DE102014222059A1

DE102014222059A1 - In der raumdomäne optimale elektro- und hybrid-elektrofahrzeugsteuerung mit wegvorausberechnung

Info

Publication number: DE102014222059A1
Application number: DE201410222059
Authority: DE
Inventors: Anthony Mark Philips; Yanan Zhao; Ming Lang Kuang
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2013-11-01
Filing date: 2014-10-29
Publication date: 2015-05-07
Also published as: US9469213B2; CN104608764B; CN104608764A; US20150127199A1

Abstract

Es werden ein Verbrennungsmotor, eine Elektromaschine und eine Batterie eines Fahrzeugs in gewissen Beispielen so betrieben, dass eine vorbestimmt Route auf Basis von variierenden Kriterien segmentiert wird, um Batterieladezustands-Segmentendpunkte auf der Route zu bestimmen. Die Endpunkte sind eine Überlagerung von Endpunkten, die durch prognostizierte Übergänge im Antriebsstrangbetriebsmodus, durch prognostizierte Übergänge in der Fahrzeugbeschleunigung oder durch prognostizierte Übergänge in der Fahrbahnsteigung auf der Route definiert werden.

Description

Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf das Management von Kraftstoffverbrauch in einem Hybrid-Elektrofahrzeug.
Ein Hybrid-Elektrofahrzeug (HEV, hybrid electric vehicle) wird durch Puffern von Kraftstoffenergie betrieben, indem der Verbrennungsmotor zum Antreiben eines Generators verwendet wird; die generierte Elektrizität wird in einer Batterie gespeichert. Auch können HEV-Systeme kinetische Energie durch Verwenden des Schwungmoments des Fahrzeugs zum Antreiben des Generators zurückgewinnen; die generierte Elektrizität wird dann in einer Batterie gespeichert. Kraftstoff ist die vorrangige Energiequelle in einem HEV-System. Plug-in Hybrid-Elektrofahrzeuge (PHEVs) stellen eine Erweiterung der vorhandenen Hybrid-Elektrofahrzeuge (HEVs) mit zusätzlicher Energieflexibilität dar. Ein PHEV nutzt einen Batteriesatz mit größerer Kapazität als ein Standard-HEV, und das PHEV weist zwei Energiequellen auf, Kraftstoff und Elektrizität aus dem öffentlichen Stromversorgungsnetz.
Ein Ziel des HEV-Steuerungssystems ist es, Energiebetriebskosten und Emissionen zu minimieren, ohne Kompromisse beim Fahrverhalten des Fahrzeugs und bei Systemnebenbedingungen einzugehen. Eine standardmäßige Strategie zur Energiemanagement-Steuerung (EMC, energy management control) ist herkömmlicherweise dazu ausgelegt, das HEV im Elektroantriebsmodus zu betreiben, bei dem das Fahrzeug nur den Elektromotor betreibt, damit im gemischten Betriebsmodus, wenn das Fahrzeug sowohl den Verbrennungsmotor als auch den Elektromotor betreibt, die Batterieleistungsabgabe maximiert wird.
Ein Hybrid-Elektrofahrzeug enthält möglicherweise einen Antriebsstrang und wenigstens einen Controller. Der wenigstens eine Controller betreibt den Antriebsstrang möglicherweise gemäß einem Batterieladezustandsprofil einer vorbestimmten Route, das durch prognostizierende Routensegmentierung auf Basis von prognostizierten Übergängen im Antriebsstrangbetriebsmodus, Übergängen in der Beschleunigung oder Übergängen in der Fahrbahnsteigung bestimmt wird.
1 veranschaulicht ein beispielhaftes Hybrid-Elektrofahrzeug mit einem Antriebsstrangsteuerungsmodul;
2 ist ein Flussdiagramm eines Energiemanagement-Steuerungssystems auf Basis von Wegvorausberechnung;
3 ist ein Flussdiagramm eines in der Raumdomäne optimalen Hybridsteuerungssystems mit Wegvorausberechnung;
4 ist ein Flussdiagramm zur regelbasierten Routensegmentierung für ein in der Raumdomäne optimales Hybridsteuerungssystem;
5 ist ein Flussdiagramm zur Optimierung in der Raumdomäne für ein in der Raumdomäne optimales Hybridsteuerungssystem;
6 veranschaulicht eine beispielhafte Segmentierung einer vorbestimmten Route.
Hierin werden Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung beschrieben. Allerdings versteht es sich, dass die offenbarten Ausführungsformen lediglich Beispiele sind und dass andere Ausführungsformen verschiedene und alternative Formen annehmen können. Die Figuren sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu; einige Merkmale könnten vergrößert oder verkleinert dargestellt sein, um Details besonderer Komponenten zu zeigen. Daher sind hierin offenbarte, spezifische strukturelle und funktionale Details nicht als einschränkend zu interpretieren, sondern lediglich als eine bezeichnende Grundlage, um einen Fachmann darüber zu unterrichten, die vorliegende Erfindung verschiedenermaßen anzuwenden. Wie Durchschnittsfachleute verstehen werden, können verschiedene, mit Bezug auf jede der Figuren veranschaulichte und beschriebene Merkmale mit Merkmalen kombiniert werden, die in einer oder mehreren anderen Figuren veranschaulicht werden, um Ausführungsformen herzustellen, die nicht ausdrücklich veranschaulicht oder beschrieben werden. Die Kombinationen von veranschaulichten Merkmalen stellen bezeichnende Ausführungsformen für typische Anwendungen bereit. Verschiedene Kombinationen und Modifikationen der Merkmale, die mit den Lehren dieser Offenbarung übereinstimmen, können allerdings für bestimmte Anwendungen oder Umsetzungsformen verlangt werden.
1 zeigt ein Beispiel für ein Plug-in Hybrid-Elektrofahrzeug auf. Ein Plug-in Hybrid-Elektrofahrzeug 102 umfasst möglicherweise einen oder mehrere Elektromotoren 104, die mechanisch mit einem Hybridgetriebe 106 verbunden sind. Zusätzlich ist das Hybridgetriebe 106 mechanisch mit einem Verbrennungsmotor 108 verbunden. Das Hybridgetriebe 106 ist möglicherweise auch mechanisch mit einer Antriebswelle 110 verbunden, die mechanisch mit den Rädern 112 verbunden ist. Die Elektromotoren 104 können Antrieb bereitstellen, wenn der Verbrennungsmotor 108 eingeschaltet ist. Die Elektromotoren 104 können Verzögerungsfähigkeit bereitstellen, wenn der Verbrennungsmotor 108 ausgeschaltet ist. Die Elektromotoren 104 sind möglicherweise als Elektrogeneratoren ausgelegt und können Vorteile hinsichtlich des Kraftstoffverbrauchs bereitstellen, indem sie Energie, die im Friktionsbremssystem normalerweise als Wärme verloren gehen würde, zurückgewinnen. Die Elektromotoren 104 reduzieren möglicherweise auch Schadstoffemissionen, weil das Hybrid-Elektrofahrzeug 102 möglicherweise unter gewissen Bedingungen im Elektromodus betrieben wird.
Die Traktionsbatterie oder der Batteriesatz 114 speichern Energie, die von den Elektromotoren 104 verwendet werden kann. Ein Fahrzeugbatteriesatz 114 stellt typischerweise eine Hochspannungs-Gleichstrom-Ausgabe bereit. Der Batteriesatz 114 ist mit einem leistungselektronischen Modul 116 elektrisch verbunden. Das leistungselektronische Modul 116 ist ebenfalls mit den Elektromotoren 104 elektrisch verbunden und stellt die Fähigkeit zur bidirektionalen Energieübertragung zwischen dem Batteriesatz 114 und den Elektromotoren 104 bereit. Zum Beispiel stellt ein typischer Batteriesatz 14 möglicherweise eine Gleichspannung bereit, während die Elektromotoren 104 zum Funktionieren möglicherweise einen dreiphasigen Wechselstrom benötigen. Das leistungselektronische Modul 116 wandelt möglicherweise die Gleichspannung in einen dreiphasigen Wechselstrom um, wie er von den Elektromotoren 104 benötigt wird. In einem Energierückgewinnungsmodus wird das leistungselektronische Modul 116 den dreiphasigen Wechselstrom aus den Elektromotoren 104, die als Generatoren fungieren, in die vom Batteriesatz 114 benötigte Gleichspannung umwandeln. Die hierin beschriebenen Verfahren sind gleichermaßen auf ein reines Elektrofahrzeug oder auf irgendeine andere Einrichtung, die einen Batteriesatz verwendet, anwendbar.
Zusätzlich zum Bereitstellen von Energie für den Antrieb stellt der Batteriesatz 114 möglicherweise Energie für andere Elektrosysteme des Fahrzeugs bereit. Ein typisches System enthält möglicherweise ein Gleichspannungswandlermodul 118, das die Hochspannungs-Gleichstrom-Ausgabe des Batteriesatzes 114 in eine Niederspannungs-Gleichstrom-Versorgung umwandelt, die kompatibel mit anderen Fahrzeugverbrauchern ist. Andere Hochspannungsverbraucher, wie zum Beispiel Kompressoren und Elektroheizungen, sind möglicherweise direkt mit dem Hochspannungs-Bus vom Batteriesatz 114 verbunden. In einem typischen Fahrzeug sind die Niederspannungssysteme elektrisch mit einer 12-V-Batterie 120 verbunden. Ein rein elektrisches Fahrzeug weist möglicherweise eine ähnliche Architektur auf, jedoch ohne den Verbrennungsmotor 108.
Der Batteriesatz 114 wird möglicherweise durch eine externe Leistungsquelle 126 wiederaufgeladen. Die externe Leistungsquelle 126 stellt möglicherweise Wechsel- oder Gleichstromleistung für das Fahrzeug 102 bereit, indem sie durch einen Aufladeport 124 elektrisch verbunden wird. Der Aufladeport 124 ist möglicherweise irgendeine Port-Art, die dazu ausgelegt ist, Leistung von der externen Leistungsquelle 126 zum Fahrzeug 102 zu übertragen. Der Aufladeport 124 ist möglicherweise mit einem Leistungswandlungsmodul 122 elektrisch verbunden. Das Leistungswandlungsmodul konditioniert möglicherweise die Leistung aus der externen Leistungsquelle 126, um dem Batteriesatz 114 die korrekten Spannungs- und Strompegel bereitzustellen. In einigen Anwendungen ist die externe Leistungsquelle 126 möglicherweise dazu ausgelegt, dem Batteriesatz 114 die korrekten Spannungs- und Strompegel bereitzustellen, und das Leistungswandlungsmodul 122 ist möglicherweise nicht erforderlich. Die Funktionen des Leistungswandlungsmoduls 122 sind in einigen Anwendungen möglicherweise in der externen Leistungsquelle 126 hinterlegt. Der Fahrzeugantriebsstrang, zu dem Verbrennungsmotor, Getriebe, Elektromotoren, Elektrogeneratoren und Leistungselektroniken zählen, wird möglicherweise von einem Antriebsstrangsteuerungsmodul (PCM, powertrain control module) 128 gesteuert.
Zusätzlich zum Veranschaulichen eines Plug-in Hybridfahrzeugs kann 1 ein batterieelektrisches Fahrzeug (BEV) veranschaulichen, falls die Komponente 108 entfernt wird. Ähnlich kann 1 ein herkömmliches Hybrid-Elektrofahrzeug (HEV) oder ein Power Split Hybrid-Elektrofahrzeug veranschaulichen, falls die Komponenten 122, 124 und 126 entfernt werden.
Wegvorausberechnung und Weginformationen für eine gegebene Route können zur Optimierung der Kraftstoffwirtschaftlichkeit eines HEV verwendet werden, indem die Sollwerte des Batterieladezustands (SoC, state of charge) auf der Route zeitlich geplant werden. Eine Strategie für diese Optimierung kann durch Ansicht der Gesamtroute ausgeführt werden, wobei jeder Punkt auf einer Route optimiert wird und dem Antriebsstrangsteuerungsmodul (PCM) ein Signal auf Basis des optimierten Betriebs bereitgestellt wird.
Ein Verfahren zur zeitlichen Planung der Batterie-SoC-Sollwerte auf der Route ist eine wegabhängige Receding Horizon Control für Echtzeit-HEV-Energiemanagement. Dies gestattet es dem System, die optimale zeitliche Planung des Batterie-SoC zu ermitteln, indem eine Kostenfunktion minimiert wird, die den Kraftstoffverbrauch für prognostizierte Fahrbedingungen für die beabsichtigte Route darstellt. 2 veranschaulicht ein Verfahren, das Problem der optimalen HEV-Steuerung in zwei Level zu zerlegen. Die High-Level-Steuerung (Energiemanagement-Optimierung 202) bestimmt Steuergrößen, wie zum Beispiel die verlangten Sollwerte für den Batterie-SoC auf der Route, auf Basis von Eingangsgrößen, zu denen Folgendes zählt, ohne aber darauf beschränkt zu sein: Wegvorausberechnung, Fahrbahninformationen, physikalische Parameter und allgemeine Systemnebenbedingungen. Die Low-Level-Steuerung (Fahrzeugsteuerung 204) folgt den Batterie-SoC-Sollwerten und generiert die verlangten Fahrzeugbetriebsparameter (zum Beispiel Batteriesystemleistung, Verbrennungsmotorleistung, Verbrennungsmotordrehzahl und Verbrennungsmotorbetrieb). Diese Zwischenvariablen gestatten es der Fahrzeugsteuerung 204, die Drehmomentanweisungen zu berechnen, die an das Fahrzeug 206 gesendet werden, und die insbesondere gesendet werden, um den Verbrennungsmotor und die Elektromaschinen zu steuern und Rückmeldung über den Fahrzeugstatus bereitzustellen, was zu verbesserter Kraftstoffwirtschaftlichkeit führt. Die angeforderten Drehmomente (Verbrennungsmotordrehmoment τ_vmot, Generatordrehmoment τ_gen und Elektromotordrehmoment τ_emot) werden an das Fahrzeug übertragen, und die Fahrzeugbetriebsdaten werden wenigstens zur Energiemanagement-Optimierung 202 und zur Fahrzeugsteuerung 204 zurückgeführt. Die Fahrzeugbetriebsdaten beinhalten, ohne aber darauf beschränkt zu sein, die Fahrzeuggeschwindigkeit v_fzg, den Batterieladezustand SoC und die zurückgelegte Entfernung.
Ein Verfahren zur Optimierung des Kraftstoffverbrauchs erfordert möglicherweise einen Rechenaufwand, der größer als die im eingebetteten Steuerungsmodul verfügbare Rechenbandbreite ist. Ein Verfahren, um dieses Rechendefizit zu beheben, erfolgt möglicherweise offline unter Verwendung eines leistungsfähigeren dezentralen Computersystems zur Berechnung des optimalen Betriebs. Es ist möglicherweise wünschenswert, diesen Steuerungsalgorithmus in Echtzeit umzusetzen. Eine Echtzeit-Umsetzung kann ein eingebettetes Steuerungsmodul beinhalten, das Verkehrs- und Fahrbahninformationen und Eingaben des Fahrers prognostiziert und verarbeitet und den aktuellen Fahrzeugstatus (Batterie-SoC, Fahrzeuggeschwindigkeit usw.) erfasst. Diese Echtzeit-Umsetzung erfasst und verarbeitet die Daten, so dass die Verarbeitung ohne puffernde Verzögerungen stattfindet und bei der die Ausgabe bezeichnend für die realen Fahrbedingungen ist und auf diese angewendet werden kann.
Für Echtzeit-Umsetzung einer derartigen Optimierung ist es möglicherweise wegen der umfangreichen Rechenanforderungen nicht durchführbar, den SoC-Sollwert für jeden Zeitpunkt der Route zu bestimmen. Ein Verfahren, dieses Problem zu lösen, besteht darin, die Route in Segmente zu unterteilen. Ein Beispielverfahren für das Unterteilen der Route ist die zeitliche Unterteilung der Route auf Basis der verfügbaren Rechenbandbreite. Ein Problem dabei ist, dass Charakteristika der Route nicht berücksichtigt werden. Ein anderes Beispielverfahren besteht darin, die Route in Segmente zu zerlegen, die ähnliche Charakteristika und Attribute aufweisen. Dann kann der SoC-Sollwert für den Endpunkt jedes Segments auf Basis der Optimierung geplant werden. Das zweite Beispiel für die Routensegmentierung zeigt Vorteile eines Echtzeitverfahrens zur Generierung eines Kraftstoffverbrauchsschätzwerts für ein gegebenes Routensegment.
3 ist ein Flussdiagramm, das den Gesamtfluss zum Bestimmen der verlangten Batterie-SoC-Sollwerte veranschaulicht, wie sie zum Steuern des bzw. der Elektromotor(en) 104 und der Elektromaschine(n) verwendet werden. Dieses Flussdiagramm ist typischerweise im Antriebsstrangsteuerungsmodul 128 hinterlegt und wird möglicherweise sowohl zur Fahrzeugsteuerung 204 als auch zur Energiemanagementoptimierung 202 verwendet. Der Block 302 ist ein Daten-Eingabeblock, in dem Routenvorschauinformationen in den Block 302 eingegeben werden, zu denen Folgendes zählt, ohne aber darauf beschränkt zu sein: Fahrzeuggeschwindigkeit, Fahrbahnsteigung, Verkehrsdaten, Routeninformationen (Verkehrszeichen, Verkehrssignalanlagen, Geschwindigkeitsbeschränkungen). Die eingegebene Route wird dann im Block 304 segmentiert. Diese Segmentierung basiert möglicherweise auf Nutzerdaten, auf prognostizierten Daten oder auf Informationen, die drahtlos über das Internet und Cloud Computing bereitgestellt werden. Nachdem die Route segmentiert worden ist, wird möglicherweise ein Raumdomänenoptimierer 306 verwendet, um die verlangten Batterie-SoC-Sollwerte einzuplanen, indem der auf der Route geschätzte Kraftstoffverbrauch minimiert wird. Die Ausgabe des Blocks 306 sind die verlangten Batterie-SoC-Sollwerte, wie sie in 308 gezeigt werden, die möglicherweise vom Energiemanagement-Optimierungsblock 202 verwendet werden, um die Elektromaschine(n) und den bzw. die Elektromotor(en) 104 zu steuern.
4 ist eine im Block 304 verwendete Subroutine. 4 ist ein Flussdiagramm zur regelbasierten Routensegmentierung, die zum Zerlegen der Route verwendet wird. Der Block 402 bestimmt dann, welche Regeln verwendet werden, um die Segmentierung zu bestimmen. Abhängig von der im Controller verfügbaren Rechenleistung und anderen Faktoren kann die Route auf Basis von ein, zwei oder allen drei Regeln segmentiert werden. Die sich ergebenden Segmentierungen werden arbitriert, um die Segmentierung für die Optimierung in der Raumdomäne zu bestimmen.
Regel 1 ist der Antriebsstrangbetriebsmodus, der im Block 404 ausgewählt wird. Nach dieser Regel wird die Route auf Basis einer Änderung des Antriebsstrangbetriebsmodus unterteilt. Das Ziel ist es, voneinander abzugrenzen, wann der Verbrennungsmotor ausgeschaltet ist, wie zum Beispiel im Elektrofahrzeugmodus, und wann der Verbrennungsmotor eingeschaltet ist, wie zum Beispiel im Modus Hybrid-Elektrofahrzeug. Das Ergebnis ist, dass es in einem diskreten Routensegment keinen gemischten Antriebsstrangbetriebsmodus, wie zum Beispiel eine Kombination von Elektrofahrzeugmodus und Hybridmodi, gibt.
Nach Regel 1 wird im Block 406 das Profil der Radleistung unter Verwendung von Daten berechnet, zu denen Fahrzeuggeschwindigkeit, Fahrbahnsteigungsprofil, Verkehrsdaten und andere Fahrbahncharakteristika, wie zum Beispiel Verkehrssignalanlagen, Verkehrszeichen, Geschwindigkeitsbeschränkungen, Autobahnanschlussstellen usw. zählen. Das in 406 berechnete, prognostizierte Profil der Radleistung wird verwendet, um im Block 408 den Antriebsstrangbetriebsmodus (POM, powertrain operating mode) zu bestimmen. Der POM wird im Block 410 der räumlichen Position zugeordnet, und die Route wird im Block 412 gemäß dem POM segmentiert. Für den Antriebsstrangmodus sind mindestens die prognostizierte Radleistungsabforderung und die Fahrzeuggeschwindigkeit erforderlich, die die grundlegenden, bei der Bestimmung der Verbrennungsmotor-Start- oder Stopp-Anforderung im Low-Level-Controller verwendeten Parameter sind. Die Änderungspunkte im Antriebsstrangmodus sind sinnvolle Kontrollpunkte für einen Batterie-SoC. Es ist innerhalb eines Segments kein Betrieb im gemischten Modus erforderlich, damit er im Wesentlichen konstant bleibt, um für die Energiemanagementoptimierung einen Mittelwert auf Basis der Kraftstoffverbrauchsschätzung zu berechnen. Diese Segmentierung auf Basis des Antriebsstrangmodus gestattet, dass die optimierten SoC-Sollwerte vom Low-Level-Controller nachverfolgt werden.
Regel 2 ist eine auf Beschleunigung basierende Regel, die im Block 414 ausgewählt wird. Nach dieser Regel wird die prognostizierte Änderung der Beschleunigung verwendet, um die Route zu zerlegen. Falls die Änderung über einem vordefinierten und kalibrierbaren Schwellenwert liegt, wird eine entsprechende räumliche Position der Beschleunigungsänderung identifiziert und für die Segmentierung verwendet. Die Prognose der Fahrzeugbeschleunigung wird im Block 416 unter Verwendung der Fahrzeuggeschwindigkeit durchgeführt, die aus nach Block 402 eingegebenen Daten abgeleitet werden kann. Die prognostizierte Fahrzeugbeschleunigung wird der räumlichen Position im Block 418 zugeordnet, wo Übergänge in der Fahrzeugbeschleunigung identifiziert werden. Die Übergänge in der Fahrzeugbeschleunigung werden durch Kriterien definiert, zu denen statische und dynamische Schwellenwerte zählen, wobei zu diesen Schwellenwerten Folgende zählen, ohne aber darauf beschränkt zu sein: ein Bereich von Fahrzeugbeschleunigungen (d. h. < 0,5 fps², < 1 fps², < 5 fps² usw.), eine prozentuale Fahrzeugbeschleunigungsänderung (d. h. > 5 %, > 10 %, > 25 % usw.) oder eine Kombination dieser Kriterien oder anderer Kriterien, zu denen die Fahrzeuggeschwindigkeit zählt (d. h. < 3 fps² bei 0–20 mph, < 2 fps² bei 20–35 mph, < 1 fps² bei 35–50 mph, < 0,5 fps² bei 50–65 mph usw.). Auf Basis der Übergänge in der Fahrzeugbeschleunigung wird die Route im Block 420 segmentiert. Diese Regel kann einfach erweitert werden, um Routensegmente zu identifizieren, an denen sich das Fahrzeug nur im Stillstand befindet.
Regel 3 ist eine auf einer Fahrbahnsteigung basierende Regel, die im Block 422 ausgewählt wird. Nach dieser Regel basiert die Segmentierung auf Routensegmenten, die eine im Wesentlichen ähnliche Fahrbahnsteigung aufweisen. Falls die Änderung der Fahrbahnsteigung über einem vordefinierten und kalibrierbaren Schwellenwert liegt, wird im Block 424 eine entsprechende räumliche Position des Übergangs in der Fahrbahnsteigung identifiziert. Die Übergänge in der Fahrbahnsteigung werden durch Kriterien definiert, zu denen statische und dynamische Schwellenwerte zählen, wobei zu diesen Schwellenwerten Folgende zählen, ohne aber darauf beschränkt zu sein: ein Bereich von Fahrbahnsteigungen (d. h. < 2 %, < 6 %, < 10 % usw.), eine prozentuale Fahrbahnsteigungsänderung (d. h. > 5 %, > 10 %, > 25 % usw.) oder eine Kombination dieser Kriterien oder anderer Kriterien, zu denen die Fahrzeuggeschwindigkeit zählt (d. h. < 6 % bei 0–20 mph, < 4 % bei 20–35 mph, < 2 % bei 35–50 mph, < 1 % bei 50–65 mph usw.). Auf Basis der Übergänge in der Fahrbahnsteigung wird die Route im Block 426 segmentiert. Die Fahrbahnsteigungsänderung wird entweder durch die Fahrbahnsteigung selbst bestimmt oder durch die Ableitung der Fahrbahnsteigung. Die Fahrbahnsteigung kann verwendet werden, wenn auf der Route eine abschnittsweise konstante Fahrbahnsteigung bereitgestellt wird. Die Ableitung der Fahrbahnsteigung kann verwendet werden, wenn die bereitgestellte Fahrbahnsteigung dynamischer ist.
Mit der Verwendung von mehreren Regeln werden die Ergebnisse dieser Regeln an den Block 428 übermittelt, wo Arbitrierung zum Bestimmen der Segmentierung verwendet wird, die an den Raumdomänen-Optimierungsblock 306 übermittelt wird. Die Arbitrierung überlagert möglicherweise die Ergebnisse einer Regel mit den Ergebnissen anderer Regeln, so dass sowohl einmal gemeinsame Punkte dargestellt werden, als auch jeder, von jeder Regel generierte einzelne Punkt. Die Überlagerungsresultante, die sich aus dem Vorgang des Überlagerns ergibt, gestattet die Erfassung aller durch diese Regeln identifizierten Punkte zur Verwendung für die Segmentierung. Falls zum Beispiel die Regel 2 die Punkte „A“ und „B“ identifiziert und die Regel 3 die Punkte „B“ und „C“ identifiziert, wird eine Überlagerung dieser Punkte eine Route ergeben, die durch die Punkte „A“, „B“ und „C“ segmentiert wird. Die Regeln 2 und 3, die Änderungspunkte der Beschleunigung oder der Fahrbahnsteigung bedeuten, können zwischen benachbarten Routensegmenten identifiziert werden, die sinnvolle Positionen für SoC-Kontrollpunkte sind. Zusätzlich wird jedes Routensegment eine relativ einheitliche Beschleunigung und Fahrbahnsteigung aufweisen, deshalb einheitliche Verbrennungsmotorbetriebs- und Kraftstoffdurchsatzrate. Dies ist nötig, um die Genauigkeit von Echtzeit-Kraftstoffverbrauchsschätzung auf Basis der mittleren Leistung zu garantieren.
Obwohl 4 3 Regeln veranschaulicht werden, können andere Faktoren zum Segmentieren der Route in Betracht gezogen werden. Zu den anderen Faktoren zählen Folgende: eine Mindest-Einschaltzeit des Verbrennungsmotors, die verwendet wird, um die Mindestlänge des HEV-Segments zu begrenzen, eine Reduzierung der Gesamtanzahl von Routensegmenten, die zur Optimierung verwendet werden, oder eine Mindestlänge jedes Segments.
Die Optimierung kann aufgestellt werden, um den Kraftstoffverbrauch auf der Route unter Verwendung von dynamischer Programmierung (DP) zu minimieren. Das nichtlineare DP-Problem wird unter Verwendung der Zustands- und Steuerungsvariablen gelöst (die der Batterie-SoC zu Beginn und am Ende jedes Segments sind). Die Zustands- und Steuerungsvariablen werden in ein endliches Gitter quantisiert, in dem der Kraftstoffverbrauch an diesen SoC-Gitterpunkten für jedes Segment geschätzt wird. Die Kraftstoffverbrauchsschätzung für jedes Segment ist für die DP-Optimierung entscheidend. Die Segmentierung beeinflusst die Genauigkeit der Kraftstoffverbrauchsschätzung; idealerweise wird die Segmentierung für die Kraftstoffschätzung möglicherweise zur Optimierung verwendet. Allerdings erhöht das Verwenden der gleichen Segmentierung sowohl für die Optimierung als auch für die Kraftstoffverbrauchsschätzung möglicherweise die Segmentanzahl, was die Anforderung an die Rechenleistung bei der DP-Optimierung exponentiell erhöhen wird. Eine Lösung für diesen Konflikt zwischen der Anforderung an die Rechenleistung und der Genauigkeit der Kraftstoffverbrauchsschätzung ist es, wenn die Segmentierung für die Optimierung als die Basis der Kraftstoffverbrauchsschätzung verwendet wird, mit einer anschließenden Stufe für die Kraftstoffverbrauchsoptimierung. Falls die Genauigkeit eines Segments für die Kraftstoffverbrauchsschätzung nicht annehmbar ist, kann eine weitere Verfeinerung, die Untersegmente generiert, durchgeführt werden, wobei der Gesamtkraftstoffverbrauchsschätzwert für das Segment die Summe der Schätzwerte für die Untersegmente ist. Diese Strategie wird die Genauigkeit der Kraftstoffverbrauchsschätzung verbessern, ohne die Anforderungen an die Rechenleistung zu erhöhen, weil die Anzahl der Segmente für die DP-Optimierung nicht erhöht wird.
5 ist ein Flussdiagramm zur Optimierung in der Raumdomäne, das im Block 306 hinterlegt ist. Die Routensegmentierung und die in 4 verwendeten Routensegmentierungsregeln werden vom Block 502 aufgenommen. Der Block 504 entscheidet, ob das aktuelle Segment verwendet werden kann, um die Kraftstoffverbrauchsschätzung für dieses Segment zu berechnen. Falls bestimmt wird, dass der Kraftstoffverbrauch unter Verwendung der aktuellen Segmentierung exakt berechnet werden kann, wird dann im Block 506 der Kraftstoffverbrauch berechnet. Falls bestimmt wird, dass der Kraftstoffverbrauch unter Verwendung der aktuellen Segmentierung nicht berechnet werden kann, werden zusätzliche Verfeinerungsregeln bereitgestellt und die Routensegmente werden analysiert, um zu bestimmen, ob jedes aktuelle Segment im Block 508 in Untersegmente unterteilt werden kann. Sobald im Block 506 die Kraftstoffverbrauchsschätzung bestimmt worden ist, wird dann die Route optimiert, und Batterie-SoC-Sollwerte werden im Block 510 bestimmt. Die Ausgabe der Optimierung sind die verlangten Batterie-SoC-Sollwerte am Ende jedes Segments. Im Gegensatz zur unverzögerten, zeitbasierten Optimierung wird diese Optimierung als Optimierung in der Raumdomäne bezeichnet, weil die Segmentierung auf der Raumdomäne basiert.
6 ist eine Kurve der Fahrzeuggeschwindigkeit 602 in Bezug auf eine geografische oder räumliche Position 604. In dieser Veranschaulichung wird eine vorbestimmte Route auf Basis von Fahrzeuggeschwindigkeits-Wendepunktkriterien in Segmente unterteilt und steht möglicherweise in Beziehung zu einem Beginn- oder Endpunkt 606 des Segments. Falls das Segment in Untersegmente unterteilt wird, wie in 5 veranschaulicht wird, können die Untersegmente 608 eingeschlossen werden, um die Genauigkeit zu verbessern. Diese Kurve wird als ein Beispiel zur Veranschaulichung von Untersegmentierung verwendet und um zu veranschaulichen, dass die Segmentierung nicht einer raum- oder zeitbasierten Segmentierung entspricht, sondern auf Basis anderer Kriterien bestimmt werden kann, wie zum Beispiel der Eingangsgröße in 302.
Konventionelle HEVs puffern Kraftstoffenergie und gewinnen kinetische Energie in elektrischer Form zurück, um den Betriebswirkungsgrad des Gesamtfahrzeugsystems zu verbessern. Kraftstoff ist die einzige Energiequelle. Für PHEVs gibt es eine zusätzliche Energiequelle – die Menge an elektrischer Energie, die bei Batterieaufladungen aus dem Netz in der Batterie eingelagert wurde. Eine Leistungsmanagementstrategie für PHEVs weist das Potential auf, die Antriebsleistungsabforderung zwischen den beiden Energiequellen aufzuteilen, um bessere Kraftstoffwirtschaftlichkeit oder verbesserte Fahrbarkeit zu erreichen, während auch die anderen Ziele noch erfüllt werden. Während konventionelle HEVs so betrieben werden, dass der Batterieladezustand (SoC) um einen konstanten Pegel gehalten wird, verwenden PHEVs vor der nächsten Batterieaufladung so viel vorab gespeicherte batterieelektrische Energie (aus dem Stromnetz) wie möglich, d. h. es ist wünschenswert, die relativ billige, vom Stromnetz zugeführte elektrische Energie nach jeder Plug-in Aufladung vollständig zu verwenden. Nachdem der Batterie-SoC auf einen niedrigsten Erhaltungspegel entladen wurde, wird das PHEV als ein konventionelles HEV betrieben, das um den niedrigsten Erhaltungspegel der Batterie betrieben wird.
Die hierin offenbarten Prozesse, Verfahren und Algorithmen können zur Ausgabe an ein verarbeitendes Bauelement, an einen Controller oder an einen Computer geeignet sein bzw. von diesen umgesetzt werden, wobei diese irgendeine vorhandene programmierbare elektronische Steuerungseinheit oder eine zweckmäßige elektronische Steuerungseinheit enthalten können. Analog können die Prozesse, Verfahren oder Algorithmen als Daten und Anweisungen gespeichert sein, die von einem Controller oder einem Computer in vielen Formen ausgeführt werden können, einschließlich, aber nicht darauf beschränkt, Informationen, die auf nicht beschreibbaren Speichermedien dauerhaft gespeichert sind, wie zum Beispiel auf ROM-Einrichtungen, bzw. Informationen, die auf beschreibbaren Speichermedien veränderlich gespeichert sind, wie zum Beispiel auf Floppydisks, Magnetbanddatenspeichern, optischen Banddatenspeichern, CDs, RAM-Einrichtungen, FLASH-Einrichtungen, MRAM-Einrichtungen und auf anderen magnetischen und optischen Medien. Die Prozesse, Verfahren oder Algorithmen können auch in einem als Software ausführbaren Objekt umgesetzt werden. Alternativ können die Prozesse, Verfahren oder Algorithmen im Ganzen oder in Teilen unter Verwendung von geeigneten Hardware-Komponenten umgesetzt werden, wie zum Beispiel von anwendungsspezifischen integrierten Schaltungen (Application Specific Integrated Circuits, ASICs), Field-Programmable Gate Arrays (FPGAs), Zustandsautomaten, Controllern oder irgendwelchen anderen Hardware-Komponenten oder -Einrichtungen oder einer Kombination aus Hardware-, Software- und Firmware-Komponenten.
Obwohl oben Ausführungsbeispiele beschrieben werden, ist nicht beabsichtigt, dass diese Ausführungsformen alle möglichen, durch die Ansprüche erfassten Formen beschreiben. Die in der Beschreibung verwendeten Begriffe sind eher beschreibende als einschränkende Begriffe, und es versteht sich, dass verschiedene Änderungen vorgenommen werden können, ohne vom Gedanken und vom Schutzbereich der Offenbarung abzuweichen. Die Merkmale verschiedener Ausführungsformen können, wie vorher beschrieben wurde, kombiniert werden, so dass sie weitere Ausführungsformen der Erfindung bilden, die möglicherweise nicht explizit beschrieben oder veranschaulicht werden.
Obwohl verschiedene Ausführungsformen so beschrieben worden sein können, dass sie Vorteile gegenüber anderen Ausführungsformen oder gegenüber anderen Ausführungsformen oder Umsetzungsformen nach dem Stand der Technik hinsichtlich einer oder mehrerer Soll-Charakteristika bereitstellen bzw. diesen vorzuziehen sind, verstehen Durchschnittsfachleute, dass Kompromisse hinsichtlich eines oder mehrerer Merkmale oder Charakteristika eingegangen werden können, um verlangte Eigenschaften des Gesamtsystems zu erreichen, die von der spezifischen Anwendung und Umsetzungsform abhängig sind. Diese Eigenschaften können, ohne aber darauf beschränkt zu sein, Folgendes enthalten: Kosten, Festigkeit, Haltbarkeit, Lebensdauerkosten, Absatzfähigkeit, Erscheinungsbild, Einbau, Größe, Service-Freundlichkeit, Gewicht, Herstellbarkeit, Montagefreundlichkeit usw. Von daher liegen Ausführungsformen, die hinsichtlich eines oder mehrerer Charakteristika als weniger wünschenswert als andere Ausführungsformen bzw. als Umsetzungsformen nach dem Stand der Technik beschrieben worden sind, nicht außerhalb des Schutzbereichs der Offenbarung und können für bestimmte Anwendungen erwünscht sein.

Claims

Fahrzeug, das Folgendes umfasst: eine Batterie; einen Verbrennungsmotor; eine Elektromaschine; und wenigstens einen Controller, der für jedes von mehreren Routensegmenten, die einen durch eine geografische Position und einen Ziel-Batterieladezustand (SoC) definierten Endpunkt aufweisen, dazu programmiert ist, den Verbrennungsmotor und die Elektromaschine so zu betreiben, dass der Ziel-Batterie-SoC erreicht wird, wobei die Endpunkte eine Überlagerung von Endpunkten sind, die durch prognostizierte Übergänge im Antriebsstrangbetriebsmodus, durch prognostizierte Übergänge in der Fahrzeugbeschleunigung oder durch prognostizierte Übergänge in der Fahrbahnsteigung auf der Route definiert werden.
Fahrzeug nach Anspruch 1, wobei die Endpunkte eine Überlagerung von Endpunkten sind, die durch prognostizierte Übergänge im Antriebsstrangbetriebsmodus und durch prognostizierte Übergänge in der Fahrzeugbeschleunigung auf der Route definiert werden.
Fahrzeug nach Anspruch 1, wobei die Endpunkte eine Überlagerung von Endpunkten sind, die durch prognostizierte Übergänge im Antriebsstrangbetriebsmodus und durch prognostizierte Übergänge in der Fahrbahnsteigung auf der Route definiert werden.
Fahrzeug nach Anspruch 1, wobei die Endpunkte eine Überlagerung von Endpunkten sind, die durch prognostizierte Übergänge in der Fahrzeugbeschleunigung und durch prognostizierte Übergänge in der Fahrbahnsteigung auf der Route definiert werden.