DE102006033930A1

DE102006033930A1 - Verfahren zum Betreiben eines Hybridantriebs

Info

Publication number: DE102006033930A1
Application number: DE102006033930A
Authority: DE
Inventors: Johann Konrad; Jürgen PANTRING
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2006-07-21
Filing date: 2006-07-21
Publication date: 2008-01-24

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Hybridantriebs eines Fahrzeugs, wobei der Hybridantrieb mindestens einen Verbrennungsmotor und mindestens eine elektrische Maschine als Antriebsmaschinen aufweist. Es ist vorgesehen, dass folgende Schritte ausgeführt werden: - Ermittlung des Fahrprofils einer Fahrstrecke und - Betreiben von Verbrennungsmotor und/oder elektrischer Maschine beziehungsweise von Komponenten und/oder Zusatzaggregaten dieser Antriebsmaschinen in Abhängigkeit von aus der Ermittlung des Fahrprofils gewonnenen Betriebsparametern.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Hybridantriebs eines Fahrzeugs, wobei der Hybridantrieb mindestens einen Verbrennungsmotor und mindestens eine elektrische Maschine als Antriebsmaschinen aufweist.
Stand der Technik
Es ist bekannt, Fahrzeuge mit einem Hybridantrieb anzutreiben. Als Hybridantrieb wird ein Antrieb bezeichnet, der mindestens zwei unterschiedliche Antriebssysteme nutzt. Bekannt sind Hybridantriebe mit mindestens einem Verbrennungsmotor und mindestens einer elektrischen Maschine, wobei die elektrische Maschine motorisch als Elektromotor und/oder generatorisch als Generator betrieben werden kann. Der Elektromotor erhält seine elektrische Energie aus einem Energiespeicher, zum Beispiel einer oder mehrerer Batterien, oder wird mittels eines Generators von der Verbrennungsmaschine erzeugt. Außerdem besitzt das Fahrzeug die Möglichkeit, Bremsenergie in Form elektrischer Energie zurückzugewinnen (Rekuperation). Wird der Hybridantrieb in einem parallelen Betriebsmodus betrieben, bei dem der Abtrieb des Verbrennungsmotors und der Abtrieb der elektrischen Maschine gekuppelt werden können (paralleler Hybridantrieb), kann das Fahrzeug wahlweise vom Verbrennungsmotor, der elektrischen Maschine oder beiden Antriebsmaschinen angetrieben werden. Eine Betriebsstrategie zum Betreiben des Hybridantriebs sorgt dafür, dass die beiden Antriebsmaschinen im jeweiligen Optimum bezüglich eines niedrigen Energieverbrauchs und/oder einer niedrigen Schadstoffemission betrieben werden. Zur Einhaltung eines Emissionsgrenzwertes kann es zum Beispiel notwendig werden, den Verbrennungsmotor, abhängig von einer Temperaturschwelle, einzuschalten, um einen dem Verbrennungsmotor zugeordneten Katalysator auf einer zur Konvertierung notwendigen Betriebstemperatur zu halten, obwohl die Betriebsstrategie einen Betrieb des Hybridantriebs alleine mit der elektrischen Maschine vorsieht. Derart unkoordinierte Maßnahmen verursachen einen unnötig hohen Kraftstoffverbrauch und/oder erhöhen die Schadstoffemission des Hybridantriebs.
Offenbarung der Erfindung
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Betreiben eines Hybridantriebs sieht folgende Schritte vor:

– Ermittlung des Fahrprofils einer Fahrstrecke und
– Betreiben von Verbrennungsmotor und/oder elektrischer Maschine beziehungsweise von Komponenten und/oder Zusatzaggregaten dieser Antriebsmaschinen in Abhängigkeit von aus der Ermittlung des Fahrprofils gewonnenen Betriebsparametern.

Mit der Ermittlung des Fahrprofils wird ein kompletter Satz von aufeinander abgestimmten Betriebsparametern der Antriebsmaschinen sowie deren Komponenten und/oder Zusatzaggregaten ermittelt. Da das Fahrprofil durch im Vorfeld bekannte Informationen über die Fahrstrecke bestimmt wird, können die Betriebsparameter direkt anschließend aus dem ermittelten Fahrprofil gewonnen werden. Diese Betriebsparameter können direkt für den Betrieb des Hybridantriebs genutzt werden oder als Startpunkt einer weiteren Optimierung der Betriebsparameter – zum Beispiel bezüglich eines möglichst geringen Energieverbrauchs und/oder einer möglichst geringen Schadstoffemission – dienen. Der zeitliche Abstand zwischen der Ermittlung des Fahrprofils und der Nutzung der daraus resultierenden Betriebsparameter kann dabei sehr unterschiedlich sein. Das Fahrprofil kann auf einem statischen Datensatz beruhen, der in einem Zeitrahmen von Monaten oder Jahren komplett aktualisiert wird. Diese Datensätze können jedoch bei einem „lernfähigen" Verfahren auch beim letztmaligen Abfahren jeder einzelnen Fahrstrecke aktualisiert werden.
Insbesondere ist vorgesehen, dass sich das Fahrprofil aus mindestens einer der Kenngrößen Streckenlänge, Höhenprofil, Position von Kreuzungen und/oder Ampelanlagen, Straßenklasse oder Höhenprofil der Strecke ergibt. Diese Kenngrößen enthalten Informationen, die im Vorfeld eines Abfahrens der Fahrstrecke bekannt sind. Unter der Kenngröße Straßenklassen ist eine Klassifizierung der Straßen (Autobahn, Autostraße, Landstraße, innerstädtischer Verkehr) und damit verbundene Geschwindigkeitsbeschränkungen zu verstehen.
Weiterhin ist vorgesehen, dass die Ermittlung des Fahrprofils durch manuelle Dateneingabe mindestens einer Kenngröße und/oder Messwerterfassung bei einem Abfahren der Fahrstrecke zur Ermittlung mindestens einer Kenngröße und/oder Abruf mindestens einer gespeicherten Kenngröße erfolgt. Die Kenngrößen zur Ermittlung des Fahrprofils können zum Beispiel vollständig manuell eingegeben werden. Alternativ können die Kenngrößen – zum Beispiel durch Angabe von Start- und Zielparametern – aus einem abgespeicherten Kennfeld von Kenngrößen abgerufen werden. Durch eine Messwerterfassung bei einem Abfahren der Fahrstrecke können weitere, ergänzende Kenngrößen erfasst werden oder durch Datenabgleich gespeicherte Kenngrößen korrigiert werden.
Nach einer Weiterbildung ist vorgesehen, dass die Ermittlung des Fahrprofils – zumindest teilweise – unter Verwendung eines Navigationssystems erfolgt. Bei einem Navigationssystem wird die Fahrstrecke durch manuelle Dateneingabe aus einem abgespeicherten Datensatz ausgewählt, wobei sich die Kenngrößen aus im Vorfeld bekannten Informationen ergeben. Diese Informationen werden durch eine Messwertaufnahme – zum Beispiel mit GPS (Global Positioning System) – beim Abfahren der Fahrstrecke verifiziert und ermöglichen eine Korrektur der gespeicherten Informationen bei einer Abweichung der tatsächlichen Fahrstrecke von einer gespeicherten Soll-Fahrstrecke. Bei sich wiederholenden Fahrstrecken – zum Beispiel zum Arbeitsplatz – können zusätzliche Kenngrößen, wie zum Beispiel eine Wartezeit im allmorgendlichen Stau, in die Ermittlung des Fahrprofils eingehen.
Mit Vorteil ist vorgesehen, dass die gespeicherte Kenngröße nach Abgleich mit dem ermittelten Fahrprofil dynamisch geändert wird. Dabei können Änderungen des Fahrprofils, wie zum Beispiel zusätzlich Stopps durch Baustellen, beim Abfahren der Fahrstrecke ermittelt und gespeichert werden und stehen somit zur Bestimmung der Betriebsparameter für ein zukünftiges Befahren dieser Fahrstrecke zur Verfügung.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass mindestens eine der Komponenten und/oder Zusatzaggregate ein Katalysator des Verbrennungsmotor und/oder ein elektrischer Speicher der elektrischen Maschine ist/sind. Zur Einhaltung zum Beispiel von Emissionsvorschriften kann es notwendig werden, den Verbrennungsmotor abhängig von einer Temperaturschwelle einzuschalten, sodass der Katalysator auf einer zur Konvertierung notwendigen Betriebstemperatur gehalten wird, obwohl die elektrische Maschine allein das zur Fahrt notwendige Moment bereitstellen könnte. Aus dem Fahrprofil wird eine Vorlaufzeit des Verbrennungsmotors als Betriebsparameter bestimmt, aus der sich die Aufheizzeit des Katalysators ergibt. Des weiteren lässt sich aus dem Fahrprofil eine Ladestrategie für den elektrischen Speicher (zum Beispiel eine Batterie) im vorhinein ermitteln. Dabei ergeben sich die Betriebsparameter direkt aus den Kenngrößen der Fahrstrecke. Das Aufladen des elektrischen Speichers kann dabei zum Beispiel im laufenden Betrieb durch den Verbrennungsmotor oder durch Rekuperation erfolgen.
Weiterhin ist vorgesehen, dass aus dem Fahrprofil eine Betriebsstrategie mit mindestens einem möglichen Betriebsmodus und/oder mindestens einer Kombination möglicher Betriebsmodi und deren zeitliche Abfolge vorgegeben werden. Die Betriebsstrategie verfolgt dabei ein vorgegebenes Ziel, wie zum Beispiel das Unterschreiten eines Emissionsgrenzwertes.
Insbesondere ist vorgesehen, dass mindestens einer der Betriebsmodi ein verbrennungsmotorischer Betrieb, ein elektromotorischer Betrieb, ein elektrogeneratorischer Betrieb oder ein Start/Stopp-Betrieb des Hybridantriebs ist. Der verbrennungsmotorische Betrieb und der elektromotorische Betrieb sind durch einen Antrieb unter Verwendung des Verbrennungsmotors beziehungsweise der elektrischen Maschine als Elektromotor gekennzeichnet. Bei dem elektrogeneratorischen Betrieb wird der elektrische Speicher über einen Generator oder die als Generator wirkende elektrische Maschine aufgeladen. Das Drehmoment für den elektrogeneratorischen Betrieb liefert dabei zum Beispiel der Verbrennungsmotor oder ein Verzögerungsdrehmoment beim Abbremsen des Fahrzeugs. Ist das Fahrprofil durch aufeinanderfolgendes Anfahren und Abbremsen gekennzeichnet, so wird vorzugsweise der Start/Stopp-Betrieb gewählt, bei dem der Verbrennungsmotor in einer Stopp-Phase ausgeschaltet und beim Anfahren wieder gestartet wird.
Schließlich ist vorgesehen, dass die Betriebsstrategie hinsichtlich mindestens eines der Kriterien Kraftstoffverbrauch, Schadstoffemission, Ladezustand und/oder Lebensdauer des elektrischen Speichers ausgewählt wird und der Hybridantrieb mit derartigen Betriebsparametern betrieben wird, dass ein vorgegebener Wert des Kraftstoffverbrauchs, der Schadstoffemission, des Ladezustands und/oder Lebensdauer des elektrischen Speichers erzielt wird.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die Erfindung wird anhand der Figuren näher erläutert, und zwar zeigt:
1 ein Blockdiagramm zum Aufbau einer Steuereinrichtung für einen Hybridantrieb und
2 einen Ablaufplan für einen Ablauf eines Verfahrens zum Betreiben eines Hybridantriebs.
Ausführungsform(en) der Erfindung
In 1 ist ein Blockdiagramm eines Aufbaus einer Steuereinrichtung zum Betreiben eines Hybridantriebs und in 2 ein Ablaufplan für einen entsprechenden Verfahrensablauf zum Betreiben des Hybridantriebs gezeigt. Der Hybridantrieb 1 besteht aus zwei Antriebsmaschinen 2, 3 mit jeweils einer Komponente 4, 5. Die erste Antriebsmaschine 2 ist als Verbrennungsmotor 6 ausgebildet, die zweite Antriebsmaschine 3 ist als elektrische Maschine 7 ausgebildet. Dem Verbrennungsmotor 6 ist ein Zusatzaggregat 8 zugeordnet, wobei das Zusatzaggregat 8 als ein Katalysator 9 zur „Reinigung" von Abgasen des Verbrennungsmotors ausgebildet ist. Der elektrischen Maschine 7 ist ein Zusatzaggregat 10 zugeordnet, das als elektrischer Speicher 11 ausgebildet ist. Die beiden Antriebsmaschinen 2, 3 sind jeweils über nicht dargestellte, steuerbare Kupplungen mit einer nicht dargestellten Antriebseinheit verbunden. Zur koordinierten Steuerung der Antriebsmaschinen 2, 3 gibt ein Steuergerät 12 Betriebsparameter B an den Verbrennungsmotor 6 und/oder die elektrische Maschine 7 beziehungsweise die Komponenten 4, 5 und/oder Zusatzaggregate 8, 10 aus. Alternativ kann die Funktion des Steuergeräts 12 auch auf zwei separate Steuergeräte verteilt sein, wobei diese Steuergeräte als ein dem Verbrennungsmotor 6 zugeordneten Verbrennungsmotorsteuergerät und ein der elektrischen Maschine 7 zugeordnetes Elektromaschinensteuergerät ausgebildet sind. Das Steuergerät 12 erhält zur Bestimmung der Betriebsparameter B mehrere Kenngrößen K von einem Navigationssystem 13. Diese Kenngrößen sind zum Beispiel Streckenlängen, Straßenklassen und/oder die Position von Kreuzungen. Alternativ erhält das Steuergerät 12 auch Kenngrößen von einer weiteren Einrichtung 14, wobei sich die weiteren Kenngrößen K aus manueller Dateneingabe, Messwerterfassung und/oder Abruf aus einem Speicher ergeben.
Bei dem in 2 gezeigten Verfahrensablauf wird von einem Startpunkt 15 zur Kenngrößenaufnahme durch das Steuergerät 12 gestartet. Die Kenngrößen K werden der Steuerung vom Navigationssystem 13 und wahlweise weiterer Einrichtungen 14 bereitgestellt. Der Startpunkt 15 verweist auf den Programmpunkt 16, bei dem die Steuerung aus den Kenngrößen der Fahrstrecke ein Fahrprofil erstellt. Der Programmpunkt 16 verweist auf einen anschließenden Programmpunkt 17, bei dem eine „lernfähige" Steuerung im vorhinein bekannte, abgespeicherte Kenngrößen anhand von gemessenen Kenngrößen überprüft und gegebenenfalls korrigiert. Eine derartige Korrektur kann zum Beispiel anschließend an ein Abfahren der Fahrstrecke erfolgen. Der Programmpunkt 17 verweist auf einen Programmpunkt 18, bei dem die Steuerung aus dem erstellten Fahrprofil eine Betriebsstrategie bestimmt, wobei die Betriebsstrategie mindestens einen möglichen Betriebsmodus und/oder mindestens eine Kombination möglicher Betriebsmodi und deren zeitliche Abfolge vorgibt. In die Bestimmung der Betriebsstrategie können auch aktuelle Betriebskenngrößen der Antriebsmaschinen (zum Beispiel die Temperatur des Katalysators oder der Ladezustand des elektrischen Speichers) beziehungsweise ihrer Komponenten und/oder Aggregate eingehen. Die Betriebsstrategie ist dabei hinsichtlich mindestens eines der Kriterien Kraftstoffverbrauch, Schadstoffemission, Ladezustand und/oder Lebensdauer des elektrischen Speichers derart ausgewählt, dass vorgegebene Werte des Kraftstoffverbrauchs, der Schadstoffemission, des Ladezustands und/oder der Lebensdauer des elektrischen Speichers erreicht werden. Der Programmpunkt 18 verweist auf den Programmpunkt 19, bei dem die Steuerung die aus der Ermittlung des Fahrprofils gewonnene Betriebsparameter B zum Betreiben der Antriebsmaschinen beziehungsweise von Komponenten und/oder Zusatzaggregaten dieser Antriebsmaschinen an diese Komponenten ausgibt. Weitere Programmpunkte zur Modifikation der Betriebsparameter B – zum Beispiel aufgrund von kurzfristigen Änderungen von Betriebskenngrößen – können wahlweise folgen.
Ein solches Verfahren kann zum Beispiel genutzt werden, um den Katalysator 9 des Verbrennungsmotors 6 auf der zur Konvertierung notwendigen Betriebstemperatur zu halten, sodass Emissionsgrenzwerte während des Abfahrens der Fahrstrecke oder vorbestimmter Teile der Fahrstrecke stets unterschritten werden/bleiben. Mit Hilfe der Fahrprofilerstellung kann die Katalysator-Heizphase optimal ausgeführt werden, wobei das Starten und die Betriebsdauer des Verbrennungsmotors zum Warmhalten des Katalysators verbrauchs- und emissionsoptimal durchgeführt werden. Durch die Kenntnis der Kenngröße eines Höhenprofils der Fahrstrecke kann die Dauer und die Stärke des elektrogeneratorischen Betriebs (zum Beispiel Rekuperation) und der elektromotorische Betrieb so vorgewählt werden, dass für die Lebensdauer des elektrischen Speichers günstige Lade- und Entladebedingungen beziehungsweise eine günstige Anzahl der Lade- und Entladezyklen genutzt werden.
Die Kenngrößenkorrektur gespeicherter Kenngrößen kann zum Beispiel durch eine Schnittstelle der Steuerung 12 mit dem Navigationssystem 13 zur Aktualisierung des Fahrprofils (zum Beispiel eine verkehrsbedingt geänderte Fahrtroute) während der Fahrt erfolgen.

Claims

Verfahren zum Betreiben eines Hybridantriebs eines Fahrzeugs, wobei der Hybridantrieb mindestens einen Verbrennungsmotor und mindestens eine elektrische Maschine als Antriebsmaschinen aufweist, gekennzeichnet durch folgende Schritte: – Ermittlung des Fahrprofils einer Fahrstrecke und – Betreiben von Verbrennungsmotor und/oder elektrischer Maschine beziehungsweise von Komponenten und/oder Zusatzaggregaten dieser Antriebsmaschinen in Abhängigkeit von aus der Ermittlung des Fahrprofils gewonnenen Betriebsparametern.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich das Fahrprofil aus mindestens einer der Kenngrößen Streckenlänge, Höhenprofil, Position von Kreuzungen und/oder Ampelanlagen, Straßenklasse oder Höhenprofil der Strecke ergibt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ermittlung des Fahrprofils durch manuelle Dateneingabe mindestens einer Kenngröße und/oder Messwerterfassung bei einem Abfahren der Fahrstrecke zur Ermittlung mindestens einer Kenngröße und/oder Abruf mindestens einer gespeicherten Kenngröße erfolgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ermittlung des Fahrprofils – zumindest teilweise – unter Verwendung eines Navigationssystems erfolgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die gespeicherte Kenngröße nach Abgleich mit dem ermittelten Fahrprofil dynamisch geändert wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine der Komponenten und/oder Zusatzaggregate ein Katalysator des Verbrennungsmotors und/oder ein elektrischer Speicher der elektrischen Maschine ist/sind.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass aus dem Fahrprofil eine Betriebsstrategie mit mindestens einem möglichen Betriebsmodus und/oder mindestens einer Kombination möglicher Betriebsmodi und deren zeitlichen Abfolge vorgegeben werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens einer der Betriebsmodi ein verbrennungsmotorischer Betrieb, ein elektromotorischer Betrieb, ein elektrogeneratorischer Betrieb oder ein Start/Stopp-Betrieb des Hybridantriebs ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Betriebsstrategie hinsichtlich mindestens eines der Kriterien Kraftstoffverbrauch, Schadstoffemission, Ladezustand und/oder Lebensdauer des elektrischen Speichers ausgewählt wird und der Hybridantrieb mit derartigen Betriebsparametern betrieben wird, dass ein vorgegebener Wert des Kraftstoffverbrauchs, der Schadstoffemission, des Ladezustands und/oder der Lebensdauer des elektrischen Speichers erzielt wird.