-
Es sind allgemein Hybridantriebe bekannt, die eine elektrische und eine verbrennungsmotorbasierte Antriebskomponente aufweisen. Es ist ferner bekannt, beide Antriebskomponenten gleichzeitig zu betreiben, so dass beide Antriebskomponenten auf den Antrieb wirken. Dadurch ergibt sich eine hohe Gesamtantriebsleistung.
-
Die Druckschrift
DE 11 2009 000 114 T5 beschreibt eine Steuerungssystem einer elektrischen Maschine, wobei ein Batterieleistungsherleitungsmittel eine von der Batterie zu liefernden Batterieleistung herleitet, insbesondere anhand einer Drehzahländerung der elektrischen Maschine.
-
Die Druckschrift
DE 10 2010 016 188 A1 beschreibt im Rahmen eines Elektrofahrzeugs, dass eine Stromerzeugungseinrichtung ab einem definierten Ladezustand des elektrischen Energiespeichers aktiviert wird. Die sich ergebende Energiereserve orientiert sich unter anderem an Beschleunigungen oder Steigungen.
-
In der Veröffentlichung
DE 10 2011 085 462 A1 wird beschrieben, dass eine elektrische Antriebskomponente eines Hybridantriebs zugeschaltet werden kann, sogenanntes „boosten”, wobei anhand eines Streckenfahrplans die Antriebsart prädiktiv bestimmt wird. Abhängig von der vorausliegenden Strecke wird daher an gegebenen vorausliegenden Streckenpunkten beispielsweise die elektrische Antriebskomponente zugeschaltet. Hierbei wird davon ausgegangen, dass die elektrische Antriebskomponente und die betreffende Energiequelle, welche die elektrische Antriebskomponente speist, zum vorausberechneten Zeitpunkt voll einsatzfähig sind. Dies lässt sich beispielsweise durch eine entsprechende Auslegung der Ansprechgeschwindigkeit der Komponenten erreichen, wobei der genannte Stand der Technik zum einen die erforderliche Ansprechdynamik nicht diskutiert, sondern vielmehr von einer ausreichend schnellen Ansprechdynamik ausgeht. Diese erforderliche hohe Ansprechdynamik ist jedoch mit Auslegungserfordernissen verknüpft, welche hohe Bauteilkosten verursachen.
-
Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, eine Herangehensweise aufzuzeigen, mit der sich eine Boostfunktion, d. h. das Zuschalten einer elektrischen Antriebskomponente eines Hybridantriebs, für vorausschauend gesteuerte Hybridantriebe auf kostengünstige Weise realisieren lässt.
-
Offenbarung der Erfindung
-
Die Erfindung ermöglicht eine sprunghafte Zuschaltung oder sprunghafte Erhöhung der Leistung eines Hybridantriebs mittels einer elektrischen Antriebskomponente des Hybridantriebs, ohne dass die elektrische Antriebskomponente und deren Energiequelle derart ausgelegt sind, dass sie alleine aufgrund ihrer Ansprechdynamik eine sprunghafte Erhöhung oder Zuschaltung ermöglichen. Vielmehr ist es mit der hier beschriebenen Vorgehensweise möglich, beliebige elektrische Antriebskomponenten eines Hybridantriebs und beliebige zugehörige Energiequellen zu verwenden, deren Ansprechverhalten nicht notwendigerweise eine sprunghafte Änderung realisieren kann. Darüber hinaus ermöglicht die Erfindung, die Energiequelle des elektrischen Antriebs vor sprunghaften Leistungserhöhungen zu schützen, die etwa zu Einbrüchen im Bordnetz oder allgemein im Versorgungsnetz des elektrischen Antriebs führen können.
-
Ferner wird eine als Energiequelle genutzte Batterie vor sprunghaften Stromerhöhungen bei hohen Stromstärken geschützt, so dass die Batterie eine deutlich höhere Lebenserwartung erhält. Insbesondere der letztgenannte Vorteil ermöglicht die Verwendung üblichen Bleiakkumulatoren, ohne dass diese spezifisch ausgelegt sein müssen oder häufig ausgetauscht werden müssen, wie es bei bekannten Start-Stop-Systemen der Fall ist. Die Erfindung ermöglicht eine schonende Betriebsweise, während gleichzeitig der elektrische Antrieb sprunghaft zugeschaltet werden kann und somit hohe Beschleunigungsanforderungen umsetzen kann.
-
Die hier beschriebene Herangehensweise sieht vor, dass eine Entnahmeleistung aus einer elektrischen Energiequelle nicht einfach erhöht wird, wenn die Leistung der elektrischen Antriebskomponente sprunghaft erhöht werden soll, sondern sieht einen zeitlichen Versatz zwischen der Erhöhung der Entnahmeleistung und dem tatsächlichen Umsetzen der erhöhten Leistungsanforderung vor. Dadurch können für die elektrische Energiequelle Vorbereitungen getroffen werden, um deren Leistung in einem stetigen, nicht sprunghaften Verlauf zu erhöhen. Dadurch werden Komponenten wie oben bemerkt geschont und können mit geringeren Dynamikerfordernissen ausgelegt werden. Die Dynamikerfordernisse sind hinsichtlich der maximalen Anstiegsgeschwindigkeit der Leistung geringer als die Anstiegsgeschwindigkeit der Leistung bei einer sprunghaften Umsetzung der Leistungsanforderung.
-
Nachdem die Entnahmeleistung erhöht wurde, kann die Leistungsanforderung des Hybridantriebs sprunghaft umgesetzt werden, ohne dass sich in der elektrischen Energiequelle Einbrüche ergeben, da deren Entnahmeleistung bereits erhöht wurde und somit die bereits erhöhte Entnahmeleistung zur Verfügung steht. Beispielsweise kann nach dem Erhöhen der Entnahmeleistung die Leistung des Hybridantriebs und insbesondere der elektrischen Antriebskomponente sprunghaft erhöht werden durch Zuschalten oder durch sprunghaftes Ändern des Tastverhältnisses einer Pulsweitenmodulation, mit der die Leistung der elektrischen Antriebskomponente gesteuert wird. Der durch die hier beschriebene Herangehensweise ermöglichte zeitliche Versatz gibt der elektrischen Energiequelle die Möglichkeit, die Entnahmeleistung gemäß ihrer Auslegung (gemäß geringeren Dynamikerfordernissen) zu erhöhen, ggf. über einen bestimmten Zeitraum, so dass es nicht erforderlich ist, die elektrische Energiequelle derart auszulegen, dass diese auch ihre Entnahmeleistung sprunghaft erhöhen kann. Diese Herangehensweise kann auch als Vorhalten einer Dynamikreserve bezeichnet werden, wobei das Vorhalten beginnt, bevor die Leistungsanforderung tatsächlich umgesetzt wird, während die Dynamikreserve der erhöhten Entnahmeleistung entspricht. Diese kann sofort abgerufen werden, wenn dies erforderlich ist. Hierzu wird zunächst eine vorausliegende, zu erwartende Erhöhung einer Leistungsanforderung ermittelt, so dass die Entnahmeleistung erhöht werden kann, bevor die erhöhte Leistungsanforderung tatsächlich umzusetzen ist.
-
Es wird daher ein Verfahren zur Steuerung eines Hybridantriebs eines Fahrzeugs beschrieben, bei dem zunächst eine Verkehrs- und/oder Straßensituation erfasst wird, die dem Fahrzeug vorausliegt. Ausgehend von der erfassten Verkehrs- und/oder Straßensituation wird eine vorausliegende, zu erwartende Erhöhung einer Leistungsanforderung ermittelt. Hierbei wird insbesondere die Höhe der Erhöhung ermittelt, vorzugsweise zusammen mit einem Zeitpunkt oder mit einer noch zurückzulegenden Strecke, bis die zu erwartende Erhöhung tatsächlich eintritt bzw. umgesetzt werden soll. Gegebenenfalls kann auch die zu erwartende Erhöhung der Leistungsanforderung über eine Benutzerschnittstelle (etwa eine Taste, ein Schalter o. ä.) eingegeben werden, damit der Fahrer den Antrieb „vorspannen” kann, bevor die erhöhte Leistung tatsächlich abgerufen wird.
-
Daraufhin wird die Entnahmeleistung, welche einer elektrischen Energiequelle des Hybridantriebs entnommen wird, erhöht. Insbesondere wird die Entnahmeleistung erhöht, bevor die Leistungsanforderung umgesetzt wird, gemäß der ermittelten Erhöhung. Vorzugsweise wird die Entnahmeleistung erhöht, bevor der Zeitpunkt erreicht ist, an dem die Erhöhung der Leistungsanforderung erwartet wird, bzw. bevor die Strecke zurückgelegt ist, zu deren Ende die Erhöhung der Leistungsanforderung erwartet wird. Bevorzugt wird die Entnahmeleistung einer elektrischen Energiequelle erhöht, die die elektrische Antriebskomponente des Hybridantriebs mit elektrischer Leistung versorgt. Als Antriebskomponenten werden insbesondere alle Komponenten angesehen, die eingerichtet sind, Traktionsleistung für das Fahrzeug zu erzeugen. Diese elektrische Energiequelle kann insbesondere eine Traktionsbatterie, ein Fahrzeugbordnetz des Fahrzeugs, eine Batterie des Fahrzeugbordnetzes, ein Stromwandler, eine Kondensatorvorrichtung (insbesondere eine Supercap-Anordnung), ein Verbrennungsmotor mit nachgeschaltetem elektrischem Generator (der insbesondere das Fahrzeugbordnetz und/oder die Traktionsbatterie bzw. einen Stromwandler speist) oder eine Kombination von mindestens zweier dieser Komponenten der elektrischen Energiequelle sein.
-
Das Erhöhen der Entnahmeleistung umfasst insbesondere, dass eine Leistung erhöht wird, die elektrischen Komponenten des Fahrzeugs zugeführt wird, welche nicht mittelbar oder unmittelbar zur Traktion des Fahrzeugs beitragen. Diese elektrischen Komponenten bilden eine Menge, die insbesondere keine Schnittmenge mit den genannten Komponenten der elektrischen Energiequelle hat.
-
Die elektrischen Komponenten, die nicht zur Traktion beitragen (entweder durch Liefern oder durch Wandeln elektrischer Leistung), werden auch als elektrische Last bezeichnet.
-
Schließlich wird die Leistungsanforderung des Hybridantriebs umgesetzt, insbesondere nach Zurücklegen der Strecke, bzw. an dem Zeitpunkt, an dem die Leistungsanforderung tatsächlich erhöht wird. Die Leistungsanforderung, welche umgesetzt wird, ist vorzugsweise eine über eine Benutzerschnittstelle eingegebene Leistungsanforderung, etwa über ein Fahrpedal, während die zu erwartende Erhöhung einer Leistungsanforderung mit einer geschätzten, zukünftigen Leistungsanforderung verknüpft ist. Diese müssen nicht notwendigerweise identisch sein, vielmehr dient die vorausliegende, zu erwartende Erhöhung der Leistungsanforderung der Vorbereitung der elektrischen Energiequelle, indem deren Entnahmeleistung erhöht wird. Die Leistungsanforderung, welche umgesetzt wird, entspricht hinsichtlich Höhe und Zeitpunkt der Leistungsanforderung, welche vom Fahrer des Fahrzeugs über die Benutzerschnittstelle eingegeben wird. Beim Umsetzen der Leistungsanforderung wird die Leistung, welche der elektrischen Last (welche nicht zu Traktion beiträgt) zugeführt wird, zugunsten der Leistung verringert, die dem Hybridantrieb und insbesondere der elektrischen Antriebskomponente des Hybridantriebs zugeführt wird. Dieser Vorgang kann verglichen werden mit einem Umschalten des erhöhten Leistungsflusses (entsprechend der erhöhten Entnahmeleistung) von der elektrischen Last zu der elektrischen Antriebskomponente des Hybridantriebs als Senke. Das Umschalten ist hierbei nicht notwendigerweise eine Änderung von 0% auf 100%, sondern kann insbesondere einer Erhöhung von einem positiven Wert auf einen größeren, positiven Wert der Leistung entsprechen. Zur näheren Erläuterung der einzelnen Leistungsverläufe sei auf die Figuren verwiesen.
-
Der Schritt des Ermittelns der Erhöhung der Leistungsanforderung kann das Ermitteln eines Zeitpunkts und/oder eines Streckenpunktes umfassen, an dem die Erhöhung voraussichtlich auftritt. Anstatt des Streckenpunktes kann auch eine noch zurückzulegende Strecke ermittelt werden, an deren Ende die Erhöhung voraussichtlich auftritt. Hierbei entspricht der Streckenpunkt dem Ende dieser Strecke, wobei die hier dargelegten Definitionen, die den Streckenpunkt betreffen, analog für die noch zurückzulegende Strecke gelten, und umgekehrt. Die Entnahmeleistung wird vorzugsweise eine Mindestzeitdauer oder eine Mindeststrecke vor dem ermittelten Zeitpunkt bzw. vor dem ermittelten Streckenpunkt erhöht. Insbesondere wird die Entnahmeleistung vor oder während des Zurücklegens der noch zurückzulegenden Strecke bis zur erwartenden Erhöhung der Leistungsanforderung erhöht. Diese Mindestzeitdauer oder Mindeststrecke kann als Konstante vorgegeben sein oder kann variabel sein. Die Mindestzeitdauer oder Mindeststrecke ist beispielsweise abhängig von der Stärke der Erhöhung bzw. abhängig von zumindest einem Betriebsparameter der Batterie der elektrischen Energiequelle oder anderer Komponenten der elektrischen Energiequelle. Der zumindest eine Betriebsparameter beeinflusst die Ansprechdynamik der elektrischen Energiequelle oder zumindest einer Komponente der Energiequelle. Der Betriebsparameter kann eine Temperatur oder ein Alterungszustand der elektrischen Energiequelle oder einer Komponente hiervon sein, beispielsweise der Batterie (etwa Bordnetzbatterie, Traktionsbatterie) oder der Kondensatorvorrichtung. Beispielsweise bei geringen Temperaturen hat die Batterie eine geringere Ansprechgeschwindigkeit als bei im Vergleich hierzu höheren Temperaturen, so dass die Mindestzeitdauer oder die Mindeststrecke bei einer geringeren Temperatur geringer ist, als bei einer im Vergleich hierzu höheren Temperatur.
-
Die Mindestzeitdauer bzw. die Mindeststrecke können ferner abhängig von einem Wert sein, der die zu erwartende erhöhte Leistungsanforderung wiedergibt. Im Folgenden sind drei Abhängigkeiten angegeben, die einzeln oder in beliebiger Kombination (etwa durch gewichtete Kombination) angewandt werden können. Je geringer die Ansprechdynamik der elektrischen Energiequelle oder einer Komponente der Energiequelle (vorzugsweise die Komponente mit der langsamsten Ansprechdynamik) ist, desto größer kann die Mindestzeitdauer bzw. die Mindeststrecke gewählt werden. Je größer die zu erwartende (erhöhte) Leistungsanforderung, desto größer kann die Mindestzeitdauer bzw. die Mindeststrecke vorgesehen werden. Je größer die Erhöhung ist, desto größer kann die Mindestzeitdauer bzw. die Mindeststrecke gewählt werden.
-
Diese Zusammenhänge können einzeln oder in Kombination in Form einer Funktion oder in Form eines Kennfeldes wiedergegeben sein. Diese Funktion bzw. dieses Kennfeld kann verwendet werden, um aus der Ansprechdynamik, aus der zu erwartenden Leistungsanforderung oder aus der zu erwartenden Erhöhung die Mindestzeitdauer bzw. die Mindeststrecke zu ermitteln. Die Mindestzeitdauer bzw. die Mindeststrecke gibt an, wie weit der Beginn der Erhöhung der Entnahmeleistung vor dem Zeitpunkt oder Streckenpunkt der tatsächlichen Erhöhung der Leistungsanforderung liegt.
-
Ferner kann vorgegeben sein, dass die Entnahmeleistung auf ein Niveau erhöht wird, das einem Betrag der Leistungsanforderung (d. h. der zu erwartenden, erhöhten Leistungsanforderung) entspricht. Alternativ kann die Erhöhung der Entnahmeleistung auch größer als der Betrag der zu erwartenden erhöhten Leistungsanforderung sein. Die erhöhte Leistungsanforderung entspricht der Leistungsanforderung, nachdem diese gemäß der zu erwartenden Erhöhung erhöht wurde.
-
Das Erhöhen der Entnahmeleistung kann vorgesehen werden durch Erhöhen einer Leistung einer elektrischen Last des Fahrzeugs, insbesondere einer elektrischen Komponente, die nicht zur Traktion beiträgt, wie sie hierin beschrieben ist. Während dem Erhöhen wird die Leistung einer elektrischen Antriebskomponente des Hybridantriebs gemäß der Leistungsanforderung vorgesehen, insbesondere gemäß der tatsächlichen Leistungsanforderung, die von einer Benutzerschnittstelle empfangen wird. Vorzugsweise wird die Leistung der elektrischen Last im Wesentlichen um den gleichen Betrag erhöht, wie die Entnahmeleistung der elektrischen Energiequelle erhöht wird. Im Wesentlichen wird die Leistung der elektrischen Last um den gleichen Betrag und zum gleichen Zeitpunkt erhöht, wie die Entnahmeleistung erhöht wird. Dadurch kann die Leistung der elektrischen Antriebskomponente vorgesehen werden, wie es etwa eine Steuerung oder die Benutzerschnittstelle vorsieht. Das Erhöhen der Entnahmeleistung und das Erhöhen der Leistung der elektrischen Last haben somit während dem Vorgang des Erhöhens im Wesentlichen keinen Einfluss auf die Leistung der elektrischen Antriebskomponente.
-
Die Leistungsanforderung kann von einer Benutzerschnittstelle vorgesehen sein, die über eine Steuerung mit der elektrischen Antriebskomponente verbunden ist, wobei diese Steuerung vorzugsweise sowohl die Leistung der elektrischen Antriebskomponente sowie einer verbrennungsmotorbasierten Antriebskomponente des Hybridantriebs steuert. Insbesondere bleibt (bis zur Umsetzung der Erhöhung, d. h. bis zur Eingabe einer erhöhten Leistungsanforderung an einer Benutzerschnittstelle) die Gesamtleistung des Hybridantriebs (d. h. die gesamte Traktionsleistung des Antriebs des Fahrzeugs) gleich oder wird gemäß der Leistungsanforderung vorgesehen, die an der Benutzerschnittstelle eingegeben wird. Daher hat das hier beschriebene Verfahren, das zur Erzeugung einer Dynamikreserve dient, keinen Einfluss auf das Verhältnis von eingegebener Leistungsanforderung zu umgesetzter Leistung des Hybridantriebs.
-
Als spezifische Ausgestaltungsmöglichkeit kann vorgesehen sein, dass die Leistung der elektrischen Last (oder alternativ die Leistung von mehreren elektrischen Lasten) erhöht wird durch Erhöhen einer Leistung einer Batterieladevorrichtung, einer elektrischen Heizung, eines elektrischen Widerstandes, der auch zur Abfuhr überschüssiger Rekuperationsenergie verwendet wird und/oder eines elektrisch betriebenen Kompressors einer Klimaanlage. Diese elektrischen Lasten sind als die hier beschriebenen elektrischen Lasten des Fahrzeugs anzusehen, deren Leistung erhöht wird, während die Entnahmeleistung erhöht wird. Wie bereits bemerkt, wird die Entnahmeleistung und die Leistung der elektrischen Last(en) zeitlich synchron erhöht und vorzugsweise auch mit gleichem zeitlichen Verlauf. Wie ferner bereits bemerkt, kompensiert das Erhöhen der Leistung der elektrischen Last das Erhöhen der Entnahmeleistung im Wesentlichen vollständig oder zumindest teilweise. Die vorangehend genannten elektrischen Lastkomponenten (Batterieladevorrichtung, elektrische Heizung, elektrischer Widerstand oder elektrisch betriebener Kompressor) sind elektrische Beispiele für elektrische Komponenten, die nicht zur Traktion des Fahrzeugs beitragen. Diese Lasten sind Komponenten, die elektrische Energie aufnehmen und in eine andere Energieform wandeln, vorzugsweise in Wärme, in Druck oder in kinetische Energie, soweit diese kinetische Energie nicht zur Traktion verwendet wird, etwa zur Erzeugung einer Luftströmung oder einer Wärmefluidströmung.
-
Weiterhin kann vorgesehen sein, dass die Leistungsanforderung umgesetzt wird durch Erhöhen der Leistung der elektrischen Antriebskomponente des Hybridantriebs gemäß der Erhöhung der Leistungsanforderung, die insbesondere an der Benutzerschnittstelle (beispielsweise Fahrpedal) eingegeben wird oder auch gemäß ermittelten Leistungsanforderungen, wenn die (an der Benutzerschnittstelle erfasste) Leistungsanforderung nach dem Erhöhen der Entnahmeleistung erhöht wird. Mit anderen Worten wird nur dann die Leistung der elektrischen Antriebskomponente tatsächlich erhöht, wenn dies an der Benutzerschnittstelle ermittelt wird. Falls die ermittelte Leistungsanforderung nicht auftritt, d. h. falls eine zu erwartende Erhöhung ermittelt wird, jedoch zum betreffenden Zeitpunkt bzw. Streckenpunkt an der Benutzerschnittstelle keine erhöhte Leistungsanforderung eingegeben wird, dann wird der Hybridantrieb gemäß der Leistungsanforderung betrieben, wie sie über die Benutzerschnittstelle eingegeben wird. Derartige fehlerhafte Ermittlungen können beispielsweise wie weiter unten beschrieben einem Lernprozess zugeführt werden.
-
Im Folgenden sind einige Möglichkeiten angegeben, mittels denen die dem Fahrzeug vorausliegende Verkehrs- und/oder Straßensituation erfasst werden kann. Diese Möglichkeiten können miteinander kombiniert werden, beispielsweise durch eine gewichtete Kombination wie eine gewichtete Addition einzelner Werte, die einzelnen im Weiteren genannten Daten bzw. Signalen entsprechen.
-
Die Verkehrs- und/oder Straßensituation kann erfasst werden durch Erfassen eines Abschnitts zu einem vorausfahrenden Fahrzeugteilnehmer. Der Abschnitt kann mittels Radar, LIDAR, mittels Ultraschall oder auch mittels Bilderfassung durch ein Kamerasystem, insbesondere durch ein Stereo-Kamerasystem, erfasst werden. Ferner kann der Abstand erfasst werden durch Erfassung eines Abstandssignals, eines Abstandsregelautomaten, einer Kollisionswarnvorrichtung und/oder eines anderen Fahrerassistenzsystems des Fahrzeugs. Dadurch kann der Abstand erfasst werden durch zusätzliche Verwendung eines Abstandssignals zum verfahrensgemäßen Erfassen des Abstands neben der eigentlichen Funktion innerhalb des Abstandsregeltempomaten, der Kollisionswarnrichtung oder anderer Fahrassistenzsysteme. Anstatt oder in Kombination mit dem Abstand kann auch eine Relativgeschwindigkeit zu einem vorausfahrenden Fahrzeugteilnehmer mittels dieser Herangehensweisen erfasst werden. Je mehr sich der Abstand vergrößert, bzw. je größer die Relativgeschwindigkeit ist, desto größer ist die vorausliegende zu erwartende Erhöhung der Leistungsanforderung.
-
Ferner kann eine Erhöhung einer zulässigen Höchstgeschwindigkeit in der vorausliegenden Strecke erfasst werden. Diese kann erfasst werden mittels einer Navigationsvorrichtung, in der neben Kartendaten auch Geschwindigkeitsbegrenzungen bezogen auf Streckenabschnitte abgespeichert sind. Alternativ oder in Kombination hierzu kann eine zulässige Höchstgeschwindigkeit durch eine optische Bilderfassungsvorrichtung erfasst werden, die insbesondere eine Kamera und ein nachgeschaltetes Bildverarbeitungsgerät umfasst. Je größer die Differenz zwischen einer aktuellen Geschwindigkeit des Fahrzeugs und der erfassten, erhöhten zulässigen Höchstgeschwindigkeit, desto größer ist die vorausliegende zu erwartende Erhöhung. Die optische Bilderfassungsvorrichtung kann hierbei Verkehrsschilder erfassen, die unmittelbar die Höchstgeschwindigkeit angeben, oder kann andere Verkehrsschilder erfassen, welche mit einer zulässigen Höchstgeschwindigkeit verknüpft sind. Die zulässige Höchstgeschwindigkeit ist insbesondere die straßenverkehrsrechtlich zulässige Höchstgeschwindigkeit.
-
Ferner kann eine dem Fahrzeug vorausliegende Auflösung eines Verkehrsstaus erfasst werden. Dies entspricht der Erfassung einer Erhöhung der mittleren Verkehrsgeschwindigkeit in einem vorausliegenden Streckenabschnitt. Dies kann erfasst werden mittels eines Verkehrsdatendienst- oder Car-to-X-Empfangsgeräts (insbesondere ein Car-to-Car-Empfangsgerät oder ein Car-to-Infrastruktur-Empfangsgerät). Insbesondere bei dem Empfang aktualisierter Verkehrsdaten, die auf eine Verkürzung oder eine Auflösung eines vorausliegenden Staus (bzw. Abschnitts mit erhöhter Verkehrsdichte) hindeuten, kann verfahrensgemäß eine zu erwartende Erhöhung einer Leistungsanforderung ermittelt werden. Je größer die Differenz zwischen einer aktuellen Geschwindigkeit des Fahrzeugs und einer zu erwartenden höheren Geschwindigkeit aufgrund der Stauauflösung, desto größer ist die zu erwartende Erhöhung der Leistungsanforderung.
-
Allgemein kann die Erhöhung der Leistungsanforderung als Erhöhung der Sollgeschwindigkeit des Fahrzeuges betrachtet werden, wobei die zu erwartende Erhöhung der Leistungsanforderung auch als zu erwartender Beschleunigungsvorgang interpretiert werden kann.
-
Ferner kann eine vorausliegende Kreuzung oder eine Einfahrt oder ein Beginn eines geraden Streckenabschnitts erfasst werden. Dies kann insbesondere mittels einer Navigationsvorrichtung erfasst werden. Da nach dem Passieren einer Kreuzung, einer Einfahrt oder zu Beginn eines geraden Streckenabschnitts üblicherweise die Geschwindigkeit erhöht wird und somit auch die Leistungsanforderung, kann anhand dieser Daten eine zu erwartende Erhöhung der Leistungsanforderung ermittelt werden. Abhängig von dem Streckenmerkmal (Kreuzung, Einfahrt oder Beginn eines geraden Streckenabschnitts) können Werte vorgesehen sein, die eine zu erwartende Erhöhung der Leistungsanforderung wiedergeben. Ferner können Werte angegeben sein, die einen Geschwindigkeitserhöhungsbetrag beim Passieren einer Kreuzung einer Einfahrt oder zu Beginn eines geraden Streckenabschnitts wiedergeben. Ferner kann vorgesehen sein, dass die zu erwartende Erhöhung der Leistungsanforderung umso größer ist, je kleiner ein Kurvenradius vor Beginn des geraden Streckenabschnitts ist.
-
Schließlich kann ein anstehender Überholvorgang erfasst werden. Der Überholvorgang kann anhand eines Aktivierungssignals eines Fahrtrichtungsanzeigers erfasst werden oder durch Erfassen eines Spurwechsels mittels eines Fahrerassistenzsystems, das eingerichtet ist, Spurwechsel zu erfassen. Je größer die Differenz zwischen einer aktuellen Geschwindigkeit des Fahrzeugs zu Beginn oder vor dem Überholvorgang und der zulässigen Höchstgeschwindigkeit auf dem aktuellen Streckenabschnitt ist, desto größer ist die zu erwartende Erhöhung der Leistungsanforderung. Wie bereits bemerkt, können die vorangehend genannten Möglichkeiten der Erfassung der vorausliegenden Verkehrs- und/oder Straßensituation auch kombiniert werden.
-
Vorzugsweise ist ferner vorgesehen, dass die erfasste Verkehrs- und/oder Straßensituation und die tatsächlich folgende Erhöhung der Leistungsanforderung an eine Lerneinheit übertragen wird.
-
Die tatsächlich folgende Erhöhung der Leistungsanforderung wird erfasst anhand der an der Benutzerschnittstelle (bspw. Fahrpedal) eingegebenen Fahrsignale. Ferner kann die tatsächlich folgende Erhöhung der Leistungsanforderung erfasst werden durch Erfassen eines Steuersignals, das eine Antriebskomponente des Hybridantriebs oder den gesamten Hybridantrieb ansteuert. Die Lerneinheit erstellt Zusammenhänge zwischen den erfassten Verkehrs- und/oder Straßensituationen und der tatsächlich folgenden Erhöhung. Diese Zusammenhänge können beispielsweise in Form einer Datenbank wiedergegeben sein, bei der Werte zweier Datenreihen gegenübergestellt sind, wobei die zwei Datenreihen der erfassten Verkehrs- und/oder Straßensituation und der tatsächlich folgenden Erhöhung entsprechen. Ferner können die Zusammenhänge erstellt werden durch Erhöhen oder Verringern von Gewichtungen, die erfasste Verkehrs- und/oder Straßensituationen auf folgende Erhöhungen abbilden, beispielsweise im Rahmen eines neuronalen Netzwerkes. Dadurch kann die Lerneinheit aus vergangenen Situationen bzw. Leistungsanforderungen lernen. Hierbei entspricht das Erstellen der Zusammenhänge dem Lernvorgang. Vorzugsweise werden die gelernten Zusammenhänge auf aktuelle Verkehrs- und/oder Straßensituationen übertragen, um daraus eine aktuelle zu erwartende Erhöhung zu ermitteln. Daher wird eine aktuell vorausliegende Verkehrs- und/oder Straßensituation erfasst, wobei durch Anwenden der erstellten Zusammenhänge (d. h. durch Berücksichtigen bereits vergangener Situationen bzw. Erhöhungen) auf die aktuell vorausliegende Verkehrs- und/oder Straßensituation die aktuelle, zu erwartende Erhöhung ermittelt wird.
-
Vorzugsweise wird die Entnahmeleistung erhöht, indem die Entnahmeleistung unmittelbar nach dem Ermitteln der vorausliegenden, zu erwartenden Erhöhung erhöht wird. Alternativ kann die Entnahmeleistung um eine vorbestimmte Zeitdauer verzögert nach dem Ermitteln der vorausliegenden, zu erwartenden Erhöhung erhöht werden. Insbesondere wenn erst nach einer Verzögerung die Entnahmeleistung erhöht wird, kann die vorausliegende Verkehrs- und/oder Straßensituation nochmals erfasst werden und die zu erwartende Erhöhung nochmals ermittelt werden, um bei einem abweichenden Ergebnis (gegenüber der ersten Erfassung bzw. Ermittlung) von einer Erhöhung der Entnahmeleistung abzusehen. Dadurch werden fehlererzeugende, nur temporär auftretende Erfassungsergebnisse unterdrückt.
-
Alternativ kann die Entnahmeleistung vor einem Zeitpunkt bzw. vor einem Streckenpunkt, für den die Erhöhung der Leistungsanforderung ermittelt wird, erhöht werden. Insbesondere kann die Entnahmeleistung eine vorbestimmte Zeitdauer oder eine vorbestimmte Streckenlänge vor diesem Zeitpunkt bzw. vor diesen Streckenpunkt, für den die Erhöhung ermittelt wird, erhöht werden. In diesem Fall ist die vorbestimmte Zeitdauer bzw. die vordefinierte Streckenlänge an die Ansprechdynamik der elektrischen Energiequelle angepasst. Hierbei ist eine Zeitdauer, die ausreichend für die elektrische Energiequelle ist, die Entnahmeleistung zu erhöhen, kleiner als die oder gleich der vorbestimmten Zeitdauer. Innerhalb der Zeitdauer bzw. innerhalb dieser Streckenlänge kann die Entnahmeleistung gemäß der Ausgestaltung der elektrischen Energiequelle und insbesondere gemäß einer zulässigen Anstiegsgeschwindigkeit der Leistung der elektrischen Energiequelle erhöht werden. Die vorbestimmte Zeitdauer bzw. die vorbestimmte Streckenlänge entspricht somit einem gezielten Vorlauf, während dem die Entnahmeleistung zur Vorbereitung auf die Erhöhung der Leistungsanforderung vorausschauend erhöht wird. Diese Erhöhung der Entnahmeleistung vor dem tatsächlichen Auftreten der Leistungsanforderung entspricht der Ausgestaltung einer Dynamikreserve, die durch die Erhöhung der Entnahmeleistung geschaffen wird.
-
Weiterhin wird ein Computerprogramm zur Steuerung eines Hybridantriebs eines Fahrzeugs beschrieben, das bei Ablauf auf einem Prozessor die Schritte des hier beschriebenen Verfahrens umsetzt.
-
Vorzugsweise wird ein Computerprogramm wie im Folgenden definiert ist, zur Umsetzung des Verfahrens verwendet:
Computerprogramm zur Steuerung eines Hybridantriebs eines Fahrzeugs, welches das Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche implementiert, mit einem Erfassungs-Unterprogramm, das bei Ablauf auf einem Prozessor den Schritt des Erfassens der vorausliegenden Verkehrs- und/oder Straßensituation ausführt;
einem Ermittlungs-Unterprogramm, das bei Ablauf auf einem Prozessor die vom Erfassungs-Unterprogramm erfasste Verkehrs- und/oder Straßensituation verarbeitet und den Schritt des Ermittelns der vorausliegenden, zu erwartenden Erhöhung der Leistungsanforderung ausführt;
einem Entnahmeleistung-Erhöhungsunterprogramm, das bei Ablauf auf einem Prozessor die vom Ermittlungs-Unterprogramm ermittelte, zu erwartende Leistungsanforderung verarbeitet und den Schritt des Erhöhens der Entnahmeleistung ausführt; und
einem Steuerdaten-Erzeugungsunterprogramm, das bei Ablauf auf einem Prozessor die vom Entnahmeleistung-Erhöhungsunterprogramm erhöhte Entnahmeleistung verarbeitet und Steuerdaten erzeugt, die die erhöhte Entnahmeleistung wiedergeben.
-
Als Prozessor, auf dem das Computerprogramm abläuft, wird vorzugsweise ein Mikroprozessor verwendet, wobei das Computerprogramm in einem Speicher abgelegt ist, der mit dem Mikroprozessor funktionell verbunden ist. Der Mikroprozessor kann und insbesondere der Speicher mit dem Computerprogramm ist vorzugsweise in einem Motorsteuergerät vorgesehen. Hierbei kann der Mikroprozessor auch andere Funktionen ausführen, die das Motorsteuergerät aufweist.
-
Es sei darauf hingewiesen, dass die zu erwartende Erhöhung ein Schätzwert ist, der mit einem zukünftigen Zeitpunkt verknüpft ist. Um tatsächlich eintretende, vorausliegende Erhöhungen von diesen Schätzwerten zu unterscheiden, wird der Begriff „vorausliegende, zu erwartende Erhöhung” verwendet.
-
Kurzbeschreibung der Figuren
-
Die 1 ist ein Flussdiagramm zur Erläuterung des hier beschriebenen Verfahrens und
-
die 2 zeigt ein Zeitablaufdiagramm zur näheren Erläuterung der hier beschriebenen Herangehensweise.
-
Detaillierte Beschreibung der Zeichnungen
-
In 1 ist ein symbolisches Ablaufdiagramm, welches Schritte und deren Abfolge angibt, wie sie in dem hier beschriebenen Verfahren auftreten.
-
Zunächst wird in Schritt 10 eine dem Fahrzeug vorausliegende Verkehrs- und/oder Straßensituation erfasst, insbesondere automatisch. Die Erfassung geschieht beispielsweise mittels Abstandssensoren oder auch über andere fahrzeugseitige Einheiten, mit denen sich Informationen über den vorausliegenden Verkehr oder die vorausliegende Straßensituation sammeln lassen.
-
Im nachfolgenden Schritt 20 wird anhand der in Schritt 10 erfassten Daten eine vorausliegende, zu erwartende Erhöhung einer Leistungsanforderung des Hybridantriebs ermittelt. Dieses Ermitteln ist insbesondere ein Schätzen, wobei die zu erwartende Erhöhung, wie bereits bemerkt, ein Schätzwert ist.
-
In Schritt 30 wird eine Entnahmeleistung erhöht, die einer elektrischen Energiequelle des Hybridantriebs entnommen wird. Als elektrische Energiequelle dient hierbei beispielsweise eine Batterie, die nur zur Speisung eines elektrischen Traktionsmotors des Hybridantriebs verwendet wird. Als elektrische Energiequelle des Hybridantriebs können ferner ein Bordnetz und insbesondere eine Bordnetzbatterie dienen.
-
Die Entnahmeleistung kann über einen DC/DC-Wandler entnommen werden. Der Schritt 30 des Erhöhens der Entnahmeleistung wird ausgeführt, bevor die Leistungsanforderung umgesetzt wird in dem folgenden Schritt 40. Zwischen dem Schritt 30 und dem Schritt 40 besteht eine gezielte Verzögerung bzw. eine Mindestzeitdauer, die verwendet wird, um die Energiequelle auf die anstehende Erhöhung der Leistungsanforderung vorzubereiten. In dem Zeitintervall zwischen dem Schritt 30 und dem Schritt 40 kann die Entnahmeleistung vorzugsweise ein stetiger Weise erhöht werden oder kann gemäß einer negativ-exponentiellen Funktion erhöht werden, wobei eine Abweichung dieser Erhöhung von einem Sprung keinen Einfluss hat auf das Umsetzen der erhöhten Leistungsanforderung, da die Leistungsanforderung erst nach dem Ablauf dieses Zeitintervalls in Schritt 40 umgesetzt wird. Stattdessen werden elektrische Lasten in diesem Zeitintervall betrieben, bei denen eine Abweichung von einem Sprung einer Leistungserhöhung nicht nachteilig ist (im Gegensatz zum Hybridantrieb).
-
Insbesondere bezieht sich diese Verzögerung bzw. das Zeitintervall auf die Zeit zwischen dem Beginn des Schritts 30 und dem Beginn des Schritts 40, so dass die Verzögerung bzw. das Zeitintervall auch während dem Schritt 30 bereits beginnen kann. Während der Schritt 30 des Erhöhens der Entnahmeleistung durchgeführt wird, wird eine Leistung einer elektrischen Last im Wesentlichen in der gleichen Weise erhöht, wie die Entnahmeleistung erhöht wird, d. h. insbesondere auch nicht sprungförmig.
-
Das Erhöhen der Leistung der elektrischen Last kann angepasst sein an den Verlauf des Erhöhens der Entnahmeleistung, welcher wiederum von dem Ansprechverhalten der elektrischen Energiequelle abhängen kann. Es können beim Erhöhen der Entnahmeleistung Vorgaben berücksichtigt werden, etwa Vorgaben wie eine maximale Leistungsanstiegsgeschwindigkeit (die der Ansprechdynamik entsprechen kann), welche gewährleistet, dass beispielsweise eine Spannung des Bordnetzes oder einer Traktionsbatterie keinen (wesentlichen) Einbruch erleidet. Ferner kann eine maximale Anstiegsgeschwindigkeit für die Leistung vorgegeben sein, die beim Erhöhen der Entnahmeleistung nicht überschritten wird, welche eine Grenze markiert, bei deren Überschreiten die Batterie auf Dauer Schaden nimmt. Wie bereits bemerkt, kann der Verlauf der Entnahmeleistung von Betriebsparametern der elektrischen Energiequelle abhängen, etwa von einer Temperatur der Batterie oder eines DC/DC-Wandlers.
-
In Schritt 40 wird die Leistungsanforderung des Hybridantriebs umgesetzt. Hierbei wird die tatsächlich an einer Benutzerschnittstelle eingegebene Leistungsanforderung umgesetzt. Der Schritt 40 wird ausgeführt, nachdem die Entnahmeleistung in Schritt 30 erhöht wurde.
-
Die 1 zeigt ein Verlaufsdiagramm verschiedener Leistungen, die innerhalb dieses Verfahrens verwendet werden sowie Werte, die eine Verkehrs- und Straßensituation wiedergeben. Die Werte, die die Verkehrs- bzw. Straßensituation wiedergeben, sind im zeitlichen Verlauf mit dünnerer Linie dargestellt als die Verläufe der Leistungen.
-
Die Linie 100 gibt die gesetzlich zulässige Höchstgeschwindigkeit für die momentan befahrenen Straßen des Fahrzeugs wieder. Hierbei wird zum Zeitpunkt t1 erkannt, dass eine Strecke mit höherer Höchstgeschwindigkeit vorausliegt, wobei die höhere Höchstgeschwindigkeit ab dem Zeitpunkt t2 gilt. Zum Zeitpunkt t1 kann beispielsweise eine Vorauskamera ein Verkehrsschild erfassen, welches die zulässige Höchstgeschwindigkeit wiedergibt, während t2 den Zeitpunkt markiert, an dem das Verkehrsschild passiert wird. Als weitere Möglichkeit zur Erfassung einer Verkehrs- oder Straßensituation zeigt die Linie 110 die Geschwindigkeit des vorausfahrenden Fahrzeugs, das beispielsweise über Car-to-car-Kommunikation an das Fahrzeug (dessen Hybridantrieb verfahrensgemäß gesteuert wird) übertragen werden kann. Alternativ ist es möglich, die Linie 110 als Abstand zum vorausfahrenden Fahrzeug zu betrachten, wobei zum Zeitpunkt t1 eine Zunahme des Abstands beginnt, so dass zum Zeitpunkt t2 zu erwarten ist, dass das Fahrzeug der Beschleunigung des vorausliegenden Fahrzeugs folgt und die Geschwindigkeit (und somit die Leistungsanforderung an den Hybridantrieb) erhöht. Ferner ist vorstellbar, dass zum Zeitpunkt t2 eine Nachricht erhalten wird, gemäß der zum Zeitpunkt t2 sich ein vorausliegender Verkehrsstau auflöst, so dass zum Zeitpunkt t2 zu erwarten ist, dass die Leistungsanforderung erhöht wird. Zudem kann der Zeitpunkt t1 dem Zeitpunkt entsprechen, an dem ein vorausliegendes Baustellenende liegt, während zum Zeitpunkt t2 das Baustellenende passiert wird.
-
Die Linie PA,r gibt den zeitlichen Verlauf der tatsächlichen, an einer Benutzerschnittstelle angegebenen Leistungsanforderung wieder. Es ist zu erkennen, dass zum Zeitpunkt t2 diese sprunghaft ansteigt, da zu diesem Zeitpunkt etwa eine höhere Höchstgeschwindigkeit gilt oder der vorausfahrende Verkehr dünner wird, entsprechend dem Auflösen eines Staus.
-
Die Kurve PA gibt die Leistung wieder, mit der der Hybridantrieb und insbesondere die elektrische Antriebskomponente hiervon betrieben wird. Es ist klar zu erkennen, dass zum Zeitpunkt t2, an dem eine tatsächliche über die Benutzerschnittstelle erfasste Leistungsanforderung anliegt, die Leistung des Hybridantriebs bzw. der Antriebskomponente sprunghaft erhöht wird.
-
Die Kurve PL zeigt den zeitlichen Verlauf der Leistung, die an die elektrische Last bzw. elektrischen Lasten übertragen werden. Es ist zu erkennen, dass ab dem Zeitpunkt t1, ab dem die Entnahmeleistung gemäß Schritt 30 erhöht wird, auch die Leistung der elektrischen Last steigt.
-
Parallel hierzu zeigt die Kurve PQ den Verlauf der Entnahmeleistung, die einer elektrischen Energiequelle entnommen wird. Da diese sich aufteilt in die Leistung der elektrischen Last PL und die Leistung des elektrischen Antriebs PA, entspricht die Kurve PQ im Wesentlichen der Summe der Kurven PL und PA.
-
Es ist zu erkennen, dass vor dem Zeitpunkt t2 die Kurve PQ mit einer Anstiegsgeschwindigkeit erhöht wird, die deutlich geringer als die Anstiegsgeschwindigkeit der Kurve PA zum Zeitpunkt t2 ist. Durch die relativ geringe Anstiegsgeschwindigkeit der Entnahmeleistung PQ kann die elektrische Energiequelle über einen gewissen Zeitraum (d. h. in dem Zeitraum zwischen t1 und t2) auf die zu erwartende Erhöhung der Leistungsanforderung PA,e vorbereitet werden durch langsames Hochfahren der Leistung. Um die Antriebsleistung PA für den Zeitraum zwischen t1 und t2, d. h. insbesondere für den Zeitraum vor t2, konstant zu halten oder auf dem Niveau zu halten, das der tatsächlichen Leistungsanforderung entspricht, steigt die Leistung der elektrischen Last PL in der gleichen Weise an wie die Entnahmeleistung. In gleicher Weise bedeutet hier um den gleichen Betrag, mit der gleichen Anstiegsgeschwindigkeit und/oder über die gleiche Zeitdauer.
-
An dem Zeitpunkt t2 wird die Leistung des Hybridantriebs sprunghaft erhöht, gemäß der tatsächlichen und gemäß der zu erwartenden Erhöhung der Leistungsanforderung PA,r und PA,e. Zum Ausgleich wird die elektrische Last sprunghaft verringert in gleicher Weise, wie die Antriebsleistung erhöht wird, d. h. gemäß der Erhöhung der Leistungsanforderung. Somit kompensiert die Verringerung der Leistung der elektrischen Last die Erhöhung der Leistungsanforderung, die aus der Kurve PA zu erkennen ist.
-
Der Schritt 10 des Erfassens der Verkehrs- bzw. Straßensituation ist insbesondere dem Zeitraum t1 zuzuordnen, der Schritt 20 des Ermittelns der vorausliegenden zu erwartenden Erhöhung ist dem Zeitpunkt t1 zuzuordnen bzw. einem Zeitraum vor t1, der Schritt 30 des Erhöhens der Entnahmeleistung ist dem Zeitraum zwischen t1 und t2 zuzuordnen, auch wenn sich in 2 das Erhöhen der Entnahmeleistung nicht über die vollständige Intervallbreite zwischen t1 und t2 erstreckt, und der Schritt des Umsetzens der Leistungsanforderung ist dem Schritt t2 bzw. der darauf folgenden Zeit zuzuordnen.
-
Die in 2 dargestellten Verläufe sind nicht maßstäblich dargestellt. Lediglich der Abstand zwischen PQ und PL ist zumindest in dem Zeitraum von t1 bis t2 im Wesentlichen konstant. Ferner ist die Verringerung der Leistung der Last PL zum Zeitpunkt t2 vom Betrag her so groß wie die Erhöhung der Antriebsleistung PA zum Zeitpunkt t2. Ferner sei bemerkt, dass zum Zeitpunkt t2 der Anstieg der Kurve PA nicht unbedingt dem Anstieg der Kurve PA,e entspricht.
-
Bezugszeichenliste
-
- 10
- Schritt des Erfassens einer vorausliegenden Verkehrs- und/oder Straßensituation;
- 20
- Schritt des Ermittelns einer vorausliegenden, zu erwartenden Erhöhung einer Leistungsanforderung;
- 30
- Schritt des Erhöhens einer Entnahmeleistung, die einer elektrischen Energiequelle entnommen wird;
- 40
- Schritt des Umsetzens der Leistungsanforderung des Hybridantriebs, wie sie an einer Eingabeschnittstelle eingegeben wird;
- 100
- Verlauf der zulässigen Höchstgeschwindigkeit auf der Strecke;
- 110
- Geschwindigkeit des vorausfahrenden Fahrzeugs oder auch Abstand zum vorausfahrenden Fahrzeug;
- PA,r
- tatsächliche Leistungsanforderung, über eine Benutzerschnittstelle eingegeben (etwa über ein Fahrpedal);
- PA,e
- ermittelte Leistungsanforderung, bzw. vorausschauend geschätzte Leistungsanforderung;
- PQ
- Entnahmeleistung, die einer elektrischen Energiequelle entnommen wird
- PA
- Leistung des Hybridantriebs, insbesondere der elektrischen Antriebskomponente des Hybridantriebs
- PL
- Leistung, die an eine elektrische Last oder an mehrere elektrische Lasten abgegeben wird, die nicht zur Traktion des Fahrzeugs beitragen
