DE102008040400A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Betrieb eines Hybridantriebs eines Fahrzeuges - Google Patents

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Manfred Hellmann
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Robert Bosch GmbH
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines Hybridantriebs eines Fahrzeuges, welches mit einem Verbrennungsmotor (1) und einem Elektromotor (2) angetrieben wird, wobei dem Elektromotor (2) Energie aus einem, eine Leistungsreserve (PR) aufweisenden Energiespeicher (12) zugeführt wird und während eines Hybridantriebes die Leistung des Verbrennungsmotors (1) durch die Leistung des Elektromotors (2) ergänzt wird. Bei einem Verfahren, bei welchem das Fahrzeug möglichst schnell aus einer Gefahrensituation herausgebracht werden soll, erfolgt beim Erkennen einer Gefahrensituation die Energiezufuhr aus dem Energiespeicher (12) zum Elektromotor (2) aus der Leistungsreserve (PR) des Energiespeichers (12).

Description

  • Stand der Technik
  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines Hybridantriebs eines Fahrzeuges, welches mit einem Verbrennungsmotor und einem Elektromotor angetrieben wird, wobei dem Elektromotor Energie aus einem, eine Leistungsreserve aufweisenden Energiespeicher zugeführt wird, und während eines Hybridantriebes die Leistung des Verbrennungsmotors durch die Leistung des Elektromotors ergänzt wird sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
  • Fahrzeuge mit einer hybriden Antriebsstruktur weisen einen Verbrennungsmotor und als zweites Antriebsaggregat einen Elektromotor auf. So kann das Antriebsmoment während des Fahrbetriebes des Hybridfahrzeuges von beiden Antriebsaggregaten aufgebracht werden. Wird mehr Vortriebsmoment gefordert, als der Verbrennungsmotor liefern kann, so wird zusätzlich elektrische Energie für den Elektromotor aus einem Energiespeicher zum Vortrieb zur Verfügung gestellt. (Boostbetrieb).
  • Aus der WO 2007/107463 A1 ist ein Verfahren zum Betrieb eines Hybridantriebs für ein Fahrzeug bekannt, bei welchem eine Leistungssteigerung durch ein Ergänzen der verbrennungsmotorischen Leistung durch elektromotorische Leistung erfolgt. Da die Energiemenge des dem Elektromotor zugeordneten elektrischen Energiespeichers begrenzt ist, kann die Leistungssteigerung über die verbrennungsmotorische Leistung hinaus nur temporär erfolgen. Die temporäre Leistungssteigerung erfolgt nur bis zum Erreichen einer Grenzgeschwindigkeit, wodurch mittels des verfügbaren
  • Energieinhaltes des Energiespeichers ein längerer Boostbetrieb aufrechterhalten werden kann oder der verfügbare Energieinhalt des Energiespeichers auf mehrere Boostvorgänge verteilt werden kann.
  • Zur Erhaltung der Leistungsfähigkeit des Energiespeichers wird die Leistung, welche dem Energiespeicher im Boostbetrieb entnommen wird, begrenzt, obwohl der Energiespeicher noch eine Leistungsreserve aufweist, aus welcher der Energiespeicher eine höhere Leistung liefern könnte. Allerdings führt der Entzug dieser Leistungsreserve zu einer starken Belastung des Energiespeichers und damit zur Reduzierung der Lebensdauer des Energiespeichers.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Vorteile der Erfindung
  • Das erfindungsgemäße Verfahren zum Anfahren eines Hybridfahrzeuges mit den Merkmalen des Anspruchs 1 weist den Vorteil auf, dass in bestimmten Gefahrensituationen die Leistungsreserve des Energiespeichers des Elektromotors genutzt wird, um einen Gefahrenbereich zügig verlassen zu können. Dieser Gefahrenbereich kann beispielsweise ein Überholvorgang mit plötzlich aufkommenden Gegenverkehr oder ein Kreuzungsbereich sein, der auf Grund von Querverkehr sofort verlassen werden muss.
  • Um die Leistungsreserve des Energiespeichers freizugeben, muss zunächst eine Gefahrensituation identifiziert werden. Vorteilhafterweise wird die Gefahrensituation durch eine Auswertung der Betätigung eines Fahrpedals erkannt. Dazu wird die Art und Weise der Betätigung des Fahrpedals durch den Fahrer analysiert. Besonders einfach lässt sich eine Gefahrensituation erkennen, wenn das Fahrpedal voll durchgetreten wird (Kickdown des Fahrpedals), was der Fahrer für gewöhnlich nur in einer kritischen Situation tut.
  • Die so erkannte Gefahrensituation führt zur Freigabe der Leistungsreserve des elektrischen Energiespeichers.
  • In einer anderen Ausgestaltung wird neben der Stellung des Fahrpedals auch der Gradient des Fahrpedalwinkels ausgewertet. Eine schnelle Veränderung des Gradienten lässt die Annahme zu, dass der Fahrer schnell einer gefährlichen Situation ausweichen will.
  • Die Freigabe der Leistungsreserve des Energiespeichers für den so genannten „Gefahrenboost” erfolgt nicht spontan, auch wenn eine Gefahrensituation über das Fahrpedal identifiziert wurde. Die Leistungsreserve wird in einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung in einem vorgegebenen Zeitraum ansteigend freigegeben. Der vorgegebene Zeitraum ist dabei geschwindigkeits- und/oder gangstufenabhängig. Damit wird ein Missbrauch dieser Funktionalität durch einen so genannten „Kavalierstart” unterbunden, da die Leistungsreserve erst ab dem zweiten Gang oder oberhalb einer Mindestgeschwindigkeit zügig freigegeben wird. Bei einer niedrigen Geschwindigkeit oder im ersten Gang wird die Freigabe verzögert und/oder mit einem niedrigen Gradienten freigegeben.
  • In einer Weiterbildung wird die Leistungsreserve des Energiespeichers freigegeben, solange der Lenkradeinschlag einen vorgegebenen Winkel unterschreitet. In Kurvenfahrten wird diese Boostfunktion daher unterbunden, um ein Driften des Fahrzeuges in der Kurve zu verhindern und eine mögliche Unfallgefahr zu vermeiden.
  • Darüber hinaus wird die Leistungsreserve des Energiespeichers freigegeben, wenn ein Fahrzeugdynamiksystem, insbesondere das elektronische Stabilisierungsprogramm (ESP) aktiv ist. Bei einer Deaktivierung des elektronischen Stabilisierungsprogramms wird die Freigabe der Leistungsreserve aus Sicherheitsgründen untersagt, da es bei der erfindungsgemäßen Gefahrenboost-Funktionalität evtl. zu instabilen Fahrsituationen z. B auf Eis oder Schnee kommen kann, welche nur mit dem elektronischen Stabilitätsprogramm wieder ausgeglichen werden können.
  • In einer Ausgestaltung wird die Leistungsreserve des Energiespeichers bei einem eingelegten Vorwärtsgang freigegeben. Bei einem eingelegten Rückwärtsgang wird die Gefahrenboost-Funktionalität unterbunden.
  • Nach jeder erfolgten Freigabe der Leistungsreserve wird das Motormoment des Elektromotors reduziert. Dies hat den Vorteil, dass der Energiespeicher wieder aufgeladen werden kann. Darüber hinaus wird aber auch ein Missbrauch der Gefahrenboost-Funktionalität ohne zwingend vorliegende Gefahrensituation unterbunden. Erst mit Beginn eines neuen Fahrzyklus oder nach Ablauf einer bestimmten Zeit kann die Leistungsreserve im vollen Umfang wieder angefordert werden. Die Reduktion der Leistungsreserve wird dem Fahrer angezeigt, so dass dieser jederzeit darüber informiert ist, wann ihm die Gefahrenboost-Funktionalität zur Verfügung steht.
  • Da das erfindungsgemäße Verfahren die Lebensdauer des Energiespeichers beeinflusst, wird dem Fahrer nach jeder Freigabe der Leistungsreserve angezeigt, dass eine Reduzierung der Lebensdauer des Energiespeichers erfolgt.
  • Verfügt das Fahrzeug über ein Fahrerassistenzsystem, so kann in einer Weiterbildung der Erfindung die zeitliche Verzögerung der Freigabe der Leistungsreserve des Energiespeichers aufgehoben werden, wenn das Fahrerassistenzsystem die Gefahrensituation erkennt. Fahrerassistenzsysteme, wie beispielsweise ACC-Systeme, erkennen unabhängig vom Fahrer Gefahrensituationen. So kann das Fahrerassistenzsystem ein entgegenkommendes Fahrzeug im Kurs des eigenen Fahrzeuges feststellen und darauf reagieren, noch bevor der Fahrer es kann. Zukünftig können solche Fahrerassistenzsysteme auf der Grundlage einer Kommunikation der Fahrzeuge untereinander frühzeitig Gefahren erkennen und ihnen vorbeugen.
  • In einer anderen Weiterbildung der Erfindung weist eine Vorrichtung zum Betrieb eines Hybridantriebs eines Fahrzeuges einen Verbrennungsmotor und einen Elektromotor auf, wobei dem Elektromotor Energie aus einem, eine Leistungsreserve aufweisenden Energiespeicher zugeführt wird und während eines Hybridantriebes die Leistung des Verbrennungsmotors durch die Leistung des Elektromotors ergänzt wird. Um in Gefahrensituationen das Fahrzeug schnell aus dem kritischen Bereich entfernen zu können, sind Mittel vorhanden, welche beim Erkennen einer Gefahrensituation die Energiezufuhr aus dem Energiespeicher zum Elektromotor aus der Leistungsreserve des Energiespeichers ermöglichen.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnung
  • Die Erfindung lässt zahlreiche Ausführungsformen zu. Eine davon soll anhand der in der Zeichnung dargestellten Figuren näher erläutert werden.
  • Es zeigt:
  • 1: Prinzipdarstellung eines Fahrzeuges mit Hybridantrieb
  • 2: Darstellung der Freigabe der Leistungsreserve in Abhängigkeit von der Position des Fahrpedals
  • Ausführungsformen der Erfindung
  • 1 zeigt eine Prinzipdarstellung für ein Fahrzeug mit einem Hybridantrieb. Der Hybridantrieb wird von einem Verbrennungsmotor 1 als erste Antriebseinheit und einem Elektromotor 2 als zweite Antriebseinheit gebildet.
  • Der Verbrennungsmotor 1 ist über den Antriebsstrang 3 mit dem Getriebe 4 verbunden, welches wiederum über das Differential 5 auf die Radachse 6 zum Antrieb des Rades 7 führt.
  • Der Elektromotor 2 ist über einen eigenen Antriebsstrang 8 mit dem Getriebe 4 verbunden und trägt damit zum Antrieb der Räder 7 und zum Gesamtdrehmoment des Fahrzeuges bei. Darüber hinaus verfügt der Elektromotor 2 über ein eigenes Elektromotorsteuergerät 9, welches an einen Hybrid CAN-Bus 10 angeschlossen ist, über welchen alle die Steuergeräte miteinander kommunizieren, die Einfluss auf den hybridspezifischen Fahrbetrieb des Fahrzeuges haben. Dazu gehören unter anderem das Batteriemanagementsystem 11 der Hochvoltbatterie 12 und ein Getriebesteuergerät 20. Die Hochvoltbatterie 12 ist mit dem Elektromotor 2 verbunden und versorgt diesen mit elektrischer Energie.
  • Ein Fahrzeugsteuergerät 13 kommuniziert über den Hybrid CAN Bus 10 mit dem daran angeschlossenen Elektromotorsteuergerät 9, dem Batteriemanagementsystem 11 und dem Getriebesteuergerät 20. Darüber hinaus ist es über den CAN Bus 14 u. a. mit einem ACC-Steuergerät 15, einem ESP-Steuergerät 22 und anderen nicht weiter dargestellten Steuergeräten der Fahrzeugsicherheits- und Fahrerassistenzsysteme des Fahrzeuges verbunden.
  • Über ein Gateway 16 steht der CAN Bus 14 mit einem Gateway CAN Bus 17 in Verbindung, über welchen die einzelnen Bussysteme des Fahrzeuges miteinander kommunizieren.
  • Das Motorsteuergerät 18 des Verbrennungsmotors 1 ist über den Gateway-CAN Bus 17 und den CAN Bus 14 mit dem Fahrzeugsteuergerät 13 verbunden.
  • Das Fahrzeugsteuergerät 13 ist mit einem Fahrpedalgeber 19 und einem Fahrzeuggeschwindigkeitsgeber 21 verbunden, von welchem das Fahrzeugsteuergerät 13 Informationen über die aktuellen Betriebsparameter für den Fahrzeugbetrieb erhält.
  • Bei der vorliegenden Anordnung wird das für den Abtrieb relevante Drehmoment sowohl vom Verbrennungsmotor 1 als auch vom Elektromotor 2 aufgebracht. Befindet sich das Fahrzeug in einer Gefahrensituation reicht dieses Drehmoment nicht aus, so dass es notwendig wird, die Leistungsreserve der Hochvoltbatterie 12 für den Elektromotor 2 freizugeben, was im Folgenden näher erläutert werden soll.
  • Das Fahrzeugsteuergerät 13 wertet die von dem Fahrpedalgeber 19 gelieferten Daten aus, die der Fahrer des Hybridfahrzeuges über das Fahrpedal einstellt.
  • In 2a ist der Fahrpedalwinkel θFP über der Zeit dargestellt, wie er vom Fahrpedalgeber 19 erfasst wird. Ist das Fahrpedal voll durchgetreten, hat das Fahrpedal im Punkt A seine maximale Fahrpedalstellung erreicht. Das Fahrzeugsteuergerät 13 erkennt daran, dass sich das Fahrzeug in einer besonderen Gefahrensituation befindet. Als Zusatzinformation kann zur Feststellung der Gefahrensituation der Gradient der Winkeländerung über der Zeit dθ/dt ausgewertet werden. Ist dieser Gradient sehr groß, ist auch das ein Hinweis darauf, dass sich das Fahrzeug in einer kritischen Situation befindet.
  • Solche kritischen Situationen können bei Überholvorgängen oder an Kreuzungen auftreten.
  • Hat das Fahrzeugsteuergerät 13 eine solche Gefahrensituation detektiert, wird die Leistungsreserve der Hochvoltbatterie 12 des Hybridfahrzeuges freigegeben, indem das Fahrzeugsteuergerät 13 über den Hybrid CAN Bus 10 eine Signal an das Batteriemanagementsystem 11 ausgibt.
  • In 2b ist die freigegebene Leistungsreserve PR für den Gefahrenboost über der Zeit dargestellt. Als Gefahrenboost soll im Weiteren die Bereitstellung von elektrischer Energie aus der Leistungsreserve der Hochvoltbatterie 12 verstanden werden, worauf aber nur in Gefahrensituationen zurückgegriffen wird.
  • Im Punkt B der 2b, welcher mit Punkt A der 2a korreliert, erhält das Batteriemanagementsystem 11 die Information, dass die Leistungsreserve PR freizugeben ist. Die Leistungsreserve PR wird dabei nicht vollständig, sondern allmählich über die Zeit freigegeben.
  • Wird die Gefahrensituation, die der Fahrer durch Betätigung des Fahrpedals angezeigt hat, durch das ACC-Steuergerät 15 bestätigt, welches beispielsweise erkennt, dass sich ein entgegenkommendes Fahrzeug auf der Fahrspur des Hybridfahrzeuges befindet, wird die maximale Leistungsreserve PR schnellstmöglich freigegeben (Kurve C). Hier wird die Information des ACC-Steuergerätes 15 an das Fahrzeugsteuergerät 13 weitergeleitet, welches ein diese Information enthaltenes Signal an das Batteriemanagementsystem 11 ausgibt.
  • Erhält das Fahrzeugsteuergerät 13 von dem Getriebesteuergerät 20 die Information, dass das Fahrzeug in einem Gang fährt, welcher größer ist als der 1. Gang, wird wie in Kurve D dargestellt, die Leistungsreserve PR langsamer freigegeben, als bei Bestätigung der Gefahrensituation durch das ACC-Steuergerät 15. Mit derselben Schnelligkeit wird die Leistungsreserve PR freigegeben, wenn der Fahrzeuggeschwindigkeitsgeber 21 eine Fahrgeschwindigkeit von größer 30 h/km an das Fahrzeugsteuergerät 13 meldet.
  • Fährt das Hybridfahrzeug im ersten Gang oder mit einer Geschwindigkeit unter 30 h/km, wird die Leistungsreserve PR nur allmählich freigegeben, da hier ein Missbrauch durch einen Kavaliersstart möglich wäre, welcher unterbunden werden soll. Die Freigabe der Leistungsreserve PR ist hier noch weiter verzögert, als bei der Fahrt mit dem zweiten oder einem höherem Gang (Kurve E).
  • Detektiert das Fahrzeugsteuergerät 13 über das Getriebesteuergerät 20, dass der Rückwärtsgang eingelegt ist, wird die Freigabe der Leistungsreserve PR unterbunden. Die Freigabe der Leistungsreserve PR wird ebenfalls unterbunden, wenn das elektronische Stabilitätsprogramm ESP deaktiviert ist, was dem Fahrzeugsteuergerät 13 von dem ESP-Steuergerät 22 gemeldet wird.
  • Nach jedem Gefahrenboost erfolgt ein Abregeln der Leistungsreserve PR, wie es in Kurve E dargestellt ist. Dies ist notwendig, um die Hochvoltbatterie 12 zu schonen. Es stellt aber auch keinen weiteren Nachteil für den weiteren Fahrbetrieb dar, da die Möglichkeit, dass ein Fahrzeug kurzfristig mehrmals nacheinander in eine Gefahrensituation gerät, nicht so häufig gegeben ist. Daher wird das für den Elektromotor 2 freigegebene Motormoment nach jedem Gefahrenboost reduziert. Nach einem Gefahrenboost steuert das Fahrzeugsteuergerät 13 eine Anzeige 23 an, welche dem Fahrer signalisiert, dass der Gefahrenboost zu einer Reduzierung der Lebensdauer der Hochvoltbatterie 12 geführt hat.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
    • - WO 2007/107463 A1 [0003]

Claims (12)

  1. Verfahren zum Betrieb eines Hybridantriebs eines Fahrzeuges, welches mit einem Verbrennungsmotor (1) und einem Elektromotor (2) angetrieben wird, wobei dem Elektromotor (2) Energie aus einem, eine Leistungsreserve (PR) aufweisenden Energiespeicher (12) zugeführt wird und während eines Hybridantriebes die Leistung des Verbrennungsmotors (1) durch die Leistung des Elektromotors (2) ergänzt wird, dadurch gekennzeichnet, dass beim Erkennen einer Gefahrensituation die Energiezufuhr aus dem Energiespeicher (12) zum Elektromotor (2) aus der Leistungsreserve (PR) des Energiespeichers (12) erfolgt.
  2. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Gefahrensituation durch eine Auswertung der Betätigung eines Fahrpedals (19) erkannt wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 2 dadurch gekennzeichnet, dass die Stellung des Fahrpedals (19) und/oder der Gradient des Fahrpedalwinkels (θFP) ausgewertet werden.
  4. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Leistungsreserve (PR) des Energiespeichers (12) in einem vorgegebenen Zeitraum ansteigend freigegeben wird.
  5. Verfahren nach Anspruch 4 dadurch gekennzeichnet, dass der vorgegebene Zeitraum geschwindigkeits- und/oder gangstufenabhängig ist.
  6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die Leistungsreserve (PR) des Energiespeichers (12) freigegeben wird, solange der Lenkradeinschlag einen vorgegebenen Winkel unterschreitet.
  7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die Leistungsreserve (PR) des Energiespeichers (12) freigegeben wird, wenn ein Fahrzeugdynamiksystem, insbesondere das elektronische Stabilisierungsprogramm aktiv ist.
  8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die Leistungsreserve (PR) des Energiespeichers (12) bei einem eingelegten Vorwärtsgang freigegeben wird.
  9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass nach jeder erfolgter Freigabe der Leistungsreserve (PR) das Motormoment des Elektromotors (2) reduziert wird.
  10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass nach jeder Freigabe der Leistungsreserve (PR) dem Fahrer angezeigt wird, dass eine Reduzierung der Lebensdauer des Energiespeichers (12) erfolgt.
  11. Verfahren nach Anspruch 1 und 4 dadurch gekennzeichnet, dass die zeitliche Verzögerung der Freigabe der Leistungsreserve (PR) des Energiespeichers (12) aufgehoben wird, wenn ein Fahrerassistenzsystem (15) die Gefahrensituation erkennt.
  12. Vorrichtung zum Betrieb eines Hybridantriebs eines Fahrzeuges, welches mit einem Verbrennungsmotor (1) und einem Elektromotor (2) angetrieben wird, wobei dem Elektromotor (2) Energie aus einem, eine Leistungsreserve (PR) aufweisenden Energiespeicher (12) zugeführt wird, wobei während eines Hybridantriebes die Leistung des Verbrennungsmotors (1) durch die Leistung des Elektromotors (2) ergänzt wird, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel (11, 13, 19) vorhanden sind, welche beim Erkennen einer Gefahrensituation die Energiezufuhr aus dem Energiespeicher (12) zum Elektromotor (2) aus der Leistungsreserve (PR) des Energiespeichers (12) ermöglichen.
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