungsalgorithmus, gelöst, wobei mit der Lösung der Optimierungsaufgabe gleichzeitig die Klassifizierung der Streckensegmente und die Limitierung der Start-Stopp- Vorgänge erfolgt. Die Klassifizierung erfolgt dabei dadurch, dass regelbasiert bei denjenigen Streckensegmenten die Freiheitsgradfixierung vorgenommen wird, welche rein elektrisch zu befahren sind. In diesen Streckensegmenten wird also die
Lastpunktverschiebung unterbunden, die Bereitstellung der Antriebsleistung wird also vollständig der elektrischen Antriebseinheit zugewiesen. Die Limitierung der Start-Stopp- Vorgänge erfolgt dadurch, dass die Start-Stopp-Vorgänge mit Kosten belegt werden. Die Kosten werden mittels der Kostenfunktion bzw. Straffunktion berücksichtigt. Die
Kostenfunktion und die Freiheitsgradfixierungen dienen dabei als Eingangsgröße für den Optimierungsalgorithmus bzw. die Optimierungsaufgabe. Ausgangsgröße der
Optimierungsaufgabe ist eine kraftstoffoptimale Steuerung für die Antriebseinheiten, welche zusätzlich gesetzliche und/oder fahrerdefinierte E-Fahrzonen berücksichtigt sowie ein ruhiges Start-Stopp-Verhalten des Verbrennungsmotors gewährleistet.
In einer Weiterbildung der Erfindung wird bei der optimierungsbasierten Bestimmung der Lastpunktverschiebung bzw. Aufteilung der elektrischen Energie zusätzlich zumindest eine die Fahrstrecke betreffende Bedingung, insbesondere eine
streckensegmentspezifische Fahrbahnbeschaffenheit und/oder eine
streckensegmentspezifische Fahrbahnsteigung und/oder eine
streckensegmentspezifische Geschwindigkeitsbegrenzung, berücksichtigt. Die zumindest eine die Fahrstrecke betreffende Bedingung wird dabei insbesondere vorausschauend bestimmt. Beispielsweise kann die zumindest eine Bedingung anhand von digitalen Karteninformationen bestimmt werden, welche für das Navigationssystem des
Hybridfahrzeugs hinterlegt sind. Es wird also eine Vorausschau über die Fahrstrecke erstellt, beispielsweise um diejenigen Streckensegmente herauszufinden, in welchen ein rein elektrischer Fahrmodus ineffizient wäre und einen ungewollt hohen Energieverbrauch zur Folge hätte. Dieser ungewollt hohe Energieverbrauch kann beispielsweise aus einer steilen Fahrbahnsteigung, z.B. bei einer Bergfahrt, in bestimmten Streckensegmenten resultieren. Für diese Streckensegmente kann dann, beispielsweise als weitere
Eingangsgröße für die Optimierungsaufgabe, der hybride Fahrmodus vorgegeben werden und bestimmt werden, dass die verbrennungsmotorische Antriebseinheit einen
Mindestanteil an der Antriebsleistung hat. Auch kann sein, dass die zumindest eine Bedingung während der Fahrt des Hybridfahrzeugs auf der Fahrstrecke bestimmt oder zur Aktualisierung erneut bestimmt wird. Beispielsweise kann die zumindest eine
Bedingung mittels Sensordaten einer fahrzeugseitigen Sensoreinrichtung während der Fahrt bestimmt werden und die optimale Steuerfunktion während der Fahrt angepasst werden.
Darüber hinaus kann vorgesehen sein, dass bei der optimierungsbasierten Aufteilung der elektrischen Energie zusätzlich zumindest eine Umgebungsbedingung, insbesondere eine Umgebungstemperatur und/oder eine Tageszeit und/oder das Wetter, berücksichtigt werden. Diese Umgebungsbedingungen haben insbesondere Einfluss auf einen
Energieverbrauch von Bordnetzkomponenten des Hybridfahrzeugs. Solche
Bordnetzkomponenten können beispielsweise eine Heizung, eine Klimaanlage,
Scheinwerfer, Scheibenwischer, etc. sein und aus dem elektrischen Energiespeicher der elektrischen Antriebseinheit mit Energie versorgt werden. Je nach Umgebungsbedingung können diese Bordnetzkomponenten teilweise aktiv sein und dadurch eine von zumindest einer Umgebungsbedingung abhängige Menge an Energie verbrauchen, welche von dem Energiespeicher vorgehalten werden muss. Die zumindest eine Umgebungsbedingung kann wiederum vorausschauend und/oder während der Fahrt bestimmt werden und als weitere Eingangsgröße für die Optimierungsaufgabe bereitgestellt werden.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird bei der optimierungsbasierten Aufteilung der elektrischen Energie zusätzlich ein physikalisches Modell der elektrischen Antriebseinheit und/oder ein physikalisches Modell der verbrennungsmotorischen Antriebseinheit des Hybridelektrokraftfahrzeugs berücksichtigt. Durch diese
physikalischen Modelle können beispielsweise Verluste in der elektrischen und/oder verbrennungsmotorischen Antriebseinheit berücksichtigt werden. Auch können in diesen Modellen Auslegungsgrenzen für die Antriebskomponenten der elektrischen
Antriebseinheit und/oder der verbrennungsmotorischen Antriebseinheit hinterlegt sein. So können beispielsweise Ladezustandsgrenzen des elektrischen Energiespeichers berücksichtigt werden. Die physikalischen Modelle können beispielsweise in Form von Kennfeldern für die Antriebskomponenten, also Verbrennungsmotor, Elektromotor, Energiespeicher, etc., hinterlegt werden. Beispielsweise kann ein solches Kennfeld die Verluste des Verbrennungsmotors drehzahlabhängig beschreiben. Diese Modelle bilden wiederum weitere regelbasierte Eingangsgrößen für die Bestimmung der Steuerfunktion. Die regelbasierte, kraftstoffoptimale Steuerung der Antriebseinheiten sorgt also in vorteilhafter Weise zusätzlich für einen schonenden Betrieb der Antriebskomponenten der Antriebseinheiten.
Es erweist sich als vorteilhaft, wenn bei der optimierungsbasierten Aufteilung der elektrischen Energie zusätzlich hochfrequente Schaltvorgänge für ein Getriebe des Hybridelektrokraftfahrzeugs limitiert werden. Die Schaltvorgänge können wiederum mit Kosten belegt werden, welche durch eine weitere Kostenfunktion beschrieben werden. Diese weitere Kostenfunktion kann eine weitere Eingangsgröße für den
Optimierungsalgorithmus ausbilden.
Auch kann vorgesehen sein, dass bei der optimierungsbasierten Aufteilung der elektrischen Energie zusätzlich ein vorbestimmter, geforderter Endladezustand des Energiespeichers am Ende der Fahrstrecke berücksichtigt wird. Die elektrische Energie, die zum Aufteilen auf die hybrid befahrbaren Streckensegmente zur Verfügung steht, ist also die Restenergie abzüglich der zum Aufrechterhalten des Endladezustands notwendigen elektrischen Energie. Die Restenergie kann also nur teilweise auf die hybrid befahrbaren Streckensegmente verteilt werden. Beispielsweise kann der von Null verschiedene Entladezustand dann gefordert werden, wenn am Ende der Fahrstrecke keine Lademöglichkeit für den elektrischen Energiespeicher zur Verfügung steht. Der geforderte Entladezustand kann beispielsweise als ein Wert bestimmt werden, durch welchen eine vorbestimmte Strecke noch rein elektrisch befahren werden kann. So kann gewährleistet werden, dass das Hybridfahrzeug bei einer erneuten Fahrt ausgehend von dem Ende der Fahrstrecke noch eine gesetzlich vorgeschriebene E-Zone befahren kann, bevor der Energiespeicher geladen werden muss. So ergeben sich weitere
Komfortvorteile für den Fahrer des Hybridfahrzeugs.
In einer Weiterbildung der Erfindung wird bei der optimierungsbasierten Aufteilung der elektrischen Energie zusätzlich ein Fahrstil eines Fahrers des Hybridelektrokraftfahrzeugs berücksichtigt. Der Fahrstil des Fahrers kann ebenfalls in Kennfeldern hinterlegt sein und beispielsweise ein Beschleunigungsverhalten und ein Rekuperationsverhalten des Fahrers beschreiben. Bei starken Beschleunigungsvorgängen unterstützt die elektrische Maschine den Verbrennungsmotor und stellt somit eine Boost-Funktion bereit. Dadurch wird der Energiespeicher entladen. Beim Bremsen des Hybridfahrzeugs wird der
Energiespeicher durch Rekuperation geladen. Ein ständiges Beschleunigen und
Abbremsen des Hybridfahrzeugs führt zu einem hochfrequenten Laden und Entladen des Energiespeichers. Dies sorgt in Folge für eine schnellere Alterung des Energiespeichers und wirkt sich daher negativ auf eine Lebensdauer sowie eine elektrische Reichweite des Hybridfahrzeugs auf. Durch das Berücksichtigen des Fahrstils bzw. Fahrverhaltens des Fahrers bei der Lastpunktverschiebung kann somit ein besonders schonender Betrieb des Energiespeichers bereitgestellt werden. Das Fahrverhalten kann beispielsweise während Fahrten des Hybridfahrzeugs aufgezeichnet, abgespeichert und kontinuierlich aktualisiert werden.
Die mit Bezug auf das erfindungsgemäße Verfahren vorgestellten Ausführungsformen und deren Vorteile gelten entsprechend für die erfindungsgemäße Steuereinrichtung sowie für das erfindungsgemäße Hybridelektrokraftfahrzeug.
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, den Figuren und der Figurenbeschreibung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen
Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar.
Die Erfindung wird nun anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Hybridantriebseiner
Ausführungsform eines erfindungsgemäßen
Hybridelektrokraftahrzeugs; und
Fig. 2 eine schematische Darstellung eines Ablaufs einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens.
In den Figuren sind gleiche sowie funktionsgleiche Elemente mit den gleichen
Bezugszeichen versehen. Fig.1 zeigt in schematischer Darstellung einen Hybridantrieb 1 für ein
Hybridelektrokraftfahrzeug. Der Hybridantrieb 1 weist einen parallelen Antriebsstrang mit einer elektrischen Antriebseinheit 2 und einer verbrennungsmotorischen Antriebseinheit 3 auf. Die verbrennungsmotorische Antriebseinheit 3 weist einen Verbrennungsmotor 4 und einen mit dem Verbrennungsmotor 4 gekoppelten Kraftstofftank 5 auf. Der
Verbrennungsmotor 4 ist über einer Kurbelwelle 6 mit einer Kupplung 7 gekoppelt. Die Kupplung 7 ist mit einem Getriebe 8 gekoppelt, welches über eine Antriebswelle 9 mit einer Antriebsachse 10 des Hybridfahrzeugs gekoppelt ist. Die Antriebsachse 10 ist dazu ausgelegt, das von dem Verbrennungsmotor 4 bereitgestellte Drehmoment auf Räder 11 des Hybridfahrzeugs zu übertragen.
Die elektrische Antriebseinheit 2 weist eine elektrische Maschine 12 auf, welche hier auf der Antriebswelle 9 angeordnet ist und über die Kupplung 7 von dem Verbrennungsmotor 4 separiert ist. Somit kann der Verbrennungsmotor 4 von der elektrischen Maschine 12 abgekoppelt werden. Die elektrische Maschine 12 kann bei angekoppeltem
Verbrennungsmotor 4 zusätzlich zu dem Verbrennungsmotor 4 oder bei abgekoppelten Verbrennungsmotor 4 alternativ zu dem Verbrennungsmotor 4 ein Drehmoment bereitstellen, welches über die Kupplung 7, das Getriebe 8, die Antriebswelle 9 und die Antriebsachse 10 auf die Räder 11 übertragen wird. Die elektrische Maschine 12 wird von einem elektrischen Energiespeicher 13 der elektrischen Antriebseinheit 2 mit elektrischer Energie versorgt. Die elektrische Maschine 12 kann beispielsweise eine
Drehstrommaschine sein und über einen hier nicht gezeigten Wechselrichter mit dem elektrischen Energiespeicher 13 verbunden sein, welcher den von dem elektrischen Energiespeicher 13 bereitgestellten Gleichstrom in einen Drehstrom umwandelt. Der elektrische Energiespeicher 13 ist insbesondere als ein Hochvoltspeicher bzw. eine Hochvoltbatterie ausgebildet und weist somit eine Spannung von größer 60 V, insbesondere größer 100 V, auf. Der Hybridantrieb 1 weist außerdem eine
Steuereinrichtung 14 auf, welche dazu ausgelegt ist, die elektrische Antriebseinheit 2 und die verbrennungsmotorische Antriebseinheit 3 zum Betreiben des Hybridfahrzeugs auf einer Fahrstrecke anzusteuern. Dazu wird eine Steuerfunktion für die Antriebseinheiten 2, 3 bestimmt, durch welche das Hybridfahrzeug unter bestimmten Nebenbedingungen kraftstoffoptimal betrieben wird.
In Fig. 2 ist die Bestimmung der Steuerfunktion veranschaulicht. Im Zentrum, visualisiert durch den Kasten 15, steht ein recheneffizienter und realzeitfähiger
Optimierungsalgorithmus, welcher dazu ausgelegt ist, die Steuerfunktion für jedes Streckensegment der Fahrstrecke derart zu bestimmen, dass der Kraftstoffverbrauch minimal ist. Der Optimierungsalgorithmus wird zusätzlich mit Eingangsgrößen, visualisiert durch den Pfeil 16, gespeist, welche bei der Minimierung des Kraftstoffverbrauches berücksichtigt werden. Die Eingangsgrößen sind dabei unter anderem
Freiheitsgradfixierungen, durch welche bestimmte Streckensegmente als rein elektrisch zu befahrende Streckensegmente festgesetzt werden. Sobald das Hybridfahrzeug dieses rein elektrisch zu befahrende Streckensegment betritt, wird der Verbrennungsmotor 4 von der Steuereinrichtung 14 abgeschaltet und somit das Hybridfahrzeug rein elektrisch betrieben. Diese rein elektrisch zu befahrenden Streckensegmente sind beispielsweise aufgrund von gesetzlichen Vorschriften oder aufgrund von einer Definition seitens des Fahrers des Hybridfahrzeugs vorhanden.
Weitere Eingangsgrößen sind Kostenfunktionen, durch welche Start-Stopp-Vorgänge des Verbrennungsmotors 4 sowie Schaltvorgänge des Getriebes 8 mit Kosten belegt sind. Diese Kostenfunktionen resultieren bei der Minimierung des Kraftstoffverbrauches gleichzeitig in einer Limitierung von Start-Stopp-Vorgängen des Verbrennungsmotors 4 sowie Schaltvorgängen des Getriebes 8. Zusätzlich können als Eingangsgrößen physikalische Modelle, welche ein realitätsnahes Verhalten der elektrischen
Antriebseinheit 2 und der verbrennungsmotorischen Antriebseinheit 3 beschreiben, berücksichtigt werden. Darüber hinaus können Umgebungsbedingungen sowie
Fahrbahnbedingungen auf der Fahrstrecke vorausschauen und/oder während der Fahrt des Hybridfahrzeugs bestimmt und als Eingangsgrößen berücksichtigt werden. Auch ein Fahrverhalten, welches sich auf Lade- und Entladevorgänge des Energiespeichers 13 auswirken können dem Optimierungsalgorithmus als Eingangsgröße bereitgestellt werden. Ergebnis des Optimierungsalgorithmus, visualisiert durch den Pfeil 17, ist ein kraftstoffoptimaler Betrieb des Hybridfahrzeugs, welcher unter anderem obligatorische, rein elektrischen Fahrten in bestimmten Streckensegmente sowie ein ruhiges, komfortables Start-Stopp-Verhalten des Verbrennungsmotors 4 gewährleistet.
Bezugszeichenliste
Hybridantrieb
Elektrische Antriebseinheit
Verbrennungsmotorische Antriebseinheit
Verbrennungsmotor
Kraftstofftank
Kurbelwelle
Kupplung
Getriebe
Antriebswelle
Antriebsachse
Räder
elektrische Maschine
elektrischer Energiespeicher
Steuereinrichtung
Kasten
Pfeil
Pfeil

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Betreiben eines eine elektrische Antriebseinheit (2) und eine
verbrennungsmotorische Antriebseinheit (3) aufweisenden
Hybridelektrokraftfahrzeugs auf einer Fahrstrecke, mit den Schritten:
- Unterteilen der Fahrstrecke in Streckensegmente;
- regelbasiertes Klassifizieren der Streckensegmente als elektrisch zu befahrende, erste Streckensegmente oder hybrid befahrbare, zweite Streckensegmente,
- Vorhersagen einer für die ersten Streckensegmente erforderlichen, von einem elektrischen Energiespeicher (13) der elektrischen Antriebseinheit (2)
bereitzustellenden elektrischen Energie,
- Bestimmen einer Restenergie für die zweiten Streckensegmente in Abhängigkeit von der für die ersten Streckensegmente erforderlichen elektrischen Energie,
- optimierungsbasiertes Aufteilen der elektrischen Energie auf die zweiten
Streckensegmente unter Minimierung eines Kraftstoffverbrauchs eines
Verbrennungsmotors (4) der verbrennungsmotorischen Antriebseinheit (3) in Abhängigkeit von der Restenergie des elektrischen Energiespeichers (13) sowie einer Limitierung von Start-Stopp-Vorgängen des Verbrennungsmotors (4).
2. Verfahren nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet, dass
zum Betreiben des Hybridelektrokraftfahrzeugs auf der Fahrstrecke eine optimale Steuerfunktion für die Antriebseinheiten (2, 3) des Hybridelektrokraftfahrzeugs bestimmt wird und dazu global über die Streckensegmente eine den
Kraftstoffverbrauch minimierende Optimierungsaufgabe gelöst wird, wobei bei der Lösung der Optimierungsaufgabe auf bestimmten Streckensegmenten eine regelbasierte, die optimierungsbasierte Aufteilung der elektrischen Energie verhindernde Freiheitsgradfixierung sowie eine Kostenfunktion für die Start-Stopp- Vorgänge berücksichtigt werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Fahrstrecke in Abhängigkeit von Navigationsdaten eines Navigationssystems des Hybridelektrofahrzeugs in die Streckensegmente unterteilt wird.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
zum regelbasierten Klassifizieren der Streckensegmente eine
streckensegmentspezifische gesetzliche Vorgabe und/oder eine
fahrerwunschspezifische Eingabe berücksichtig wird.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
bei der optimierungsbasierten Aufteilung der elektrischen Energie zusätzlich zumindest eine die Fahrstrecke betreffende Bedingung, insbesondere eine streckensegmentspezifische Fahrbahnbeschaffenheit und/oder eine
streckensegmentspezifische Fahrbahnsteigung und/oder eine
streckensegmentspezifische Geschwindigkeitsbegrenzung, berücksichtigt.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
bei der optimierungsbasierten Aufteilung der elektrischen Energie zusätzlich zumindest eine Umgebungsbedingung, insbesondere eine Umgebungstemperatur und/oder eine Tageszeit und/oder das Wetter, berücksichtigt wird.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche
dadurch gekennzeichnet, dass
bei der optimierungsbasierten Aufteilung der elektrischen Energie zusätzlich ein physikalisches Modell der elektrischen Antriebseinheit (2) und/oder ein
physikalisches Modell der verbrennungsmotorischen Antriebseinheit (3) des Hybridelektrokraftfahrzeugs berücksichtigt wird.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
bei der optimierungsbasierten Aufteilung der elektrischen Energie zusätzlich hochfrequente Schaltvorgänge für ein Getriebe (8) des Hybridelektrokraftfahrzeugs limitiert werden.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
bei der optimierungsbasierten Aufteilung der elektrischen Energie zusätzlich ein vorbestimmter, geforderter Endladezustand des elektrischen Energiespeichers (13) am Ende der Fahrstrecke berücksichtigt wird.
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
bei der optimierungsbasierten Aufteilung der elektrischen Energie zusätzlich ein Fahrstil eines Fahrers des Hybridelektrokraftfahrzeugs berücksichtigt wird.
11. Steuereinrichtung (14) für ein Hybridelektrokraftfahrzeug, welche dazu ausgelegt ist, ein Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche durchzuführen.
12. Hybridelektrokraftfahrzeug mit einer elektrischen Antriebseinheit (2), einer
verbrennungsmotorischen Antriebseinheit (3) und einer Steuereinrichtung (14) nach Anspruch 11.
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