DE10226143A1 - Verfahren zum Steuern eines Hybridantriebs bei einem Kraftfahrzeug - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Steuern eines Hybridantriebs mit mehreren Antriebskomponenten bei einem Kraftfahrzeug in Abhängigkeit von Informationen über eine aktuelle und eine zu erwartende Fahrsituation, die über fahrzeuginterne und über fahrzeugexterne Informationsquellen in einem elektronischen Kraftfahrzeugsystem erfasst werden, wobei abhängig von diesen Informationen und abhängig von energie-, sicherheits-, komfort-, schadstoffemissions-, geräusch- und/oder fahrertypbezogenen Vorgaben im elektronischen Kraftfahrzeugsystem eine Fahrbetriebsstrategie zur Steuerung wenigstens einer der mehreren Antriebskomponenten ermittelt wird. DOLLAR A Um eine streckenabhängige Vorhersage der Energiebilanz zu ermöglichen, so dass der elektrische Antrieb des Hybridantriebs eines Kraftfahrzeugs effizienter genutzt werden kann, ist das Verfahren erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, dass die Informationen Fahrstreckendaten einer Fahrstrecke umfassen, die mit fahrzeugspezifischen Daten verknüpft werden, so dass sich ein der Fahrstrecke zugehöriges Energieprofil ergibt, das bei der Ermittlung der Fahrbetriebsstrategie berücksichtigt wird, und in Abhängigkeit von der Fahrbetriebsstrategie wenigstens eine der mehreren Antriebskomponenten des Hybridantriebs automatisch aktiviert oder deaktiviert wird.
Description
- Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Steuern eines Hybridantriebs bei einem Kraftfahrzeug gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.
- Bekannt sind Verfahren, welche bei Elektrofahrzeugen oder Fahrzeugen mit Hybridantrieb beim Bremsen ebenso wie beim Bergabfahren eine Energierückgewinnung (Rekuperation) ermöglichen.
- Weiterhin ist bekannt, die Betriebsweise wie beispielsweise Elektroantrieb oder verbrennungsmotorischer Antrieb in Abhängigkeit von der Fahrzeugumgebung zu beeinflussen. Die Informationen über die Fahrzeugumgebung kann z.B. die unmittelbare Umgebung (Stadtverkehr oder Überlandfahrt) betreffen und von einem Navigationssystem stammen.
- Aus
DE 197 43 958 ist ein Verfahren zur Steuerung eines Antriebssystems bekannt, bei dem fahrzeuginterne und fahrzeugexterne Informationen für eine Fahrbetriebsstrategie zur Antriebssteuerung verwendet werden, welche dem Fahrer über eine Rückmeldung (z.B. aktives Gaspedal) vorgeschlagen wird. - Dieses Verfahren ist problematisch, wenn ein kleiner elektrischer Energiespeicher verwendet wird. Je kleiner der elektrische Energiespeicher ist, desto häufiger werden Lade- und Entladevorgänge, d.h. die Energiereserven müssen effizienter genutzt werden, und das Energiemanagement wird wichtiger. Folglich müssen beim Energiemanagement möglichst alle Parameter berücksichtigt werden, mit denen ein Umschalten zwischen den Komponenten eines Hybridantriebs optimiert werden kann, so dass die Energiereserven intelligenter genutzt werden können.
- Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine streckenabhängige Vorhersage der Energiebilanz zu ermöglichen, so dass der elektrische Antrieb des Hybridantriebs eines Kraftfahrzeugs effizienter genutzt werden kann.
- Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch das Verfahren nach Anspruch 1. Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
- Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren werden fahrzeugspezifische Daten (z.B. Gewicht, Antriebssystem, Wirkungsgradkette, elektrischer Energiebedarf des Bordnetzes), Fahrstreckendaten, meteorologische Daten, sowie fahrerspezifische Daten (z.B. sparsam, sportlich, "nervöser Gasfuß") miteinander verknüpft. Das Ergebnis dieser Verknüpfung ist ein der Fahrstrecke zugehöriges Energieprofil, welches dem Fahrzeugantrieb als Anhaltswert bei der Wahl und Verteilung der Antriebsart, elektrisch und verbrennungsmotorisch dient. Mit anderen Worten, die gewonnene Information ist eine Stützgröße bei dem Umschalten zwischen elektrischem und verbrennungsmotorischem Antrieb.
- Das endungsgemäße Verfahren zum Steuern eines Hybridantriebs mit mehreren Antriebskomponenten bei einem Kraftfahrzeug in Abhängigkeit von Informationen über eine aktuelle und eine zu erwartende Fahrsituation, die über fahrzeuginterne und über fahrzeugexterne Informationsquellen in einem elektronischen Kraftfahrzeugsystem erfasst werden, wobei abhängig von diesen Informationen und abhängig von energie-, sicherheits-, komfort-, schadstoffemissions-, geräuschund/oder fahrertypbezogenen Vorgaben im elektronischen Kraftfahrzeugsystem eine Fahrbetriebsstrategie zur Steuerung wenigstens einer der mehreren Antriebskomponenten ermittelt wird, ist dadurch gekennzeichnet, dass die Informationen Fahrstreckendaten einer Fahrstrecke umfassen, die mit fahrzeugspezifischen Daten verknüpft werden, so dass sich ein der Fahrstrecke zugehöriges Energieprofil ergibt, das bei der Ermittlung der Fahrbetriebsstrategie berücksichtigt wird, und in Abhängigkeit von der Fahrbetriebsstrategie wenigstens eine der mehreren Antriebskomponenten des Hybridantriebs automatisch aktiviert oder deaktiviert wird.
- Insbesondere können die Informationen außerdem mit meteorologischen Daten bzw. mit fahrerspezifischen Daten verknüpft werden.
- Ein Vorteil der Erfindung besteht darin, dass ihre Implementierung kostengünstig ist, da es sich im wesentlichen um eine Softwarelösung handelt. Ferner wird das Potential der Verbrauchseinsparung effizienter ausgeschöpft und damit der Energieeinsatz optimiert, so dass auch die Emissionen reduziert werden. Daraus ergibt sich wiederum eine Verbesserung des Komforts und eine Verminderung des Verschleißes.
- Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels, bei der Bezug genommen wird auf die beigefügten Zeichnungen.
-
-
1 zeigt ein Blockschaltbild mit Sensor-, Bewertungs- und Antriebskomponenten des Hybridantriebs in einem Fahrzeug für die Umsetzung des erfindungsgemäßen Verfahrens. -
2 zeigt ein Flussdiagramm eines Teils einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens. - In
1 ist ein Hybridantrieb1 gezeigt, der hier speziell eine Verbrennungsmaschine2 und eine Elektromaschine umfasst. Der Elektromotor3 ist mit einem Energiespeicher4 , d.h. mit einer Fahrzeugbatterie oder mit einem "Super-Cap" verbunden. Er kann als Motor oder als Elektrogenerator betrieben werden. Im ersten Fall wird mit Energie aus dem Energiespeicher4 versorgt und treibt so das Fahrzeug an, im zweiten Fall wirkt er als Bremse und speist elektrische Energie in den Energiespeicher4 zurück. Die Verbindung zwischen dem Elektromotor3 und dem Energiespeicher4 ist daher durch zwei parallele Doppelpfeile dargestellt. - Um den Energiespeicher
4 optimal nutzen zu können, wird der Verbrennungsmotor2 und der Elektromotor bzw. Generator3 bedarfsweise zugeschaltet, d.h. die Leistung beider Antriebe wird je nach Anforderung koordiniert. Dazu wird eine Fahrbetriebsstrategie aufgestellt. Dies erfolgt anhand von Eingangsgrößen, die durch Sensoren erfasst werden, und vorher abgespeicherter Parameter wie Fahrertyp oder gewählte Fahrstrecke. Die Sensoren sind Teil eines Eingangsblock5 , der einerseits einen Umfelderfassungsblock6 für das Erfassen von Signalen und Informationen und andererseits eine Recheneinheit7 für die Vorauswertung der erfassten Größen umfasst. - Der Umfelderfassungsblock
6 enthält u.a. Sensoren8 für Fahrerdaten und Fahrzeugdaten, die Sensoren für ein Navigationssystem9 zum Ermitteln von geografischen Daten, ein Empfängersystem10 für das Empfangen von fernübertragenen Verkehrsinformationen, darunter auch meteorologische Daten, und einen Speicher11 für Streckendaten. - Beispiele für die Daten der Sensoren
8 für die Fahrerdaten und Fahrzeugdaten sind das Gewicht, die momentane Leistung der Brennkraftmaschine oder des Elektromotors, die momentane Geschwindigkeit etc. und Größen, die den momentanen Fahrbetriebszustand kennzeichnen, wie z.B. die Bremspedalbetätigung, die Fahrpedalbetätigung, die Schalthebel- bzw. Positionswählhebelbetätigung oder der Speicherzustand des Energiespeichers (z.B. der Tankinhalt oder die Ladung der Batterie oder des "Super-Caps"). Die geografischen Daten des Navigationssystems9 sind Daten, die einer digitalen Straßenkarte entnommen wurden, oder die von einem satellitengestützten System stammen. Sie beinhalten Höhenangaben, Geschwindigkeitsbegrenzungen, Steigungen, Kurven, Ampelpositionen, Kreuzungen etc.. Die Daten des Empfängersystems10 sind insbesondere Staumeldungen, Straßensperrungen und Unfallmeldungen, aber auch meteorologische Daten wie Informationen über Regen und Glatteis. Ein bekanntes System für fernübertragene Verkehrsdaten ist beispielsweise das RDS- TMC-System. - Im Speicher
11 sind die Daten von bereits durchfahrenen Strecken enthalten, die der Fahrer von sich aus gespeichert hat oder die automatisch gespeichert wurden. Im folgenden wird davon ausgegangen, dass der Fahrer bei Antritt einer Fahrt über nicht dargestellte Bedienelemente angibt, ob und welche der gespeicherten "Referenzstrecken" er durchfährt. Die Einzelheiten eines solchen Systems sind dem Fachmann bekannt und werden hier nicht weiter erläutert. - Die Eingangsgrößen von dem Umfelderfassungsblock
6 werden in der Recheneinheit7 im Hinblick auf energie-, sicherheits-, komfort-, schadstoffemissions-, geräusch- und/oder fahrertypbezogenen Vorgaben weiterverarbeitet. Dazu werden die Werte des Navigationssystems8 , des Empfängersystems9 für das Empfangen von fernübertragenen Verkehrsinformationen und die Sensoren10 für Fahrerdaten und Fahrzeugdaten werden von der Recheneinheit7 eingelesen, die entsprechend den Elementen des Umfelderfassungsblockes6 eine Teileinheit7a für die Berechnung von Energieäquivalenten, eine Teileinheit7b für die Korrektur des Energieäquivalents je nach Art der befahrenen Straße und eine Teileinheit7c für die Korrektur des Energieäquivalents in Abhängigkeit von der empfangenen Verkehrsinformation und meteorologische Information wie z.B. vereiste Fahrbahn, Nebel, Regen, Windstärke und -richtung usw. enthält. In einer weiteren Teileinheit7d wird das so errechnete und korrigierte Energieprofil an die momentane Fahrstrecke adaptiert. - Das Ergebnis der Berechnungen in der Recheneinheit
7 wird in einen Fahrbetriebsstrategieblock12 eingegeben, der beispielsweise im Hinblick auf den Verbrauch, den Zeitbedarf, die Sicherheit, den Verkehrsfluss, den Komfort und den ermittelten Fahrertyp eine Fahrbetriebsstrategie ermittelt. Dabei werden die Eingriffe in die Antriebsysteme2 und3 , d.h. in das Bremssystem, in die Motorsteuerung und/oder in die Automatikgetriebesteuerung im Sinne von Verzögerung, Konstantfahrt und/oder Beschleunigung optimiert. - Die so ermittelte Fahrbetriebsstrategie wird von dem Fahrbetriebsstrategieblock
12 an eine zentrale Hybridantriebssteuerung16 weitergeleitet, von der sie in Umschaltbefehle für die Antriebskomponenten2 und3 des Hybridantriebs1 umgesetzt wird. - Die Umsetzung der Fahrbetriebsstrategie in Umschaltbefehle für die Antriebskomponenten
2 und3 des Hybridantriebs1 erfolgt bei der Ausführungsform nach1 in Abhängigkeit von Stellgrößen, die der Fahrer eingibt. Somit hat die zentrale Hybridantriebssteuerung16 einen zweiten Eingang, über den sie mit einem Stellgrößen- oder Fahrbedienungsblock13 verbunden ist, der u.a. ein Bremspedal14 und ein Fahrpedal15 umfasst, über die der Fahrer seine Vorgaben eingibt. - Sind die Stellgrößen längere Zeit stabil, so wird die Fahrbetriebsstrategie, die von dem Fahrbetriebsstrategieblock
12 erstellt wurde, von der zentralen Hybridantriebssteuerung16 angenommen. Bei kurzfristiger Änderung der Stellgrößen, beispielsweise weil der Fahrer die Stellung des Fahrpedals15 verändert hat, wird die Fahrbetriebsstrategie von der zentralen Hybridsteuerung16 verworfen, und es wird aufgrund neuer Erfassungswerte von dem Eingangsblock5 und dem Umfelderfassungsblock6 darin sowie aufgrund neuer Berechnungen durch die Recheneinheit7 von dem Fahrbetriebsstrategieblock12 eine neue Strategie aufgestellt und von der zentralen Hybridantriebssteuerung16 angenommen bzw. erneut verworfen. Dies erfolgt solange, bis ein stationärer Zustand erreicht wurde, in welchem keine weiteren kurzfristigen Änderungen mehr auftreten. - In
2 ist eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt. - Bei dem Verfahren zum Steuern eines Hybridantriebs in Abhängigkeit von Informationen über eine aktuelle und eine zu erwartende Fahrsituation, die über fahrzeuginterne und über fahrzeugexterne Informationsquellen in einem elektronischen Kraftfahrzeugsystem erfasst werden, werden in einem ersten Berechnungsblock Energieäquivalente berechnet, die die Basis für die Steuerung des Hybridantriebs
1 darstellen. Der erste Berechnungsblock entspricht Schritt 17 in2 und wird in der Recheneinheit7a durchgeführt. Aus den Fahrzeugdaten wird ein Parameter berechnet, welcher sich beispielsweise aus Fahrzeuggewicht, Zuladung, Wirkungsgradkette und Anhängerbetrieb zusammensetzt. Dieser Parameter wird bei der Umrechnung von Höhendifferenzen und Fahrzeugbremsungen bzw. -Beschleunigungen in Energieäquivalente benötigt. - Das Ergebnis von dem ersten Berechnungsblock wird nachfolgend in einem zweiten Berechnungsblock korrigiert, wenn weitere Einflüsse aufgrund von geänderten Verkehrswegebedingungen vorliegen oder zu erwarten sind. Mit anderen Worten, die Energieäquivalente werden in Abhängigkeit von der Straßenart korrigiert, wobei berücksichtigt wird, ob es sich beispielsweise um eine Autobahn oder einen Feldweg handelt. Ferner werden in diesem zweiten Berechnungsblock Geschwindigkeitsbegrenzungen, Kurven und Kreuzungen berücksichtigt. Der zweite Berechnungsblock entspricht Schritt 18 in
2 und wird in der Recheneinheit7b durchgeführt. - Einflüsse, die bisher noch nicht berücksichtigt werden konnten, werden im nachfolgenden dritten Berechnungsblock herangezogen. Dabei handelt es sich z.B. um Verkehrsinformationen, die bereits in Zusammenhang mit
1 angesprochen wurden. Beispielsweise erfolgt in diesem dritten Berechnungsblock eine weitere Korrektur der Energieäquivalente aufgrund von Staumeldungen. Aber auch meteorologische Daten wie beispielsweise Eisglätte, Temperatur, Sonneneinstrahlung und Wind fließen ein, die ebenfalls Teil der Verkehrsinformationen sein können. Der dritte Berechnungsblock entspricht Schritt 19 in2 und wird in der Recheneinheit7c durchgeführt. - Schließlich wird bei der in
2 gezeigten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens eine Adaption der errechneten Energieäquivalente an das Fahrprofil durchgeführt. Das bedeutet, dass das bis hierher errechnete Energieprofil für eine aktuelle Fahrstrecke ermittelt wird. Für eine immer wiederkehrende Fahrstrecke, z.B. die tägliche Fahrt zur Arbeit und zurück, wird das Energieprofil mit Hilfe der tatsächlich aufgetretenen Werte angepasst, d.h. das Fahrprofil wird adaptiert. Dabei können Ungenauigkeiten der vorliegenden Streckendaten oder Fahrergewohnheiten fehlertolerant eingebunden werden, d.h. kleine Abweichungen von einem einmal abgespeicherten Fahr- bzw. Streckenprofil bleiben unberücksichtigt. Der vierte Berechnungsblock entspricht Schritt 20 in2 und wird in der Recheneinheit7d durchgeführt. - Abschließend wird in Schritt 21 das Umschalten der Antriebskomponenten
2 und3 vorgenommen. Damit ist das Verfahren zur Steuerung der Antriebskomponenten2 und3 des Hybridantriebs1 beendet, und das Verfahren springt zur Korrektur der in Schritt 17 errechneten Energieäquivalente zurück, um kurzfristige Änderungen der Parameter berücksichtigen zu können. - Damit wird im Gegensatz zum Stand der Technik die Anpassung der Umschaltsteuerung von Hybridantrieben mit den zugehörigen Energiespeichern an wiederkehrende Fahrstrecken, z.B. den Weg zur Arbeit, möglich.
- Im folgenden wird ein kurzes Beispiel für das oben erläuterte erfindungsgemäße Verfahren angegeben. Bei einer Bergabfahrt auf einer Alpenpassstrasse liegt der Schwerpunkt auf Energierückgewinnung, d.h. auf dem Laden des oder der Energiespeicher. Voraussetzung ist aber die Aufnahmefähigkeit derselben. Dies hängt aber insbesondere bei kleinen Energiespeichern von der Entladung ab, welche durch dazwischenliegende Beschleunigungsstrecken abhängt. Reichen diese nicht aus, um den Energiespeicher genügend aufnahmefähig zu halten, ist auch die Verwendung der Überschussenergie beispielsweise für die Motor-Innenraumaufheizung denkbar. Hierdurch wird ein Abkühlen verhindert bzw. ein Aufheizen des Motors gefördert, ohne Kraftstoff zu benötigen. Im einfachsten Fall geschieht diese Bergabfahrt rein elektrisch, mit dem Nebeneffekt, dass der Verbrennungsmotor beim Starten bereits betriebswarm ist, was neben einer deutlichen Emissionsminderung auch zu einer Verschleißminderung führt.
-
- 1
- Hybridantrieb
- 2
- Verbrennungsmaschine
- 3
- Elektromotor/-generator
- 4
- Energiespeicher
- 5
- Eingangsblock
- 6
- Umfelderfassungsblock
- 7
- Recheneinheit,
- 7a
- Recheneinheit für Berechnung von Energieäquivalent
- 7b
- Recheneinheit,
- 7b
- Recheneinheit für Straßenart-Korrektur,
- 7c
- Recheneinheit für Verkehrsinformations-Korrektur und meteorologische Korrektur,
- 7d
- Recheneinheit für Adaption an Fahrstrecke
- 8
- Speicher und Sensoren für Fahrerdaten und Fahrzeugdaten
- 9
- Navigationssystem
- 10
- Empfängersystem für fernübertragene Verkehrsinformationen und meteorologische Daten
- 11
- Speicher für Streckendaten
- 12
- Fahrbetriebsstrategieblock
- 13
- Stellgrößenblock
- 14
- Bremspedal
- 15
- Fahrpedal
- 16
- zentrale Hybridantriebssteuerung
- 17
- erster Berechnungsblock: Berechnung der Energieäquivalente
- 18
- zweiter Berechnungsblock: Korrektur der Energieäquivalente aufgrund von Einflüssen der Verkehrswege
- 19
- dritter Berechnungsblock: Korrektur der Energieäquivalente aufgrund von Verkehrsinformationen
- 20
- vierter Berechnungsblock: Adaption an Fahrprofil
- 21
- Steuerung der Antriebskomponenten
Claims (4)
- Verfahren zum Steuern eines Hybridantriebs mit mehreren Antriebskomponenten (
2 ,3 ,4 ) bei einem Kraftfahrzeug in Abhängigkeit von Informationen über eine aktuelle und eine zu erwartende Fahrsituation, die über fahrzeuginterne und über fahrzeugexterne Informationsquellen in einem elektronischen Kraftfahrzeugsystem erfasst werden, wobei abhängig von diesen Informationen und abhängig von energie-, sicherheits-, komfort-, schadstoffemissions-, geräusch- und/oder fahrertypbezogenen Vorgaben im elektronischen Kraftfahrzeugsystem eine Fahrbetriebsstrategie zur Steuerung wenigstens einer der mehreren Antriebskomponenten (2 ,3 ,4 ) ermittelt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Informationen Fahrstreckendaten einer Fahrstrecke umfassen, die mit fahrzeugspezifischen Daten verknüpft werden, so dass sich ein der Fahrstrecke zugehöriges Energieprofil ergibt, das bei der Ermittlung der Fahrbetriebsstrategie berücksichtigt wird, und in Abhängigkeit von der Fahrbetriebsstrategie wenigstens eine der mehreren Antriebskomponenten (2 ,3 ,4 ) des Hybridantriebs automatisch aktiviert oder deaktiviert wird. - Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Informationen außerdem mit meteorologischen Daten verknüpft werden.
- Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet dass die Informationen außerdem mit fahrerspezifischen Daten verknüpft werden.
- Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Informationen über eine aktuelle und eine zu erwartende Fahrsituation Verkehrsinformationen umfassen.
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