DE102020200826A1

DE102020200826A1 - Verfahren und Steuergerät zum Betreiben eines Plug-In-Hybridfahrzeugs

Info

Publication number: DE102020200826A1
Application number: DE102020200826.4A
Authority: DE
Inventors: Valerie Engel; Matthias Otto
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2020-01-23
Filing date: 2020-01-23
Publication date: 2021-07-29
Anticipated expiration: 2040-01-24
Also published as: DE102020200826B4

Abstract

Verfahren zum Betreiben eines Plug-In-Hybridfahrzeugs (1), wobei das Plug-In-Hybridfahrzeug (1) einen Verbrennungsmotor (4), einen Kraftstofftank (6) zur Bereitstellung von Kraftstoff für den Verbrennungsmotor (4), eine elektrische Maschine (5) und einen elektrischen Energiespeicher (7) zur Bereitstellung von elektrischer Energie für die elektrische Maschine (5) aufweist, wobei für den Betrieb des Plug-In-Hybridfahrzeugs (1) auf einer vor demselben liegenden Fahrtstrecke abhängig von der vor dem Plug-In-Hybridfahrzeug (1) liegenden Fahrtstrecke ein Verbrauch an Kraftstoff durch den Verbrennungsmotor (4), ein Verbrauch an elektrischer Energie durch die elektrische Maschine (5) und eine benötigte Fahrzeit ermittelt werden, wobei die Fahrtstrecke so in rein verbrennungsmotorische Fahrtstreckenabschnitte, rein elektrische Fahrtstreckenabschnitte und hybride Fahrtstreckenabschnitte aufgeteilt wird, dass abhängig von Kosten für den Kraftstoff, abhängig von Kosten für die elektrische Energie und abhängig von Zeitkosten ermittelte Fahrtkosten minimal sind.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Plug-In-Hybridfahrzeugs. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Steuergerät zum Betreiben eines Plug-In-Hybridfahrzeugs.
Aus der DE 10 2015 207 301 A1 ist ein Verfahren zum Betreiben eines Plug-In-Hybridfahrzeugs bekannt, bei welchem der Betrieb eines Verbrennungsmotors und einer elektrischen Maschine basierend auf Kraftstoffkosten und Elektrizitätskosten gesteuert wird.
Aus der US 2014/0129139 A1 ist ein Verfahren zum Betreiben eines elektrisch antreibbaren Fahrzeugs bekannt, bei welchem für eine vor dem Fahrzeug liegende Fahrtstrecke eine Vielzahl von Routen zum Ziel der Fahrtstrecke bestimmt werden, und wobei für die Vielzahl der Routen Kosten berechnet werden. Das Fahrzeug soll kostenoptimal betrieben werden.
Aus der US 2018/0238698 A1 ist ein weiteres Verfahren zum Betreiben von elektrisch angetriebenen Fahrzeugen bekannt, nämlich zum Erzeugen einer Fahrstrecke abhängig von GPS-Daten und Batterie-Daten.
Aus dem Stand der Technik ist es demnach bekannt, ein Plug-In-Hybridfahrzeug abhängig von Kosten für den Kraftstoff sowie abhängig von Kosten für elektrische Energie kostenoptimal zu betreiben.
Es besteht Bedarf daran, die Betriebskosten weiter zu reduzieren.
Hiervon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zu Grunde, ein neuartiges Verfahren zum Betreiben eines Plug-In-Hybridfahrzeugs und ein Steuergerät zum Betreiben eines Plug-In-Hybridfahrzeugs zu schaffen.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß Patentanspruch 1 gelöst.
Für den Betrieb des Plug-In-Hybridfahrzeugs auf einer vor demselben liegenden Fahrtstrecke werden abhängig von der vor dem Plug-In-Hybridfahrzeug liegenden Fahrtstrecke ein Verbrauch an Kraftstoff durch den Verbrennungsmotor, ein Verbrauch an elektrischer Energie durch die elektrische Maschine und eine benötigte Fahrzeit ermittelt, wobei die Fahrtstrecke so in rein verbrennungsmotorische Fahrtstreckenabschnitte, rein elektrische Fahrtstreckenabschnitte und hybride Fahrtstreckenabschnitte aufgeteilt wird, dass abhängig von Kosten für den Kraftstoff, abhängig von Kosten für die elektrische Energie und abhängig von Zeitkosten ermittelte Fahrtkosten minimal sind.
Mit der hier vorliegenden Erfindung wird vorgeschlagen, nicht nur die Kosten für Kraftstoff und elektrische Energie bei der Fahrtstreckenplanung zu berücksichtigen, sondern auch eine benötigte Fahrzeit. Abhängig von den Kosten für den Kraftstoff, von den Kosten für die elektrische Energie und Zeitkosten wird die Fahrtstrecke in rein verbrennungsmotorische, rein elektrische und hybride Fahrtstreckenabschnitte aufgeteilt, um das Plug-In-Hybridfahrzeug entlang der Fahrtstreckenabschnitte für die vor dem Plug-In-Hybridfahrzeug liegende Fahrtstrecke kostenoptimal, also mit minimalen Fahrtkosten, zu betreiben.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass die Kosten für den Betrieb eines Plug-In-Hybridfahrzeugs nicht nur von Kraftstoffkosten und Kosten der elektrischen Energie abhängig sind, sondern auch von Lohnkosten eines Fahrers. Um ein Plug-In-Hybridfahrzeug kostenoptimal zu betreiben, werden erfindungsgemäß demnach auch Zeitkosten berücksichtigt.
Nach einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird bei der benötigten Fahrzeit auch eine Zeitdauer fahrzeiterhöhend berücksichtigt wird, die für das Laden des elektrischen Energiespeichers und/oder für das Tanken des Kraftstofftanks benötigt wird, wobei bei der Zeitdauer, die für das Laden des elektrischen Energiespeichers und/oder das Tanken des Kraftstofftanks benötigt wird, vorgeschriebene Pausenzeiten eines Fahrers des Plug-In-Hybridfahrzeugs fahrzeitreduzierend berücksichtigt werden.
Dann, wenn insbesondere die zum Laden des elektrischen Energiespeichers benötigte Zeit fahrzeiterhöhend in Kombination mit fahrzeitreduzierend berücksichtigten Pausenzeiten bei der Ermittlung der benötigten Fahrzeug berücksichtigt wird, kann das Plug-In-Hybridfahrzeug besonders kostenoptimal betrieben werden.
Das erfindungsgemäße Steuergerät ist in Anspruch 7 definiert.
Bevorzugte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung. Ausführungsbeispiele der Erfindung werden, ohne hierauf beschränkt zu sein, an Hand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt:

1 ein exemplarisches Schema eines Plug-In-Hybridfahrzeugs.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und ein Steuergerät zum Betreiben eines Plug-In-Hybridfahrzeugs 1. Ein derartiges Plug-In-Hybridfahrzeug 1 verfügt als erste Antriebsquelle über einen Verbrennungsmotor 4 und als zweite Antriebsquelle über eine elektrische Maschine 5. Im Verbrennungsmotor 4 wird Kraftstoff verbrannt, der in einem Kraftstofftank 6 bereitgehalten wird. Die elektrische Maschine 5 benötigt elektrische Energie, die in einem elektrischen Energiespeicher 7 bereitgehalten wird. Dann, wenn die elektrische Maschine 5 motorisch betrieben wird, wird der elektrische Energiespeicher 7 stärker entladen. Wird hingegen die elektrische Maschine 5 generatorisch betrieben, so wird der elektrische Energiespeicher 7 stärker aufgeladen. Bei einem Plug-In-Hybridfahrzeug 1 kann der elektrische Energiespeicher 7 durch Anschluss an ein Stromnetz, insbesondere an eine Stromtankstelle, aufgeladen werden.
Wird das Plug-In-Hybridfahrzeug 1 rein verbrennungsmotorisch betrieben, so stellt ausschließlich der Verbrennungsmotor 4 ein Antriebsmoment an einem Abtrieb 2 über ein Getriebe 3 bereit. Wird das Plug-In-Hybridfahrzeug 1 rein elektrisch betrieben, so stellt ausschließlich die elektrische Maschine 5 ein Antriebsmoment am Abtrieb 2 bereit. Wird das Plug-In-Hybridfahrzeug 1 hybridisch betreiben, so stellen Verbrennungsmotor 4 und elektrische Maschine 5 ein Antriebsmoment am Abtrieb 2 bereit.
Bei der Erfindung geht es nun darum, ein solches Plug-In-Hybridfahrzeug 1 entlang einer vor demselben liegenden Fahrtstrecke betriebskostenoptimal zu betreiben.
Abhängig von der vor dem Plug-In-Hybridfahrzeug 1 liegenden Fahrtstrecke, die insbesondere Topografiedaten und/oder Geschwindigkeitsvorgaben sowie Daten über zur Verfügung stehende Tankstellen für Kraftstoff sowie zur Verfügung stehende Stromtankstellen berücksichtigt, wird ein Verbrauch an Kraftstoff durch den Verbrennungsmotor 4 entlang der Fahrtstrecke, ein Verbrauch an elektrischer Energie durch die elektrische Maschine 5 entlang der Fahrtstrecke und eine Fahrzeit ermittelt, die zum Zurücklegen der Fahrtstrecke benötigt wird.
Dabei wird die Fahrtstrecke so in rein verbrennungsmotorische Fahrtstreckenabschnitte, rein elektrische Fahrtstreckenabschnitte und hybride Fahrtstreckenabschnitte aufgeteilt, dass abhängig von den Kosten für den Kraftstoff, abhängig von den Kosten für die elektrische Energie und abhängig von Zeitkosten ermittelte Fahrtkosten und damit Betriebskosten des Plug-In-Hybridfahrzeugs 1 entlang der Fahrtstrecke minimal sind.
Bei der zum Zurücklegen der Fahrtstrecke benötigten Fahrzeit wird vorzugsweise auch eine Zeitdauer für das Laden des elektrischen Energiespeichers 7 und/oder eine Zeitdauer für das Tanken des Kraftstofftanks 6 fahrzeiterhöhend berücksichtigt. Bei der Fahrzeiterhöhung fällt die zum Laden des elektrischen Energiespeichers 7 an einer Stromtankstelle benötigte Zeit stärker fahrzeiterhöhend ins Gewicht als die zum Tanken des Kraftstofftanks 6 benötigte Zeit, da das Laden eines elektrischen Energiespeichers 7 mehr Zeit in Anspruch nimmt als das Tanken eines Kraftstofftanks 6.
Bei der Zeitdauer, die für das Laden des elektrischen Energiespeichers 7 und/oder das Tanken des Kraftstofftanks 6 benötigt wird, werden vorzugsweise vorgeschriebene Pausenzeiten eines Fahrers fahrzeugreduzierend berücksichtigt. Durch eine vorteilhafte Kombination von vorgeschriebenen Pausenzeiten mit dem Laden und/oder Tanken kann das Laden und/oder Tanken bezüglich der Fahrzeit zeitneutral und damit kostenneutral erfolgen.
Vorzugsweise wird die vor dem Plug-In-Hybridfahrzeug 1 liegende Fahrtstrecke so in rein verbrennungsmotorische Fahrtstreckenabschnitte, rein elektrische Fahrtstreckenabschnitte und hybride Fahrtstreckenabschnitte aufgeteilt, dass folgende Kostenfunktion minimal wird: $K = V_{KS} * K_{KS} + V_{EG} * K_{EG} + T * K_{T}$
wobei

K: die Fahrtkosten für die gesamte Fahrtstrecke sind,
VKS: die Menge an für die gesamte Fahrtstrecke benötigtem Kraftstoff ist,
KKS: der Kraftstoffpreis pro Kraftstoffmengeneinheit ist,
VEG: die Menge an für die gesamte Fahrtstrecke benötigter elektrischer Energie ist,
KEG: der Preis elektrischer Energie pro Energiemengeneinheit ist,
T: die für die gesamte Fahrtstrecke benötigte Fahrzeit ist,
KT: die Lohnkosten des Fahrers pro Zeiteinheit sind.

Entlang rein verbrennungsmotorischer Fahrtstreckenabschnitte wird das Plug-In-Hybridfahrzeug 1 rein verbrennungsmotorisch betrieben. Entlang rein elektrischer Fahrtstreckenabschnitte wird das Plug-In-Hybridfahrzeug 1 rein elektrisch betrieben. Entlang hybrider Fahrtstreckenabschnitte wird das Plug-In-Hybridfahrzeug sowohl über den Verbrennungsmotor 4 als auch über die elektrische Maschine 5 angetrieben.
Zur Aufteilung der Fahrtstrecke in diese Fahrtstreckenabschnitte kann ein Geschwindigkeitsverlauf für die vorausliegende Fahrtstrecke sowie ein Verlauf eines Ladezustand des elektrischen Energiespeichers 7 sowie eines Füllstands des Kraftstofftanks 6 entlang der Fahrtstrecke bestimmt werden. Diese sind davon abhängig, ob das Plug-In-Hybridfahrzeug 1 rein verbrennungsmotorisch, rein elektrisch oder hybrid betrieben wird. Wird der Füllstand des Kraftstofftanks 6 und/oder der Ladezustand des elektrischen Energiespeichers 7 zu gering, insbesondere bezogen auf eine bis zur nächsten Tankstelle bzw. Stromtankstelle zurückliegende Fahrtstrecke, so muss ein Tanken und/oder Laden eingeplant werden. Wie bereits ausgeführt, erfolgt dies vorzugsweise in Kombination mit vorgeschriebenen Pausenzeiten für den Fahrer.
Die Erfindung betrifft weiterhin ein Steuergerät 8, welches eingerichtet ist, das oben beschriebene Verfahren steuerungsseitig auszuführen. Das Steuergerät 8 des Plug-In-Hybridfahrzeugs 1 ermittelt abhängig von der vor dem Plug-In-Hybridfahrzeug 1 liegenden Fahrtstrecke den Verbrauch an Kraftstoff durch den Verbrennungsmotor 4, den Verbrauch an elektrischer Energie durch die elektrische Maschine 5 und die benötigte Fahrzeit. Das Steuergerät 8 teilt die Fahrtstrecke so in rein verbrennungsmotorische und rein elektrische und hybride Fahrtstreckenabschnitte auf, dass abhängig von den Kosten für Kraftstoff, elektrische Energie sowie abhängig von Zeitkosten ermittelte Fahrtkosten minimal sind.
Bei dem Steuergerät 8, welches das erfindungsgemäße Verfahren ausführt, handelt es sich insbesondere um ein Hybridsteuergerät des Plug-In-Hybridfahrzeugs 1. Ein derartiges Steuergerät 8 ist als elektronisches Steuergerät ausgeführt und verfügt über hardwareseitige Mittel sowie softwareseitige Mittel. Zu den hardwareseitigen Mitteln zählen Datenschnittstellen, ein Prozessor und ein Speicher. Zu den softwareseitigen Mitteln zählen Programmbausteine. Über die Datenschnittstelle tauscht das Steuergerät insbesondere mit einem GBS-System 9 Daten aus, um auf Topografiedaten und/oder Geschwindigkeitsvorgaben und/oder auf Positionsdaten von Tankstellen sowie Stromtankstellen zuzugreifen. Im Steuergerät 8 können Kosten für Kraftstoff, elektrische Energie sowie Zeitkosten hinterlegt sein. Kosten für Kraftstoff und Kosten für elektrische Energie können auch online über eine Datenschnittstelle empfangen werden, und zwar für jede entlang der Fahrtstrecke liegende Tankstelle sowie Stromtankstelle.
Die Erfindung erlaubt einen kostenoptimalen Betrieb eines Plug-In-Hybridfahrzeugs.
Bezugszeichenliste

1: Plug-In-Hybridfahrzeug
2: Abtrieb
3: Getriebe
4: Verbrennungsmotor
5: elektrische Maschine
6: Kraftstofftank
7: elektrischer Energiespeicher
8: Steuergerät
9: GPS-System

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 102015207301 A1 [0002]
US 2014/0129139 A1 [0003]
US 2018/0238698 A1 [0004]

Claims

Verfahren zum Betreiben eines Plug-In-Hybridfahrzeugs (1), wobei das Plug-In-Hybridfahrzeug (1) einen Verbrennungsmotor (4), einen Kraftstofftank (6) zur Bereitstellung von Kraftstoff für den Verbrennungsmotor (4), eine elektrische Maschine (5) und einen elektrischen Energiespeicher (7) zur Bereitstellung von elektrischer Energie für die elektrische Maschine (5) aufweist, wobei für den Betrieb des Plug-In-Hybridfahrzeugs (1) auf einer vor demselben liegenden Fahrtstrecke abhängig von der vor dem Plug-In-Hybridfahrzeug (1) liegenden Fahrtstrecke ein Verbrauch an Kraftstoff durch den Verbrennungsmotor (4), ein Verbrauch an elektrischer Energie durch die elektrische Maschine (5) und eine benötigte Fahrzeit ermittelt werden, die Fahrtstrecke so in rein verbrennungsmotorische Fahrtstreckenabschnitte, rein elektrische Fahrtstreckenabschnitte und hybride Fahrtstreckenabschnitte aufgeteilt wird, dass abhängig von Kosten für den Kraftstoff, abhängig von Kosten für die elektrische Energie und abhängig von Zeitkosten ermittelte Fahrtkosten minimal sind.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei der benötigten Fahrzeit auch eine Zeitdauer fahrzeiterhöhend berücksichtigt wird, die für das Laden des elektrischen Energiespeichers (7) benötigt wird.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Zeitdauer, die für das Laden des elektrischen Energiespeichers (7) benötigt wird, vorgeschriebene Pausenzeiten eines Fahrers des Plug-In-Hybridfahrzeugs (1) fahrzeitreduzierend berücksichtigt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass bei der benötigten Fahrzeit auch eine Zeitdauer fahrzeiterhöhend berücksichtigt wird, die für das Tanken des Kraftstofftanks (6) benötigt wird.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Zeitdauer, die für das Tanken des Kraftstofftanks (6) benötigt wird, vorgeschriebene Pausenzeiten eines Fahrers des Plug-In-Hybridfahrzeugs (1) fahrzeitreduzierend berücksichtigt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die vor dem Plug-In-Hybridfahrzeug (1) liegende Fahrtstrecke Topografiedaten und/oder Geschwindigkeitsvorgaben und/oder Tankstellendaten für Kraftstoff und elektrische Energie berücksichtigt.
Steuergerät (8) zum Betreiben eines Plug-In-Hybridfahrzeugs, wobei das Plug-In-Hybridfahrzeug (1) einen Verbrennungsmotor (4), einen Kraftstofftank (6) zur Bereitstellung von Kraftstoff für den Verbrennungsmotor (4), eine elektrische Maschine (5) und einen elektrischen Energiespeicher (7) zur Bereitstellung von elektrischer Energie für die elektrische Maschine (5) aufweist, wobei das Steuergerät (8) für den Betrieb des Plug-In-Hybridfahrzeugs (1) auf einer vor demselben liegenden Fahrtstrecke abhängig von der vor dem Plug-In-Hybridfahrzeug (1) liegenden Fahrtstrecke einen Verbrauch an Kraftstoff durch den Verbrennungsmotor (4), einen Verbrauch an elektrischer Energie durch die elektrische Maschine (5) und eine benötigte Fahrzeit ermittelt, die Fahrtstrecke so in rein verbrennungsmotorische Fahrtstreckenabschnitte, rein elektrische Fahrtstreckenabschnitte und hybride Fahrtstreckenabschnitte aufteilt, dass abhängig von Kosten für den Kraftstoff, abhängig von Kosten für die elektrische Energie und abhängig von Zeitkosten ermittelte Fahrtkosten minimal sind.
Steuergerät nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass dasselbe eingerichtet ist, das Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6 steuerungsseitig auszuführen.