DE102020004796A1

DE102020004796A1 - Verfahren zum Betrieb eines Hybridfahrzeuges oder eines Elektrofahrzeuges

Info

Publication number: DE102020004796A1
Application number: DE102020004796.3A
Authority: DE
Inventors: Tobias Hauser; Frederic Gruber
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2020-08-07
Filing date: 2020-08-07
Publication date: 2020-11-19

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Fahrbetrieb eines als Hybridfahrzeug oder Elektrofahrzeug ausgeführten Fahrzeuges (1) auf einer Rennstrecke (R). Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass- eine hinterlegte Aufzeichnung für die Rennstrecke (R) oder eine Aufzeichnung für die Rennstrecke (R) gestartet wird und eine Runde mit aktuellen Fahrzeugeinstellungen schnellstmöglich gefahren wird,- während der Rundenfahrt von Steuereinheiten im Fahrzeug (1) passende Rennstrecken- und Telemetriedaten aufgezeichnet werden,- nach Abschluss der Rundenfahrt die aufgezeichneten Rennstrecken- und Telemetriedaten in Bezug auf einen fahrdynamischen Anspruch (µ) und dessen Auswirkungen auf eine Leistungsabgabe und Leistungsaufnahme eines elektrischen Energiespeichers bezüglich temperaturbedingter Leistungsherabsetzung ermittelt werden,- über eine interne und/oder externe Schnittstelle (S) aufbereitete Rennstrecken- und Telemetriedaten visualisiert und mittels des Fahrzeugnutzers (F) gegebenenfalls Anpassungen vorgenommen werden und- in einem weiteren Fahrbetrieb auf der Rennstrecke (R) eine Leistungsabgabe und Leistungsaufnahme des elektrischen Energiespeichers derart geregelt werden, dass je nach Konfiguration eine schnellste Runde oder eine bestimmte Anzahl von Runden der zugrundeliegenden Rennstrecke (R) gefahren wird, ohne dass eine temperaturbedingte Leistungsherabsetzung erfolgt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Fahrbetrieb eines als Hybridfahrzeug oder Elektrofahrzeug ausgeführten Fahrzeuges auf einer Rennstrecke.
Aus der DE 10 2010 016 328 A1 ist ein Betriebsverfahren für ein auf einer Rundstrecke fahrendes Hybridfahrzeug bekannt. Das Hybridfahrzeug weist einen Verbrennungsmotor und ein kühlbares elektrisches System mit mindestens einer zuschaltbaren Elektromaschine, Leistungselektronik und Energiespeicher auf. Die elektrische Maschine kann als Motor oder Generator betrieben werden. Die Rundstrecke weist eine Abfolge von Geraden und Kurven auf. Es werden die während der jeweiligen befahrenen Runde ermittelten Beschleunigungsverläufe des Fahrzeuges, Leistungsverläufe des elektrischen Systems und Temperaturverläufe des elektrischen Systems erfasst und abgespeichert. Des Weiteren wird in der jeweiligen folgenden Runde über deren Verlauf die Leistungsfähigkeit des elektrischen Systems bezüglich der thermischen Belastbarkeit des elektrischen Systems optimiert.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Fahrbetrieb eines Hybridfahrzeuges oder eines Elektrofahrzeuges auf einer Rennstrecke anzugeben.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren gelöst, welches die in Anspruch 1 angegebenen Merkmale aufweist.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Ein Verfahren zum Fahrbetrieb eines als Hybridfahrzeug oder Elektrofahrzeug ausgeführten Fahrzeuges auf einer Rennstrecke sieht erfindungsgemäß vor, dass ein Fahrzeugnutzer eine Konfiguration wählt, ob die Rennstrecke im Hinblick auf eine schnellstmögliche Runde, im Hinblick auf eine bestmögliche Leistung für eine bestimmte Anzahl von Runden oder im Hinblick auf eine Fahrleistung so lange wie möglich gefahren werden soll. Anschließen wird eine hinterlegte Aufzeichnung für die Rennstrecke oder eine Aufzeichnung für die Rennstrecke gestartet und eine Runde wird mit aktuellen Fahrzeugeinstellungen schnellstmöglich gefahren. Während der Rundenfahrt werden von Steuereinheiten in dem Fahrzeug passende Rennstrecken- und Telemetriedaten aufgezeichnet, wobei nach Abschluss der Rundenfahrt die aufgezeichneten Rennstrecken- und Telemetriedaten in Bezug auf einen fahrdynamischen Anspruch und dessen Auswirkungen auf eine Leistungsabgabe und Leistungsaufnahme eines elektrischen Energiespeichers bezüglich temperaturbedingter Leistungsherabsetzung ermittelt werden. Über eine interne und/oder externe Schnittstelle werden aufbereitete Rennstrecken- und Telemetriedaten visualisiert und mittels des Fahrzeugnutzers gegebenenfalls Anpassungen vorgenommen und in einem weiteren Fahrbetrieb auf der Rennstrecke werden eine Leistungsabgabe und Leistungsaufnahme des elektrischen Energiespeichers derart geregelt, dass je nach Konfiguration eine schnellste Runde oder eine bestimmte Anzahl von Runden der zugrundeliegenden Rennstrecke gefahren wird, ohne dass eine temperaturbedingte Leistungsherabsetzung erfolgt.
Durch Anwendung des Verfahrens ist eine im Wesentlichen konsequente Anpassung einer Betriebsstrategie des als Hybridfahrzeug oder Elektrofahrzeug ausgebildeten Fahrzeuges, insbesondere auf einer Rennstrecke, möglich.
Anhand der angepassten Betriebsstrategie, insbesondere anhand der gewählten Konfiguration, kann eine Leistungsfähigkeit des elektrischen Energiespeichers und somit eines elektrischen Antriebsstranges über ein Maß verbessert werden, das mittels einer elektrischen Steuerung möglich ist.
Darüber hinaus kann eine Alltags-Betriebsstrategie des Fahrzeuges für einen gewöhnlichen Straßenbetrieb konsequenter ausgelegt werden, womit weitere Verbesserungen in Bezug auf eine Verfügbarkeit und ein Verbrauch elektrischer Energie des elektrischen Energiespeichers möglich sind.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand einer Zeichnung näher erläutert.
Dabei zeigen:

1 schematisch einen Ablauf eines Verfahrens zum Fahrbetrieb eines als Hybridfahrzeug oder Elektrofahrzeug ausgeführten Fahrzeuges auf einer Rennstrecke und
2 schematisch eine streckenbasierte Anwendung des Verfahrens in Bezug auf eine Kapazität eines elektrischen Energiespeichers und dessen Temperatur.

Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
1 zeigt einen Ablauf eines Verfahrens zum Fahrbetrieb eines als Hybridfahrzeug oder Elektrofahrzeug ausgeführten Fahrzeuges 1 auf einer Rennstrecke R.
Eine streckenbasierte Anwendung des Verfahrens in Bezug auf eine Kapazität K und eine Temperatur T eines elektrischen Energiespeichers für einen sogenannten Rennstreckenbetrieb ist in 2 dargestellt.
Im Rennstreckenbetrieb eines als Hybridfahrzeug oder Elektrofahrzeug ausgeführten Fahrzeuges 1 sind die Hauptfaktoren für einen dauerhaft optimalen Leistungsabruf eine Leistungsentnahme und ein Leistungseintrag eines elektrischen Energiespeichers des Fahrzeuges 1 für einen elektrischen Antrieb desselben.
Aus jeder Leistungsentnahme und aus jedem Leistungseintrag von elektrischer Energie aus dem elektrischen Energiespeicher bzw. in den elektrischen Energiespeicher resultiert eine interne Wärmeproduktion. Diese Wärme ist sogenannte Verlustwärme, die beim Laden, also beim Leistungseintrag, und Entladen, also beim Leistungsabruf, entsteht.
Diese Wärmeproduktion führt zusätzlich zu einer Umgebungstemperatur des elektrischen Energiespeichers zum Anstieg einer internen Temperatur T desselben. Umso länger eine Leistungsentnahme und ein Leistungseintrag dauert und umso höher die jeweilige Leistungsentnahme und der jeweilige Leistungseintrag sind, desto höher ist ein Beitrag zur Erhöhung der internen Temperatur T des elektrischen Energiespeichers.
Erreicht die interne Temperatur T einen von dem elektrischen Energiespeicher abhängigen Temperaturschwellwert T_k fällt eine Zellspannung rapide ab, wodurch somit auch eine entnahmefähige Leistung, also der mögliche Leistungsabruf, sinkt. Ein solcher Prozess wird als Derating bezeichnet und stellt eine temperaturbedingte Leistungsherabsetzung des elektrischen Energiespeichers dar.
Ist der Temperaturschwellwert T_k oder ein vorgegebener Toleranzbereich des Temperaturschwellwertes T_k erreicht, resultiert daraus ein vergleichsweise drastischer Einbruch einer Fahrleistung des Fahrzeuges 1 und zwar so lange bis die interne Temperatur T des elektrischen Energiespeichers sich wieder in einem Temperaturbereich befindet, in welchem ein erneuter Leistungsabruf möglich ist.
Ein solcher Einbruch der Fahrleistung des Fahrzeuges 1 ist auf einer Rennstrecke R fatal, da im Rennstreckenbetrieb in bestimmten Fahrsituationen eine erforderliche Fahrleistung zur Verfügung stehen muss, um beispielsweise eine relativ gute Rundenzeit zu erreichen.
Üblicherweise wird eine Regelung eines Leistungsabrufes elektrischer Energie und einer Kühlung des elektrischen Energiespeichers derart angepasst, dass unabhängig für welche momentan befahrende Rennstrecke R oder Rundenanzahl die interne Temperatur T des elektrischen Energiespeichers weitestgehend nicht im Bereich des Temperaturschwellwertes T_k liegt. Das hat jedoch zur Folge, dass je nach befahrener Rennstrecke R unter Umständen nie ein optimaler Leistungsumsatz hinsichtlich Leistungsentnahme und Rekuperation, also Leistungseintrag, und damit eine optimale Leistungsfähigkeit des Fahrzeuges 1 erreicht werden kann, da weder eine Länge der Rennstrecke R, noch eine Rundenanzahl noch ein fahrdynamischer Anspruch µ der Rennstrecke R in Bezug auf den Leistungsumsatz bekannt sind und somit berücksichtigt werden können.
Um einen Leistungsabruf und einen Leistungseintrag in Bezug auf den elektrischen Energiespeicher des Fahrzeuges 1 im Rennstreckenbetrieb derart zu regeln, dass die interne Temperatur T den kritischen Temperaturschwellwert T_k nicht erreicht und dennoch eine Fahrleistung des Fahrzeuges 1 sichergestellt werden kann, ist das im Folgenden beschriebene Verfahren vorgesehen.
Einem Fahrzeugnutzer F wird für eine eigene aufgezeichnete Rennstrecke R oder eine interlegte Aufzeichnung für eine Rennstrecke R Wahlmöglichkeiten, also Konfigurationen, zu Verfügung gestellt. So kann der Fahrzeugnutzer F wählen, ob er mit seinem Fahrzeug 1 eine einzige schnellste Runde zu fahren beabsichtigt, ob er beabsichtigt, eine bestmögliche Leistung für eine vorgegebene Anzahl von Runden zu erreichen oder ob er eine Fahrleistung so lange wie möglich wünscht.
Um dem Fahrzeugnutzer F des Fahrzeuges 1 diese Auswahlmöglichkeiten zur Verfügung zu stellen und ein entsprechendes Verhalten des Fahrzeuges 1 zu ermöglichen, sieht das Verfahren vor, dass in einem ersten Verfahrensschritt V1 entweder eine Rennstrecke R aufgezeichnet wird oder eine bereits mit Streckendaten und Fahrdynamikdaten fahrzeugseitig vorhandene Rennstrecke zugrunde gelegt wird. Insbesondere sind als Streckendaten und Fahrdynamikdaten eine satellitengestützte Position des Fahrzeuges 1 auf der Rennstrecke R, ein Höhenprofil der Rennstrecke R, Quer-, Längs- und Aufbaubeschleunigungen sowie Fahrzeuggeschwindigkeiten bekannt.
Basierend auf diesen Daten wird aus den Quer-, Längs- und Aufbaubeschleunigungen des Fahrzeuges 1 für jeden Streckenpunkt der Rennstrecke R ein fahrdynamischer Kennwert ermittelt, der auf einen fahrdynamischen Anspruch µ des jeweiligen Streckenpunktes schließen lässt.
Dieser Kennwert wird anschließend dazu verwendet, um den elektrischen Energiespeicher, den elektrischen Antriebsstrang in Bezug auf den Leistungsumsatz und eine Kühlung des elektrischen Energiespeichers der vorliegenden Rennstrecke R angepasst zu regeln.
Der erste Verfahrensschritt sieht weiterhin vor, dass das Fahrzeug 1 eine mit aktuellen Fahrzeugeinstellungen schnellstmögliche Runde fährt.
Während der Rundenfahrt werden in einem zweiten Verfahrensschritt V2 von Steuereinheiten im Fahrzeug 1 passende Rennstrecken- und Telemetriedaten aufgezeichnet, wobei nach Abschluss der Rundenfahrt in einem dritten Verfahrensschritt V3 die aufgezeichneten Rennstrecken- und Telemetriedaten bezüglich ihres fahrdynamischen Anspruches µ und dessen Auswirkungen auf die Leistungsentnahme und den Leistungseintrag elektrischer Energie aus und in den elektrischen Energiespeicher in Bezug auf die temperaturbedingte Leistungsherabsetzung ermittelt.
In einem vierten Verfahrensschritt V4 werden dem Fahrzeugnutzer F über eine interne oder externe Schnittstelle S die aufbereiteten Rennstrecken- und Telemetriedaten visualisiert, wobei der Fahrzeugnutzer F die Möglichkeit hat, gegebenenfalls Anpassungen vorzunehmen.
In den darauffolgenden Runden ist eine entsprechend der gewählten Wahlmöglichkeit, also der Konfiguration, eingestellte Funktion in einem fünften Verfahrensschritt V5 aktiv und regelt den Leistungsumsatz des elektrischen Energiespeichers derart, dass je nach Konfiguration eine schnellste Runde, eine vorgegebene Anzahl von Runden gefahren werden kann, oder eine Fahrleistung des Fahrzeuges auf der zugrunde liegenden Rennstrecke R so lange wie möglich aufrecht erhalten werden kann.
Insbesondere wird der Leistungsumsatz derart geregelt, dass in Bereichen mit einem vergleichsweise hohen fahrdynamischen Anspruch µ, welcher in 2 mittels Schraffur markiert ist, die Leistungsentnahme für die Fahrleistung reduziert wird, wohingegen die Kühlung des elektrischen Energiespeichers maximiert wird, um für die Bereiche mit vergleichsweise niedrigem fahrdynamischen Anspruch µ einerseits einen Kühlungspuffer in Bezug auf die interne Temperatur T des elektrischen Energiespeichers aufzubauen und andererseits eine maximale Leistungsentnahme sogar dadurch noch zu erhöhen, dass aufgrund des Kühlungspuffers eine Kühlleistung verringert werden kann und eine Leistung an mittels des elektrischen Energiespeichers zur Verfügung gestellter elektrischer Energie, die für den elektrischen Antrieb verwendet wird, um diese Differenz weiter erhöht werden kann.
Insbesondere kann mittels des Verfahrens, welches beispielsweise mittels eines Batteriemanagementsystems des Fahrzeuges 1 ausgeführt wird, ein Fahrverhalten desselben dahingehend optimiert werden, dass eine verfügbare elektrische Energie mit einem der Konfiguration entsprechenden maximalen Bedarf an elektrischer Energie zunächst abgeglichen wird.
Bei einem zur Verfügung stehenden Überschuss an elektrischer Energie kann vorgesehen sein, Reichweiten erhöhende Systeme, z. B. zur Rekuperation, nicht zu aktivieren, wobei gleichzeitig bedarfsunabhängig eine Kühlleistung erhöht werden kann. Ist die vorhandene elektrische Energie nicht ausreichend, so wird diese gegen thermische Beschränkungen ausgeglichen. Daraus ergeben sich Grenzwerte für eine Rekuperationsleistung und Wirkungsgrade für die Leistungsfähigkeit. Ein solcher Wirkungsgrad der Leistungsfähigkeit beschreibt dabei eine Wirksamkeit elektrischer Energie auf eine Rundenzeit des Fahrzeuges 1. Mittels dieses Wirkungsgrades sind grundlegende Effekte, z. B. über eine Fahrgeschwindigkeit abnehmende Wirksamkeit elektrischer Energie, aber streckenspezifische Effekte, z. B. wie zeitwirksam eine Beschleunigung bei einer Herausfahrt aus einer Kurve ist. Auch den Wirkungsgrad begrenzende Effekte, wie ein maximaler Reibungskoeffizient des Fahrzeuges ! werden in einer solchen Ermittlung berücksichtigt.
Ist nun nicht nur ein Streckenverlauf der Rennstrecke R sondern auch der konkrete fahrdynamische Anspruch µ der Rennstrecke R bekannt, lässt sich unter Berücksichtigung von Fahrzeugdaten, wie der Kapazität des elektrischen Energiespeichers, eines Temperaturprofils des elektrischen Energiespeichers, einer Kennlinie der elektrischen Antriebseinheit und eines Fahrzeuggewichtes, errechnen, wie die Leistungsentnahme und die Kühlung des elektrischen Energiespeichers gestaltet werden muss, um eine bestimmte Anzahl vergleichsweise schneller Runden zu fahren. Ein Puffer thermischer und elektrischer Kapazitäten K wird dabei auf die gewünschte Anzahl der zu fahrenden Runden verteilt.
Eine Definition eines Einsatzszenarios erlaubt nach dem Absolvieren der Rundenzahl weiterhin, relativ stark in eine Abregelung zu steuern, wodurch weitere Potenziale aufgetan werden können.
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 Patentliteratur

DE 102010016328 A1 [0002]

Claims

Verfahren zum Fahrbetrieb eines als Hybridfahrzeug oder Elektrofahrzeug ausgeführten Fahrzeuges (1) auf einer Rennstrecke (R), dadurch gekennzeichnet, dass - ein Fahrzeugnutzer (F) eine Konfiguration wählt, ob die Rennstrecke (R) im Hinblick auf eine schnellstmögliche Runde, im Hinblick auf eine bestmögliche Leistung für eine bestimmte Anzahl von Runden oder im Hinblick auf eine Fahrleistung so lange wie möglich gefahren werden soll, - eine hinterlegte Aufzeichnung für die Rennstrecke (R) oder eine Aufzeichnung für die Rennstrecke (R) gestartet wird und eine Runde mit aktuellen Fahrzeugeinstellungen schnellstmöglich gefahren wird, - während der Rundenfahrt von Steuereinheiten im Fahrzeug (1) passende Rennstrecken- und Telemetriedaten aufgezeichnet werden, - nach Abschluss der Rundenfahrt die aufgezeichneten Rennstrecken- und Telemetriedaten in Bezug auf einen fahrdynamischen Anspruch (µ) und dessen Auswirkungen auf eine Leistungsabgabe und Leistungsaufnahme eines elektrischen Energiespeichers bezüglich temperaturbedingter Leistungsherabsetzung ermittelt werden, - über eine interne und/oder externe Schnittstelle (S) aufbereitete Rennstrecken- und Telemetriedaten visualisiert und mittels des Fahrzeugnutzers (F) gegebenenfalls Anpassungen vorgenommen werden und - in einem weiteren Fahrbetrieb auf der Rennstrecke (R) eine Leistungsabgabe und Leistungsaufnahme des elektrischen Energiespeichers derart geregelt werden, dass je nach Konfiguration eine schnellste Runde oder eine bestimmte Anzahl von Runden der zugrundeliegenden Rennstrecke (R) gefahren wird, ohne dass eine temperaturbedingte Leistungsherabsetzung erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass für jeden Streckenpunkt ein fahrdynamischer Kennwert ermittelt wird, welcher auf den fahrdynamischen Anspruch (µ) des jeweiligen Streckenpunktes schließen lässt.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der jeweilige Kennwert einer Regelung eines Leistungsumsatzes und einer Kühlung des elektrischen Energiespeichers und des elektrischen Antriebsstranges entsprechend der vorliegenden Rennstrecke (R) zugrunde gelegt wird.