DE102016108715A1

DE102016108715A1 - Batterieladezustandssteuerung mit Informationsvorschauklassifizierung

Info

Publication number: DE102016108715A1
Application number: DE102016108715.7A
Authority: DE
Inventors: Yanan Zhao; Wei Liang
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2015-05-14
Filing date: 2016-05-11
Publication date: 2016-11-17
Also published as: CN106143472A; US9616879B2; CN106143472B; US20160332616A1

Abstract

In einem Fahrzeug teilt eine Steuerung eine Route in Routensegmente auf. Die Steuerung betreibt eine Traktionsbatterie über den Routensegmenten, um bei Abschluss eines der Routensegmente einen Ziel-Ladezustand zu erreichen. Der Ziel-Ladezustand basiert auf einer Ziel-Batterieleistung, die durch eine Klassifizierung für jedes der Routensegmente, einschließlich des einen der Routensegmente, entsprechend einem Satz von Fuzzy-Regeln definiert wird, die auf mit den Routensegmenten verknüpfte Fahrzeugbeschleunigung und Fahrbahnsteigung angewandt werden. Fuzzy-Regeln können auf die Klassifizierung für jedes der Routensegmente angewandt werden.

Description

ERFINDUNGSGEBIET
Diese Anwendung bezieht sich im Allgemeinen auf das Betreiben einer Traktionsbatterie auf Basis von Routeninformationen.
ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
Hybridelektrofahrzeuge enthalten einen Verbrennungsmotor und eine Traktionsbatterie, um Leistung zum Betrieb des Fahrzeugs bereitzustellen. Vortrieb wird durch den Verbrennungsmotor und die Elektromaschinen bereitgestellt, die über ein Getriebe mit den Rädern gekoppelt sind. Ein Energiemanagementsystem kann den Verbrennungsmotor und die Elektromaschinen in verschiedenen Betriebsmodi betreiben, um die Kraftstoffwirtschaftlichkeit zu verbessern. Weiterhin kann das Energiemanagementsystem die Traktionsbatterie durch Aufladen und Entladen betreiben, um einen Ladezustand in einem gegebenen Bereich zu halten. Der Ladezustand wird typischerweise durch vorliegende Betriebseingaben gemanagt, wie zum Beispiel eine Gaspedalanforderung oder eine Bremspedalanforderung.
KURZE DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
In einigen Konfigurationen enthält ein Fahrzeug wenigstens eine Steuerung, die dazu programmiert ist, eine Traktionsbatterie zu betreiben, um bei Abschluss eines aktuellen Routensegments einen Ziel-Ladezustand zu erreichen, der auf einer Ziel-Batterieleistung basiert, die durch eine Klassifizierung für mehrere Routensegmente, einschließlich des aktuellen Routensegments, definiert wird, die sich aus der Anwendung eines Satzes von Fuzzy-Regeln auf mit den Routensegmenten verknüpfte Fahrzeugbeschleunigung und Fahrbahnsteigung ergibt.
In einigen Konfigurationen enthält das Fahrzeug wenigstens eine Steuerung, die dazu programmiert ist, eine Traktionsbatterie zu betreiben, um bei Abschluss eines aktuellen Routensegments einen Ziel-Ladezustand zu erreichen, der auf einer Ziel-Batterieleistung basiert, die durch eine Klassifizierung für mehrere Routensegmente, einschließlich des aktuellen Routensegments, definiert wird, die sich aus der Anwendung eines Satzes von Fuzzy-Regeln auf mit den Routensegmenten verknüpfte Radleistungsanforderung und Fahrbahnsteigung ergibt.
Ein Verfahren beinhaltet, dass eine Steuerung eine Klassifizierung für mehrere Routensegmente auf Basis eines Satzes von Fuzzy-Regeln generiert, der auf die Fahrzeugbeschleunigung und Fahrbahnsteigung für jedes der Routensegmente angewandt wird. Das Verfahren beinhaltet weiterhin, dass die Steuerung eine Traktionsbatterie über ein aktuelles Routensegment betreibt, um bei Abschluss des aktuellen Routensegments einen Ziel-Ladezustand zu erreichen, der aus einer auf der Klassifizierung basierenden Ziel-Batterieleistung abgeleitet wird.
Das Verfahren kann weiterhin beinhalten, dass die Steuerung die Ziel-Batterieleistung auf Basis eines zweiten Satzes von Fuzzy-Regeln generiert, der auf die Klassifizierung für die Routensegmente angewandt wird. Das Verfahren kann weiterhin beinhalten, dass durch die Steuerung eine Elektromaschine und ein Verbrennungsmotor angewiesen werden, auf Basis des Ziel-Ladezustands und eines aktuellen Ladezustands, die Traktionsbatterie zu betreiben.
Die Fahrzeugbeschleunigung kann eine mittlere Fahrzeugbeschleunigung über jedem der Routensegmente sein, und die Fahrbahnsteigung kann eine mittlere Fahrbahnsteigung über jedem der Routensegmente sein.
Die mehreren Segmente können eine Anzahl X sein, und das Routensegment X ist ein virtuelles Segment, das Routendaten für einen Rest einer Route beinhaltet, so dass die Ziel-Batterieleistung durch die Klassifizierung für das virtuelle Segment weiter definiert wird. Die mit dem Segment X verknüpfte Fahrzeugbeschleunigung und Fahrbahnsteigung können eine gewichtete mittlere Fahrzeugbeschleunigung für den Rest der Route und eine gewichtete mittlere Fahrbahnsteigung für den Rest der Route sein. Die mit dem Segment X verknüpfte Radleistungsanforderung kann eine gewichtete mittlere Radleistungsanforderung für den Rest der Route sein.
In einigen Konfigurationen kann das Fahrzeug weiterhin ein Navigationsmodul in Kommunikation mit der wenigstens einen Steuerung enthalten, und die wenigstens eine Steuerung kann weiterhin dazu programmiert sein, Routeninformationen aus dem Navigationsmodul zu empfangen und die Routensegmente aus den Routeninformationen abzuleiten.
Die Ziel-Batterieleistung kann auf einem zweiten Satz von Fuzzy-Regeln basieren, der auf die Klassifizierung für jedes der Routensegmente angewandt wird. Die Ziel-Batterieleistung kann auf einer vorbestimmten Tabelle basieren, die durch die Klassifizierung für jedes der Routensegmente indiziert ist.
Der Ziel-Ladezustand kann weiterhin auf einem aktuellen Ladezustand der Traktionsbatterie basieren. Jedes der Routensegmente kann einer einzigen Klassifizierung zugeordnet werden, die aus mehreren möglichen Klassifizierungen ausgewählt wird. Die Routensegmente können ein Abschnitt einer Route sein, der sich durch eines oder mehrere von Folgenden auszeichnet, den Antriebsstrangbetriebsmodus, die Fahrzeugbeschleunigung oder die Fahrbahnsteigung.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine grafische Darstellung eines Hybridfahrzeugs, die typische Triebstrang- und Energiespeicherkomponenten veranschaulicht.
2 ist eine grafische Darstellung einer möglichen Batteriesatzanordnung, die aus mehreren Zellen besteht und von einem Batterieenergie-Steuermodul überwacht und gesteuert wird.
3 ist eine mögliche Steuerungsarchitektur für ein Energiemanagementsystem.
4 ist ein beispielhaftes Fahrzeuggeschwindigkeitsprofil für eine Route einschließlich einer möglichen Segmentierung.
5 ist ein Flussdiagramm einer möglichen Abfolge von Operationen zum Bestimmen eines Ziel-Ladezustands für eine Traktionsbatterie unter Verwendung von Routeninformationen.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Es werden hier Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung beschrieben. Es versteht sich allerdings, 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 übertrieben oder verkleinert dargestellt sein, um Details spezieller Komponenten zu zeigen. Daher sind hier offenbarte, spezifische strukturelle und funktionale Details nicht als einschränkend zu interpretieren, sondern lediglich als eine repräsentative Grundlage, um einen Fachmann über verschiedene Anwendungen der vorliegenden Erfindung zu unterrichten. 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 repräsentative Ausführungsformen für typische Anwendungen bereit. Verschiedene Kombinationen und Modifikationen der Merkmale, die mit den Lehren dieser Offenbarung übereinstimmen, könnten allerdings für spezielle Anwendungen oder Umsetzungsformen erwünscht sein.
1 zeigt ein typisches Plug-in-Hybridelektrofahrzeug (PHEV). Ein typisches Plug-in-Hybridelektrofahrzeug 12 kann eine oder mehrere Elektromaschinen 14 umfassen, die mechanisch mit einem Hybridgetriebe 16 gekoppelt sind. Die Elektromaschinen 14 können in der Lage sein, als ein Motor oder als ein Generator zu arbeiten. Zusätzlich ist das Hybridgetriebe 16 mechanisch mit einem Verbrennungsmotor 18 gekoppelt. Das Hybridgetriebe 16 ist auch mechanisch mit einer Antriebswelle 20 gekoppelt, die mechanisch mit den Rädern 22 gekoppelt ist. Die Elektromaschinen 14 können Vortriebs- und Verlangsamungsfähigkeit bereitstellen, wenn der Verbrennungsmotor 18 ein- oder ausgeschaltet ist. Die Elektromaschinen 14 fungieren auch als Generatoren und können Vorteile hinsichtlich der Kraftstoffwirtschaftlichkeit bereitstellen, indem sie Energie zurückgewinnen, die in einem Friktionsbremssystem normalerweise als Wärme verloren gehen würde. Die Elektromaschinen 14 können auch Fahrzeugemissionen reduzieren, indem sie es dem Verbrennungsmotor 18 gestatten, bei effizienteren Drehzahlen zu arbeiten, und indem sie es dem Hybridelektrofahrzeug 12 gestatten, unter gewissen Bedingungen im elektrischen Modus mit ausgeschaltetem Verbrennungsmotor 18 betrieben zu werden.
Eine Traktionsbatterie oder der Batteriesatz 24 speichern Energie, die von den Elektromaschinen 14 verwendet werden kann. Ein Fahrzeugbatteriesatz 24 stellt typischerweise eine Hochspannungs-Gleichstrom-Ausgabe bereit. Die Traktionsbatterie 24 ist mit einem oder mehreren leistungselektronischen Modulen elektrisch gekoppelt. Ein oder mehrere Schützkontakte 42 können die Traktionsbatterie 24 von anderen Komponenten entkoppeln, wenn sie geöffnet sind, und die Traktionsbatterie 24 mit anderen Komponenten verbinden, wenn sie geschlossen sind. Das leistungselektronische Modul 26 ist ebenfalls mit den Elektromaschinen 14 elektrisch gekoppelt und stellt die Fähigkeit zur bidirektionalen Energieübertragung zwischen der Traktionsbatterie 24 und den Elektromaschinen 14 bereit. Zum Beispiel kann eine Traktionsbatterie 24 eine Gleichspannung bereitstellen, während die Elektromaschinen 14 zum Funktionieren mit einem dreiphasigen Wechselstrom arbeiten können. Das leistungselektronische Modul 26 kann die Gleichspannung in einen dreiphasigen Wechselstrom umwandeln, um die Elektromaschinen 14 zu betreiben. In einem Energierückgewinnungsmodus kann das leistungselektronische Modul 26 den dreiphasigen Wechselstrom aus den Elektromaschinen 14, die als Generatoren fungieren, in die mit der Traktionsbatterie 24 kompatible Gleichspannung umwandeln. Die Beschreibung hier ist gleichermaßen auf ein reines Elektrofahrzeug anwendbar. Bei einem reinen Elektrofahrzeug kann das Hybridgetriebe 16 ein Getriebe sein, das mit einer Elektromaschine 14 verbunden ist, und der Verbrennungsmotor 18 ist möglicherweise nicht vorhanden.
Zusätzlich dazu, dass die Traktionsbatterie 24 Energie für den Vortrieb bereitstellt, kann sie Energie für andere elektrische Fahrzeugsysteme bereitstellen. Ein Fahrzeug 12 kann ein Gleichspannungswandlermodul 28 enthalten, das die Hochspannungs-Gleichstrom-Ausgabe der Traktionsbatterie 24 in eine Niederspannungs-Gleichstrom-Versorgung umwandelt, die kompatibel mit Niederspannungsfahrzeugverbrauchern ist. Ein Ausgang des Gleichspannungswandlermoduls 28 kann elektrisch mit einer Hilfsbatterie 30 (z. B. einer 12-V-Batterie) gekoppelt sein. Die Niederspannungssysteme können elektrisch mit der Hilfsbatterie gekoppelt sein. Andere Hochspannungsverbraucher 46, wie zum Beispiel Verdichter und Elektroheizungen, können mit dem Hochspannungsausgang der Traktionsbatterie 24 gekoppelt sein.
Das Fahrzeug 12 kann ein Elektrofahrzeug oder ein Plug-in-Hybridfahrzeug sein, bei dem die Traktionsbatterie 24 durch eine externe Leistungsquelle 36 wieder aufgeladen werden kann. Die externe Leistungsquelle 36 kann eine Verbindung zu einer Steckdose sein. Die externe Leistungsquelle 36 kann elektrisch mit einem Ladegerät oder einem Electric Vehicle Supply Equipment (EVSE) 38 gekoppelt sein. Die externe Leistungsquelle 36 kann ein elektrisches Leistungsverteilernetz oder ein Stromnetz sein, wie es von einem Energieversorgungsunternehmen bereitgestellt wird. Das EVSE 38 kann Schaltkreise und Steuerungen bereitstellen, um die Übertragung von Energie zwischen der Leistungsquelle 36 und dem Fahrzeug 12 zu regeln und zu managen. Die externe Leistungsquelle 36 kann dem EVSE 38 elektrische Gleichstrom- oder Wechselstromleistung bereitstellen. Das EVSE 38 kann einen Ladeverbinder 40 zum Einstecken in einen Ladeport 34 des Fahrzeugs 12 aufweisen. Der Ladeport 34 kann irgendeine Art von Port sein, die dazu ausgelegt ist, Leistung aus dem EVSE 38 zum Fahrzeug 12 zu übertragen. Der Ladeport 34 kann mit einem Ladegerät oder einem On-Board-Leistungswandlungsmodul 32 elektrisch gekoppelt sein. Das Leistungswandlungsmodul 32 kann die aus dem EVSE 38 zugeführte Leistung konditionieren, um der Traktionsbatterie 24 die korrekten Spannungs- und Strompegel bereitzustellen. Das Leistungswandlungsmodul 32 kann an das EVSE 38 angekoppelt sein, um die Zufuhr von Leistung an das Fahrzeug 12 zu koordinieren. Der EVSE-Verbinder 40 kann Pins aufweisen, die mit entsprechenden Aussparungen des Ladeports 34 ineinandergreifen. Alternativ können verschiedene Komponenten, die als elektrisch gekoppelt oder verbunden beschrieben werden, Leistung unter Verwendung einer drahtlosen induktiven Kopplung übertragen.
Eine oder mehrere Radbremsen 44 können zum Verlangsamen des Fahrzeugs 12 und zum Verhindern von Bewegung des Fahrzeugs 12 bereitgestellt werden. Die Radbremsen 44 können hydraulisch, elektrisch oder mit einer Kombination daraus betätigt werden. Die Radbremsen 44 können ein Teil eines Bremssystems 50 sein. Das Bremssystem 50 kann andere Komponenten enthalten, um die Radbremsen 44 zu betreiben. Zur Vereinfachung zeigt die Figur eine einzelne Verbindung zwischen dem Bremssystem 50 und einer der Radbremsen 44. Eine Verbindung zwischen dem Bremssystem 50 und den anderen Radbremsen 44 wird impliziert. Das Bremssystem 50 kann eine Steuerung enthalten, um das Bremssystem 50 zu überwachen und zu koordinieren. Das Bremssystem 50 kann die Bremskomponenten überwachen und die Radbremsen 44 zur Fahrzeugverlangsamung steuern. Das Bremssystem 50 kann auf Fahrerbefehle ansprechen, und es kann auch autonom betrieben werden, um Merkmale, wie zum Beispiel Stabilitätskontrolle, umzusetzen. Die Steuerung des Bremssystems 50 kann ein Verfahren zum Aufbringen einer angeforderten Bremskraft umsetzen, wenn es von einer anderen Steuerung oder Unterfunktion angefordert wird.
Einer oder mehrere elektrische Verbraucher 46 können mit dem Hochspannungs-Bus gekoppelt sein. Die elektrischen Verbraucher 46 können eine verknüpfte Steuerung aufweisen, die die elektrischen Verbraucher 46 betreibt und steuert, wenn es angemessen ist. Beispiele für elektrische Verbraucher 46 können ein Heizmodul oder ein Klimaanlagenmodul sein.
Elektronische Module im Fahrzeug 12 können über eines oder mehrere Fahrzeugnetzwerke kommunizieren. Das Fahrzeugnetzwerk kann mehrere Kanäle zur Kommunikation enthalten. Ein Kanal des Fahrzeugnetzwerks kann ein serieller Bus sein, wie zum Beispiel ein Controller Area Network (CAN). Einer der Kanäle des Fahrzeugnetzwerks kann ein Ethernet-Netzwerk enthalten, das durch die Familie der Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE) 802 Standards definiert ist. Zu zusätzlichen Kanälen des Fahrzeugnetzwerks können diskrete Verbindungen zwischen Modulen zählen, und sie können Leistungssignale aus der Hilfsbatterie 30 enthalten. Unterschiedliche Signale können über unterschiedliche Kanäle des Fahrzeugnetzwerks übertragen werden. Zum Beispiel können Videosignale über einen Hochgeschwindigkeitskanal (z. B. Ethernet) übertragen werden, während Steuersignale über CAN oder diskrete Signale übertragen werden können. Das Fahrzeugnetzwerk kann irgendwelche Hardware- und Software-Komponenten enthalten, die beim Übertragen von Signalen und Daten zwischen Modulen helfen. Das Fahrzeugnetzwerk wird in 1 nicht gezeigt, aber es kann impliziert werden, dass das Fahrzeugnetzwerk mit irgendeinem elektronischen Modul, das im Fahrzeug 12 vorhanden ist, verbinden kann. Eine Fahrzeugsystemsteuerung (VSC, Vehicle System Controller) 48 kann vorhanden sein, um den Betrieb der verschiedenen Komponenten zu koordinieren.
Eine Traktionsbatterie 24 kann aus den unterschiedlichsten chemischen Formulierungen aufgebaut sein. Typische Batteriesatz-Chemien können Blei-Säure, Nickel-Metallhydrid (NiMH) oder Lithium-Ionen sein. 2 zeigt einen typischen Traktionsbatteriesatz 24 in einer einfachen Reihenanordnung aus N Batteriezellen 72. Andere Batteriesätze 24 können allerdings aus irgendeiner Anzahl von einzelnen Batteriezellen zusammengesetzt sein, die in Reihe oder parallel oder in einer Kombination daraus verbunden sind. Ein Batteriemanagementsystem kann eine oder mehrere Steuerungen, die die Leistung der Traktionsbatterie 24 überwachen und steuern, aufweisen, wie zum Beispiel ein Batterieenergie-Steuermodul (BECM, Battery Energy Control Module) 76. Der Batteriesatz 24 kann Sensoren zum Messen verschiedener Satz-Pegelkenngrößen enthalten. Der Batteriesatz 24 kann einen oder mehrere Satzstrommesssensoren 78, Satzspannungsmesssensoren 80 und Satztemperaturmesssensoren 82 enthalten. Das BECM 76 kann Schaltkreise zum Ankoppeln an die Satzstrommesssensoren 78, die Satzspannungsmesssensoren 80 und die Satztemperaturmesssensoren 82 enthalten. Das BECM 76 kann nichtflüchtigen Speicher aufweisen, so dass Daten gehalten werden können, wenn sich das BECM 76 in einem Aus-Zustand befindet. Gehaltene Daten können beim nächsten Betriebszeitraum verfügbar sein.
Zusätzlich zu den Satz-Pegelkenngrößen kann es Pegelkenngrößen der Batteriezelle 72 geben, die gemessen und überwacht werden. Zum Beispiel können die Anschlussspannung, der Strom und die Temperatur jeder Zelle 72 gemessen werden. Ein System kann ein Sensormodul 74 verwenden, um die Kenngrößen der Batteriezelle 72 zu messen. Abhängig von der Leistungsfähigkeit kann das Sensormodul 74 die Kenngrößen einer oder mehrerer der Batteriezellen 72 messen. Der Batteriesatz 24 kann bis zu N_c Sensormodule 74 nutzen, um die Kenngrößen aller Batteriezellen 72 zu messen. Jedes Sensormodul 74 kann die Messungen an das BECM 76 zur weiteren Verarbeitung und Koordinierung übertragen. Das Sensormodul 74 kann Signale in analoger oder digitaler Form an das BECM 76 übertragen. In einigen Konfigurationen kann die Funktionalität des Sensormoduls 74 intern im BECM 76 integriert sein. Das heißt: Die Hardware des Sensormoduls 74 kann als Teil des Schaltkreises im BECM 76 integriert sein, und das BECM 76 kann das Verarbeiten von Rohsignalen handhaben. Das BECM 76 kann auch Schaltkreise enthalten, um an den einen oder die mehreren Schützkontakte 42 anzukoppeln, um die Schützkontakte 42 zu öffnen und zu schließen.
Es kann nützlich sein, verschiedene Kenngrößen des Batteriesatzes zu berechnen. Größen, wie zum Beispiel Batterienennleistung und Batterieladezustand, können sowohl zum Steuern des Betriebs des Batteriesatzes als auch irgendwelcher elektrischer Lasten, die Leistung aus dem Batteriesatz aufnehmen, nützlich sein. Die Batterienennleistung ist ein Maß der maximalen Leistungsmenge, die die Batterie bereitstellen kann, oder der maximalen Leistungsmenge, die die Batterie aufnehmen kann. Die Kenntnis der Batterienennleistung gestattet es, die elektrischen Lasten so zu managen, dass die angeforderte Leistung innerhalb der Grenzen liegt, die die Batterie handhaben kann.
Der Ladezustand (SOC) des Batteriesatzes zeigt an, wie viel Ladung noch im Batteriesatz vorhanden ist. Der SOC kann als ein Prozentsatz der Gesamtladung ausgedrückt werden, die noch im Batteriesatz vorhanden ist. Der SOC des Batteriesatzes kann ausgegeben werden, um den Fahrer darüber zu informieren, wie viel Ladung noch im Batteriesatz vorhanden ist, ähnlich einer Kraftstoffstandanzeige. Der SOC des Batteriesatzes kann auch verwendet werden, um den Betrieb eines Elektro- oder Hybridelektrofahrzeugs zu steuern. Die Berechnung des SOC des Batteriesatzes kann durch die unterschiedlichsten Verfahren erfolgen. Ein mögliches Verfahren zum Berechnen des Batterie-SOC ist es, eine Integration des Batteriesatzstroms über der Zeit auszuführen. Dies ist in der Technik als Amperestunden-Integration bekannt.
Ein Energiemanagementsystem (EMS) kann den Antriebsstrang des Fahrzeugs betreiben, um den Kraftstoffverbrauch zu minimieren. Zum Antriebsstrang können der Verbrennungsmotor, das Getriebe, die Elektromaschinen und das verknüpfte leistungselektronische Modul und die Traktionsbatterie zählen. Das EMS kann einen Betriebszustand für den Verbrennungsmotor und die Elektromaschinen bestimmen, um den Kraftstoffverbrauch des Verbrennungsmotors zu minimieren. Der Betriebszustand für den Verbrennungsmotor 18 kann einen Ein-/Aus-Befehl, einen Verbrennungsmotordrehmomentbefehl und einen Verbrennungsmotordrehzahlbefehl beinhalten. Der Betriebszustand für die Elektromaschinen 14 kann einen Drehzahlbefehl und einen Drehmomentbefehl beinhalten.
Das EMS kann die Traktionsbatterie 24 betreiben, um den Ladezustand der Traktionsbatterie 24 zu managen. Die Traktionsbatterie 24 kann entsprechend einem Ziel-Ladezustand im Vergleich zu einem aktuellen Ladezustand aufgeladen oder entladen werden. Zum Beispiel kann die Traktionsbatterie entladen werden, wenn der aktuelle Ladezustand größer als der Ziel-Ladezustand ist. Der Betrieb der Traktionsbatterie 24 kann erreicht werden, indem ein Drehmoment der Elektromaschinen 14 angewiesen wird, um Strom aus der Traktionsbatterie 24 zu ziehen oder Strom für sie bereitzustellen. Der Betrieb der Traktionsbatterie 24 kann weiterhin einbeziehen, den Betrieb des Verbrennungsmotors 18 anzuweisen, um Leistung für die Elektromaschinen 14 bereitzustellen.
Das Fahrzeug 12 kann ein Navigationsmodul 52 enthalten, das dem Bediener Routenplanungsinformationen bereitstellt. Das Navigationsmodul 52 kann einen Fahrzeugpositionssensor enthalten, der mit dem Global Positioning System (GPS) kompatibel ist. Das Navigationsmodul 52 kann ein Display zum Anzeigen von Karten- und Routeninformationen enthalten. Das Display kann ein Touchscreen sein, der zum Eingeben in das Navigationsmodul 52 verwendet wird. Der Bediener kann einen Bestimmungsort eingeben oder einen Bestimmungsort aus dem Speicher auswählen. Das Navigationsmodul 52 kann die Fahrzeugposition an andere Module ausgeben. Das Navigationsmodul 52 kann auch Routenplanungsdaten an andere Module ausgeben.
Das Fahrzeug 12 kann ein Modul 54 zur drahtlosen Kommunikation zum Kommunizieren mit vom Fahrzeug 12 entfernten Einrichtungen und Systemen enthalten. Das Modul zur drahtlosen Kommunikation 54 kann ein fahrzeuginternes Modem mit einer Antenne enthalten, um mit fahrzeugexternen Einrichtungen oder Systemen zu kommunizieren. Das Modul 54 zur drahtlosen Kommunikation kann eine Mobilfunkkommunikationseinrichtung sein, um Kommunikation über ein zellulares Datennetzwerk zu ermöglichen. Das Modul 54 zur drahtlosen Kommunikation kann eine drahtlose Local Area Network(LAN-)Einrichtung, die kompatibel mit der IEEE 802.11-Standardfamilie (d. h. WiFi) ist, oder ein WiMax-Netzwerk sein. Das Modul 54 zur drahtlosen Kommunikation kann einen fahrzeugbasierten drahtlosen Router enthalten, um Verbindung zu Remote-Netzwerken im Bereich eines lokalen Routers zu ermöglichen. Das Modul 54 zur drahtlosen Kommunikation kann an eine oder mehrere Steuerungen im Fahrzeug 12 ankoppeln, um Daten bereitzustellen. Zum Beispiel können zu den Daten Verkehrs- und Baustellendaten, Routenplanungsanweisungen und Wetterdaten zählen. Die mit dem Modul 54 zur drahtlosen Kommunikation empfangenen Daten können vom Navigationsmodul 52 beim Bestimmen einer Route für das Fahrzeug 12 genutzt werden.
3 zeigt eine mögliche Steuerungsarchitektur zum Umsetzen des EMS. In einigen Konfigurationen kann das EMS eine Low-Level-Steuerung 300 und eine High-Level-Steuerung 302 enthalten. Die High-Level-Steuerung 302 kann High-Level-Energiemanagement-Planungs(EMP)-Strategien umfassen. Die Low-Level-Steuerung 300 kann Anweisungen zum Koordinieren der Antriebsstrangkomponenten umsetzen. Die Low-Level-Steuerung 300 kann verschiedene Betriebssignale 310 ausgeben, um den Betrieb von Antriebsstrang- und Fahrzeugkomponenten zu steuern. Die Antriebsstrang- und Fahrzeugkomponenten werden als ein Fahrzeugmodell oder eine Fahrzeuganlage 304 dargestellt. Die Fahrzeuganlage 304 kann die Dynamiken des Fahrzeugs in Reaktion auf die Betriebssignale 310 an den Eingängen darstellen. Die Fahrzeuganlage 304 stellt Fahrzeugausgangssignale 306 bereit, die von den Modulen gemessen werden können. Die Fahrzeugausgangssignale 306 können die gemessenen Signale oder Größen darstellen.
Die Low-Level-Steuerung 300 kann Befehle für den Verbrennungsmotor 18 und die Elektromaschinen 14 bereitstellen, um die Fahreranforderung zu erfüllen. Zu den Befehlen können Drehmoment- und Drehzahlanforderungen zählen. Die Low-Level-Steuerung 300 kann Eingaben messen oder empfangen, wie zum Beispiel eine Gaspedalstellung, eine Bremspedalstellung und eine Fahrzeuggeschwindigkeit (Eingaben können durch die Fahrzeugausgangssignale 306 dargestellt werden).
Die High-Level-Steuerung 302 kann mit der Low-Level-Steuerung über das Fahrzeugnetzwerk kommunizieren. Die High-Level-Steuerung 302 kann der Low-Level-Steuerung 300 High-Level-Referenzsignale 308 bereitstellen. Zu den High-Level-Referenzsignalen 308 kann ein Ziel-Ladezustand zählen. Die High-Level-Steuerung 302 kann Routenvorschauinformationen aus dem Navigationsmodul 52 empfangen. Die High-Level-Steuerung 302 kann eine Steuerungsstrategie umsetzen, um die High-Level-Referenzsignale 308 auf Basis der Routenvorschauinformationen zu generieren. Die High-Level-Steuerung 302 kann den Ziel-Ladezustand auf Basis der Routeninformationen generieren.
In einem Fahrzeug, das das Navigationsmodul 52 enthält oder anderweitig über Mittel zum Empfang von Routendaten oder -informationen verfügt, können zusätzliche Fähigkeiten zum Verbessern der Kraftstoffwirtschaftlichkeit vorhanden sein. Wenn das Navigationsmodul 52 eine Route für den Bediener generiert, können diese zusätzlichen Informationen genutzt werden, um die Kraftstoffwirtschaftlichkeit zu verbessern. Eine Route kann vom Bediener eingegeben werden. Zum Beispiel kann ein Bestimmungsort als eine Adresse eingegeben werden, und die Route kann identifiziert werden. In einigen Konfigurationen können mehrere mögliche Routen identifiziert werden, und der Bediener kann aufgefordert werden, die Route, der gefolgt werden soll, auszuwählen. In einigen Konfigurationen können vorherige Routen und Fahrgewohnheiten gelernt werden und in nichtflüchtigem Speicher gespeichert werden. Die Route kann auf Basis der Tageszeit und der Position identifiziert werden.
Zu den Routeninformationen können Fahrbahnsteigung und Geschwindigkeitsbeschränkungen auf der Route zählen. Es können Informationen identifiziert werden, wie zum Beispiel Verkehrsdichte, Kreuzungen und Haltezeichen auf der Route. Zu den Routeninformationen können prognostizierte Fahrzeugpositionen oder -koordinaten über der Route zählen. Zu den Routeninformationen kann eine erwartete Leistungsanforderung des Fahrers über der Route zählen, die auf einem Fahrbahnsteigungsprofil und einem Fahrzeuggeschwindigkeitsprofil über der Route basiert.
Zu den vom Navigationsmodul 52 bereitgestellten Routeninformationen können ein Fahrzeuggeschwindigkeitsprofil und ein Fahrbahnsteigungsprofil zählen. Ein Fahrzeugbeschleunigungsprofil kann anhand des Fahrzeuggeschwindigkeitsprofils als die Änderungsgeschwindigkeit der Fahrzeuggeschwindigkeit über vorbestimmten Intervallen berechnet werden. Ein Radleistungsanforderungsprofil kann auf Basis des Fahrzeuggeschwindigkeitsprofils und des Fahrbahnsteigungsprofils erstellt werden. Das Radleistungsanforderungsprofil kann Faktoren, wie zum Beispiel den aerodynamischen Widerstand und die Reibung, berücksichtigen, die als eine Funktion der Fahrzeuggeschwindigkeit variieren können. Die Radleistungsanforderung kann eine prognostizierte Leistungsaufnahme an den Rädern sein, damit das Fahrzeug bei der spezifizierten Geschwindigkeit und Fahrbahnsteigung fährt.
Die Routensegmentierung kann das Zerlegen der beabsichtigten Route in eine Reihe von Segmenten beinhalten. Jedes Segment kann aus einem Abschnitt der Route mit ähnlichen Kenngrößen und Attributen bestehen. Die Routensegmentierung kann unter Verwendung verschiedener Regeln zum Segmentieren der beabsichtigten Route erfolgen. Die Segmentierung kann auf dem Antriebsstrangbetriebsmodus, der Fahrzeugbeschleunigung oder der Fahrbahnsteigung basieren. Die Anzahl von Segmenten über einer Route kann auf Basis der Segmentierungsauswahlkriterien variieren. Zum Beispiel kann bei Segmenten, die über die Fahrzeugbeschleunigung definiert werden, ein Segment aufeinanderfolgende Zeitspannen beinhalten, in denen sich die Fahrzeugbeschleunigung auf eine ähnliche Weise verhält (z. B. bei Beschleunigung, Verlangsamung, Halten der Geschwindigkeit).
Als ein Beispiel: Ein prognostiziertes Fahrzeuggeschwindigkeitsprofil über der beabsichtigten Route bis zum Bestimmungsort kann bekannt sein. Das prognostizierte Geschwindigkeitsprofil kann aus den Routeninformationen abgeleitet werden. Die Route kann entsprechend zunehmender oder abnehmender Fahrzeuggeschwindigkeit segmentiert werden. Zum Beispiel kann ein durchgehender Abschnitt des Profils, in dem sich die Fahrzeuggeschwindigkeit erhöht, als ein Segment betrachtet werden.
4 zeigt ein beispielhaftes Fahrzeuggeschwindigkeitsprofil 402 für eine Route, die entsprechend der Fahrzeugbeschleunigung segmentiert ist. Das Fahrzeuggeschwindigkeitsprofil 402 kann über der Zeit oder über der zurückgelegten Entfernung vorliegen. Das Fahrzeuggeschwindigkeitsprofil 402 kann entsprechend der Beschleunigung über den Segmenten segmentiert werden. Zum Beispiel kann ein erstes Segment S1 410 als der Abschnitt des Fahrzeuggeschwindigkeitsprofils 402 definiert werden, über dem das Fahrzeug beschleunigt. Dieses Segment kann das aktuelle Segment sein, unter der Annahme, dass 404 ein aktueller Zeitpunkt oder eine aktuelle Position ist. Der Endpunkt 406 des ersten Segments kann der Punkt sein, an dem das Segment in das zweite Segment S2 412 übergeht. Ein drittes Segment S3 414 wird definiert, das nach dem zweiten Segment 412 liegt. Weitere Segmente (S4 bis S8) können auf eine ähnliche Weise definiert werden. Der Bestimmungsort 408 kann der Punkt sein, der das Ende der Route definiert.
Die Steuerung 302 kann das Fahrbahnsteigungsprofil verarbeiten, um die Fahrbahnsteigung für jedes Segment zu kennzeichnen. Zum Beispiel kann das Fahrbahnsteigungsprofil für jedes Segment gemittelt werden, um eine mittlere Fahrbahnsteigung für jedes Segment zu bestimmen. Die mittlere Fahrbahnsteigung kann mit Schwellenwerten verglichen werden, um eine Fahrbahnsteigungsklassifizierung für jedes Segment zu bestimmen. Als ein Beispiel: Die Fahrbahnsteigung für jedes Segment kann als bergab, eben oder bergauf klassifiziert werden. Die Fahrbahnsteigung kann für das Segment als bergab klassifiziert werden, wenn die mittlere Fahrbahnsteigung kleiner als ein vorbestimmter Bergab-Schwellenwert ist. Die Fahrbahnsteigung kann für das Segment als bergauf klassifiziert werden, wenn die mittlere Fahrbahnsteigung größer als ein vorbestimmter Bergauf-Schwellenwert ist. Die Fahrbahnsteigung kann für das Segment als eben klassifiziert werden, wenn die mittlere Fahrbahnsteigung zwischen dem vorbestimmten Bergauf-Schwellenwert und dem vorbestimmten Bergab-Schwellenwert liegt. Auf Basis der mittleren Fahrbahnsteigung über dem Segment kann das Fahrzeug in eine der Fahrbahnsteigungsklassen eingestuft werden – bergab, eben oder bergauf. Einige Konfigurationen können mehr oder weniger Klassen der Fahrbahnsteigung beinhalten.
Das Fahrzeugbeschleunigungsprofil kann auf Basis der Änderungsgeschwindigkeit der Fahrzeuggeschwindigkeit im Fahrzeuggeschwindigkeitsprofil berechnet werden. Das Fahrzeugbeschleunigungsprofil kann verarbeitet werden, um die Fahrzeugbeschleunigung für jedes Segment zu kennzeichnen. Zum Beispiel kann die Fahrzeugbeschleunigung für jedes Segment als Beschleunigung, gleichmäßiges Fahren oder Verlangsamung klassifiziert werden. Das Fahrzeugbeschleunigungsprofil kann für jedes Segment gemittelt werden, um eine mittlere Fahrzeugbeschleunigung für jedes Segment zu bestimmen. Die mittlere Fahrzeugbeschleunigung kann mit Schwellenwerten verglichen werden, um eine Fahrzeugbeschleunigungsklassifizierung für jedes Segment zu bestimmen. In Fällen, bei denen die Radleistungsanforderung verwendet wird, kann die Radleistungsanforderung für jedes Segment gemittelt werden, um eine mittlere Radleistungsanforderung für jedes Segment zu bestimmen. Zum Beispiel kann die Fahrzeugbeschleunigungsklassifizierung für das Segment Beschleunigung sein, wenn die mittlere Fahrzeugbeschleunigung größer als ein vorbestimmter Beschleunigungsschwellenwert ist. Die Fahrzeugbeschleunigungsklassifizierung für das Segment kann Verlangsamung sein, wenn die mittlere Fahrzeugbeschleunigung kleiner als ein vorbestimmter Verlangsamungsschwellenwert ist. Die Fahrzeugbeschleunigungsklassifizierung für das Segment kann gleichmäßiges Fahren sein, wenn die mittlere Fahrzeugbeschleunigung zwischen dem vorbestimmten Beschleunigungsschwellenwert und dem vorbestimmten Verlangsamungsschwellenwert liegt.
Jede der Fahrbahnsteigungs- und Fahrzeugbeschleunigungsklassifizierungen kann als ein Wertebereich definiert werden. Bei einigen Konfigurationen können sich die Bereiche überlappen. Das heißt: Es ist möglich, dass die Fahrbahnsteigung oder die Fahrzeugbeschleunigung so gekennzeichnet wird, dass sie in mehr als einer der Klassifizierungen liegt. Zum Beispiel kann die Fahrbahnsteigung als eine Fuzzy-Menge gekennzeichnet werden, die überlappende Zugehörigkeitsfunktionen aufweist (z. B. dreieckig oder trapezförmig). In solch einer Konfiguration kann es möglich sein, dass ein spezielles Segment als ein mehr als einer Klassifizierung zugehöriges Element bezeichnet wird. Mit der Zugehörigkeit kann ein Zugehörigkeitswert für jede Klassifizierung verknüpft sein, der die relative Zugehörigkeit für jede Klassifizierung definiert. Zum Beispiel kann die Fahrbahnsteigung mit einem Zugehörigkeitswert von 20 % als bergauf und mit einem Zugehörigkeitswert von 80 % als eben klassifiziert werden. Die Summe der Zugehörigkeitswerte kann 100 % betragen. Die Zugehörigkeitswerte können die relative Gewissheit der Klassifizierung für diese Klasse darstellen.
Jedes Segment kann entsprechend der Fahrbahnsteigung und des Fahrzeugbeschleunigungsverhaltens klassifiziert werden. Die Segmente können auch entsprechend der Fahrbahnsteigung und der Radleistungsanforderung klassifiziert werden. Tabelle 1 zeigt eine mögliche Klassifizierung für das Segment auf Basis der Fahrbahnsteigung und der Fahrzeugbeschleunigung. Bei einigen Konfigurationen können mehr Klassifizierungen definiert werden. Wenn Klassifizierungen hinzugefügt werden, können sich die Berechnungszeit und die Speicheranforderungen erhöhen. Für jedes Segment können die Fahrbahnsteigung und die Fahrzeugbeschleunigung, die das Segment auszeichnen, zum Bestimmen der Klassifizierung genutzt werden. Die Klassifizierung kann mit einer Tabelle oder einem Satz Fuzzy-Regeln in der Steuerung 302 umgesetzt werden.

Die Klassifizierung für eine Konfiguration, bei der sich die Klassifizierungsbereiche nicht überlappen, ist relativ einfach. In diesem Fall kann ein Routensegment einer einzigen Klassifizierung aus den mehreren möglichen Klassifizierungen zugeordnet werden. Die Fahrbahnsteigungs- und Fahrzeugbeschleunigungskennzeichnung für das Segment definiert die Klassifizierung für das Segment. Die Zugehörigkeitswerte für diese Konfiguration können als 100 % betrachtet werden. Zum Beispiel kann die Fahrbahnsteigung als bergab klassifiziert werden, und die Fahrzeugbeschleunigung kann als Verlangsamung klassifiziert werden. Auf Basis dieser Fahrbahnsteigungsklassifizierung und der Fahrzeugbeschleunigungsklassifizierung kann das Segment der Klasse 9 zugeordnet werden. Die Steuerung 302 kann zum Bestimmen der Klassifizierung eine vorbestimmte Tabelle umsetzen, die durch Fahrbahnsteigungs- und Fahrzeugbeschleunigungsindizes indiziert wird.

Fahrbahnsteigung / Fahrzeugbeschleunigung	Bergauf	Eben	Bergab
Beschleunigung	Klasse 1	Klasse 4	Klasse 7
Gleichmäßiges Fahren	Klasse 2	Klasse 5	Klasse 8
Verlangsamung	Klasse 3	Klasse 6	Klasse 9

Tabelle 1

Die Steuerung 302 kann ein Fuzzy-Logik-Steuerschema unter Verwendung eines Satzes von Fuzzy-Regeln umsetzen, um die Routensegmente zu klassifizieren. Die Klassifizierung für eine Konfiguration, bei der sich die Klassifizierungsbereiche überlappen können, ist mit mehr Berechnungen verbunden. Zum Beispiel kann die Fahrzeugbeschleunigung als mit einem Zugehörigkeitswert von 100 % als gleichmäßiges Fahren klassifiziert werden, und die Fahrbahnsteigung kann mit einem Zugehörigkeitswert von 20 % als bergauf und mit einem Zugehörigkeitswert von 80 % als eben klassifiziert werden. Diese Kennzeichnung führt dazu, dass das Segment der Klasse 2 und der Klasse 5 zugeordnet wird. Mit den Klassen kann ein Zugehörigkeitswert verknüpft sein, der die Wahrscheinlichkeit der Zugehörigkeit in jeder der Klassen angibt. In diesem Beispiel kann der Zugehörigkeitswert für Klasse 2 20 % (0,2 × 1) betragen, und die Zugehörigkeit für Klasse 5 kann 80 % (0,8 × 1) betragen.
Das EMS kann eine vorbestimmte Anzahl von Segmenten zum Vorgeben von Antriebsstrangbetriebsparametern für das aktuelle Segment berücksichtigen. Die vorbestimmte Anzahl kann auf Basis von Verarbeitungsleistung oder Speicherbegrenzungen der Steuerung ausgewählt werden. Die vorbestimmte Anzahl kann eine Anzahl X sein. Die Route kann eine Anzahl von verbleibenden Segmenten beinhalten, die größer als X ist. In dem Fall, in dem die Anzahl der verbleibenden Segmente größer als die vorbestimmte Anzahl von zu verarbeitenden Segmenten ist, kann ein virtuelles Segment definiert werden. Das virtuelle Segment kann die verbleibenden Segmente der Route umfassen. Das heißt: Das Segment X kann ein virtuelles Segment sein, das den Rest der Route beinhaltet. Zum Beispiel können in einigen Konfigurationen drei Segmente definiert werden. Das erste Segment kann das unmittelbar bevorstehende Routensegment sein (z. B. von der aktuellen Position). Das zweite kann das unmittelbar folgende Segment sein. Das dritte Segment kann als ein virtuelles Segment definiert werden, das die Routeninformationen vom Ende des zweiten Segments bis zum Ende der Route (z. B. dem Bestimmungsort) beinhaltet.
Innerhalb jedes Routensegments kann die Fahrzeugbeschleunigung in eine oder mehrere der definierten Fahrzeugbeschleunigungsklassifizierungen kategorisiert werden. Innerhalb jedes Segments kann die Fahrbahnsteigung in eine oder mehrere der Fahrbahnsteigungsklassifizierungen kategorisiert werden. In einer Konfiguration, bei der sich die Bereiche nicht überlappen, können die Wertepaare einer einzigen Klasse zugeordnet werden. In einer Konfiguration, bei der sich die Bereiche überlappen, können Segmente mehreren Klassifizierungen mit einem verknüpften Gewichtungswert zugeordnet werden.
Die gewünschte oder Ziel-Batterieleistung für jedes Segment kann eine Funktion der Klassifizierung für jedes der Segmente sein. In einer Konfiguration, die N Segmente nutzt, kann die gewünschte Batterieleistung ausgedrückt werden als: P_BattDes = f(segClass_seg1, segClass_seg2, ... segClass_segN) (1)
In einigen Konfigurationen kann eine Tabelle in nichtflüchtigem Speicher der Steuerung 302 gespeichert werden, die eine Ziel-Batterieleistung für jede Kombination aus N Segmenten beinhaltet. In der Praxis kann die Route in eine kleine Anzahl von Segmenten aufgeteilt werden (z. B. zwei oder drei), um die Speicher- und Verarbeitungsanforderungen zu begrenzen. Die Tabelle kann auf Basis von Fachkenntnissen über die verschiedenen Kombinationen von Segmenten befüllt werden. Die gewünschte Batterieleistung kann in übergeordneten Bezeichnungen ausgedrückt werden. Zum Beispiel kann die gewünschte Batterieleistung in verschiedene Ausgabepegel klassifiziert werden, wie zum Beispiel Entladen hoch, Entladen tief, Aufladen tief und Aufladen hoch. Jeder Ausgabepegel kann einem spezifischen Batterieleistungspegel (in Watt oder Kilowatt) zugeordnet werden.
Zum Beispiel können bei einer Konfiguration, die zwei Segmente nutzt, die erste Segmentklassifizierung und die zweite Segmentklassifizierung als Indizes für die Tabelle genutzt werden. Als ein Beispiel: Das erste Segment wird als bergauf bei einer relativ konstanten Geschwindigkeit betrachtet (z. B. Klasse 2). Auch wird das zweite Segment als eine ebene Fahrbahn mit Fahrzeugverlangsamung betrachtet (z. B. Klasse 6). In diesem Szenario kommt es vor, dass das Fahrzeug im zweiten Segment verlangsamt, so dass die Batterie über regeneratives Bremsen wieder aufgeladen werden kann. Das System kann, da es im Voraus von der potentiellen Erhöhung des Batterieladezustands aufgrund von regenerativem Bremsen Kenntnis hat, im aktuellen Segment durch Verwenden von mehr Batterieleistung im aktuellen Segment kompensieren. Unter diesen Bedingungen kann der gewünschte Batterieleistungspegel für das aktuelle Segment mit Entladen tief vorgegeben werden.
In Konfigurationen, bei denen die Zugehörigkeit zu mehr als einer Klasse möglich ist, kann die gewünschte Batterieleistung eine gewichtete Version der Ausgabepegel sein. In solchen Fällen kann die Ausgabe ein gewichteter Mittelwert der zugehörigen Elemente sein. Ein relativer Zugehörigkeitswert kann mit jeder Klassifizierung verknüpft werden, so dass die Summe aller relativen Zugehörigkeitswerte eins ist. Der abschließende Batterieleistungsausgabepegel kann die Summation der Produkte des Batterieleistungsausgabepegels für jede Klassifizierung und des verknüpften relativen Zugehörigkeitswerts sein. Ein Vorteil dieser Steuerstrategie ist, dass die grundlegende Strategie und die übergeordneten Aktionen auf alle Fahrzeuge anwendbar sind. Die eigentlich gewünschten Batterieleistungswerte können für das jeweilige Fahrzeug auf Basis der Fähigkeiten der Traktionsbatterie 24 und der Elektromaschine 14 kalibriert werden.
In einigen Konfigurationen können die Klassifizierungen als ein Satz von Fuzzy-Klassen definiert werden, so dass ein gegebenes Routensegment ein zugehöriges Element von mehr als einer Klasse sein kann. Die Klassen können durch eine Zugehörigkeitsfunktion gewichtet werden, die die relative Klassenzugehörigkeit für jede Klasse angibt. Die Fuzzy-Klassen können wie beschrieben mit der Tabellenstruktur genutzt werden, mit der Ausnahme, dass mehr als ein Ergebnis erzielt werden kann. Der abschließende Batterieleistungswert kann ein gewichteter Mittelwert der Ausgaben der Tabelle sein.
Zum Beispiel kann in einer Konfiguration, bei der zwei Segmente verwendet werden, jedes Segment ein zwei Klassen zugehöriges Element sein. Eine Ziel-Batterieleistung kann anhand der möglichen Kombinationen von Klassen zwischen dem ersten und dem zweiten Segment bestimmt werden. Die sich ergebenden Ziel-Batterieleistungen für jede Kombination können durch die mit der Kombination verknüpften, relativen Zugehörigkeitsfunktionen gewichtet werden. Die abschließende Ziel-Batterieleistung kann eine Summe der gewichteten Werte sein.
Die Ziel-Batterieleistung kann genutzt werden, um einen Ziel-Ladezustand (SoC_d) für die Traktionsbatterie 24 auf Basis der folgenden Gleichung zu berechnen:
wobei gilt: R ist der Batterieinnenwiderstand, V_oc ist die Leerlaufspannung der Batterie, Q ist die Batteriekapazität, Δt ist die Zeitdauer des aktuellen Segments, SOC_present ist der Batterieladezustand zum aktuellen Zeitpunkt. P_BattDes ist die Ziel-Batterieleistung für das Segment, wie sie durch die Steuerstrategie bestimmt wird. Die Gleichung kann für den Ziel-Ladezustand gelöst werden. Der Ziel-Ladezustand ist der Ladezustand der Traktionsbatterie 24, der bei Abschluss des aktuellen Routensegments erwartet wird.
Die Steuerung kann während des aktuellen Routensegments entsprechend dem Ziel-Ladezustand Aufladen und Entladen der Traktionsbatterie 24 anweisen. Um die Traktionsbatterie 24 aufzuladen, kann die Elektromaschine 14 als ein Generator betrieben werden, der vom Verbrennungsmotor 18 versorgt wird, oder die Elektromaschine 14 kann als ein Generator (z. B. regeneratives Bremsen) betrieben werden, um das Fahrzeug 12 zu verlangsamen. Um die Traktionsbatterie 24 zu entladen, kann die Elektromaschine 14 als ein Motor betrieben werden, um das Fahrzeug 12 anzutreiben, oder andere, mit der Traktionsbatterie 24 gekoppelte elektrische Komponenten (z. B. Heizelement) können so betrieben werden, dass sie Leistung aus der Traktionsbatterie 24 ziehen.
Der Ziel-Ladezustand ist der Ladezustand, der für das Ende des aktuellen Routensegments geplant ist. Am Ende jedes Segments können die Berechnungen für das nächste Segment erneut durchgeführt werden. Obwohl eine gegebene Route viele Segmente aufweisen kann, kann eine begrenzte Anzahl bei der Planung des Ziel-Ladezustands berücksichtigt werden.
Die Klassifizierung wird für jedes der Segmente wiederholt. Jedes Segment kann eine verknüpfte Klassifizierung aufweisen, die auf den Profilen von Fahrzeugbeschleunigung, Radleistungsanforderung und Fahrbahnsteigung basiert. Wenn das Ende eines Segments detektiert wird, können Berechnungen für das nächste Segment durchgeführt werden. Das Ende eines Segments kann auf Basis davon detektiert werden, dass die Fahrzeugposition mit einer am Ende des Segments erwarteten Position übereinstimmt. Das Ende des Segments kann auf Basis der Segmentierungskriterien detektiert werden, wie zum Beispiel einer Änderung des Verhaltens, die angibt, dass das Segment abgeschlossen ist, und dem Übergang zum nächsten Segment.
In einigen Konfigurationen können alle Segmente, die über die berücksichtigten hinausgehen, als ein Segment zusammengelegt werden, um ein virtuelles Segment zu schaffen. Dies ermöglicht, dass einige Mittelwertinformationen aus diesen zukünftigen Segmenten verwendet werden, um den Ziel-Ladezustand für das aktuelle Segment zu berechnen. Dieses virtuelle Segment ermöglicht, dass Vorschauinformationen für die gesamte Route in die Berechnung für die vorherigen Segmente einbezogen werden. Gewichtete Mittelwerte können für das virtuelle Segment berechnet werden. Zum Beispiel kann ein gewichteter Mittelwert der Fahrzeugbeschleunigung, Fahrbahnsteigung und Radleistung über das virtuelle Segment berechnet werden. Ein Gewichtungsfaktor kann angewendet werden, so dass der Gewichtungsfaktor sich mit der Verringerung der Entfernung zum Bestimmungsort verringert. Dies verbessert potentiell die Leistung bei solchen Systemen, die einen begrenzten Vorschauhorizont nutzen. Bei Annäherung an den Bestimmungsort können in das virtuelle Segment weniger Segmente einbezogen werden, weil noch weniger Segmente vorhanden sind. Bei Annäherung an den Bestimmungsort und wenn die Anzahl der verbleibenden Segmente kleiner als die in der Steuerstrategie berücksichtige Anzahl von Segmenten ist, kann der Ziel-Ladezustand anhand der Anzahl der verbleibenden Segmente bestimmt werden. Als ein Beispiel: Die Planungsfunktion kann drei Segmente nutzen. Mit Bezug auf 4 können zu Beginn der Route das Segment S1 410 und das Segment S2 412 beinhaltet sein. Das dritte Segment kann das virtuelle Segment sein, das die Segmente S3 bis S8 beinhaltet. Wenn das erste Segment abgeschlossen ist (in 406), kann das nächste Segment unter Verwendung des Segments S2 412 und des Segments S3 414 geplant werden. Das dritte Segment kann das virtuelle Segment sein, das die Segmente S4 bis S8 beinhaltet. Die Verarbeitung kann auf diese Weise bis zum Ende der Route (in 408) fortgesetzt werden.
Wenn das Fahrzeug die Route befährt, können die Berechnungen am Ende jedes Segments wiederholt werden. Die verbleibenden Routeninformationen können in die ausgewählte Anzahl von Segmenten segmentiert werden, und die Berechnungen können durchgeführt werden, um den Ziel-Ladezustand für das Ende des aktuellen Segments zu berechnen. Routeninformationen für das letzte der ausgewählten Anzahl von Segmenten können die gemittelten Daten aus dem Rest der Route beinhalten.
Die Steuerung 302 kann Daten empfangen, die die Fahrbahnsteigung angeben. Zum Beispiel kann ein Längsbeschleunigungssensor Ausgaben bereitstellen, die die Fahrbahnsteigung angeben. Die Sensorausgabe kann mit Schwellenwerten verglichen werden, um eine aktuelle Fahrbahnsteigungsklassifizierung zu bestimmen. Die Steuerung 302 kann Eingaben empfangen, die eine Drehzahl der Räder angeben. Alternativ kann die Steuerung eine Eingabe empfangen, die die Fahrzeuggeschwindigkeit angibt. Ein Fahrzeugbeschleunigungswert kann auf Basis der Änderungsgeschwindigkeit der Fahrzeuggeschwindigkeit berechnet werden. Die Fahrbahnsteigung und die Fahrzeugbeschleunigung können mit den verknüpften Profilen verglichen werden, um zu bestimmen, ob der Route gefolgt wird. Falls die Steuerung 302 bestimmt hat, dass die Fahrzeugleistung nicht mit der beabsichtigten Route übereinstimmt, kann die Route abgeglichen werden. In Fällen, in denen die Fahrzeugbeschleunigung verwendet wird, kann die Radleistungsanforderung ersetzt werden und in einer ähnlichen Weise genutzt werden.
5 zeigt ein Flussdiagramm einer möglichen Abfolge von Operationen, um die beschriebene Klassifizierungsstrategie umzusetzen. Die Operationen können in einer oder mehreren Steuerungen umgesetzt werden. Routeninformationen können in der Operation 500 empfangen werden. Die Steuerung kann in der Operation 502 die Routeninformationen verarbeiten, um das Fahrzeugbeschleunigungsprofil und das Fahrbahnsteigungsprofil für die zu verarbeitenden Segmente zu ermitteln. Die Operation 502 kann die Bestimmung der mittleren Fahrzeugbeschleunigung und Fahrbahnsteigung über jedem der Segmente beinhalten. In der Operation 504 kann die Steuerung die Routeninformationen für das Fahrzeugbeschleunigungsprofil und das Fahrbahnsteigungsprofil für das virtuelle Segment verarbeiten, falls anwendbar. In der Operation 506 kann die Steuerung die Segmente entsprechend der Fahrzeugbeschleunigung und der Fahrbahnsteigung klassifizieren. In der Operation 508 kann die Steuerung den gewünschten Batterieleistungspegel für das aktuelle Segment auf Basis der Klassifizierung für die Segmente bestimmen. In der Operation 510 kann die Steuerung den Ziel-Ladezustand für das Ende des aktuellen Segments auf Basis des gewünschten Batterieleistungspegels berechnen. In der Operation 512 weist die Steuerung den Betrieb der Traktionsbatterie an, um den Ziel-Ladezustand am Ende des aktuellen Segments zu erreichen. In der Operation 514 kann die Steuerung Bedingungen prüfen, um das Ende des Segments zu bestimmen. Falls das Segment noch nicht abgeschlossen ist, kann die Ausführung mit der Operation 512 weitergehen, um den Betrieb der Traktionsbatterie fortzusetzen. Falls das Ende des Segments detektiert wird, kann die Operation 516 ausgeführt werden. Die Operation 516 prüft Bedingungen, um zu bestimmen, ob das Ende der Route detektiert wird. Falls das Ende der Route detektiert wird, kann die Verarbeitung enden 518. Falls die Route nicht abgeschlossen ist, kann die Ausführung mit der Operation 502 weitergehen, und die Abfolge kann sich wiederholen.
Die hier offenbarten Prozesse, Verfahren oder Algorithmen können zur Ausgabe an ein verarbeitendes Bauelement, an eine Steuerung oder an einen Computer geeignet sein bzw. von diesen umgesetzt werden, wobei diese irgendeine vorhandene programmierbare elektronische Steuerungseinheit oder eine dedizierte elektronische Steuerungseinheit enthalten können. Analog können die Prozesse, Verfahren oder Algorithmen als Daten und Anweisungen gespeichert sein, die von einer Steuerung oder einem Computer in vielen Formen ausführbar sind, einschließlich, aber nicht darauf beschränkt, Informationen, die auf nicht beschreibbaren Speichermedien dauerhaft gespeichert werden, wie zum Beispiel auf ROM-Einrichtungen, bzw. Informationen, die auf beschreibbaren Speichermedien veränderlich gespeichert werden, wie zum Beispiel auf Floppydisks, Magnetbändern, CDs, RAM-Einrichtungen und anderen magnetischen und optischen Medien. Die Prozesse, Verfahren oder Algorithmen können auch in einem durch 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, Steuerungen oder 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 könnten, dass sie Vorteile gegenüber anderen Ausführungsformen oder Umsetzungsformen nach dem Stand der Technik hinsichtlich einer oder mehrerer erwünschter Kenngrößen bereitstellen bzw. diesen vorzuziehen sind, verstehen Durchschnittsfachleute, dass Kompromisse hinsichtlich eines oder mehrerer Merkmale oder Kenngrößen eingegangen werden können, um verlangte Eigenschaften des Gesamtsystems zu erreichen, die von der spezifischen Anwendung und Umsetzungsform abhängig sind. Diese Merkmale können Kosten, Festigkeit, Langlebigkeit, Lebensdauerkosten, Marktfähigkeit, Erscheinungsbild, Packaging, Größe, Wartungsfreundlichkeit, Gewicht, Herstellbarkeit, Leichtigkeit der Montage usw. umfassen, sind aber nicht darauf beschränkt. Ausführungsformen, die bezüglich einer oder mehrerer Eigenschaften als weniger wünschenswert als andere Ausführungsformen oder Umsetzungsformen nach dem Stand der Technik beschrieben werden, liegen somit nicht außerhalb des Schutzumfangs der Offenbarung und können für bestimmte Anwendungen wünschenswert sein.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Nicht-Patentliteratur

(IEEE) 802 [0024]
IEEE 802.11-Standardfamilie [0032]

Claims

Fahrzeug, das Folgendes umfasst: wenigstens eine Steuerung, die dazu programmiert ist, eine Traktionsbatterie zu betreiben, um bei Abschluss eines aktuellen Routensegments einen Ziel-Ladezustand zu erreichen, der auf einer Ziel-Batterieleistung basiert, die durch eine Klassifizierung für mehrere Routensegmente, einschließlich des aktuellen Routensegments, definiert wird, die sich aus der Anwendung eines Satzes von Fuzzy-Regeln auf mit den Routensegmenten verknüpfte Fahrzeugbeschleunigung und Fahrbahnsteigung ergibt.
Fahrzeug nach Anspruch 1, wobei die Ziel-Batterieleistung auf einem zweiten Satz von Fuzzy-Regeln basiert, der auf die Klassifizierung für jedes der Routensegmente angewandt wird.
Fahrzeug nach Anspruch 1, wobei die Ziel-Batterieleistung auf einer vorbestimmten Tabelle basiert, die durch die Klassifizierung für jedes der Routensegmente indiziert wird.
Fahrzeug nach Anspruch 1, wobei die Fahrzeugbeschleunigung eine mittlere Fahrzeugbeschleunigung für jedes der Routensegmente ist und die Fahrbahnsteigung eine mittlere Fahrbahnsteigung für jedes der Routensegmente ist.
Fahrzeug nach Anspruch 1, wobei der Ziel-Ladezustand weiterhin auf einem aktuellen Ladezustand der Traktionsbatterie und einer Länge des aktuellen Routensegments basiert.
Fahrzeug nach Anspruch 1, wobei jedes der Routensegmente einer einzigen Klassifizierung zugeordnet wird, die aus mehreren möglichen Klassifizierungen ausgewählt wird.
Fahrzeug nach Anspruch 1, wobei jedes der Routensegmente ein Abschnitt einer Route ist, der sich durch eines oder mehrere von Folgenden auszeichnet, den Antriebsstrangbetriebsmodus, die Fahrzeugbeschleunigung oder die Fahrbahnsteigung, die mit den Routensegmenten verknüpft sind.
Fahrzeug nach Anspruch 1, wobei die mehreren Routensegmente eine Anzahl X ist und das Routensegment X ein virtuelles Segment ist, das Routendaten für einen Rest einer Route beinhaltet, so dass die Ziel-Batterieleistung durch die Klassifizierung für das virtuelle Segment weiter definiert wird.
Fahrzeug nach Anspruch 8, wobei die mit dem Segment X verknüpfte Fahrzeugbeschleunigung und Fahrbahnsteigung eine gewichtete mittlere Fahrzeugbeschleunigung für den Rest der Route und eine gewichtete mittlere Fahrbahnsteigung für den Rest der Route sind.
Verfahren, das Folgendes umfasst: durch eine Steuerung eine Klassifizierung für mehrere Routensegmente auf Basis eines Satzes von Fuzzy-Regeln zu generieren, der auf Fahrzeugbeschleunigung und Fahrbahnsteigung für jedes der Routensegmente angewandt wird; und durch die Steuerung eine Traktionsbatterie über ein aktuelles Routensegment zu betreiben, um bei Abschluss des aktuellen Routensegments einen Ziel-Ladezustand zu erreichen, der aus einer auf der Klassifizierung basierenden Ziel-Batterieleistung abgeleitet wird.
Verfahren nach Anspruch 10, das weiterhin beinhaltet, durch die Steuerung die Ziel-Batterieleistung auf Basis eines zweiten Satzes von Fuzzy-Regeln zu generieren, der auf die Klassifizierung für die Routensegmente angewandt wird.
Verfahren nach Anspruch 10, das weiterhin beinhaltet, durch die Steuerung eine Elektromaschine und einen Verbrennungsmotor anzuweisen, auf Basis des Ziel-Ladezustands und eines aktuellen Ladezustands die Traktionsbatterie zu betreiben.
Verfahren nach Anspruch 10, wobei die mehreren Segmente eine Anzahl X sind und das Routensegment X ein virtuelles Segment ist, das Routendaten für einen Rest einer Route beinhaltet, so dass die Ziel-Batterieleistung durch die Klassifizierung für das virtuelle Segment weiter definiert wird.
Verfahren nach Anspruch 13, wobei die mit dem Segment X verknüpfte Fahrzeugbeschleunigung und Fahrbahnsteigung eine gewichtete mittlere Fahrzeugbeschleunigung für den Rest der Route und eine gewichtete mittlere Fahrbahnsteigung für den Rest der Route sind.
Fahrzeug, das Folgendes umfasst: wenigstens eine Steuerung, die dazu programmiert ist, eine Traktionsbatterie zu betreiben, um bei Abschluss eines aktuellen Routensegments einen Ziel-Ladezustand zu erreichen, der auf einer Ziel-Batterieleistung basiert, die durch eine Klassifizierung für mehrere Routensegmente, einschließlich des aktuellen Routensegments, definiert wird, die sich aus der Anwendung eines Satzes von Fuzzy-Regeln auf mit den Routensegmenten verknüpfte Radleistungsanforderung und Fahrbahnsteigung ergibt.
Fahrzeug nach Anspruch 15, wobei die mehreren Segmente eine Anzahl X sind und das Routensegment X ein virtuelles Segment ist, das Routendaten für einen Rest einer Route beinhaltet, so dass die Ziel-Batterieleistung durch die Klassifizierung für das virtuelle Segment weiter definiert wird.
Fahrzeug nach Anspruch 16, wobei die mit dem Segment X verknüpfte Radleistungsanforderung und Fahrbahnsteigung eine gewichtete mittlere Radleistungsanforderung für den Rest der Route und eine gewichtete mittlere Fahrbahnsteigung für den Rest der Route sind.
Fahrzeug nach Anspruch 15, wobei die Ziel-Batterieleistung auf einem zweiten Satz von Fuzzy-Regeln basiert, der auf die Klassifizierung für jedes der Routensegmente angewandt wird.
Fahrzeug nach Anspruch 15, das weiterhin ein Navigationsmodul in Kommunikation mit der wenigstens einen Steuerung enthält, wobei die wenigstens eine Steuerung weiterhin dazu programmiert ist, Routeninformationen aus dem Navigationsmodul zu empfangen und die Routensegmente aus den Routeninformationen abzuleiten.
Fahrzeug nach Anspruch 15, wobei die Radleistungsanforderung eine mittlere Radleistungsanforderung über jedem der Routensegmente ist und die Fahrbahnsteigung eine mittlere Fahrbahnsteigung über jedem der Routensegmente ist.