Title:
Verfahren und Vorrichtung zum Betrieb eines Hybridantriebsstrangs eines Fahrzeugs
Kind Code:
A1


Abstract:

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines zumindest eine erste Antriebseinheit (2.1) und eine zweite Antriebseinheit (2.2) umfassenden Hybridantriebsstrangs (2) eines Fahrzeugs (1), wobei in Abhängigkeit eines vorausliegenden Streckenprofils (SP) eine Betriebsstrategie für den Hybridantriebsstrang (2) ermittelt wird. Erfindungsgemäß wird mittels einer Vorausschausimulation eine Geschwindigkeitstrajektorie (vT, vT1, vT2) des Fahrzeugs (1) für das vorausliegende Streckenprofil (SP) prognostiziert, wobei bei einer prognostizierten Überschreitung eines mittels einer automatischen Geschwindigkeitsregelanlage (3.3.1) vorgebbaren Zielgeschwindigkeitskorridors (ZK) an einer ermittelten Position auf dem Streckenprofil (SP) mittels einer als Elektromotor ausgebildeten zweiten Antriebseinheit (2.2) des Hybridantriebsstrangs (2) derart ein Bremsmoment erzeugt und eine dabei erzeugte elektrische Energie in einer Energiespeichereinheit (2.4) des Hybridantriebsstrangs (2) gespeichert wird, dass zumindest der Betrag des Überschreitens des Zielgeschwindigkeitskorridors (ZK) reduziert oder das Überschreiten des Zielgeschwindigkeitskorridors (ZK) vermieden wird.
Die Erfindung betrifft weiterhin eine Vorrichtung (3) zur Durchführung des Verfahrens.




Inventors:
Gehring, Ottmar, Dr.-Ing. (71394, Kernen, DE)
Kauffmann, Felix, Dipl.-Ing. (70188, Stuttgart, DE)
Sonntag, Marcus, Dipl.-Ing. (71739, Oberriexingen, DE)
Sawodny, Oliver, Prof. Dr.-Ing. (70186, Stuttgart, DE)
Application Number:
DE102013009279A
Publication Date:
12/04/2014
Filing Date:
06/04/2013
Assignee:
Daimler AG, 70327 (DE)
International Classes:
Domestic Patent References:
DE102009040682A1N/A2011-03-10
DE102009033866A1N/A2011-02-03
DE102009030784A1N/A2010-02-04
DE102008019174A1N/A2009-10-22
DE102008005328A1N/A2008-07-31



Foreign References:
61225882000-09-19
WO2011128410A12011-10-20
Claims:
1. Verfahren zum Betrieb eines zumindest eine erste Antriebseinheit (2.1) und eine zweite Antriebseinheit (2.2) umfassenden Hybridantriebsstrangs (2) eines Fahrzeugs (1), wobei in Abhängigkeit eines vorausliegenden Streckenprofils (SP) eine Betriebsstrategie für den Hybridantriebsstrang (2) ermittelt wird, dadurch gekennzeichnet, dass mittels einer Vorausschausimulation eine Geschwindigkeitstrajektorie (vT, vT1, vT2) des Fahrzeugs (1) für das vorausliegende Streckenprofil (SP) prognostiziert wird, wobei bei einer prognostizierten Überschreitung eines mittels einer automatischen Geschwindigkeitsregelanlage (3.3.1) vorgebbaren Zielgeschwindigkeitskorridors (ZK) an einer ermittelten Position auf dem Streckenprofil (SP) mittels der als Elektromotor ausgebildeten zweiten Antriebseinheit (2.2) des Hybridantriebsstrangs (2) derart ein Bremsmoment erzeugt und eine dabei erzeugte elektrische Energie in einer Energiespeichereinheit (2.4) des Hybridantriebsstrangs (2) gespeichert wird, dass zumindest der Betrag des Überschreitens des Zielgeschwindigkeitskorridors (ZK) reduziert oder das Überschreiten des Zielgeschwindigkeitskorridors (ZK) vermieden wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Planung der Erzeugung des Bremsmoments nur dann durchgeführt wird, wenn sich eine aktuelle Geschwindigkeit (v) des Fahrzeugs (1) innerhalb des Zielgeschwindigkeitskorridors (ZK) befindet.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Erzeugung des Bremsmoments mittels der zweiten Antriebseinheit (2.2) in einem Schubbetrieb der als Verbrennungskraftmaschine ausgebildeten ersten Antriebseinheit (2.1) des Hybridantriebsstrangs (2) durchgeführt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Erzeugung des Bremsmoments mittels der zweiten Antriebseinheit (2.2) in einem geöffneten Zustand einer zwischen der zweiten Antriebseinheit (2.2) und der als Verbrennungskraftmaschine ausgebildeten ersten Antriebseinheit (2.1) des Hybridantriebsstrangs (2) angeordneten Kupplung (2.3) durchgeführt wird.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in Abhängigkeit einer Topografie des vorausliegenden Streckenprofils (SP) und/oder in Abhängigkeit der prognostizierten Geschwindigkeitstrajektorie (vT, vT1, vT2) eine Einstellung des Bremsmoments variabel derart durchgeführt wird, dass eine maximal mögliche Menge elektrischer Energie erzeugt wird.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine vordefinierte maximale Zeitdauer bis zum Erreichen einer oberen Grenze (HG2) des Zielgeschwindigkeitskorridors (ZK) vorgegeben wird.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer prognostizierten Unterschreitung eines mittels einer automatischen Geschwindigkeitsregelanlage (3.3.1) vorgebbaren Zielgeschwindigkeitskorridors (ZK) an einer ermittelten Position auf dem Streckenprofil (SP) mittels der zweiten Antriebseinheit (2.2) derart ein zusätzliches Antriebsmoment zur Unterstützung einer als Verbrennungskraftmaschine ausgebildeten ersten Antriebseinheit (2.1) erzeugt wird, dass zumindest der Betrag des Unterschreitens des Zielgeschwindigkeitskorridors (ZK) reduziert oder das Unterschreiten des Zielgeschwindigkeitskorridors (ZK) vermieden wird.

8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Planung der Erzeugung des zusätzlichen Antriebsmoments nur dann durchgeführt wird, wenn sich eine aktuelle Geschwindigkeit (v) des Fahrzeugs (1) innerhalb des Zielgeschwindigkeitskorridors (ZK) befindet.

9. Vorrichtung (3) zur Durchführung eines Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, umfassend
– eine Ermittlungseinheit (3.1) zur Ermittlung zumindest eines Vorausschauhorizonts,
– eine mit der Ermittlungseinheit (3.1) gekoppelte oder in die Ermittlungseinheit integrierte Positionserfassungseinheit zur Erfassung einer Position des Fahrzeugs (1),
– eine mit der Ermittlungseinheit (3.1) gekoppelte oder in die Ermittlungseinheit (3.1) integrierte Speichereinheit zur Speicherung digitaler Kartendaten,
– ein mit der Ermittlungseinheit (3.1) gekoppeltes oder in die Ermittlungseinheit (3.1) integriertes Berechnungsmodul zur Berechnung des zumindest einen Vorausschauhorizonts anhand der Position des Fahrzeugs (1) und dem zumindest aus den digitalen Kartendaten ermittelten Streckenprofil (SP),
– ein Betriebsstrategiemodul (3.2) zur Ermittlung und Zurverfügungstellung der Betriebsstrategie,
– eine erste Steuereinheit (3.3) zur Steuerung des Hybridantriebstrangs (2) des Fahrzeugs (1) mit einer Geschwindigkeitsregelanlage (3.3.1), einem Schaltstrategiemodul (3.3.2) zur automatischen Gangvorgabe und einem Momentenaufteilungs- und -verwaltungsmodul (3.3.3) zur Vorgabe von Antriebsmomenten und/oder Bremsmomenten an zumindest eine Antriebseinheit (2.1, 2.2) des Fahrzeugs (1) und an Dauer- und Betriebsbremsen (2.6, 2.7) und/oder
– eine zweite Steuereinheit (3.5) zur Steuerung zumindest einer Energiespeichereinheit (2.4) des Fahrzeugs (1).

Description:

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines Hybridantriebsstrangs eines Fahrzeugs, wobei in Abhängigkeit eines vorausliegenden Streckenprofils eine Betriebsstrategie für den Hybridantriebsstrang ermittelt wird.

Die Erfindung betrifft weiterhin eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Bei Geschwindigkeitsregelanlagen von Fahrzeugen wird häufig ein sogenannter Hysteresebereich um eine voreingestellte Sollgeschwindigkeit herum definiert, indem die Sollgeschwindigkeit nicht mehr exakt durch Eingriffe im Soll-Moment von Antriebseinheiten des Fahrzeugs oder durch Eingriffe in eine Bremsanlage des Fahrzeugs geregelt wird, sondern das Fahrzeug in einem Schubbetrieb mit Motorschleppmoment rollt. Dies führt bei geeigneter Topografie eines Streckenprofils, auf welchem sich das Fahrzeug bewegt, zu Kraftstoff-Einspareffekten. Aufgrund des Hysteresebereichs wird ein Zielgeschwindigkeitskorridor gebildet.

Ein derartiges Verfahren zur Steuerung einer Geschwindigkeitsregelanlage eines Fahrzeugs beschreibt die DE 10 2009 040 682 A1, wobei in Abhängigkeit von einer aus Streckenparametern und Fahrzeugparametern ermittelten charakteristischen Fahrzeugsituation anhand mehrerer alternativer Steuervarianten durch eine Steuerung und Regelung eines Antriebsstrangs und einer Bremseinrichtung des Fahrzeugs eine Fahrzeuggeschwindigkeit automatisch eingestellt wird. Die Streckenparameter, welche zumindest Steigungsdaten umfassen, werden aktuell für zumindest einen während einer Fahrt des Fahrzeugs vorausliegenden Streckenabschnitt aus dreidimensionalen Kartendaten einer digitalen Straßenkarte ermittelt, wobei in Abhängigkeit von den Streckenparametern, aktuellen Fahrzeugparametern und prognostizierten Fahrzeugparametern aus einer Mehrzahl der alternativen Steuervarianten eine oder mehrere geeignete Steuervarianten ausgewählt werden. In Anwendungsfällen werden anhand einer Simulation eines Verlaufs der Fahrzeuggeschwindigkeit ein Einfluss der ausgewählten Steuervarianten und deren Eignung zur bedarfsgerechten Steuerung der Geschwindigkeitsregelanlage überprüft und es wird eine geeignete Steuervariante oder werden mehrere geeignete Steuervarianten aktiviert und eine ungeeignete Steuervariante oder mehrere ungeeignete Steuervarianten werden verworfen. Dabei werden Grenzen des Hysteresebereichs zusätzlich variiert, um so eine Ausnutzung eines kinetischen Energiespeichers bei einer Befahrung von Kuppen und Senken mittels einer Geländevorausschau zu erhöhen.

Stößt eine Ist-Geschwindigkeit des Fahrzeugs an die untere Grenze des Zielgeschwindigkeitskorridors, wird mittels der Geschwindigkeitsregelanalge ein Antriebssollmoment derart erhöht, dass die untere Grenze nicht oder kaum unterschritten wird. Stößt die Ist-Geschwindigkeit bei einer Befahrung eines Gefälles an die obere Grenze des Zielgeschwindigkeitskorridors, so werden Bremsanlagen des Fahrzeugs betätigt. Ist das Fahrzeug ein Hybridfahrzeug kann auch eine als Elektromotor ausgebildete Antriebseinheit zum Bremsen verwendet werden. Eine von dieser erzeugte Bremsleistung reicht aber für den Fall, dass die Bremsung erst bei Überschreitung der oberen Grenze aktiviert wird, oftmals nicht aus, so dass eine weitere Bremse, wie beispielsweise eine als Retarder ausgebildete Dauerbremse, aktiviert wird. Daraus folgend wird jedoch Rekuperationspotenzial nicht genutzt, da die zusätzliche Aktivierung der Dauer- oder Betriebsbremsen Energie vernichtet, welche rekuperiert werden könnte.

Auch aus der DE 10 2008 019 174 A1 sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Betreiben eines ersten Fahrzeugs bekannt, bei welchem eine gegenwärtige Fahrzeugposition, Informationen über eine vorliegende Strecke und/oder eine Fahrzeuggeschwindigkeit ermittelt wird. Anhand der ermittelten Informationen wird eine Fahrzeuggeschwindigkeit gesteuert und geregelt. Weiterhin werden eine vorgegebene Fahrzeuggeschwindigkeit, eine momentane Fahrstufe und ein momentanes Antriebs- und Bremsmoment in Abhängigkeit von mindestens einem Parameter der bevorstehenden Strecke und in Abhängigkeit von mindestens einem Parameter eines vorausfahrenden zweiten Fahrzeuges geregelt und gesteuert.

Ferner beschreibt die DE 10 2009 030 784 A1 ein Verfahren zum Steuern eines Betriebs eines Fahrzeugs mit einer Fahrzeug- und Motor- und Getriebesteuerung. Dabei werden mehrere Umgebungsparameter, Fahrzeugparameter, Fahrzeugbetriebsparameter und Streckenparameter erfasst. Für einen vorausliegenden Streckenabschnitt beginnend bei einer gegenwärtigen Fahrzeugposition werden die Fahrzeugbetriebszustände und die zugehörigen Steuerparameter mittels einer Fahrzeugbetriebskostenfunktion ermittelt und in einem Puffer als optimierte Fahrzeugsteuerparameter abgelegt. Die Fahrzeugbetriebskostenfunktion wird anhand eines iterativen numerischen Verfahrens unter Berücksichtigung vom Fahrer vorgebbarer Beschränkungen und Nebenbedingungen für die Fahrzeugbetriebs- und die Fahrzeugsteuerparameter ermittelt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein gegenüber dem Stand der Technik verbessertes Verfahren zum Betrieb eines Hybridantriebsstrangs eines Fahrzeugs und eine verbesserte Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens anzugeben.

Hinsichtlich des Verfahrens wird die Aufgabe erfindungsgemäß durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale und hinsichtlich der Vorrichtung durch die im Anspruch 9 angegebenen Merkmale gelöst.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

In dem Verfahren zum Betrieb eines zumindest eine erste Antriebseinheit und eine zweite Antriebseinheit umfassenden Hybridantriebsstrangs eines Fahrzeugs wird in Abhängigkeit eines vorausliegenden Streckenprofils eine Betriebsstrategie für den Hybridantriebsstrang ermittelt.

Erfindungsgemäß wird mittels einer Vorausschausimulation eine Geschwindigkeitstrajektorie des Fahrzeugs für das vorausliegende Streckenprofil prognostiziert, wobei bei einer prognostizierten Überschreitung eines mittels einer automatischen Geschwindigkeitsregelanlage vorgebbaren Zielgeschwindigkeitskorridors an einer ermittelten Position auf dem Streckenprofil mittels einer als Elektromotor ausgebildeten zweiten Antriebseinheit des Hybridantriebsstrangs derart ein Bremsmoment erzeugt und eine dabei erzeugte elektrische Energie in einer Energiespeichereinheit des Hybridantriebsstrangs gespeichert wird, dass zumindest der Betrag des Überschreitens des Zielgeschwindigkeitskorridors reduziert oder das Überschreiten des Zielgeschwindigkeitskorridors vermieden wird.

Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht in besonders vorteilhafter Weise eine maximale Erzeugung elektrischer Energie bei einer Rekuperation und gleichzeitig wird zumindest der Betrag des Überschreitens des Zielgeschwindigkeitskorridors reduziert oder das Überschreiten des Zielgeschwindigkeitskorridors vermieden. Auch wird ein Verschleiß von Betriebsbremsen des Fahrzeugs verringert.

Gemäß einer Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird eine Planung der Erzeugung des Bremsmoments, d. h. eine Ermittlung des zu erzeugenden Bremsmoments, nur dann durchgeführt, wenn sich eine aktuelle Geschwindigkeit des Fahrzeugs innerhalb des Zielgeschwindigkeitskorridors befindet. Durch diese Voraussetzung wird erzielt, dass die Ermittlung des erforderlichen Bremsmoments nur in Betriebssituationen durchgeführt wird, in welchen dies auch erforderlich ist. Somit werden Kapazitäten einer Rechenleistung eingespart.

In einer möglichen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Erzeugung des Bremsmoments mittels der zweiten Antriebseinheit in einem Schubbetrieb einer als Verbrennungskraftmaschine ausgebildeten ersten Antriebseinheit des Hybridantriebsstrangs durchgeführt. Somit kann bei einer Befahrung eines starken Gefälles ein großes Bremsmoment erzeugt werden, ohne dass Dauer- und Betriebsbremsen des Fahrzeugs zur Abbremsung desselben verwendet werden müssen. Gleichzeitig wird die Rekuperation maximiert.

In einer alternativen Ausgestaltung wird die Erzeugung des Bremsmoments mittels der zweiten Antriebseinheit in einem geöffneten Zustand einer zwischen der zweiten Antriebseinheit und der als Verbrennungskraftmaschine ausgebildeten ersten Antriebseinheit des Hybridantriebsstrangs angeordneten Kupplung durchgeführt. Somit kann auch bei geringen Gefälleabschnitten oder auf kurzen geraden Abschnitten eine Rekuperation mit geringem Bremsmoment erfolgen.

Ferner erfolgt die Einstellung des Bremsmoments insbesondere in der Art, dass in Abhängigkeit einer Topografie des vorausliegenden Streckenprofils und/oder in Abhängigkeit der prognostizierten Geschwindigkeitstrajektorie eine Einstellung des Bremsmoments variabel derart durchgeführt wird, dass eine maximal mögliche Menge elektrischer Energie erzeugt wird.

Gemäß einer Weiterbildung wird eine vordefinierte maximale Zeitdauer bis zum Erreichen einer oberen Grenze des Zielgeschwindigkeitskorridors vorgegeben. Somit kann das Verfahren bei gleichzeitiger Erhöhung der Rekuperation derart ausgeführt werden, dass keine Einschränkung im Betrieb der Geschwindigkeitsregelanlage auftritt.

In einer möglichen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird bei einer prognostizierten Unterschreitung eines mittels einer automatischen Geschwindigkeitsregelanlage vorgebbaren Zielgeschwindigkeitskorridors an einer ermittelten Position auf dem Streckenprofil mittels der zweiten Antriebseinheit derart ein zusätzliches Antriebsmoment zur Unterstützung einer als Verbrennungskraftmaschine ausgebildeten ersten Antriebseinheit erzeugt, dass zumindest der Betrag des Unterschreitens des Zielgeschwindigkeitskorridors reduziert oder das Unterschreiten des Zielgeschwindigkeitskorridors vermieden wird. Hierdurch kann ein signifikanter Komfortgewinn beim Übergang auf einen Betrieb der als Verbrennungskraftmaschine ausgebildeten Antriebseinheit erzielt werden.

In einer möglichen weiteren Ausgestaltung wird eine Planung der Erzeugung des zusätzlichen Antriebsmoments, d. h. eine Ermittlung des zu erzeugenden Antriebsmoments, nur dann durchgeführt, wenn sich eine aktuelle Geschwindigkeit des Fahrzeugs innerhalb des Zielgeschwindigkeitskorridors befindet. Durch diese Voraussetzung wird erzielt, dass die Ermittlung des erforderlichen Antriebsmoments nur in Betriebssituationen durchgeführt wird, in welchen dies auch erforderlich ist. Somit werden Kapazitäten einer Rechenleistung eingespart.

Zur effizienten und zuverlässigen Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens umfasst die erfindungsgemäße Vorrichtung

  • – eine Ermittlungseinheit zur Ermittlung zumindest eines Vorausschauhorizonts,
  • – eine mit der Ermittlungseinheit gekoppelte oder in die Ermittlungseinheit integrierte Positionserfassungseinheit zur Erfassung einer Position des Fahrzeugs,
  • – eine mit der Ermittlungseinheit gekoppelte oder in die Ermittlungseinheit integrierte Speichereinheit zur Speicherung digitaler Kartendaten,
  • – ein mit der Ermittlungseinheit gekoppeltes oder in die Ermittlungseinheit integriertes Berechnungsmodul zur Berechnung des zumindest einen Vorausschauhorizonts anhand der Position des Fahrzeugs und dem zumindest aus den digitalen Kartendaten ermittelten Streckenprofil,
  • – ein Betriebsstrategiemodul zur Ermittlung und Zurverfügungstellung der Betriebsstrategie,
  • – eine erste Steuereinheit zur Steuerung des Antriebstrangs des Fahrzeugs mit einer Geschwindigkeitsregelfunktion, einer Gangermittlungsfunktion zur automatischen Gangvorgabe und einem Momentenaufteilungs- und -verwaltungsmodul zur Vorgabe von Antriebsmomenten und/oder Bremsmomenten an zumindest eine Antriebseinheit des Fahrzeugs und an Dauer- und Betriebsbremsen und/oder
  • – eine zweite Steuereinheit zur Steuerung zumindest einer Energiespeichereinheit des Fahrzeugs.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand von Zeichnungen näher erläutert.

Dabei zeigen:

1 schematisch einen Ablauf eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Betrieb eines Hybridantriebsstrangs eines Fahrzeugs,

2 schematisch verschiedene Geschwindigkeitstrajektorien und einen Zielgeschwindigkeitskorridor und

3 schematisch ein Blockschaltbild eines Gesamtsystem aus einem Fahrzeug und einer Vorrichtung zum Betrieb eines als Hybridfahrzeug ausgebildeten Fahrzeugs.

Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.

In 1 ist ein Ablauf eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Betrieb eines in 3 näher dargestellten Fahrzeugs 1 mit einem Hybridantriebsstrang 2 dargestellt.

Der Hybridantriebsstrang 2 umfasst eine als Verbrennungskraftmaschine ausgebildete erste Antriebseinheit 2.1 und eine als Elektromotor ausgebildete zweite Antriebseinheit 2.2. Die erste und zweite Antriebseinheit 2.1, 2.2 sind dabei mittels einer Kupplung 2.3 miteinander koppelbar.

Zum Betrieb der zweiten Antriebseinheit 2.2 ist diese mit einer Energiespeichereinheit 2.4, beispielsweise einer Hochvolt-Batterie, gekoppelt, welche zumindest durch Rekuperation aufladbar ist.

Weiterhin umfasst der Hybridantriebsstrang 2 ein Getriebe 2.5, eine beispielsweise als Retarder ausgebildete Dauerbremse 2.6 sowie eine insbesondere als Radbremse ausgebildete Betriebsbremse 2.7.

Aus dem Stand der Technik bekannte Geschwindigkeitsregelanlagen für Fahrzeuge 1, insbesondere für schwere Nutzfahrzeuge, besitzen eine Totzone, welche um einen Sollwert der vorgegebenen Geschwindigkeit v ausgebildet ist und es ist auch ein in 2 näher dargestellter Zielgeschwindigkeitskorridor ZK, eine Geschwindigkeitshysterese oder ein Hysteresebereich der Zielgeschwindigkeit bekannt. Befindet sich eine Ist-Geschwindigkeit des Fahrzeugs 1 im Zielgeschwindigkeitskorridor ZK, wird eine Regelungsaktivität der Geschwindigkeitsregelanlage unterbunden und erst bei Erreichen einer der in 2 näher dargestellten Grenzen HG1, HG2 des Hysteresebereichs bzw. Zielgeschwindigkeitskorridors ZK wieder aufgenommen.

Der Hysteresebereich dient zum einen zur Entprellung einer so genannten Zug-Schubumschaltung, wird aber auch mit größerem Wertebereich insbesondere für eine obere Grenze HG2 als Kraftstoffsparmassnahme verwendet, um ein ”Schwungholen” im Gefälle zu ermöglichen.

Wird eine solche Geschwindigkeitsregelanlage mit einem Hybridantrieb und einer zugehörigen Steuerung kombiniert, wird üblicherweise an der oberen Grenze HG2 bevorzugt mittels der als Elektromotor ausgebildeten zweiten Antriebseinheit 2.2 ein elektrisches Bremsmoment neben anderen Bremsanlagen des Fahrzeugs 1 aktiviert. Hierdurch kann es aber dazu kommen, dass ein Überschreiten der oberen Grenze HG2 nur durch Aktivierung der Dauer- und/oder Betriebsbremsen 2.6, 2.7 verhindert werden kann, wodurch in nachteiliger Weise vorhandenes Rekuperationspotenzial nicht genutzt wird.

Aus diesem Grund sieht das erfindungsgemäße Verfahren vor, dass das mittels der als Elektromotor ausgebildeten zweiten Antriebseinheit 2.2 erzeugte elektrische Bremsmoment in Abhängigkeit der jeweiligen Bedingungen bereits deutlich vor Erreichen der oberen Grenze HG2 erzeugt wird.

Hierzu wird in einem ersten Verfahrensschritt 51 in einer Vorausschausimulation eine zukünftige Geschwindigkeitstrajektorie vT prognostiziert, welche das Fahrzeug 1 auf dem vorausliegenden, in 2 näher dargestellten Streckenprofil SP haben wird.

Die Informationen über das vorausliegende Streckenprofil SP werden dabei anhand allgemein bekannter Vorrichtungen und Verfahren, wie beispielsweise anhand von Daten einer Navigationsvorrichtung, Positionsdaten einer satellitengestützten Navigationsvorrichtung, anhand allgemeiner Streckeninformationen, anhand von Informationen auf Hinweis- und Verkehrsschildern, anhand von Kameradaten, einer Fahrzeug-zu-Fahrzeug-Kommunikation, einer Fahrzeug-zu-Infrastruktur-Kommunikation und/oder weiteren Vorrichtungen und Verfahren ermittelt.

In einem zweiten Verfahrensschritt S2 wird überprüft, ob sich eine aktuelle Geschwindigkeit v des Fahrzeugs 1 innerhalb des Zielgeschwindigkeitskorridors ZK befindet.

Ist dies der Fall, wird in einem dritten Verfahrensschritt S3 ermittelt, ob die im ersten Verfahrensschritt S1 ermittelte zukünftige Geschwindigkeitstrajektorie vT den mittels der in 3 näher dargestellten automatischen Geschwindigkeitsregelanlage 3.3.1 vorgebbaren Zielgeschwindigkeitskorridor ZK an einer ermittelten Position auf dem Streckenprofil SP überschreitet. Dies kann beispielsweise beim Befahren eines Gefälles auftreten.

Ist dies der Fall, wird in einem vierten Verfahrensschritt S4 ermittelt, an welcher Position auf dem Streckenprofil SP eine Erzeugung eines Bremsmoments durch die zweite Antriebseinheit 2.2 des Hybridantriebsstrangs 2 derart möglich ist, dass ein Energiegewinn bei der Erzeugung des Bremsmoments zur Rekuperation der Energiespeichereinheit 2.4 maximiert und gleichzeitig das Überschreiten des Zielgeschwindigkeitskorridors ZK vermieden wird.

Anschließend erfolgt an der ermittelten Position auf dem Streckenprofil SP eine entsprechende Ansteuerung des Hybridantriebsstrangs 2 in der Art, dass das Erreichen der oberen Grenze HG2 des Zielgeschwindigkeitskorridors ZK auf einen möglichst späten Zeitpunkt verschoben, aber nicht unbedingt verhindert wird.

Dies kann in vorteilhafter Weise bereits am Umkehrpunkt der Geschwindigkeitstrajektorie vT beim Einfahren in das Gefälle passieren. Dadurch verläuft die Geschwindigkeitstrajektorie vT des Fahrzeugs etwas flacher und der Bremsbedarf beim Durchschreiten der oberen Grenze HG2 wird geringer und kann gegebenenfalls weiterhin allein mit dem mittels der zweiten Antriebseinheit 2.2 erzeugten Bremsmoment durchgeführt und damit zur Rekuperation genutzt werden. Dies ist beispielhaft in 2 näher dargestellt.

Dabei wird in Abhängigkeit einer Topografie des Streckenprofils SP und in Abhängigkeit der prognostizierten Geschwindigkeitstrajektorie vT die Einstellung des Bremsmoments variabel derart durchgeführt wird, dass eine maximal mögliche Menge elektrischer Energie erzeugt wird, wobei eine vordefinierte maximale Zeitdauer bis zum Erreichen einer oberen Grenze des Zielgeschwindigkeitskorridors nicht überschritten wird. Dies ist durch entsprechende Ansteuerung der zweiten Antriebseinheit 2.2, der Kupplung 2.3 und der weiteren Komponenten des Hybridantriebsstrangs 2 einfach und effektiv durchführbar.

Besonders vorteilhaft ist es hierbei, in Abhängigkeit einer Stärke des Gefälles die zwischen der ersten und zweiten Antriebseinheit 2.1, 2.2 befindliche Kupplung 2.3 zu öffnen, um so das Motorschleppmoment der ersten Antriebseinheit 2.1 zu eliminieren, sofern ein somit erzeugter zusätzlicher Schwung aufgrund des geöffneten Hybridantriebsstranges 2 sinnvoll genutzt werden kann.

Bei starken Gefälleabschnitten kann die Erzeugung des Bremsmoments mittels der zweiten Antriebseinheit 2.2 jedoch auch in einem Schubbetrieb der ersten Antriebseinheit 2.1 bei geschlossener Kupplung 2.3 erfolgen, so dass eine Verwendungszeit und ein daraus folgender Verschleiß der Dauer- und Betriebsbremsen 2.6, 2.7 minimiert werden.

Zeigt die prädizierte Geschwindigkeitstrajektorie vT keinen Anstieg über die obere Grenze HG2 des Zielgeschwindigkeitskorridors ZK hinaus, wird kein Bremsmoment mittels der zweiten Antriebseinheit 2.2 erzeugt, da dies zu einer unnötigen Abbremsung mit einer erforderlichen anschließenden Wiederbeschleunigung mittels Antriebsleistung führen würde. Hier zeigen sich die besonderen Vorteile der Vorausschausimulation des Streckenprofils SP.

Durch die Anwendung des erfindungsgemäßen Gegenstandes ist bei schweren Nutzfahrzeugen mit einem Hybridantriebsstrang 2 eine signifikante Steigerung des Rekuperationspotenzials von mehr als 30% erreichbar.

Weiterhin wird das erfindungsgemäße Verfahren dazu verwendet, dass bei einer prognostizierten Unterschreitung des mittels der automatischen Geschwindigkeitsregelanlage 3.3.1 vorgebbaren Zielgeschwindigkeitskorridors ZK und, wenn sich die aktuelle Geschwindigkeit v des Fahrzeugs 1 innerhalb des Zielgeschwindigkeitskorridors ZK befindet, an einer ermittelten Position auf dem Streckenprofil SP mittels der zweiten Antriebseinheit 2.2 derart ein zusätzliches Antriebsmoment zur Unterstützung der als Verbrennungskraftmaschine ausgebildeten ersten Antriebseinheit 2.1 erzeugt wird, dass das Unterschreiten des Zielgeschwindigkeitskorridors ZK vermieden wird. Dadurch kann ein Komfortgewinn beim Übergang auf den Betrieb mit Verbrennungsmotor erzielt werden.

2 zeigt schematisch verschiedene Geschwindigkeitstrajektorien vT1, vT2 und einen Zielgeschwindigkeitskorridor ZK mit einer unteren Grenze HG1 und einer oberen Grenze HG2 sowie das Fahrzeug 1 bei der Befahrung eines Streckenprofils SP. Die Geschwindigkeitstrajektorien vT1, vT2 sowie der Zielgeschwindigkeitskorridor ZK mit seinen Grenze HG1, HG2 sind dabei als Verlauf der Geschwindigkeit v des Fahrzeugs 1 in Abhängigkeit von der Zeit dargestellt.

Im dargestellten Ausführungsbeispiel hat das Fahrzeug 1 zunächst eine leichte Steigung befahren, wobei mittels der Geschwindigkeitsregelanlage 3.3.1 die Geschwindigkeit v des Fahrzeugs 1 auf eine minimale Geschwindigkeit vmin an der unteren Grenze HG1 eingestellt wurde, um im folgenden Gefälle und der dann auftretenden Schubphase den komplette Hysteresebereich ausnutzen zu können.

Bei Erreichen der Kuppe wird mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens das Bremsmoment mittels der zweiten Antriebseinheit 2.2 erzeugt, so dass gegenüber einer Fahrt auf dem Gefälle ohne Erzeugung des Bremsmoments, wie es die erste Geschwindigkeitstrajektorie vT1 zeigt, eine längere Rekuperationsphase R realisierbar ist, da die zweite Geschwindigkeitstrajektorie vT2 eine maximale Geschwindigkeit vmax an der oberen Grenze HG2 des Zielgeschwindigkeitskorridor ZK erst zu einem späteren Zeitpunkt erreicht wird. Dadurch wird ein zusätzliches, beispielsweise mittels der Dauerbremse 2.6 erzeugbares Bremsmoment bei gleichzeitiger Maximierung der Rekuperation verringert.

In 3 ist ein Gesamtsystem GS aus dem als Hybridfahrzeug ausgebildeten Fahrzeug 1 und einer Vorrichtung 3 zum Betrieb des Fahrzeugs 1 dargestellt.

Die Vorrichtung 3 umfasst eine Ermittlungseinheit 3.1 zur Ermittlung von zumindest einem Vorausschauhorizont, wobei die Ermittlungseinheit 3.1 in nicht näher dargestellter Weise eine Positionserfassungseinheit zur Erfassung einer Position des Fahrzeugs 1, beispielsweise anhand von GPS-Daten, und Speichereinheit zur Speicherung digitaler Kartendaten umfasst. Weiterhin ist in ebenfalls nicht näher dargestellter Weise ein Berechnungsmodul zur Berechnung des zumindest einen Vorausschauhorizonts anhand der Position des Fahrzeugs 1 und dem aus den digitalen Kartendaten ermittelten Streckenprofil SP vorgesehen. Der zumindest eine Vorausschauhorizont umfasst dabei ein Steigungs- oder Krümmungsprofil über die gewählte Horizontlänge.

Weiterhin umfasst die Vorrichtung 3 ein Betriebsstrategiemodul 3.2, mittels welchem die jeweilige Betriebsstrategie für das Fahrzeug 1 ermittelt und zur Verfügung gestellt wird. Das Betriebsstrategiemodul 3.2 umfasst wiederum Mittel zur Erzeugung der prädiktiven Hybridbetriebsstrategie.

Diese Hybridbetriebsstrategie wird vom Betriebsstrategiemodul 3.2 an eine erste Steuereinheit 3.3, welche auch als zentrales Antriebsstrangsteuermodul bezeichnet wird, übertragen, welche zur Steuerung des Hybridantriebsstrangs 2 vorgesehen ist und hierzu die Geschwindigkeitsregelanlage 3.3.1, auch als Geschwindigkeitsregelmodul bezeichnet, zur Ausführung der Geschwindigkeitsregelfunktion, ein Schaltstrategiemodul 3.3.2 zur Ausführung einer Gangermittlungsfunktion zur automatischen Gangvorgabe und ein Momentenaufteilungs- und -verwaltungsmodul 3.3.3 umfasst.

Mittels der Geschwindigkeitsregelanlage 3.3.1 wird die vom Fahrer vorgegebene Sollgeschwindigkeit geregelt, über einen veränderbaren Unschärfebereich über die vorausschauende Fahrstrategie beeinflusst und ein gesamtes erforderliches Antriebs- und/oder Bremsmoment ermittelt.

Mittels des Schaltstrategiemoduls 3.3.2 wird ein optimaler Gang des Getriebes 2.5 eingestellt, wobei das Schaltstrategiemodul 3.3.2 dabei gegebenenfalls von der vorausschauenden Betriebsstrategie beeinflusst wird. Der vom Schaltstrategiemodul 3.3.2 ermittelte Gang wird an eine Getriebeelektronik 3.4 übermittelt.

Mittels des Momentenaufteilungs- und -verwaltungsmoduls 3.3.3 werden aus den Vorgaben sämtlicher Regelfunktionen die Soll-Momente für die erste Antriebseinheit 2.1, die zweite Antriebseinheit 2.2, der Dauer- und Betriebsbremsen 2.6, 2.7 ermittelt, wobei eine Momentenverteilung zwischen der ersten und zweiten Antriebseinheit 2.1, 2.2 von der prädiktiven Hybridbetriebsstrategie der ersten Steuereinheit 3.3 beeinflusst wird.

Weiterhin umfasst die Vorrichtung 3 eine zweite Steuereinheit 3.5 zur Steuerung der Energiespeichereinheit 2.4, wobei die zweite Steuereinheit 3.5 in nicht näher dargestellter Weise ein Überwachungsmodul umfasst, welches den Beladungs- und Belastungszustand der Energiespeichereinheit 2.4 erfasst und diesen an die erste Steuereinheit 3.3 meldet.

Weiterhin umfasst die Vorrichtung 3 eine Motorelektronik 3.6 der ersten Antriebseinheit 2.1, eine Steuerungselektronik 3.7 für die zweite Antriebseinheit 2.2, die Getriebeelektronik 3.4, eine Dauerbremselektronik 3.8 zur Steuerung der Dauerbremsen 2.6, beispielsweise eines Retarders, und eine Betriebsbremselektronik 3.9 zur Steuerung der Betriebsbremsen 2.7 des Fahrzeugs 1. Diese Komponenten sind mit der ersten Steuereinheit 3.3 gekoppelt und werden in Abhängigkeit der für die Vorausschauhorizonte ermittelten Betriebsstrategie des Fahrzeugs 1 betrieben und gesteuert.

Bezugszeichenliste

1
Fahrzeug
2
Hybridantriebsstrang
2.1
erste Antriebseinheit
2.2
zweite Antriebseinheit
2.3
Kupplung
2.4
Energiespeichereinheit
2.5
Getriebe
2.6
Dauerbremse
2.7
Betriebsbremse
3
Vorrichtung
3.1
Ermittlungseinheit
3.2
Betriebsstrategiemodul
3.3
erste Steuereinheit
3.3.1
Geschwindigkeitsregelanlage
3.3.2
Schaltstrategiemodul
3.3.3
Momentenaufteilungs- und verwaltungsmodul
3.4
Getriebeelektronik
3.5
zweite Steuereinheit
3.6
Motorelektronik
3.7
Steuerungselektronik
3.8
Dauerbremselektronik
3.9
Betriebsbremselektronik
GS
Gesamtsystem
HG1, HG2
Grenze
R
Rekuperationsphase
S1 bis S4
Verfahrensschritt
SP
Streckenprofil
v
Geschwindigkeit
Vmax
maximale Geschwindigkeit
vmin
minimale Geschwindigkeit
vT, vT1, vT2
Geschwindigkeitstrajektorie
ZK
Zielgeschwindigkeitskorridor

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 102009040682 A1 [0004]
  • DE 102008019174 A1 [0006]
  • DE 102009030784 A1 [0007]