DE102010027730A1 - Hybridfahrzeug und Verfahren zum Betreiben eines Hybridfahrzeugs - Google Patents

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Abstract

Das Hybridfahrzeug ist mit einem elektrischen Antrieb und einem nicht-elektrischen Antrieb ausgerüstet und weist mindestens einen Rekuperator zur Rückgewinnung elektrischer Energie und mindestens eine Steuereinheit auf, wobei die Steuereinheit mit mindestens einem Umfelderkennungssensor kommunikativ gekoppelt ist und ferner mindestens für eine Antrs mindestens einen Umfelderkennungssensors eingerichtet ist. Das Verfahren dient zum Betreiben eines Hybridfahrzeugs, wobei eine Antriebssteuerung des Hybridfahrzeugs zumindest auf der Grundlage einer Verkehrsumgebung des Hybridfahrzeugs durchgeführt wird.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Hybridfahrzeug mit einem mit einem kombinierten elektrischen Antrieb und nicht-elektrischen Antrieb sowie ein Verfahren zum Betreiben eines Hybridfahrzeugs.
  • Die Energienutzung der bisherigen Hybridtechnik basiert auf einer Nutzung vielfacher fahrzeuginterner Informationen wie einem Motormoment, einer Raddrehzahl, einer Gaspedalstellung, einer Bremspedalstellung, einem Batterieladezustand, usw. Auf diesen Informationen beruhen eine Entscheidung zum Einschalten und Ausschalten des Verbrennungsmotors sowie ein Einstellen eines Ladezustands eines wiederaufladbaren elektrischen Energiespeichers.
  • Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Möglichkeit für eine effektivere Energienutzung eines Hybridfahrzeugs bereitzustellen.
  • Diese Aufgabe wird gemäß den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen sind insbesondere den abhängigen Ansprüchen entnehmbar.
  • Die Aufgabe wird gelöst durch ein Hybridfahrzeug mit einem elektrischen Antrieb (bzw. Antriebseinheit) und einem nicht-elektrischen Antrieb (bzw. Antriebseinheit), wobei das Hybridfahrzeug aufweist:
    • – mindestens einen Rekuperator zur Rückgewinnung elektrischer Energie und
    • – mindestens eine Steuereinheit,
    • – wobei die Steuereinheit mit mindestens einem Umfelderkennungssensor kommunikativ gekoppelt ist und ferner mindestens für eine Antriebssteuerung auf der Grundlage von Sensordaten des mindestens einen Umfelderkennungssensors eingerichtet ist.
  • Durch den mindestens einen Umfelderkennungssensor kann das Fahrzeug dynamisch eine fahrzeugspezifische Verkehrssituation (bewegter Verkehr und/oder Verkehrsführung) erkennen und seinen Antrieb daran anpassen. Insbesondere kann so durch eine Interpretation der Verkehrssituation eine vorausschauende Rekuperation ermöglicht werden.
  • Der mindestens eine Umfelderkennungssensor erkennt oder sensiert mindestens einen Parameter im Umfeld des Fahrzeugs, insbesondere vor dem Fahrzeug. Dadurch, dass die Steuereinheit mit dem mindestens einen Umfelderkennungssensor kommunikativ gekoppelt ist, kann sie entsprechende Sensorsignal oder Sensordaten empfangen (aktiv abrufen oder passiv übertragen bekommen) und zur Verwendung bei der Antriebssteuerung weiterverarbeiten bzw. auswerten.
  • Der Umfelderkennungssensor kann einen Teil des Hybridfahrzeugs darstellen und/oder mindestens einen fahrzeugexternen Sensor umfassen, z. B. einen Sensor eines lokalen Überwachungssystems. Daten des Überwachungssystems können dann z. B. drahtlos mit dem Fahrzeug gekoppelt werden, sobald sich das Fahrzeug dem Überwachungssystem oder dem Sensor nähert. Das Überwachungssystem kann z. B. ein ”Car2x”-System sein. Bei dem Car2x-System können z. B. ein Fußgängerüberweg sowie das nähere Umfeld von einer Videokamera überwacht werden, welche den Fußgänger oder anderen Passanten aufgrund dessen Silhouette automatisch erkennt. Des Weiteren kann über ein satellitengestütztes Positionsbestimmungssystem für Fußgänger („TrackSat”) die genaue Position des Fußgängers ermittelt. Beide Systeme liefern Informationen an die sogenannte ”Road Side Unit”, die diese Informationen aufbereitet und einer entsprechenden fahrzeuginternen Einheit (”OnBoard-Unit”) im Hybridfahrzeug meldet. Die Informationen können dann zur Antriebssteuerung verwendet werden.
  • Die Antriebssteuerung kann insbesondere eine Steuerung des Einschaltens und Ausschaltens des nicht-elektrischen Antriebs, einer Aktivierung und Deaktivierung des mindestens einen Rekuperators, eines Einschaltens und Ausschaltens des elektrischen Antriebs und/oder einer Koordination eines Lade- und Entladevorgangs eines elektrischen Energiespeichers umfassen.
  • Das Hybridfahrzeug kann mindestens einen wiederaufladbaren elektrischen Energiespeicher umfassen, z. B. eine wiederaufladbare Batterie, einen Akkumulator und/oder eine Brennstoffzelle. Der mindestens eine Rekuperator dient zur Rückgewinnung von elektrischer Energie, insbesondere aus Bewegungsenergie, insbesondere zum Aufladen des mindestens einen elektrischen Energiespeichers. Der mindestens eine Rekuperator kann z. B. mindestens eine Rekuperationsbremse oder Nutzbremse umfassen.
  • Die Steuereinheit kann beispielsweise eine zentrale Steuereinheit des Fahrzeugs sein, z. B. umfassend eine Motorsteuerung.
  • Es ist eine Ausgestaltung, dass der mindestens eine Umfelderkennungssensor einen Abstandssensor umfasst. Mittels des Abstandssensors können der Abstand eines vorausfahrenden Fahrzeugs sowie daraus abgeleitete Größen wie eine Abstandsänderung zu dem vorausfahrenden Fahrzeug und/oder eine Beschleunigung des vorausfahrenden Fahrzeugs bestimmt werden. Daraus wiederum kann die Antriebssteuerung dynamisch angepasst werden. Der Abstandssensor kann z. B. auf der Basis von Radar oder Licht (z. B. Lidar) arbeiten. Der Abstandssensor kann z. B. einen Teil eines Abstandstempomaten darstellen.
  • Es ist noch eine Ausgestaltung, dass der mindestens eine Umfelderkennungssensor eine Videokamera umfasst. Mittels der Videokamera und ggf. einer insbesondere in Echtzeit arbeitenden Bildauswerteeinheit können verschiedene um das Fahrzeug herum vorhandene Objekte identifiziert und ausgewertet werden. So kann z. B. ein vor dem Fahrzeug fahrendes anderes Fahrzeug identifiziert werden. Ferner können Verkehrszeichen (Verkehrsschilder, Lichtzeichenanlagen usw.) und/oder Fahrspuren identifiziert werden, um die Antriebssteuerung anzupassen. Insbesondere können beispielsweise Verkehrszeichen wie Ampeln, Stoppschilder, Vorfahrtsschilder, Geschwindigkeitsbegrenzungen usw. dazu verwendet werden, um energieintensive Beschleunigungs- und Bremsvorgänge des Fahrzeugs zu antizipieren und die Antriebssteuerung entsprechend darauf abzustimmen.
  • Es ist noch eine weitere Ausgestaltung, dass die Steuereinheit dazu eingerichtet ist, die Antriebssteuerung auf der Grundlage eines Abstands, einer Geschwindigkeit und/oder einer Beschleunigung eines Vorderfahrzeugs anzupassen.
  • Es ist zudem eine Ausgestaltung, dass das Fahrzeug mindestens eine Verkehrzeichen-Erkennungseinheit aufweist, um diese zur effektiveren Steuerung der Rekuperation zu nutzen. Die Steuereinheit ist für eine Antriebssteuerung auf der Grundlage mindestens eines durch die Verkehrzeichen-Erkennungseinheit erkannten Verkehrszeichens eingerichtet.
  • Die Verkehrzeichen-Erkennungseinheit kann die oben beschriebene Videokamera und ggf. Bildauswerteeinheit umfassen.
  • Alternativ oder zusätzlich mag die Verkehrzeichen-Erkennungseinheit eine Kombination aus einer Positionsbestimmungseinheit (z. B. einem GPS-Empfänger) und einer elektronischen Straßenkarte, in welcher Verkehrszeichen oder deren Funktion aufgeführt sind, umfassen, z. B. eine Straßenkarte eines Navigationsgeräts oder einer Navigationsfunktion eines Bordcomputers o. ä. Die Verkehrzeichen-Erkennungseinheit kann insbesondere dazu eingerichtet sein, mindestens ein Verkehrzeichen vor dem Hybridfahrzeug mittels einer Korrelation einer mittels der Positionserkennungseinheit aktuell ermittelten Position des Hybridfahrzeugs mit einer aus der elektronischen Straßenkarte bekannten Position des mindestens einen Verkehrzeichens zu erkennen.
  • Die Verkehrzeichen-Erkennungseinheit kann ferner eine fahrzeuginterne Einheit (z. B. ein Empfänger) sein, welche mit einem Verkehrszeichen kommunizieren kann. So mag das Verkehrszeichen seine Position (Ortskoordinate) und Funktion (z. B. Lichtzeichen und dessen aktuelle Einstellung, z. B. 'rot' oder 'grün') drahtlos an ein sich annäherndes Fahrzeug melden.
  • Es ist eine Weiterbildung, dass das Fahrzeug mit einer Positionserkennungseinheit ausgerüstet und/oder kommunikativ gekoppelt ist und die Verkehrzeichen-Erkennungseinheit dazu eingerichtet ist, mindestens ein Verkehrzeichen vor dem Fahrzeug mittels einer Korrelation einer mittels der Positionserkennungseinheit aktuell ermittelten Position des Fahrzeugs mit einer bekannten Position des mindestens einen Verkehrzeichens zu erkennen. Auch so kann eine dynamische und folglich effektive Anpassung der Antriebssteuerung an die aktuelle Streckenumgebung des Fahrzeugs erreicht werden.
  • Es ist insbesondere eine Weiterbildung, dass die Steuereinheit dazu eingerichtet ist, die Antriebssteuerung auf der Grundlage einer Entfernung zu einem vorstehenden Verkehrszeichen anzupassen, insbesondere zu einem Stoppschild, einer roten Ampel, einem Geschwindigkeitsbegrenzungsschild usw. Dies mag insbesondere von Vorteil sein, wenn kein anderes Fahrzeug in einer geringen Entfernung vor dem eigenen Fahrzeug fährt.
  • Es ist auch eine Ausgestaltung, dass das Hybridfahrzeug eine Fahrspur-Erkennungseinheit aufweist und die Steuereinheit dazu eingerichtet ist, die Antriebssteuerung auf der Grundlage eines Verlaufs der Fahrspur (allg. Spurinformation) durchzuführen bzw. anzupassen. So kann beispielsweise eine Ausschaltung eines Verbrennungsmotors bei einer anzunehmenden Abbremsung aufgrund einer kommenden scharfen Kurve oder kommenden Kreuzung früher begonnen werden, was die Effektivität (Energieeinsparung) weiter erhöht und eine frühere Rekuperation ermöglicht. Die Fahrspur-Erkennungseinheit kann z. B. die Bildverarbeitungseinheit und/oder die Kombination aus der Positionsbestimmungseinheit und der elektronischen Straßenkarte umfassen.
  • Beispielsweise mag ein sich verringernder Abstand zu einem Vorderfahrzeug (z. B. bei einer Auffahrsituation), einer Ampel, einer Kreuzung, einer Geschwindigkeitsbegrenzung, einer scharfen Kurve oder einem von einem Fußgänger frequentierten Überweg eine Abbremsung antizipieren und entsprechend der Verbrennungsmotor früher abgeschaltet und die Rekuperation früher gestartet werden. Dies kann auch durchgeführt werden, falls ein Vorderfahrzeug deutlich langsamer fährt als das eigene Fahrzeug, oder auch bei erkannten Bergabfahrten. Ebenso kann ein Zustart des Verbrennungsmotors verhindert werden, wenn erkannt wird, dass das eigene Fahrzeug in naher Zukunft zum Stehen kommt. In noch einem anderen Beispiel kann Andererseits kann ein Ausschalten des Verbrennungsmotors für kurze Zeit verhindert werden, wenn erkannt wird, dass das Vorderfahrzeug beschleunigt und die Vermutung nahe liegt, dass der Fahrer ebenfalls bald beschleunigen wird. Die Fahrerabsicht kann allgemein zusätzlich durch Fahrzeugdaten (Gaspedal-, Bremspedalstellung, Lenkwinkel usw.) und/oder eine Navigationsroute abgeleitet und bei der Antriebssteuerung mitberücksichtigt werden.
  • Dieses Hybridfahrzeug kann allgemein eine an die Verkehrssituation und den kommenden Leistungsbedarf des Fahrzeugs angepasste Leistungsbereitstellung durch den Elektroantrieb realisieren. Der Fahrer bemerkt dies dadurch, dass in nahezu jeder Situation eine maximale Leistungsreserve zur Verfügung steht. Ferner wird eine Verfügbarkeit kundenerlebbarer Hybridfunktionen deutlich gesteigert. Auch kann ein kundenwirksamer Kraftstoffverbrauch gesenkt werden. So können unnötige Starts eines Verbrennungsmotors, die viel Energie benötigen und den Kraftstoffverbrauch steigern, vermieden werden. Ebenso können die Rekuperationsmöglichkeiten voll ausgeschöpft werden. Darüber hinaus weisen viele Fahrzeuge bereits eine Umfelderkennung auf, beispielsweise einen ACC(Adaptive Cruise Control)-Radarsensor oder eine Videokamera, so dass der hier beschriebene Zusatznutzen ohne Mehrkosten zur Verfügung steht.
  • Die Aufgabe wird auch gelöst durch ein Verfahren zum Betreiben eines Hybridfahrzeugs, wobei eine Antriebssteuerung des Hybridfahrzeugs zumindest auf der Grundlage einer Verkehrsumgebung des Fahrzeugs durchgeführt wird.
  • Es ist eine Ausgestaltung, dass die Verkehrsumgebung ein Vorderfahrzeug umfasst, insbesondere dessen Abstand, Abstandsänderung und/oder (positive oder negative) Beschleunigung.
  • Es ist noch eine Ausgestaltung, dass die Verkehrsumgebung ein vorstehendes Verkehrszeichen, z. B. ein Verkehrsschild und/oder eine Ampel, oder eine vorausliegende Streckenführung (Kreuzung, Kurve usw.) umfasst.
  • Es ist noch eine weitere Ausgestaltung, dass die Verkehrsumgebung einen Fahrspurverlauf umfasst.
  • In der folgenden Figur wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels schematisch genauer beschrieben. Dabei können zur Übersichtlichkeit gleiche oder gleichwirkende Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen sein.
  • Die Figur zeigt ein Hybridfahrzeug 1 mit einem elektrischen Antrieb 2, einem nicht-elektrischen Antrieb 3 in Form eines Verbrennungsmotors und mindestens einem Rekuperator 4 in Form einer Nutzbremse. Das Hybridfahrzeug 1 weist ferner eine Steuereinheit 5 auf, welche für eine Steuerung des elektrischen Antriebs 2, des nicht-elektrischen Antriebs 3 und des mindestens einen Rekuperators 4 sowie deren Kopplung, insbesondere mit einem Energiespeicher 6, eingerichtet ist.
  • Das Hybridfahrzeug 1 weist ferner einen Radarsensor 7, z. B. für eine Abstandsmessung zu einem Vorderfahrzeug V, eine ich Fahrtrichtung gerichtete Bilderkennungseinheit 8 mit einer Videokamera und eine Kommunikationseinheit 9 zur Kommunikation mit ortsfesten Überwachungssystemen oder Verkehrszeichen auf. Die Kommunikationseinheit 9 ist hier zur Kommunikation mit einer Ampel A eingerichtet, wobei die Ampel A einen Sender 10 aufweist, welcher die Ortkoordinate und die aktuelle Einstellung der Ampel (Lichtfolge) aussendet. Das Hybridfahrzeug 1 ist zudem mit einem GPS o. ä.-Empfänger 11 ausgerüstet, mittels dessen er seine Position feststellen kann, sowie mit einer elektronischen Karte 12 (z. B. beides im Zusammenhang mit einer Navigationsfunktion), in welcher Verkehrszeichen bzw. deren Funktion und Streckenverläufe vermerkt sind. Sowohl die Bilderkennungseinheit 8 als auch die Kombination aus GPS-Empfänger 11 und elektronischer Karte 12 können als eine Fahrspur-Erkennungseinheit und/oder als eine Verkehrzeichen-Erkennungseinheit dienen.
  • Die Steuereinheit 5 ist mit dem Radarsensor 7, Bilderkennungseinheit 8 (als den fahrzeuginternen Umfelderkennungssensoren), der Kommunikationseinheit 9 als auch dem GPS-Empfänger 11 und/oder der elektronischen Karte 12 kommunikativ gekoppelt, z. B. über ein Bussystem. Die Steuereinheit 5 ist dazu eingerichtet, auf der Grundlage von Sensordaten des Radarsensors 7, der Bilderkennungseinheit 8 und Daten der Ampel A als auch der Fahrspur-Erkennungseinheit und/oder der Verkehrzeichen-Erkennungseinheit eine Antriebssteuerung durchzuführen, insbesondere eine Einschaltzeitpunkt und einen Ausschaltzeitpunkt des nicht-elektrischen Antriebs 3 zu steuern.
  • Das Hybridfahrzeug 1 ist dadurch beispielsweise in der Lage, den nicht-elektrischen Antrieb 3 früher auszuschalten und so auch eine Rekuperation früher zu beginnen, falls
    • – durch den Radarsensor 7 festgestellt wird, dass sich ein Abstand zu dem Vorderfahrzeug V stark verringert, z. B. wenn das Vorderfahrzeug V steht, langsam fährt oder abbremst;
    • – durch die Bilderkennungseinheit 8 ein Stoppschild, ein Geschwindigkeitsbegrenzungsschild oder die rote Ampel A festgestellt wird;
    • – durch die Bilderkennungseinheit 8 eine Kurve festgestellt wird;
    • – der Kommunikationseinheit 9 das Vorhandensein der roten Ampel A mitgeteilt wird; und/oder
    • – durch die Fahrspur-Erkennungseinheit und/oder die Verkehrzeichen-Erkennungseinheit z. B. ein Verkehrschild (z. B. ein Stoppschild) oder eine die Geschwindigkeit beeinflussende Streckenführung (z. B. eine Kurve, eine Kreuzung, eine Geschwindigkeitsbegrenzung usw.) erkannt wird.
  • Andererseits mag ein Ausschalten des nicht-elektrischen Antriebs 3 für kurze Zeit verhindert werden, wenn, z. B. durch den Radarsensor 7 erkannt wird, dass das Vorderfahrzeug V beschleunig und/oder die Bilderkennungseinheit 8 erkennt oder der Kommunikationseinheit 9 von der Ampel A mitgeteilt wird, dass die Ampel A auf grün schaltet.
  • Selbstverständlich ist die vorliegende Erfindung nicht auf das gezeigte Ausführungsbeispiel beschränkt.
  • So kann die Kommunikationseinheit 9 auch dazu verwendet werden, Daten von einem Passantenüberwachungssystem, wie Car2X, zu empfangen.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Hybridfahrzeug
    2
    elektrischer Antrieb
    3
    nicht-elektrischer Antrieb
    4
    Rekuperator
    5
    Steuereinheit
    6
    Energiespeicher
    7
    Radarsensor
    8
    Bilderkennungseinheit
    9
    Kommunikationseinheit
    10
    Sender der Ampel
    11
    GPS-Empfänger
    A
    Ampel
    V
    Vorderfahrzeug

Claims (13)

  1. Hybridfahrzeug (1) mit einem elektrischen Antrieb (2) und einem nicht-elektrischen Antrieb (3), aufweisend: – mindestens einen Rekuperator (4) zur Rückgewinnung elektrischer Energie und – mindestens eine Steuereinheit (5), – wobei die Steuereinheit (5) mit mindestens einem Umfelderkennungssensor (7, 8) kommunikativ gekoppelt ist und ferner mindestens für eine Antriebssteuerung auf der Grundlage von Sensordaten des mindestens einen Umfelderkennungssensors (7, 8) eingerichtet ist.
  2. Hybridfahrzeug (1) nach Anspruch 1, wobei der mindestens eine Umfelderkennungssensor (7, 8) einen Abstandssensor (7) umfasst.
  3. Hybridfahrzeug (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der mindestens eine Umfelderkennungssensor (7, 8) eine Videokamera (8) umfasst.
  4. Hybridfahrzeug (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Steuereinheit dazu eingerichtet ist, die Antriebssteuerung auf der Grundlage eines Abstands zu einem Vorderfahrzeug (V) durchzuführen.
  5. Hybridfahrzeug (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Steuereinheit dazu eingerichtet ist, die Antriebssteuerung auf der Grundlage einer Beschleunigung eines Vorderfahrzeugs (V) durchzuführen.
  6. Hybridfahrzeug (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Hybridfahrzeug (1) mindestens eine Verkehrzeichen-Erkennungseinheit (8, 9; 11, 12) aufweist und die Steuereinheit (5) für eine Antriebssteuerung auf der Grundlage mindestens eines durch die Verkehrzeichen-Erkennungseinheit (8, 9; 11, 12) erkannten Verkehrszeichens (A) eingerichtet ist.
  7. Hybridfahrzeug (1) nach Anspruch 6, wobei die Verkehrzeichen-Erkennungseinheit (11, 12) eine Positionsbestimmungseinheit (11) und eine elektronischen Straßenkarte (12) umfasst, wobei in der elektronischen Straßenkarte (12) Verkehrszeichen oder deren Funktion aufgeführt sind.
  8. Hybridfahrzeug (1) nach einem der Ansprüche 6 oder 7, wobei die Steuereinheit (5) dazu eingerichtet ist, die Antriebssteuerung auf der Grundlage einer Entfernung zu einem vorstehenden Verkehrszeichen (A) durchzuführen.
  9. Hybridfahrzeug (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei Hybridfahrzeug (1) eine Fahrspur-Erkennungseinheit (8; 11, 12) aufweist und die Steuereinheit (5) dazu eingerichtet ist, die Antriebssteuerung auf der Grundlage eines Verlaufs der Fahrspur durchzuführen.
  10. Verfahren zum Betreiben eines Hybridfahrzeugs (1), wobei eine Antriebssteuerung des Hybridfahrzeugs (1) zumindest auf der Grundlage einer Verkehrsumgebung des Hybridfahrzeugs (1) durchgeführt wird.
  11. Verfahren nach Anspruch 10, wobei die Verkehrsumgebung ein Vorderfahrzeug (V) und/oder oder eine vorausliegende Streckenführung umfasst.
  12. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 oder 11, wobei die Verkehrsumgebung ein vorstehendes Verkehrszeichen (A) umfasst.
  13. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12, wobei die Verkehrsumgebung einen Fahrspurverlauf umfasst.
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