DE102010025335A1 - Verfahren zum Steuern eines Hybridfahrzeugs - Google Patents
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Abstract
Description
- Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung eines hybridischen Kraftfahrzeugs mit einer elektromotorischen, von einem elektrischen Akkumulator betriebenen und einer mit einem Generator zur Ladung des Akkumulators wirksam verbundenen Brennkraftmaschine sowie einer Steuereinheit zu dessen Steuerung.
- Bekannt sind Kraftfahrzeuge mit reinem Elektroantrieb, bei denen ein Elektromotor zumindest eine Achse des Kraftfahrzeuges antreibt und durch einen Akkumulator gespeist wird, der an einer Netzsteckdose wieder aufgeladen wird.
- Derartige Kraftfahrzeuge haben eine vergleichsweise geringe Reichweite und sind insbesondere bei nicht voraussehbarem Höhenprofil nicht ausfallsicher.
- Es werden daher gattungsgemäße, sogenannte seriellen Hybridfahrzeuge vorgeschlagen, bei denen in Serie zu dem Elektromotor eine Brennkraftmaschine angeordnet ist, die in erster Linie mit einem Generator gekoppelt ist (RAE, Range Extender Aggregat), der den Akkumulator während der Fahrt aufladen kann, und gegebenenfalls den Elektromotor beim Antrieb des Kraftfahrzeugs unterstützt. Die Steuerung der Brennkraftmaschine erfolgt dabei abhängig vom Ladezustand des Akkumulators, indem die Brennkraftmaschine bei schlechtem Ladezustand gestartet wird und dieser durch den von der Brennkraftmaschine angetriebenen Generator mit elektrischer Energie geladen wird. Es hat sich dabei gezeigt, dass die alleinige Steuerung der Brennkraftmaschine in Abhängigkeit vom Ladezustand zum Einen, einen unkomfortablen und zum Anderen, sowohl für die Brennkraftmaschine als auch für den Akkumulator, schädlichen Betrieb verursachen kann.
- Es ergibt sich daher die Aufgabe die Steuerung einer Brennkraftmaschine in einem gattungsgemäßen seriellen Hybridfahrzeug so zu steuern, dass ein komfortabler, dauerhafter Betrieb des Akkumulators und der Brennkraftmaschine ermöglicht wird.
- Die Aufgabe wird durch ein Verfahren zur Steuerung eines hybridischen Kraftfahrzeugs mit einer elektromotorischen, von einem elektrischen Akkumulator betriebenen und einer mit einem Generator zur Ladung des Akkumulators wirksam verbundenen Brennkraftmaschine sowie einer Steuereinheit zur Steuerung der Antriebseinheit, insbesondere der Brennkraftmaschine abhängig von einem Ladezustand des Akkumulators gelöst, wobei die Brennkraftmaschine zumindest abhängig von einem der nachfolgenden Parameter gesteuert wird:
- – einer abgerufenen Dauerleistung des Akkumulators,
- – einer Temperatur des Akkumulators,
- – von im Kraftfahrzeug auftretenden Vibrationen,
- – einer Stillstandszeit der Brennkraftmaschine.
- Durch die Einbeziehung von Parametern, die den Akkumulator und/oder die Brennkraftmaschine vor schädlichen oder unkomfortablen Betriebszuständen schützen, kann der Komfort und die Dauerfestigkeit gattungsgemäßer serieller Hybridfahrzeuge gesteigert werden.
- In einem speziellen Ausführungsbeispiel kann die Brennkraftmaschine an einem optimalen Betriebspunkt ausschließlich zum Antrieb des Generators benutzt werden, ein zusätzlicher kinetischer Antrieb zur Unterstützung des elektromotorischen Antriebs kann entfallen, so dass die Brennkraftmaschine entsprechend mit geringer Leistung, die zur Bereitstellung der von dem von der Brennkraftmaschine angetriebenen Generator erzeugten maximalen Ladeenergie ausreichend dimensioniert ist, ausgelegt werden kann. In anderen Ausführungsbeispielen kann die Brennkraftmaschine den elektromotorischen Antrieb unterstützen. Eine Auslegung der Leistung kann dabei dahingehend erfolgen, dass maximale Fahrleistungen des Kraftfahrzeugs während eines hybridischen Betriebs bei einer aus Elektromotor und der Brennkraftmaschine kombinierten Antriebseinheit erzielt werden.
- In an sich bekannter Weise kann der Betrieb der Brennkraftmaschine abhängig vom Ladezustand des Akkumulators erfolgen, indem die Brennkraftmaschine unterhalb eines vorgegebenen Werts für den Ladezustand des Akkumulators gestartet wird. In einer parallelen Steuerroutine des Steuergeräts kann die Brennkraftmaschine abhängig von einer Dauerleistung des als Antriebseinheit fungierenden Elektromotors erfolgen, indem beispielsweise die Brennkraftmaschine abhängig von einem vorgegebenen Wert einer Dauer einer Dauerbelastung des Akkumulators gestartet wird. Dabei kann bei einer hohen Belastung des Akkumulators bei hoher Leistung des Elektromotors die Ladung des Akkumulators forciert werden, indem die Brennkraftmaschine gestartet und im Ladebetrieb durch Antrieb des Generators und nicht oder nur mittels einer untergeordneten Leistung im Fahrbetrieb zur kinetischen Unterstützung des Elektromotors eingesetzt wird. Dabei kann der Wert der Dauer der Dauerbelastung oberhalb eines vorgegebenen Werts für eine elektrische Größe des Akkumulators ermittelt werden, beispielsweise der von dem Elektromotor gezogene Strom, der durch den Elektromotor an dem Akkumulator bewirkte Spannungsabfall, die vom Elektromotor abgeforderte Leistung oder dergleichen. Der Akkumulator kann ein herkömmlicher Bleiakkumulator, ein Lithiumionen-Akkumulator, eine serielle und/oder parallele Zusammenschaltung mehrerer Einheiten dieser oder anderer elektrochemisch arbeitender Akkumulatoren oder ein anderer, wieder aufladbarer elektrischer Speicher sein, beispielsweise ein Hochleistungskondensator oder eine Zusammenschaltung mehrerer dieser.
- Ein Start der Brennkraftmaschine und damit eine Ladung des Akkumulators durch den Generator beziehungsweise eine Stilllegung des Elektromotors und damit ein Stopp der Entladung des Akkumulators mit einem alleinigen Betrieb des Kraftfahrzeugs mittels der Brennkraftmaschine kann in einer Steuerroutine des Steuergeräts dann vorgesehen werden, wenn der Akkumulator nicht innerhalb eines vorgegebenen Temperaturbereichs, der einer bevorzugten Betriebstemperatur des Akkumulators entspricht, betrieben werden könnte. Der Akkumulator wird daher nicht entladen oder geladen, wenn dessen Temperatur nicht dessen bevorzugter Betriebstemperatur entspricht. Auf diese Weise wird die Lebensdauer des Akkumulators in vorteilhafter Weise verlängert.
- Gemäß einem weiteren erfinderischen Gedanken kann der Akkumulator mittels Kühlung oder Erwärmung durch den Betrieb der Brennkraftmaschine insbesondere in Verbindung mit dem Betrieb der Brennkraftmaschine, die hierzu entsprechend gesteuert wie gestartet oder stillgelegt wird, im vorgegebenen Temperaturbereich gehalten werden. Dabei können der Fahrtwind oder beispielsweise ein Peltier-Element der Kühlung und eine durch elektrische Energie betriebene elektrische Heizung der Erwärmung des Akkumulators dienen.
- Es hat sich weiterhin gezeigt, dass sich auf das Kraftfahrzeug einwirkende Vibrationen, beispielsweise durch Befahren schlecht befestigter Fahrbahnen oder dergleichen negativ insbesondere auf die stillgelegte Brennkraftmaschine auswirken. So können beispielsweise Lagerschäden auftreten. Zur Erfassung der auf das Kraftfahrzeug einwirkenden Vibrationen können ein oder mehrere Beschleunigungssensoren eingesetzt werden. Die Auswertung der erfassten Signale kann in dem Steuergerät erfolgen. Auch können die Signale an anderen Stellen des Kraftfahrzeugs eingesetzter und gegebenenfalls ausgewerteter Beschleunigungssensoren verwendet werden, indem die entsprechenden auf einem Datenbus wie CAN-Bus bereit gehaltenen Daten verwendet werden. In einer entsprechenden Routine kann bei Überschreiten eines vorgegebenen Werts von auf das Kraftfahrzeug, vorzugsweise auf die Brennkraftmaschine einwirkenden Vibrationen die Brennkraftmaschine gestartet werden.
- Weiterhin kann die Brennkraftmaschine Schaden nehmen, wenn diese über längere Zeit nicht betrieben wird. Beispielsweise kann diese nicht mehr mit dem erwünschten Komfort gestartet werden, indem beispielsweise deren optimale Betriebstemperatur nicht aufrechterhalten wird. Weiterhin können Korrosionsschäden durch Kondenswasser und sich andere ähnliche Einflüsse negativ bemerkbar machen. Es wird daher nach dem erfinderischen Gedanken vorgesehen, die Brennkraftmaschine innerhalb eines vorgegebenen Werts einer Stillstandszeit dieser zu starten. Dabei hat sich als vorteilhaft erwiesen, wenn die Brennkraftmaschine nach einer Inbetriebnahme eine vorgegebene Betriebsdauer in Betrieb gehalten wird. Erfolgt dabei oder bei vorhandenen schädlichen Vibrationen oder aus anderen Gründen eine Inbetriebnahme der Brennkraftmaschine bei ausreichendem Ladezustand des Akkumulators, kann bei serieller Anordnung der Brennkraftmaschine zum Elektromotor ein unterstützender oder alleiniger Antrieb des Kraftfahrzeugs mit der Brennkraftmaschine erfolgen und/oder diese kann einen unterkühlten Fahrgastraum elektrisch durch Antrieb des Generators heizen oder einen überwärmten Fahrgastraum kühlen, indem ein Peltier-Element durch den Generator betrieben oder ein Klimakompressor kinetisch von der Brennkraftmaschine angetrieben wird.
- Es hat sich weiterhin als vorteilhaft erwiesen, wenn das Kraftfahrzeug abhängig von Erfassungseinrichtungen einer ausgewählten Fahrtstrecke gesteuert wird, indem entsprechend der Fahrtstrecke der elektromotorische und/oder die Brennkraftmaschine streckentypischen Betriebsarten unterworfen werden. Die Erfassungseinrichtungen können dabei ein Navigationssystem, eine Verkehrsmeldungseinrichtung, eine Wettervorhersageeinrichtung und/oder dergleichen sein, so dass eine Fahrtstrecke vor Fahrtantritt modelliert und vorausberechnet sowie gegebenenfalls während der Fahrt aktualisiert werden kann. Beispielsweise können abhängig von der auf diese Weise ermittelten Fahrtstrecke Zeitintervalle für den rein elektromotorischen, rein verbrennungsmotorischen und/oder hybridischen Antrieb des Kraftfahrzeugs bei Fahrtbeginn vom Steuergerät festgelegt werden, indem vor Steigungsstrecken die Brennkraftmaschine den Generator betreibt und damit elektrische Energie bevorratet, an Gefällstrecken der Generator rekuperierend betrieben wird, das Kraftfahrzeug bei Langsamfahrt wie Stadtfahrten oder im Stau elektrisch betrieben wird und/oder während Pausen die Brennkraftmaschine den Generator zum Laden des zumindest teilentladenen Akkumulators antreibt.
- Weiterhin lassen sich durch das Steuergerät unterschiedliche Betriebszustände einstellen, die einen rein elektromotorischen Fahrzustand, einen ausschließlichen Fahrzustand durch die Brennkraftmaschine und/oder einen hybridischen Fahrzustand mit einem Antrieb durch den Elektromotor und mittels der Brennkraftmaschine vorsehen. Beispielsweise kann bei niedrigem Ladezustand des Akkumulators ein kombinierter Ladebetrieb des Akkumulators durch die Brennkraftmaschine und ein unterstützender Fahrzustand durch die Brennkraftmaschine gewählt werden. Dies bedeutet, dass das Fahrzeug während dem Laden des Akkumulators fährt. Dieselbe Vorgehensweise kann bei hoher Dauerleistung des Akkumulators vorgesehen werden, indem ein kombinierter Ladebetrieb des Akkumulators durch die Brennkraftmaschine und ein Fahrzustand, beispielsweise hybridisch, rein elektromotorisch oder ausschließlich mittels der Brennkraftmaschine gewählt werden.
- Bei ausschließlichem Betrieb der Brennkraftmaschine zum Antrieb des Generators ist der Elektromotor der einzige Antrieb. Unterstützt die Brennkraftmaschine den Elektromotor beim Antrieb, wird die durch die Brennkraftmaschine erzeugte Leistung primär für den Fahrzustand und die darüber hinaus erzeugte elektrische Energie zum Laden des Akkumulators verwendet.
- Bei einem Fahrzustand, bei dem ausschließlich der Elektromotor antreibt, und bei einer außerhalb einer vorgegebenen Betriebstemperatur des Akkumulators liegenden Temperatur des Akkumulators kann ausschließlich eine durch den Generator bereit gestellte elektrische Energie für den Fahrbetrieb des Kraftfahrzeugs gewählt und ein Ladevorgang erst gestartet werden, wenn sich der Akkumulator wieder innerhalb der vorgegebenen Betriebstemperatur befindet. Bei aufgrund einer Überschreitung der im Kraftfahrzeug auftretenden Vibrationen gestarteter Brennkraftmaschine kann der Generator ausschließlich im Ladezustand betrieben werden. Bei aufgrund einer Überschreitung einer Stillstandszeit gestarteter Brennkraftmaschine kann der Generator ebenfalls ausschließlich im Ladezustand betrieben werden.
- Die Erfindung wird anhand der in den
1 und2 dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Diese zeigen: -
1 eine Routine zum Betrieb eines Kraftfahrzeugs mit einer einen Elektromotor an einem optimalen Betriebspunkt stationär betriebenen Brennkraftmaschine und -
2 eine Routine zum Betrieb eines Kraftfahrzeugs mit einer einen Elektromotor an mehreren Betriebspunkt stationär betriebenen Brennkraftmaschine. -
1 zeigt eine Routine1 zur Steuerung einer Brennkraftmaschine in einem Kraftfahrzeug mit einer elektromotorischen Antriebseinheit. In den einzelnen Blöcken2 ,3 ,4 ,5 ,6 ,7 ,8 werden die Bedingungen B1, B2, B3, B4, B5, B6, B7 zum Start der Brennkraftmaschine in Block11 vorgegebenen und deren Vorliegen in dem Entscheidungsfeld geprüft. Liegt die entsprechende Bedingung B1, B2, B3, B4, B5, B6, B7, wird die Brennkraftmaschine gestartet. Die Bedingungen sind im Einzelnen: - B1 Ladezustand des Akkumulators zu niedrig,
- B2 Dauerleistung beziehungsweise Spitzenleistung des Akkumulators zu hoch,
- B3 Betriebstemperatur des Akkumulators zu hoch,
- B4 Betriebstemperatur des Akkumulators zu niedrig,
- B5 in das Kraftfahrzeug eingetragene Vibrationen sind zu hoch,
- B6 Stillstandszeit der Brennkraftmaschine zu hoch,
- B7 Temperatur des Fahrgastraums zu niedrig.
- Im Block
10 liegen unterschiedliche Bedingungen, die entlang einer vor Antritt einer Fahrt und gegebenenfalls während der Fahrt aktualisierten, fahrstreckenabhängigen Bedingungen B8 vor, die zu einem direkten Start der Brennkraftmaschine in Block11 führen. - Die
2 zeigt die Routine1a als Ablaufdiagramm, bei dem in den Blöcken12 ,13 ,14 ,15 ,16 ,17 die Bedingungen B1, B2, B3, B4, B5, B6, die im Einzelnen wie folgt gebildet sind: - B1 Ladezustand des Akkumulators zu niedrig,
- B2 Dauerleistung beziehungsweise Spitzenleistung des Akkumulators zu hoch,
- B3 Betriebstemperatur des Akkumulators zu hoch,
- B4 Betriebstemperatur des Akkumulators zu niedrig,
- B5 in das Kraftfahrzeug eingetragene Vibrationen sind zu hoch,
- B6 Stillstandszeit der Brennkraftmaschine zu hoch
- Bezugszeichenliste
-
- 1
- Routine
- 1a
- Routine
- 2
- Block
- 3
- Block
- 4
- Block
- 5
- Block
- 6
- Block
- 7
- Block
- 8
- Block
- 9
- Entscheidungsfeld
- 10
- Block
- 11
- Block
- 12
- Block
- 13
- Block
- 14
- Block
- 15
- Block
- 16
- Block
- 17
- Block
- 18
- Entscheidungsfeld
- 19
- Entscheidungsfeld
- 20
- Entscheidungsfeld
- 21
- Block
- 22
- Block
- 23
- Block
- B1
- Bedingung
- B2
- Bedingung
- B3
- Bedingung
- B4
- Bedingung
- B5
- Bedingung
- B6
- Bedingung
- B7
- Bedingung
- B8
- Bedingung
- BZ1
- Betriebszustand
- BZ2
- Betriebszustand
- BZ3
- Betriebszustand
Claims (26)
- Verfahren zur Steuerung eines hybridischen Kraftfahrzeugs mit einer elektromotorischen, von einem elektrischen Akkumulator betriebenen und einer mit einem Generator zur Ladung des Akkumulators wirksam verbundenen Brennkraftmaschine sowie einer Steuereinheit zur Steuerung der Antriebseinheit, insbesondere der Brennkraftmaschine abhängig von einem Ladezustand des Akkumulators, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennkraftmaschine zumindest abhängig von einem der nachfolgenden Parameter gesteuert wird: – einer abgerufenen Dauerleistung des Akkumulators, – einer Temperatur des Akkumulators, – von im Kraftfahrzeug auftretenden Vibrationen, – einer Stillstandszeit der Brennkraftmaschine.
- Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennkraftmaschine an einem optimalen Betriebspunkt ausschließlich zum Antrieb des Generators benutzt wird.
- Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennkraftmaschine unterhalb eines vorgegebenen Werts für den Ladezustand des Akkumulators gestartet wird.
- Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennkraftmaschine abhängig von einem vorgegebenen Wert einer Dauer einer Dauerbelastung des Akkumulators gestartet wird.
- Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Wert der Dauer der Dauerbelastung oberhalb eines vorgegebenen Werts für eine elektrische Größe des Akkumulators ermittelt wird.
- Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Akkumulator innerhalb eines vorgegebenen Temperaturbereichs entladen oder geladen wird.
- Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Akkumulator mittels Kühlung oder Erwärmung im vorgegebenen Temperaturbereich gehalten wird.
- Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Akkumulator mittels von der Brennkraftmaschine und dem Generator erzeugter elektrischer Energie im vorgegebenen Temperaturbereich gehalten wird.
- Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass auf das Kraftfahrzeug einwirkende Vibrationen mittels eines Beschleunigungssensors erfasst und im Steuergerät ausgewertet werden.
- Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass bei Überschreiten eines vorgegebenen Werts von auf das Kraftfahrzeug, vorzugsweise auf die Brennkraftmaschine einwirkenden Vibrationen die Brennkraftmaschine gestartet wird.
- Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennkraftmaschine innerhalb eines vorgegebenen Werts einer Stillstandszeit dieser gestartet wird.
- Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass nach einer Inbetriebnahme der Brennkraftmaschine diese eine vorgegebene Betriebsdauer in Betrieb gehalten wird.
- Verfahren nach einem der Ansprüche 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass während einer zur Abwendung eines Überschreitens des vorgegebenen Werts der Stillstandszeit aktivierte Brennkraftmaschine diese einen unterkühlten Fahrgastraum elektrisch durch Antrieb des Generators heizt oder einen überwärmten Fahrgastraum kühlt.
- Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Kraftfahrzeug abhängig von Erfassungseinrichtungen einer ausgewählten Fahrtstrecke gesteuert wird, indem entsprechend der Fahrtstrecke der elektromotorische und/oder die Brennkraftmaschine streckentypischen Betriebsarten unterworfen wird.
- Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine der Erfassungseinrichtungen Navigationssystem, Verkehrsmeldungseinrichtung, Wettervorhersageeinrichtung verwendet wird.
- Verfahren nach einem der Ansprüche 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass abhängig von der Fahrtstrecke Zeitintervalle für den rein elektromotorischen, rein verbrennungsmotorischen und/oder hybridischen Antrieb des Kraftfahrzeugs bei Fahrtbeginn vom Steuergerät festgelegt werden.
- Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass vor Steigungsstrecken die Brennkraftmaschine den Generator betreibt.
- Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass an Gefällstrecken der Generator rekuperierend betrieben wird.
- Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass das Kraftfahrzeug bei Langsamfahrt elektrisch betrieben wird.
- Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass während Pausen die Brennkraftmaschine den Generator antreibt.
- Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass bei niedrigem Ladezustand des Akkumulators ein kombinierter Ladebetrieb des Akkumulators durch die Brennkraftmaschine und ein Fahrzustand gewählt werden.
- Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass bei hoher Dauerleistung des Akkumulators ein kombinierter Ladebetrieb des Akkumulators durch die Brennkraftmaschine und ein Fahrzustand gewählt werden.
- Verfahren nach einem der Ansprüche 21 oder 22, dadurch gekennzeichnet, dass die durch die Brennkraftmaschine erzeugte Leistung des Generators soweit nötig für den Fahrzustand und die darüber hinaus erzeugte elektrische Energie zum Laden des Akkumulators verwendet wird.
- Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer außerhalb einer vorgegebenen Betriebstemperatur des Akkumulators liegenden Temperatur des Akkumulators ausschließlich ein Fahrbetrieb des Kraftfahrzeugs gewählt und ein Ladevorgang erst gestartet wird, wenn sich der Akkumulator wieder innerhalb der vorgegebenen Betriebstemperatur befindet.
- Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass bei aufgrund einer Überschreitung der im Kraftfahrzeug auftretenden Vibrationen gestarteter Brennkraftmaschine der Generator ausschließlich im Ladezustand betrieben wird.
- Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass bei aufgrund einer Überschreitung einer Stillstandszeit gestarteter Brennkraftmaschine der Generator ausschließlich im Ladezustand betrieben wird.
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