DE10005581B4

DE10005581B4 - Verfahren zum Steuern eines Hybridfahrzeugs

Info

Publication number: DE10005581B4
Application number: DE10005581A
Authority: DE
Inventors: Toru Watanabe; Shinsuke Takahashi; Teruji Sekozawa
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1999-02-09
Filing date: 2000-02-09
Publication date: 2006-04-13
Anticipated expiration: 2020-02-10
Also published as: DE10005581A1; JP2000232703A; US6381522B1; JP3536703B2

Abstract

Verfahren zum Steuern eines Hybridfahrzeugs, das mit einem Verbrennungsmotor (101) und einem regenerativen System (103, 105, 107) zur Umwandlung von kinetischer Energie, Speicherung und Abgabe der umgewandelten Energie ausgerüstet ist, wobei
unter Verwendung gespeicherter Kartendaten (133) auf der Grundlage der gegenwärtigen Position, die durch einen Positionsermittler (131) erfasst wird, ein erreichbarer Bereich von geographischen Punkten (S(t)) prognostiziert wird (401), die das Fahrzeug in einer vorgegebenen Zeitspanne erreichen kann,
die Wahrscheinlichkeit (Pos(S; t)) berechnet wird (403), mit der das Fahrzeug jeden dieser Punkte zu einem Zeitpunkt (t) erreicht,
aus dem erreichbaren Bereich (S(t)) und der Wahrscheinlichkeit (Pos(S; t)) eine Verteilung geographischer Höhen (hh(t)) berechnet wird (405), an denen sich das Fahrzeug aufhalten wird, und
das Antriebsverhältnis von Verbrennungsmotor (101) und regenerativem System (103, 105, 107) bestimmt wird (415).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung eines Hybridfahrzeugs, das einen Verbrennungsmotor und ein regeneratives System zur Umwandlung von kinetischer Energie, Speicherung und Abgabe der gespeicherten Energie aufweist.

Beim Bremsen mit einer Trommelbremse oder einer Scheibenbremse wird die kinetische Energie des Fahrzeugs als Wärme abgegeben. Auf der anderen Seite gibt es einige Fahrzeuge, die die Treibstoffeffizienz mit einem regenerativen System zum Rückgewinnen und Wiederverwenden ihrer kinetischen Energie verbessern. Zum Beispiel ist ein Fahrzeug, das JP 10-98805 A offenbart ist, mit einem System ausgerüstet, das kinetische Energie mit einer Rotationsmaschine in elektrische Energie umwandelt und die umgewandelte Energie in seiner Batterie speichert. Andere bekannte Beispiele enthalten regenerative Systeme, die elastische Elemente, komprimierte Luft, ein Schwungrad, eine hydraulische Pumpe usw. einschließen, wie in Automotive Technology Handbook, Vol. 1 on Basics and Theory, herausgegeben von der Automotive Technology Society (von Japan) am 1. Dezember 1990, Seite 137 bis 140 beschrieben ist.

Ein Hybridfahrzeug, das mit einem dieser regenerativen Systeme ausgerüstet ist, kann die Treibstoffeffizienz und den Fahrkomfort durch Steuerung des Leistungsabgabeverhältnisses zwischen einer primären Antriebsquelle, wie einem Verbrennungsmotor, und einer sekundären Antriebsquelle, die aus einem regenerativen System besteht, verbessern. Zum Beispiel kann ein Verfahren, bei dem das Ziel eingegeben wird, um die Fahrtroute zu bestimmen, und der Ladezustand der Batterie für den Weg geplant wird, wie in JP 8-126116 A offenbart, auf ein Fahrzeug angewendet werden, das mit einer Rotationsmaschine (Motor) und einer Speicherbatterie versehen ist. Nach diesem Verfahren wird der Ladezustand der Batterie so geplant, dass er vor einer Steigung erhöht wird, um möglichst eine Ver schlechterung des Fahrkomforts wegen eines Leistungsrückgangs während der Steigung zu vermeiden. Weiterhin wird durch eine Reduzierung des Ladezustands der Batterie und eine Steigerung der Energiemenge, die durch eine regenerative Bremse zurückgewonnen wird; versucht, die Treibstoffeffizienz zu verbessern und den Fahrkomfort zu erhöhen, indem ein ausreichendes Bremskraftniveau sichergestellt wird.

In US 5,778,326 A , DE 43 44 369 C2 , DE 195 05 726 A1 und US 5,487,002 A sind Verfahren zur Steuerung von Hybridfahrzeugen beschrieben, die von einer bestimmten Fahrtroute ausgehen, wobei in US 5,487,002 A auch Alternativrouten vorgeschlagen werden.

Es besteht jedoch das Problem, dass eine langfristige Planung nur durchgeführt werden kann, wenn das Ziel und der Weg dorthin eingestellt werden. Darüberhinaus werden, selbst wenn das Ziel und der Weg dorthin angegeben werden und ein Fahrtplan erstellt wird, sowohl die Treibstoffeffizienz als auch der Fahrkomfort extrem verschlechtert, wenn das Fahrzeug als Ergebnis eines Fahrfehlers oder einer Meinungsänderung des Fahrers vom geplanten Weg abweicht.

Aus US 5,539,399 A ist es bekannt, die Reichweite eines batteriebetriebenen Fahrzeugs von seiner momentanen Position aus aufgrund von Landkartendaten und Batterie-Ladezustand anzuzeigen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine optimale Steuerung eines Hybidfahrzeugs und eine Verbesserung der Treibstoffeffizienz auch dann zu erreichen, wenn die Fahrtroute nicht festliegt.

Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe ist in Anspruch 1 angegeben.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der Zeichnungen näher erläutert. Darin zeigen
1 den Aufbau eines Hybridfahrzeugs;
2 den Aufbau einer Fahrzeugsteuerung;
3 ein Blockdiagramm des Ablaufs gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
4 ein Flussdiagramm des Ablaufs gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
5 ein Diagramm einer Höhenverteilung;
6 ein Diagramm, das die Batterieleistung in dem Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt;
7 ein Diagramm, das die Lade/Entlade-Effizienzcharakteristiken der Batterie in dem Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt;
8 ein Diagramm, das die Bestimmung der Sollantriebsleistung in einem Ausführungsbeispiel der Erfindung betrifft;
9 ein weiteres Diagramm, das die Bestimmung der Sollantriebsleistung in einem Ausführungsbeispiel der Erfindung betrifft;
10A eine Straßenumgebung, in der das Fahrzeug fährt;
10B die Änderungen im Ladezustand der Fahrzeugbatterie bei einer Steuerung ohne Prognose;
10C Änderungen im Ladezustand der Fahrzeugbatterie, bei denen das Fahrzeug erfindungsgemäß gesteuert ist; und
11 ein Blockdiagramm des Verfahrens gemäß einem dritten bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Ein Fahrzeugsteuerverfahren nach einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird folgend in bezug auf die Zeichnungen beschrieben.
Zuerst wird in bezug auf 1 der Aufbau eines Fahrzeugsteuersystems beschrieben, auf das ein Fahrzeugsteuerverfahren gemäß dieser Ausführung angewendet wird.
Das dieser Ausführung entsprechende Fahrzeugsystem ist als Kraftquelle mit einem Verbrennungsmotor 101 mit innerer Verbrennung und einem Rotationsmaschinensystem, das aus einem Generator 103 und einem Motor 105 besteht, ausgerüstet. Diese Teile sind mit einem Kraftübertragungsstrang 100 verbunden, der aus einem Getriebe und einer Kupplung besteht, und treiben Antriebsräder 109 entweder direkt oder indirekt an. Der Überschuss der elektrischen Energie, die vom Generator 103 erzeugt und vom Motor 105 verbraucht wird, wird in die Batterie 107 gespeichert und abgegeben, wenn Leistungsversorgung notwendig ist. Ein System, das die kinetische Energie oder die Motorleistung eines Fahrzeugs umwandelt, speichert und liefert, wird regeneratives System genannt.
In dieser Ausführung bilden der Generator 103, der Motor 105 und die Batterie 107 das regenerative System. Der Verbrennungsmotor 101 wird durch eine Verbrennungsmotorsteuerung 117 gesteuert und überwacht. Der Generator 103 wird durch eine Generatorsteuerung 119 gesteuert und überwacht. Der Motor 105 wird durch eine Motorsteuerung 123 gesteuert und überwacht. Die Batterie 107 wird durch eine Batteriesteuerung 121 gesteuert und überwacht. Diese Steuerungen werden gemeinsam von der Fahrzeugsteuerung 115 gesteuert. Ein internes Netzwerk 125 verbindet die Steuerungen untereinander.
Das Fahrzeugsystem, das mit einem Positionsermittler 131 versehen ist, der aus einer GPS-(global positioning system)-Antenne und anderen Teilen besteht, liefert Informationen über die laufende Fahrzeugposition an die Fahrzeugsteuerung 115. Eine Kartendatenbasis 133 liefert auf Anfrage der Fahrzeugsteuerung 115 Daten über die laufende Fahrzeugposition und die Breite, den Verlauf und die Höhe der nächsten und anderen notwendigen lokalen Straßen. Ein Verkehrsinformationsempfänger 135, der aus einem Verkehrsfunkempfänger, einer Radioantenne und ähnlichem besteht, empfängt öffentliche Informationen über den Straßenverkehr und liefert sie an die Fahrzeugsteuerung 115.
Ein Gaspedal 127 ist mit einem Positionsaufnehmer (nicht gezeigt) versehen, der Informationen über den Gaspedal-Tretwinkel an die Fahrzeugsteuerung liefert. Ein Bremspedal 129 ist mit einem Positionsaufnehmer (nicht gezeigt) versehen, der Informationen über den Bremspedal-Tretwinkel an die Fahrzeugsteuerung liefert. Eine Bremse 111, die entweder mechanisch oder elektrisch an das Bremspedal 129 gekoppelt ist, bringt die dem Tretwinkel des Bremspedals entsprechende Bremskraft auf die Antriebsräder auf. Diese Bremse wandelt die kinetische Energie der Antriebsräder entweder mit Brems backen oder Bremstrommeln in Wärme um, die in die Atmosphäre abgegeben wird.
Nachfolgend wird die Fahrzeugsteuerung 115 detaillierter in bezug auf 2 beschrieben. Die Fahrzeugsteuerung besteht aus einer CPU 201, einem ROM 203, einem RAM 205, einem Sensor-IO und einem Netzwerk-IO, die über einen Bus 210 untereinander verbunden sind. Die CPU 201 steuert das Fahrzeug entsprechend einem Steuerprogramm, das im ROM 203 gespeichert ist. Notwendige Variablen zum Berechnen durch die CPU 201 werden im RAM 205 als Daten gespeichert. Datenübertragung und -empfang von und zum Positionsermittler 131, von und zur Kartendatenbasis 133 und von und zum Verkehrsinformationsempfänger 135 und der Empfang der Signale über den Gaspedaltretwinkel und den Bremspedaltretwinkel werden über den Sensor-IO 207 ausgeführt, und die Ergebnisse werden in der CPU 201 oder dem RAM 205 für einen erforderlichen Zeitraum gespeichert. Datenübertragung und -empfang von und zum internen Netzwerk 125 erfolgen über den Netzwerk-IO 209, und die Ergebnisse werden in der CPU 201 oder dem RAM 205 für einen notwendigen Zeitraum gespeichert.
Die Verbrennungsmotorsteuerung 117, die Generatorsteuerung 119, die Batteriesteuerung 121 und die Motorsteuerung 123 haben einen ähnlichen Aufbau wie die in 2 gezeigte Fahrzeugsteuerung 115.
Als nächstes zeigt 3 ein Blockdiagramm des Fahrzeugsteuerverfahrens nach diesem Ausführungsbeispiel. Das Verfahren, das in diesem Blockdiagramm gezeigt wird, wird durch die Fahrzeugsteuerung 115 ausgeführt. Hinzugefügt sei, dass diese Ausführung die Zielrouten-Einstelleinheit 1101 nicht verwendet.
Eine Ankunftsbereich-Prognoseeinheit 301 errechnet auf der Grundlage der gegenwärtigen Position, die durch den Positionsermittler 131 erfasst wurde, geographischen Daten aus der Kartendatenbasis 133 und Verkehrsstauinformationen vom Verkehrsinformationsempfänger 135 einen von der gegenwärtigen Position aus erreichbaren Bereich S(t) für jeden Zeitpunkt t vom gegenwärtigen Zeitpunkt bis zu einem vorbestimmten Zeit punkt, z.B. in fünf-Minuten-Intervallen bis 30 Minuten später. Die Berechnung von S(t) wird ausgeführt, indem die erforderliche Zeit zum Überwinden einer Distanz zwischen angrenzenden Verbindungspunkten ermittelt wird, die in der Kartendatenbasis gespeichert sind. Dabei wird angenommen, dass die Entfernung zwischen jedem Paar angrenzender Verbindungspunkte mit der maximalen Geschwindigkeit zurückgelegt wird, die die angenommene Verkehrsdichte erlauben würde und ein erreichbarer Verbindungspunkt durch umfangreiche Suche aller Straßenverbindungen zwischen jedem Paar aneinandergrenzender Verbindungspunkte identifiziert wird. Die Verbindungspunkte sind all die Kreuzungen, Verzweigungspunkte und Punkte, die in vorgeschriebenen Abständen auf Straßen zwischen Kreuzungen angeordnet sind.
Eine Ankunftswahrscheinlichkeits-Berechnungseinheit 303 berechnet die Ankunftswahrscheinlichkeit des Fahrzeugs für einen Zeitpunkt t für jeden Verbindungspunkt, der in S(t) enthalten ist. In der Wahrscheinlichkeitsberechnung wird die Wahrscheinlichkeit der Wegentscheidung für jeden Verzweigungspunkt auf folgende Weise ermittelt. Die Wahrscheinlichkeiten werden so ermittelt, dass eine Straße um so eher gewählt wird, je breiter sie in der Kartendatenbasis 133 angegeben ist, und dass je intensiver die Verkehrsdichte entsprechend dem Verkehrsinformationsempfänger 135 ist, es um so unwahrscheinlicher ist, dass die Straße ausgewählt wird. Es wird angenommen, dass das Fahrzeug um so schneller fährt, je breiter die Straße ist, und dass es um so langsamer fährt, je dichter der Verkehrsstau ist, und die Verteilung der Zeitspannen, die benötigt werden, um die Entfernung zwischen jedem Paar von angrenzenden Verbindungspunkten zu überwinden, werden auf dieser Basis berechnet. Die Wahrscheinlichkeit Pos(s; t) der Fahrzeuganwesenheit an jedem Verbindungspunkt s, der in S(t) nach einem Zeitpunkt t enthalten ist, wird aus der so definierten Wahrscheinlichkeit der Wegentscheidung an jedem Verzweigungspunkt und der Verteilung der Fahrtzeitlängen zwischen Verbindungspunkten berechnet. Wenn sich das Fahrzeug nicht genau an einem der gegebenen Verbindungspunkte befindet, wird angenommen, dass es sich am nächstliegenden Verbindungspunkt befindet.
Eine Höhenverteilungs-Berechnungseinheit 305 berechnet die Verteilung der Höhen, an denen sich das Fahrzeug aufhalten wird, aus dem erreichbaren Bereich S(t), der Ankunftswahrscheinlichkeit Pos(s; t) zu jedem Zeitpunkt t und Höhendaten aus der Kartendatenbasis. Es wird also die folgende Verteilung ermittelt. Die Höhe eines Verbindungspunkteintrags aus der Kartenbasis ist durch H(s) repräsentiert. Die relative Höhe des niedrigsten Straßenniveaus (z.B. 200 m) von ihrem Höchstniveau (z.B. 4000 m) wird in Abschnitte HH(i) vorgeschriebener Länge (z.B. 1 m) eingeteilt. Für jedes von S(t) eingeschlossene s wird für jeden Abschnitt HH(i) die Größe hh(t; i) ermittelt, die durch die folgende Gleichung bestimmt ist. S(t; i) repräsentiert dabei alle Bereiche, deren H(s) zum Abschnitt HH(i) gehören:
Auf diese Weise wird die Wahrscheinlichkeit der Fahrzeuganwesenheit zu einem Zeitpunkt t für jeden höhenbasierten Abschnitt ermittelt. 5 ist ein Diagramm, in dem der höhenbasierte Abschnitt an der horizontalen Achse und die Anwesenheitswahrscheinlichkeit an der vertikalen Achse eingezeichnet sind. Während hier eine endliche Anzahl von Verbindungspunkten verwendet wird, kann die Verteilung von Höhen auch als kontinuierliche Folge berechnet werden, indem man S(t) kontinuierlich annimmt und die Länge des höhenbasierten Abschnitts infinitesimal klein werden lässt.
Eine Einstelleinheit 307 für einen repräsentativen Höhenwert berechnet den repräsentativen Wert ho(t) der Höhe zu jedem Zeitpunkt aus den Höhenwahrscheinlichkeit h(t) zu jedem Zeitpunkt. Die durchschnittliche Höhe, die durch die folgende Gleichung gegeben ist, wird als repräsentativer Wert verwendet:
in der H'(i) die durchschnittliche Höhe im Abschnitt HH(i) ist.
Eine andere Art, den Durchschnitt zu ermitteln, besteht darin, den repräsentativen Wert zu einem Zeitpunkt t unter Berücksichtigung der Unebenheit der Form der Wahrscheinlichkeitsverteilung h(t) zu berechnen. Zum Beispiel kann eine befriedigende Steuerung in einer bestimmten Straßensituation erreicht werden, wo h(t) mit zunehmendem t wächst, wie auf einer Bergstraße, indem ein repräsentativer Wert, der größer als der dem Zunahmegrad entsprechenden Durchschnitt ist, verwendet wird.
Eine Ladezustandsgrenzbereichs-Einstelleinheit 309 stellt die Grenzbedingungen ein, die den Ladezustand betreffen, um in der folgenden Ladeplaneinheit 311 die Ladung zu planen. Zur Beschreibung des durch diesen Block 309 durchgeführten Verfahrens, werden die Charakteristiken der Fahrzeugbatterie 107, die in diesem Beispiel verwendet wird, beschrieben. 6 ist ein Diagramm, das die Batterieleistung in diesem Ausführungsbeispiel im Verhältnis zum Ladezustand (im folgenden LZ) verdeutlicht. Beträgt der LZ 100%, so ist maximale Leistungsabgabe zu erreichen. Liegt der LZ unter 60%, so fällt die Leistungsabgabe rapide ab. Als Ergebnis wird die Antriebskraft des Motors schwächer, und der Fahrkomfort verschlechtert sich extrem.
7 zeigt die Lade/Entladeeffizienz-Charakteristiken der Batterie. Die Lade/Entladeeffizienz meint das Verhältnis eines erreichten Entladeniveaus zu einem gegebenen Ladungsniveau. Während in einem LZ-Bereich von 95% oder darunter eine nahezu 100-prozentige Lade/Entladeeffizienz erreicht wird, fällt die Effizienz jenseits einem LZ von 95% extrem ab. Bei einem LZ von 100% wäre jedes weitere Aufladen ein Überladen, und Aufladen ist praktisch unmöglich, so dass die regenerative Bremse außer Kraft gesetzt und der Fahrkomfort des Fahrzeugs beeinträchtigt ist. Das durch diesen Block 309 ausgeführte Verfahren stellt die Grenzen des LZ-Sollbereichs auf der Grundlage der Höhenverteilung h(t) ein, um an einem vorgeschriebenen Grenzniveau a zu einer Zeit t eine Verschlechterung des Fahrkomforts zu verhindern.
Zuerst wird die untere Grenze des Soll-LZ berechnet. Aus der Höhe ergibt sich die potenzielle Energie EH(h) [J (Joule)] des Fahrzeugs, die durch die folgende Gleichung dargestellt wird: Eh(h) = Mgh (3) Pr(60 ≤ LZ(t) + kΔh ≤ 100) > a (4)in der M das Gewicht des Fahrzeugs ist und g die Erdbeschleunigung. Die potenzielle Energie wird durch das regenerative System als elektrische Energie zurückgewonnen, wenn sich die Höhenposition ändert. Der Variationsbereich des LZ pro Meter Höhendifferenz ist dann ein fester Wert k [%/m], wenn man annimmt, dass die Motoreffizienz festliegt. Daher wird mit einem repräsentativen Höhenwert ho(t) zu einem vorbestimmten Zeitpunkt und einem realisierten Höhenwert hr(t) zu einem tatsächlichen Zeitpunkt t, der durch Δh(t) repräsentiert wird, der LZ um k × Δh abnehmen oder zunehmen. Der Wert von Δ h(t) zu einem zukünftigen Zeitpunkt hängt von der Wahrscheinlichkeit am gegenwärtigen Zeitpunkt ab, und die Verteilung Δh(t) wird nur von h(t) bestimmt. Dadurch kann, durch Lösen der Gleichung (4) unter Verwendung von h(t), der Bereich [e1(t), e2(t)] von LZ(t) ermittelt werden, indem der LZ-Wert zwischen 65% und 100% gehalten wird, sogar wenn die Wahrscheinlichkeit für k × Δh relativ zu einem vorgeschriebenen, signifikanten Niveau a (z.B. 0,99) variiert. Dieser Grenzbereich [e1(t), e2(t)] bezüglich der Einstellung des LZ-Sollwertes zu diesem Zeitpunkt t ist die Ausgabe vom Block 309.
Übrigens besteht hier eine Charakteristik, bei der je größer die Streuung von Δh, d. h. je größer die Streuung von h(t) ist, der Bereich von [e1(t), e2(t)] um so enger ist. Anders als bei diesem Ausführungsbeispiel ist es auch annehmbar, nur diese Charakteristik allein zu berücksichtigen und einen engeren LZ-Grenzbereich bei der Ladeplanung, entsprechend der Streuung vom h(t), einzustellen. Auf diese Weise benötigt die Berechnung weniger Schritte, allerdings ist die Genauigkeit schlechter.
Als nächstes führt die Ladeplaneinheit 311 die Ladeplanung auf der Basis des repräsentativen Höhenwertes ho(t), die für jeden Zeitpunkt t vom Block 307 ermittelt wurde, dem repräsentativen Höhenwert ho(t) und dem LZ-Grenzbereich [e1(t), e2(t)] durch und liefert eine Lade/Entladeaufforderung an eine Antriebskraftverteilungseinheit 315, die entweder Krafterzeugung oder Fahren (Entladen) entsprechend dem Ergebnis der Ladeplanung und dem laufenden LZ-Wert bevorzugt. In der Ladeplanung entsprechend diesem Ausführungsbeispiel wird die Höhenposition ho(t) des Fahrzeugs zu jedem Zeitpunkt t (in fünfminütigen Intervallen von laufendem Zeitpunkt bis 30 Minuten später) angenommen, und der Sollwert für den Batterie-Ladezustand (LZ) zur Minimierung des Treibstoffverbrauchs unter dieser Bedingung wird für jeden Zeitpunkt berechnet. Jedoch soll der Sollwert zu jedem Zeitpunkt die Bedingungen des Grenzbereichs [e1(t), e2(t)] erfüllen. Wenn der tatsächliche LZ größer als der berechnete LZ sein sollte, wird durch die Lade/Entladeaufforderung das Fahren bevorzugt (entladen). Wenn der tatsächliche LZ kleiner ist, wird der Generatorbetrieb bevorzugt.
Eine Sollantriebsleistungs-Einstelleinheit 313 bestimmt auf der Basis des Gaspedaltretwinkels APS, des Bremspedaltretwinkels BRS und der Fahrzeuggeschwindigkeit V den Sollwert der Antriebskraft, die an die Antriebsachse zu liefern ist. Zuerst wird entsprechend der in 8 gezeigten Karte der Standardwert der Sollantriebsleistung aus dem APS und der Fahrzeuggeschwindigkeit V bestimmt. Dann wird das Ergebnis der Subtraktion der Bremswirkung entsprechend dem Bremspedaltretwinkel in dem in 9 gezeigten Verhältnis von diesem Standardwert als Sollantriebsleistung tTd geliefert.
Die Antriebskraftverteilungseinheit 315 berechnet die Verbrennungsmotorleistung, die Motorleistung und die Generatorleistung auf der Basis der Lade/Entladeaufforderung vom Block 311 und der Sollantriebsleistung vom Block 313 und liefert die entsprechenden Sollwerte an Verbrennungsmotor, Motor und Generator. Hier ist die Achsantriebsleistung die Summe der Bilanz aus der Subtraktion der Leistungsabgabe, die zur Energieerzeugung benötigt wird, von der Verbrennungsmotorleistung und der Motorleistung. Es wird erreicht, dass diese Achsantriebsleistung identisch mit tTd ist, die vom Block 313 ermittelt wurde. Das individuelle Antriebsverhältnis von Verbrennungsmotor, Motor und Generator wird in bezug auf vorher erstellte Tabellen bestimmt. Zwei Arten solcher Tabellen werden vorbereitet, eine, die durch Erhöhung des Verhältnisses der erzeugten Kraft die Krafterzeugung bevorzugt, und eine, die durch Erhöhung des Verhältnisses der Motorantriebskraft den Antrieb bevorzugt, und jede wird entsprechend der Lade/Entladeaufforderung vom Block 311 gezielt gelesen.
Damit ist die Erklärung des Blockdiagramms, das das Fahrzeug Steuerverfahren entsprechend dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung nach 3 zeigt, abgeschlossen.
4 zeigt den Verfahrensablauf des in 3 gezeigten Steuerverfahrens gemäß dem erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel.
In Schritt 401 prognostiziert die Ankunftsbereichs-Prognoseeinheit 301 den Ankunftsbereich S(t) des Fahrzeuges.
In Schritt 403 berechnet die Ankunftswahrscheinlichkeits-Berechnungseinheit 303 die Ankunftswahrscheinlichkeit für jeden Punkt innerhalb des Ankunftswahrscheinlichkeitsbereichs S(t) des Fahrzeuges.
In Schritt 405 berechnet die Höhenverteilungs-Berechnungseinheit 305 die Höhenverteilung h(t).
In Schritt 407 berechnet die Einstelleinheit 307 für den repräsentativen Höhenwert den repräsentativen Höhenwert ho(t) zu jedem Zeitpunkt.
In Schritt 411 plant die Ladeplaneinheit 311 den LZ.
In Schritt 413 bestimmt die Sollantriebsleistungs-Einstelleinheit 313 die Sollleistungabgabe.
In Schritt 415 bestimmt und liefert die Antriebskraft-Verteileinheit 315 die Antriebssollwerte von Verbrennungs motor, Motor und Generator. Damit ist die Erklärung von 4 abgeschlossen.
Auch wenn das vorhergehende Ausführungsbeispiel ein Fahrzeug ist, das mit einem regenerativen System ausgerüstet ist, das aus einer Batterie und einem Motor besteht, so ist die vorliegende Erfindung nicht auf dieses Ausführungsbeispiel beschränkt. Ein Fahrzeug, das mit einem regenerativen System ausgestattet ist, das elastische Elemente, komprimierte Luft, ein Schwungrad, eine Hydraulikpumpe oder ähnliches verwendet, hat auch seine eigenen Leistungscharakteristiken und Effizienzcharakteristiken, wie die in den 6 und 7 gezeigten Leistungs- und Effizienzcharakteristiken der Batterie. In einem regenerativen System, das beispielsweise ein Schwungrad verwendet, wird die kinetische Energie des Fahrzeugs in die Rotationsenergie des Schwungrades umgewandelt und gespeichert. Dann, wenn die Drehzahl unter ein bestimmtes Niveau fällt, wird es schwierig, Energie abzugeben. Oder wenn die Drehzahl über eine bestimmte Obergrenze ansteigt, werden Reibungsverluste zu hoch, um das Speichern von Energie zuzulassen. Entsprechend der Charakteristik jedes regenerativen Systems wird der Grenzbereich der wiedergewonnenen Energiemenge sowie der Grenzbereich eingestellt, der vom in 3 gezeigten Block 309 eingestellt wird.
Die Vorteile der Erfindung; die sich aus diesen Ausführungsbeispielen ergeben, werden nun in bezug auf die 10A, 10B und 10C beschrieben.
10A zeigt eine Straßenumgebung, in der ein Fahrzeug fahren soll. Es wird angenommen, dass es keinen besonderen Verkehrsstau gibt und dass sich das Fahrzeug zum Zeitpunkt t = 0 an der mit • markierten Position befindet und auf der fettgedruckten Linie über o nach Δ fahren wird. 10B zeigt Schwankungen des LZ der Fahrzeugbatterie, bei denen die Steuerung ohne Prognose der zukünftigen Umgebung durchgeführt wird. Wenn das Fahrzeug von • nach o bergauf fährt und dabei elektrische Energie verbraucht, fällt der LZ, und die Motorleistung sinkt ab und verursacht dabei eine Verschlechterung des Fahrkomforts. Weiterhin übersteigt die Stromerzeugung der regenerativen Bremsen während der Bergabfahrt nach Δ den LZ von 100% und die regenerative Bremse arbeitet nicht mehr. Demgegenüber sind die Änderungen des LZ der Batterie bei einer erfindungsgemäßen Fahrzeugsteuerung in 10C gezeigt. Da der repräsentative Höhenwert der Bergstrecke zwischen • und o während der Fahrt nach • erhalten wurde, ist der für den Anstieg notwendige LZ an • erreicht. Daher tritt kein Abfall in der Motorleistung auf, bevor das Fahrzeug o erreicht. Weiterhin wird während der Fahrt von o nach Δ die Ladeplanung auf der Basis des repräsentativen Höhenwertes durchgeführt, nachdem zusätzlich eine Grenze für den Soll-LZ auf der Basis einer Höhenverteilung vorgeschrieben wurde, die sowohl eine Bergaufroute als auch eine Bergabroute bei Δ einschließt. Als Ergebnis ist hinreichender Fahrkomfort sichergestellt, sowohl wenn das Fahrzeug bergab auf der fettgedruckten Linie fährt (Änderungen im LZ entsprechen der durchgezogenen Linie in 10C), wobei die Wahrscheinlichkeit dieser Wahl hoch ist, als auch wenn eine Bergaufroute gewählt wird (Änderungen im LZ sind durch die unterbrochene Linie in 10C dargestellt).
Ein zweites bevorzugtes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird nun beschrieben.
3 ist ein diesem Ausführungsbeispiel entsprechendes Verfahrens-Blockdiagramm, das sich vom ersten Ausführungsbeispiel darin unterscheidet, dass es mit einer Zielrouteneinstelleinheit 1101 versehen ist. Der Block 1101 berechnet die optimale Route zu dem Ziel, das der Fahrer eingegeben hat. Die Ankunftswahrscheinlichkeits-Berechnungseinheit 303 in diesem Ausführungsbeispiel berechnet, anders als sein Gegenstück in dem ersten Ausführungsbeispiel, die Erreichenswahrscheinlichkeit jedes Verbindungspunktes, indem sie die über den Block 1101 eingegebene Zielrouteninformation verwendet. So ordnet sie die höchste Wahrscheinlichkeit (z.B. 90% oder mehr) für die Wahl einer Route entlang der Zielroute zu, für den Fall, dass sich die Straße verzweigt, und erhöht die Wahrscheinlichkeit für die Wahl unterschiedlicher Routen in Abhängigkeit von der Straßengestalt und dem Verkehrsaufkom men. Z.B. wird angenommen, dass bei einer Zielroute und einer alternativen Route, die sich in ihrer Breite gleichen, die Wahrscheinlichkeit, von der Zielroute abzuweichen, 1% beträgt, und dass die Wahrscheinlichkeit mit zunehmender Straßenbreite auf ein Maximum von 10% ansteigt.
Dieses Verfahren ermöglicht bei einer gegebenen Zielroute eine effizientere Ladeplanung. Zusätzlich besteht keine Gefahr, dass sich der Fahrkomfort wesentlich verschlechtert, selbst wenn irgend eine Abweichung von der Zielroute auftritt, weil der Soll-LZ vom Block 309 auf ein bestimmtes Niveau begrenzt wird.
Ein drittes bevorzugtes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird nun beschrieben.
11 ist ein diesem Ausführungsbeispiel entsprechendes Verfahrensblockdiagramm. Die hier gezeigten Blöcke, die die gleichen Bezugszeichen tragen wie in 3, funktionieren jeweils auf die gleiche Weise wie ihre Gegenstücke dort. In dem Blockdiagramm nach 11 sind die Blöcke 1205, 1207 und 1209 jeweils anstatt der Blöcke 305, 307 und 309, die in 3 gezeigt sind, vorgesehen. Eine Fahrzeuggeschwindigkeitsverteilungs-Berechnungseinheit 1205 berechnet den variablen Bereich der Fahrzeuggeschwindigkeit auf der Basis von Verkehrsstauinformationen zu jedem Punkt im erreichbaren Bereich und ermittelt die Verteilung des variablen Bereiches der Fahrzeuggeschwindigkeit zu jedem Zeitpunkt, anstatt durch die Höhenverteilung, durch Überlagerung des Geschwindigkeitsvariationsbereichs mit der Ankunftswahrscheinlichkeit. Eine "Repräsentative Fahrzeuggeschwindigkeits"-Einstelleinheit 1207 berechnet einen repräsentativen Wert des Fahrzeuggeschwindigkeits-Variationsbereiches für jeden Zeitpunkt t.
Dann stellt eine Ladezustandsbereichsgrenzen-Einstelleinheit 1209 den LZ-Grenzbereich für die Ladeplanung durch den folgenden Block 311 auf der Basis der Verteilung der Fahrzeuggeschwindigkeitsvariationsbereiche ein. Hier hat das Fahrzeug bei einer Geschwindigkeit v die kinetische Energie Ev(h) [J(Joule)], die durch die folgende Gleichung dargestellt wird. E(v) = ½Mv2 (5)
Dann wird anstelle des Höhenvariationsbereichs Δh der Variationsbereich Δv von v der Variationsfaktor der regenerativen Energie. In gleicher Weise wie Gleichung (4) für das erste Ausführungsbeispiel gelöst wurde, auch wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit entsprechend Δv variiert, kann der Sollwertbereich [e1(t), e2(t)] berechnet werden, um den LZ innerhalb eines angemessenen Bereiches auf einem signifikanten Niveau a zu halten. Dies ist die Ausgabe vom Block 1209.
Diese Ausführung ist insbesondere dort effektiv, wo das Fahrzeug bei hoher Geschwindigkeit auf einer Straße ohne wesentliche Höhendifferenzen fährt. In diesem Fall wird die regenerative Energie als Variation der kinetischen Energie bestimmt. Auf der Grundlage der Verteilung dieser kinetischen Energie kann die Ladeplanung durchgeführt werden, und befriedigender Fahrkomfort kann auf diese Weise sichergestellt werden.
Ein viertes bevorzugtes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird nun beschrieben.
Das diesem Ausführungsbeispiel entsprechende Verfahrens-Blockdiagramm ähnelt dem in 3 gezeigten Blockdiagramm mit der Ausnahme, dass die Blöcke 303 und 1101 fehlen und dass der Block 305 die Höhenverteilung aufgrund der Annahme ermittelt, dass die Ankunftswahrscheinlichkeit für jeden Punkt innerhalb des erreichbaren Bereiches gleich ist. Diese Ausführung, wenn auch schlechter hinsichtlich der Höhenverteilungsgenauigkeit, hat den Vorteil, dass das Verfahren mit einer geringeren Anzahl von Schritten auskommt. Für dieses Ausführungsbeispiel kann die Berechnung im Block 303 für das erste, zweite und dritte Ausführungsbeispiel durch eine Berechnung ersetzt werden, die Entfernungen berücksichtigt, die durch die durchschnittliche Fahrzeuggeschwindigkeit und die verstrichene Zeit von dem augenblicklichen geographischen Punkt oder Punkten in einer vorgeschriebenen Distanz als erreichbarer Bereich bestimmt werden. Das Verfahren ist zwar schlechter hinsichtlich der Genauigkeit, aber einfacher.
Ein Programm, dass das erfindungsgemäße Steuerverfahren für ein Hybridfahrzeug ausführt, kann auch in einem computerlesbaren Speichermedium gespeichert werden und zur Ausführung in einen Speicher geladen werden.
Gemäß der vorliegenden Erfindung kann dann, wenn das Fahrtziel und die Route dorthin nicht festliegen, die Fahrt des Fahrzeugs auf der Grundlage wahrscheinlichkeitsbasierter Prognosen langfristig geplant werden, und die Treibstoffeffizienz kann so verbessert werden. Darüber hinaus kann das Auftreten von Verschlechterungen des Fahrkomforts unter einem bestimmten Niveau gehalten werden. Zusätzlich kann, wenn ein Fahrtplan durch Auswahl einer Route erstellt wurde, selbst bei Abweichungen der tatsächlichen Fahrt von der geplanten Route verhindert werden, dass sich die Treibstoffeffizienz und der Fahrkomfort verschlechtern.

Claims

Verfahren zum Steuern eines Hybridfahrzeugs, das mit einem Verbrennungsmotor (101) und einem regenerativen System (103, 105, 107) zur Umwandlung von kinetischer Energie, Speicherung und Abgabe der umgewandelten Energie ausgerüstet ist, wobei unter Verwendung gespeicherter Kartendaten (133) auf der Grundlage der gegenwärtigen Position, die durch einen Positionsermittler (131) erfasst wird, ein erreichbarer Bereich von geographischen Punkten (S(t)) prognostiziert wird (401), die das Fahrzeug in einer vorgegebenen Zeitspanne erreichen kann, die Wahrscheinlichkeit (Pos(S; t)) berechnet wird (403), mit der das Fahrzeug jeden dieser Punkte zu einem Zeitpunkt (t) erreicht, aus dem erreichbaren Bereich (S(t)) und der Wahrscheinlichkeit (Pos(S; t)) eine Verteilung geographischer Höhen (hh(t)) berechnet wird (405), an denen sich das Fahrzeug aufhalten wird, und das Antriebsverhältnis von Verbrennungsmotor (101) und regenerativem System (103, 105, 107) bestimmt wird (415).
Verfahren nach Anspruch 1, wobei ein Bereich für die in dem regenerativem System (103, 105, 107) zu speichernde Energie eingestellt (409) und das Antriebsverhältnis aufgrund des Energiezustands und der Höhenverteilung (hh(t)) bestimmt wird (415).
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Prognose (401) des Bereichs von in der vorgegebenen Zeitspanne erreichbaren Punkten (S(t)) unter Berücksichtigung von Verkehrsinformationen (135) erfolgt.