DE4344053A1 - Hybrid-drive vehicle drive control method - Google Patents

Hybrid-drive vehicle drive control method

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Abstract

A method of controlling a hybrid-drive vehicle i.e. a vehicle equipped with a main IC engine (6) and a battery powered electric machine and including separate clutch couplings (3, 5) employs an electrical auxiliary (4) which can be engaged to power the transmission shaft (1) and output gearbox (2) when independently supplied from an accumulator (7) or to operate as a recharging generator. In this latter mode the IC engine (6) provides both vehicle propulsion and generator drive or on a downward incline regenerative braking may temporarily replace the engine (6) for accumulator (7) re-charging.The electric drive is employed for environmentally restricted low speed/low energy running e.g. in town centres followed by main engine running/recharging elsewhere.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines Hybrid­ fahrzeugs der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 genannten Art sowie eine Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens.The invention relates to a method for operating a hybrid vehicle of the type mentioned in the preamble of claim 1 and an apparatus for performing the method.

Hybridfahrzeuge, bei denen das Fahrzeug bei Bedarf entweder al­ lein durch einen Verbrennungsmotor, insbesondere einen Otto- oder Dieselmotor, allein durch eine aus einem wiederaufladbaren elektrochemischen Energiespeicher (Batterie) gespeiste und zur Wiederaufladung des Energiespeichers auch generatorisch betreib­ bare Elektromaschine oder aber gleichzeitig durch den Verbren­ nungsmotor und die Elektromaschine angetrieben wird, sind in vielfältigen Varianten bekannt, u. a. aus der DE-OS 21 33 485, der DE-29 43 554-A1, der DE-29 45 303-C2 und der DE-31 12 629-C2.Hybrid vehicles in which the vehicle is either al by an internal combustion engine, especially an Otto engine or diesel engine, just by one from a rechargeable electrochemical energy storage (battery) fed and used Recharge the energy storage also as a generator bare electric machine or at the same time by burning Motor and the electric machine are driven in known various variants, u. a. from DE-OS 21 33 485, DE-29 43 554-A1, DE-29 45 303-C2 and DE-31 12 629-C2.

Im allgemeinen werden solche Hybridfahrzeuge in einem unteren Leistungs- oder Geschwindigkeitsbereich und/oder in einem Um­ feld, in dem es auf geringe Emissionen ankommt, z. B. bei Stadt­ fahrten, nur von der Elektromaschine angetrieben und in den dar­ überliegenden Leistungs- bzw. Geschwindigkeitsbereichen oder bei Überlandfahrten generell nur vom Verbrennungsmotor.In general, such hybrid vehicles are in a lower Power or speed range and / or in one order field where low emissions are important, e.g. B. in city rides, driven only by the electric machine and in the dar overlying power or speed ranges or at Overland trips generally only from the combustion engine.

Allgemein bekannt ist es, während der verbrennungsmotorischen Betriebsphasen des Hybridantriebs auf Gefällestrecken sowie beim Verzögern des Fahrzeugs die Elektromaschine anzukoppeln - soweit sie nicht sowieso ständig angekoppelt ist - und in den Genera­ torbetrieb zu steuern, um während dieser Betriebsphasen den elektrochemischen Energiespeicher auf- bzw. nachzuladen.It is well known during the combustion engine Operating phases of the hybrid drive on gradients and on Decelerate the vehicle to couple the electric machine - so far it is not always connected anyway - and in the genera  gate operation to control the during these operating phases charge or recharge electrochemical energy storage.

Grundsätzlich bekannt ist es aber auch (DE-OS 21 33 485), wäh­ rend verbrennungsmotorischer Überlandfahrten die Elektromaschine - angetrieben vom Verbrennungsmotor - generatorisch zu betreiben und den elektrochemischen Energiespeicher aufzuladen. Diese Be­ triebsweise wird insbesondere deshalb als besonders vorteilhaft angesehen, weil der Verbrennungsmotor dann auf Überlandstrecken gleichmäßiger belastet sein soll, was zu einer wesentlichen Ver­ ringerung der Abgasemissionen des Verbrennungsmotors führen soll. Überlegungen bezüglich des Kraftstoffverbrauchs bzw. der Kraftstoffoptimierung für das Gesamtfahrzeug wurden dabei nicht angestellt. Bei den in dieser Weise betriebenen Hybridfahrzeugen soll im übrigen die Leistung des Verbrennungsmotors vorzugsweise größer bemessen werden als es für normale Überlandfahrten, d. h. ohne angekoppelten Generator, erforderlich ist, um so bei Über­ landfahrten erforderlichenfalls unabhängig von den jeweiligen Traktionsverhältnissen bzw. -anforderungen den Energiespeicher aufladen zu können.Basically, it is also known (DE-OS 21 33 485) the electric machine - driven by the internal combustion engine - operated as a generator and charge the electrochemical energy store. This Be drive-wise is particularly advantageous viewed because the internal combustion engine then on overland routes should be more evenly loaded, which leads to a substantial ver reduce the exhaust emissions of the internal combustion engine should. Fuel Consumption Considerations There was no fuel optimization for the entire vehicle employed. In the hybrid vehicles operated in this way Incidentally, the performance of the internal combustion engine should be preferred be dimensioned larger than it is for normal overland trips, d. H. without coupled generator, is necessary, so at over if necessary, land journeys regardless of the respective Traction conditions or requirements the energy storage to be able to charge.

Bei einem anderen bekannten Hybridfahrzeug (DE-29 43 554-A1), das sich aufgrund seiner besonderen Konzeption nicht nur durch eine hohe Regelspontanität, sondern auch durch besonders gerin­ gen Kraftstoffverbrauch auszeichnet, ist es ebenfalls üblich, die Elektromaschine nicht nur auf Gefällestrecken und/oder bei Verzögerungsphasen des verbrennungsmotorischen Fahrbetriebs - den elektrochemischen Energiespeicher ladend - generatorisch zu betreiben, sondern auch dann, wenn der Energieinhalt des konti­ nuierlich überwachten elektrochemischen Energiespeichers während des an sich elektromotorischen Fahrbetriebs unter einen vorgege­ benen Mindestwert absinkt. In diesem Falle wird nämlich der Ver­ brennungsmotor selbsttätig zugeschaltet und die Elektromaschine aus ihrem motorischen Betrieb heraus- und zur Aufladung des Energiespeichers in den generatorischen Betrieb umgesteuert.In another known hybrid vehicle (DE-29 43 554-A1), due to its special conception, not only a high standard of spontaneity, but also by particularly low fuel consumption, it is also common the electric machine not only on slopes and / or on Deceleration phases of internal combustion engine driving - charging the electrochemical energy store - generator operate, but also when the energy content of the cont carefully monitored electrochemical energy storage during of the electromotive driving operation under a given minimum value drops. In this case, the Ver internal combustion engine switched on automatically and the electric machine out of their motor operation and to charge the Energy storage reversed into generator operation.

Dieses kontinuierliche Überwachen des Energieinhalts des elek­ trochemischen Energiespeichers und das Ändern des Betriebsmodus′ ist bei diesem bekannten Hybridfahrzeug zwingend erforderlich, weil die Elektromaschine hier - abgesehen von ihrer Generator­ funktion - nicht nur als Antriebsmaschine für das Fahrzeug dient, sondern insbesondere auch als Anlaßmaschine für den schwungradlos ausgebildeten Verbrennungsmotor benötigt wird und deshalb ständig mindestens sichergestellt sein muß, daß die als Motor betriebene Elektromaschine zum Anlassen des Verbrennungs­ motors aus dem Stillstand heraus auf die benötigte Mindestdreh­ zahl des Verbrennungsmotors beschleunigt werden kann.This continuous monitoring of the energy content of the elec trochemical energy storage and changing the operating mode ′  is absolutely necessary in this known hybrid vehicle, because the electric machine here - apart from its generator function - not just as a drive machine for the vehicle serves, but in particular also as a starting machine for the internal combustion engine without a flywheel is required and therefore at least it must always be ensured that the as Motor operated electric machine for starting the combustion motors from standstill to the required minimum rotation number of the internal combustion engine can be accelerated.

Bei Hybridfahrzeugen, die wahlweise durch einen aus einem elek­ trochemischen Energiespeicher gespeisten Elektromotor oder durch einen Verbrennungsmotor angetrieben werden, ist es zwecks Ver­ brauchsoptimierung besonders wichtig, daß beide Motoren mög­ lichst jeweils in einem verbrauchsmäßig zumindest vergleichswei­ se günstigen Leistungsbereich betrieben werden, es sei denn, daß in besonderen Einsatzfällen anderen Gesichtpunkten, z. B. der Emission, Vorrang eingeräumt werden muß.For hybrid vehicles, which can either be made from an elec trochemical energy storage powered electric motor or by an internal combustion engine, it is for the purpose of ver need optimization particularly important that both engines possible at least in a consumption-based at least comparative manner se favorable performance range are operated, unless in special cases other aspects, e.g. B. the Emission, priority must be given.

Es ist daher bereits bekannt (z. B. DE-31 12 629-C2) zwecks Ver­ brauchsoptimierung des Verbrennungsmotors ein Hybridfahrzeug derart zu betreiben, daß in einem unteren Leistungs- oder Ge­ schwindigkeitsbereich nur die Elektromaschine und in einem an­ schließenden oberen Leistungs- oder Geschwindigkeitsbereich nur der Verbrennungsmotor als Antriebsmaschine wirksam ist. Diesem Betriebsverfahren liegt das Wissen zugrunde, daß der spezifische Kraftstoffverbrauch von Verbrennungsmotoren, insbesondere von Otto- oder Dieselmotoren im unteren Teillastbereich besonders hoch und im oberen Teillastbereich - nahe Vollast - vergleichs­ weise günstig ist und daß demgegenüber Elektromaschinen in die­ sem unteren Teillastbereich des Hybridfahrzeugs insbesondere dann mit einem vergleichsweise guten Wirkungsgrad arbeiten, wenn sie im Vergleich zum Verbrennungsmotor eine vergleichsweise kleine Nennleistung von z. B. nur 10 bis 20% des Verbrennungs­ motors besitzen. Bei diesem bekannte Hybridfahrzeug (DE-31 12 629-C2) wird nun die Umschaltung von der als Motor betriebenen Elektromaschine auf den Verbrennungsmotor zwecks weiterer Ver­ brauchsoptimierung bei einem Leistungs- oder Geschwindigkeits­ wert vorgenommen, der in Abhängigkeit von der voraussichtlich noch zurückzulegenden Tagesfahrstrecke des Hybridfahrzeugs ver­ ändert wird.It is therefore already known (e.g. DE-31 12 629-C2) for the purpose of ver Optimizing the consumption of the combustion engine of a hybrid vehicle to operate in such a way that in a lower power or Ge speed range only the electrical machine and in one closing upper power or speed range only the internal combustion engine is effective as a prime mover. This Operating procedures are based on the knowledge that the specific Fuel consumption of internal combustion engines, especially of Otto or diesel engines especially in the lower part-load range high and in the upper part load range - close to full load - comparative is cheap and that, in contrast, electrical machines in the sem lower part load range of the hybrid vehicle in particular then work with a comparatively good efficiency if they are comparatively compared to the internal combustion engine small nominal power of z. B. only 10 to 20% of the combustion own motors. In this known hybrid vehicle (DE-31 12 629-C2) is now switching from that operated as a motor Electric machine on the internal combustion engine for further ver need optimization at a performance or speed  value made depending on the expected the distance to be covered by the hybrid vehicle to be covered will change.

Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung nun die Aufgabe zu­ grunde, ein Verfahren zum Betrieb eines Hybridfahrzeugs anzuge­ ben, mit dessen Hilfe der Gesamtverbrauch des Hybridfahrzeugs weiter optimiert wird.Against this background, the object of the invention is now reasons to apply a method for operating a hybrid vehicle ben, with the help of the total consumption of the hybrid vehicle is further optimized.

Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 genannten Art erfindungsgemäß durch die kenn­ zeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.This task is carried out in a process of Claim 1 mentioned type according to the invention by the Drawing features of claim 1 solved.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.Advantageous refinements and developments of the invention are specified in the subclaims.

Anhand eines Ausführungsbeispiels wird die Erfindung nachstehend näher erläutert.The invention is described below using an exemplary embodiment explained in more detail.

In der Zeichnung zeigenShow in the drawing

Fig. 1 in Hybridfahrzeug mit einer Reihenanordnung von Verbrennungsmotor und Elektromaschine, Fig. 1 in hybrid vehicle including an array of internal combustion engine and the electric machine,

Fig. 2 die Prinzipdarstellung einer Steuer- und Re­ geleinrichtung für das Hybridfahrzeug, Fig. 2 shows the schematic diagram of a control and Re gel means for the hybrid vehicle,

Fig. 3 ein übliches Motorkennfeld eines Verbren­ nungsmotors und, Fig. 3 shows a conventional motor characteristic field of a Burn voltage motors and,

Fig. 4 ein (unübliches) Motor-Verbrauchkennfeld ei­ nes Verbrennungsmotors. Fig. 4 shows an (unusual) engine consumption map egg nes internal combustion engine.

Im Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 ist ein Hybridfahrzeug dar­ gestellt, wie es von seinem Aufbau her beispielsweise aus der DE-OS 29 43 554 oder aus der Zeitschrift "Gute Fahrt" 1/90, Sei­ te 8 bekannt ist. Bei diesem Hybridfahrzeug ist die Eingangswel­ le 1 eines üblichen Kfz-Wechselgetriebes 2 über eine erste schaltbare Trennkupplung 3 mit einer wahlweise als Elektromotor oder als Generator betreibbaren Elektromaschine 4 sowie über ei­ ne zweite schaltbare Trennkupplung 5 mit einem Verbrennungsmotor 6 verbunden.In the embodiment of FIG. 1, a hybrid vehicle is shown, as it is from its structure, for example from DE-OS 29 43 554 or from the magazine "Gute Fahrt" 1/90, Be te 8 is known. In this hybrid vehicle, the input shaft le 1 of a conventional motor vehicle transmission 2 is connected via a first switchable disconnect clutch 3 to an electric machine 4 which can be operated optionally as an electric motor or as a generator, and via a second switchable disconnect clutch 5 to an internal combustion engine 6 .

Das Hybridfahrzeug kann so in bekannter Weise nach Bedarf entwe­ der allein durch die als Elektromotor betriebene Elektromaschine 4 angetrieben werden, wobei die erste Trennkupplung 3 geschlos­ sen und die zweite Trennkupplung 5 geöffnet ist, oder allein durch den Verbrennungsmotor 6, wobei dann beide Trennkupplungen 3 und 5 geschlossen sind und die weder elektromotorisch noch ge­ neratorisch arbeitende Elektromaschine 4 als Schwungscheibe mit umläuft. In dieser verbrennungsmotorischen Betriebsphase könnte die Elektromaschine 4 aber auch (z. B. an Steigungsstrecken oder während besonderer Beschleunigungsphasen) grundsätzlich zusätz­ lich für den Antrieb des Hybridfahrzeugs herangezogen werden, indem sie an den elektrochemischen Energiespeicher 7 (Antriebs­ batterie) angeschlossen bzw. in ihren Motorbetrieb gesteuert wird.The hybrid vehicle can be driven in a known manner as required either by the electric machine 4 operated as an electric motor, the first clutch 3 being closed and the second clutch 5 open, or solely by the internal combustion engine 6 , in which case both clutch 3 and 5 are closed and the electric machine 4, which is neither electromotive nor ge-generator, rotates as a flywheel. In this internal combustion engine operating phase, the electric machine 4 could also be used for driving the hybrid vehicle (e.g. on uphill sections or during special acceleration phases) by connecting it to the electrochemical energy store 7 (drive battery) or in its engine operation is controlled.

Jeweils einen Verbrennungsmotor und eine Elektromaschine aufwei­ sende Hybridfahrzeuge sind u. a. entwickelt worden, um in ein und demselben Fahrzeug nach Bedarf jeweils die spezifischen Vor­ teile eines Elektromotors oder eines Verbrennungsmotors ausnut­ zen zu können, z. B. in speziellen innerstädtischen Bereichen die Emissionsfreiheit und/oder die Geräuscharmut des Elektromo­ tors und außerhalb dieser Bereiche, z. B. bei Überlandfahrten o. ä. das Vermögen, mit dem Verbrennungsmotor auch längere Entfer­ nungen ohne Nachtankstopp und wenn es die Straßenverhältnisse zulassen erforderlichenfalls auch mit höheren Geschwindigkeiten zurücklegen zu können.Each have an internal combustion engine and an electric machine send hybrid vehicles are u. a. designed to be in a and the same vehicle as required, the specific pre Use parts of an electric motor or an internal combustion engine to be able to B. in special inner-city areas zero emissions and / or low noise of the electromo tors and outside of these areas, e.g. B. for overland trips o. Ä. the assets with the internal combustion engine even longer distance without a refueling stop and if the road conditions allow, if necessary, also at higher speeds to be able to cover.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Betrieb eines Hybrid­ fahrzeugs z. B. der in Fig. 1 gezeigten Art wird unter Beibe­ haltung der zuvor erwähnten grundsätzlichen betrieblichen Mög­ lichkeiten und Vorteile eines solchen Hybridfahrzeugs der Kraft­ stoffbedarf des Gesamtfahrzeugs in bisher nicht gewohnter Weise optimiert, nämlich einfach dadurch, daß der Verbrennungsmotor 6 in Fahrphasen, in denen sein spezifischer Kraftstoffverbrauch hoch ist, in spezieller Weise zusätzlich mit generatorischer Leistung zum Laden des an Bord befindlichen elektrochemischen Energiespeichers (Antriebsbatterie) 7 belastet wird, so daß er infolge der daraus resultierenden Erhöhung des ihm abverlangten Drehmoments in einem Punkt seines Verbrauchkennfelds mit im Ver­ gleich zu vorher entschieden niedrigerem spezifischen Kraft­ stoffverbrauch betrieben wird.With the inventive method for operating a hybrid vehicle z. B. the type shown in Fig. 1 is keeping the aforementioned basic operational possibilities and advantages of such a hybrid vehicle, the fuel requirement of the entire vehicle optimized in a previously unfamiliar manner, namely simply that the internal combustion engine 6 in driving phases in which his specific fuel consumption is high, in a special way is additionally charged with generator power for charging the electrochemical energy store (drive battery) 7 on board, so that due to the resulting increase in the torque required of him at one point of his consumption map with the comparison previously decidedly lower specific fuel consumption is operated.

Die überlagerte Generatorleistung NL der Elektromaschine 4 wird dabei derart gesteuert, daß der Gesamtkraftstoffverbrauch des Verbrennungsmotors 6, bezogen auf die insgesamt zurückgelegte Fahrstrecke (verbrennungsmotorisch ohne und mit überlagerter Ge­ neratorleistung sowie elektromotorisch) geringer ist, als der für die gleiche Fahrstrecke erforderliche Kraftstoffverbrauch bei einem rein verbrennungsmotorischen (d. h. ohne überlagerte generatorische Leistung) Betrieb.The superimposed generator power N L of the electric machine 4 is controlled in such a way that the total fuel consumption of the internal combustion engine 6 , based on the total distance traveled (without internal combustion engine and with superimposed Ge generator power and electromotive) is lower than the fuel consumption required for the same route at one purely combustion engine (ie without superimposed generator power) operation.

Der Gesamtkraftstoffverbrauch setzt sich also zusammen aus dem Kraftstoffverbrauch für den verbrennungsmotorisch betriebenen Vortrieb des Hybridfahrzeugs und dem Kraftstoffverbrauch für den Antrieb der generatorisch betriebenen Elektromaschine 4, deren dabei erzeugte elektrische Energie zunächst im elektrochemischen Energiespeicher 7 gespeichert und in einer späteren Fahrphase wieder für den elektromotorischen Vortrieb des Hybridfahrzeugs zur Verfügung gestellt wird.The total fuel consumption is thus composed of the fuel consumption for the propulsion of the hybrid vehicle operated by the internal combustion engine and the fuel consumption for driving the generator-operated electric machine 4 , the electrical energy generated in the process initially stored in the electrochemical energy store 7 and in a later driving phase again for the electromotive propulsion of the Hybrid vehicle is made available.

In den Fällen, in denen der elektrochemische Energiespeicher 7 zu diesem Zeitpunkt noch zumindest annähernd voll aufgeladen ist, also z. B. noch etwa 70% seiner Ladekapazität besitzt, wird der Verbrennungsmotor 6 dagegen einfach abgeschaltet und der Vortrieb des Hybridfahrzeugs allein durch die dann aus dem elek­ trochemischen Energiespeicher 7 gespeiste elektromotorisch be­ triebene Elektromaschine 4 bewirkt, und zwar so lange, bis sich die Betriebsumstände des Hybridfahrzeugs derart geändert haben, daß der Verbrennungsmotor 6 als Alleinantrieb wieder in ver­ brauchsgünstigeren höheren Lastbereichen betrieben werden könn­ te, oder aber so lange, bis der elektrochemische Energiespeicher 7 soweit entladen ist, daß es wieder günstiger ist, das Hybrid­ fahrzeug in vorerwähnter Weise durch den Verbrennungsmotor 6 an­ zutreiben und gleichzeitig den Energiespeicher 7 durch die gene­ ratorisch arbeitende Elektromaschine 4 nachzuladen.In cases in which the electrochemical energy store 7 is at least approximately fully charged at this point in time, that is to say, for. B. still has about 70% of its charging capacity, the internal combustion engine 6, on the other hand, is simply switched off and the propulsion of the hybrid vehicle is effected solely by the electric motor 4 , which is then fed from the electrochemical energy store 7 , until the operating circumstances of the Hybrid vehicle have changed so that the internal combustion engine 6 as a sole drive could again be operated in more fuel-efficient higher load areas, or until the electrochemical energy store 7 is discharged to the extent that it is again cheaper to use the hybrid vehicle in the aforementioned manner To drive the internal combustion engine 6 and at the same time recharge the energy store 7 by the generator electric machine 4 .

Soweit ein Hybridfahrzeugtyp vorliegt, bei dem die Elektroma­ schine bzw. deren rotierender Teil während des verbrennungsmoto­ rischen Betriebs des Hybridfahrzeugs abweichend von Fig. 1 nicht sowieso ständig mechanisch mit dem Verbrennungsmotor ge­ koppelt ist, ist es natürlich erforderlich, die Elektromaschine zunächst mechanisch mit dem Verbrennungsmotor zu koppeln, ehe sie zum Laden des elektrochemischen Energiespeichers in den Ge­ neratorbetrieb gesteuert wird.As far as a hybrid vehicle type is present, in which the electric machine or its rotating part during the combustion engine operation of the hybrid vehicle, notwithstanding FIG. 1, is not always mechanically coupled to the internal combustion engine anyway, it is of course necessary to first mechanically connect the electric machine to the internal combustion engine to couple before it is controlled to charge the electrochemical energy storage in the generator operation.

Letztlich ist es durch das erfindungsgemäße Verfahren in vor­ teilhafter Weise möglich, den Kraftstoff so einzusetzen, daß der Kraftstoffverbrauch des Hybridfahrzeugs niedriger ist als bei einem konventionellen, d. h. rein verbrennungsmotorisch betrie­ benen Fahrzeug.Ultimately, it is in front by the method according to the invention partially possible to use the fuel so that the Fuel consumption of the hybrid vehicle is lower than at a conventional, i.e. H. operated purely by combustion engine vehicle.

Es versteht sich in diesem Zusammenhang, daß hierbei die Wir­ kungsgradkette für die elektrische Energieumwandlung sowie den elektromotorischen Vortrieb des Hybridfahrzeugs von besonderer Bedeutung ist.It is understood in this context that the We efficiency chain for electrical energy conversion and electromotive propulsion of the hybrid vehicle of special Meaning is.

In dem in Fig. 3 exemplarisch dargestellten üblichen Motorkenn­ feld eines Verbrennungsmotors sind als Funktion der Drehzahl ne­ ben der dick ausgezogenen Vollastkennlinie und drei dünn ausge­ zogenen hyperbelförmigen Drehmomentenkennlinien für drei ver­ schiedene Getriebegänge des Hybridfahrzeugs gestrichelt drei Mitteldruck-Kennlinien für drei verschiedene konstante Motor­ leistungen und außerdem mehrere Linien mit jeweils konstantem spezifischen Kraftstoffverbrauch dargestellt. Obgleich dieses Kennfeld natürlich anhand eines konkreten Verbrennungsmotors er­ stellt wurde, gilt es abgesehen von den absoluten Größen ten­ denziell für alle Otto- und Dieselmotoren.In the typical engine map of an internal combustion engine shown as an example in FIG. 3, three medium-pressure characteristics for three different constant engine outputs are shown in broken lines as a function of the speed ne ben of the thick full-load characteristic curve and three thinly drawn hyperbolic torque characteristic curves for three different transmission gears of the hybrid vehicle also shows several lines, each with constant specific fuel consumption. Although this map was of course based on a specific internal combustion engine, apart from the absolute sizes, it applies in principle to all gasoline and diesel engines.

Aus diesem Motorkennfeld ist leicht erkennbar, daß der spezi­ fische Kraftstoffverbrauch eines Verbrennungsmotors in den unte­ ren Teillastbereichen stark ansteigt.From this engine map it is easy to see that the spec Fish fuel consumption of an internal combustion engine in the bottom  ren part load ranges rises sharply.

Für die Erläuterung der Erfindung sei angenommen, daß ein Hy­ bridfahrzeug etwa der Golf-Klasse vorliegt, das mit einer Elek­ tromaschine mit einer Nennleistung von nur etwa 6 kW ausgerüstet ist.For the explanation of the invention it is assumed that a Hy bridfahrzeug about the Golf class is present, which with an Elek electric machine with a nominal output of only about 6 kW is.

Wenn ein solches Hybridfahrzeug entsprechend den gerade vorherr­ schenden Betriebsumständen vom Verbrennungsmotor 6 z. B. bei et­ wa 2000 min-1 mit einer Vortriebsleistung NF von etwa 6 kW ange­ trieben wird, im angenommenen Beispiel dabei also etwa mit 50 km/h fährt, dann arbeitet der Verbrennungsmotor 6 in einem ver­ gleichsweise verbrauchungünstigen unteren Teillastbereich mit einem spezifischen Kraftstoffverbrauch be von etwa 360 g/kWh, wie dies aus dem Motorkennfeld der Fig. 3 zu entnehmen ist.If such a hybrid vehicle according to the prevailing operating conditions of the internal combustion engine 6 z. B. at et wa 2000 min -1 with a propulsive power N F of about 6 kW is driven, so in the assumed example it drives at about 50 km / h, then the internal combustion engine 6 operates in a relatively low-load range with a specific low fuel consumption Fuel consumption b e of approximately 360 g / kWh, as can be seen from the engine map in FIG. 3.

Wenn in dieser verbrennungsmotorischen Fahrphase des Hybridfahr­ zeugs die Elektromaschine 4 erfindungsgemäß in ihren Genera­ torbetrieb gesteuert wird, um den elektrochemischen Energie­ speicher 7 nachzuladen, dann wird dem Verbrennungsmotor 6 statt der zuvor für den reinen Vortrieb des Hybridfahrzeugs nur er­ forderlichen 6 kW Leistung NF nunmehr eine höhere Gesamtleistung NF + NL, von z. B. 8 kw abgefordert, nämlich die Leistung NF für den Vortrieb des Hybridfahrzeugs und zusätzlich die überlagerte Generatorleistung NL für den Antrieb der als Generator arbeiten­ den Elektromaschine 4. Für den Verbrennungsmotor 6 ergibt sich dann bei der Motorgesamtleistung NF + NL von 8 kW bei 2000 min-1 ein spezifischer Kraftstoffverbrauch be′ von etwa 305 g/kWh. In Fig. 3 ist die entsprechende Mitteldruckkurve bei konstanter Motorleistung von 8 kW nicht weiter dargestellt, sie liegt aber etwa im unteren Drittel zwischen der Mitteldruckkurve für 6 kW und 11 kW.If in this combustion engine driving phase of the hybrid vehicle, the electric machine 4 is controlled according to the invention in its generator operation in order to recharge the electrochemical energy store 7 , then the internal combustion engine 6 instead of the 6 kW power N F required previously only for the propulsion of the hybrid vehicle a higher total power N F + N L , e.g. B. 8 kw demanded, namely the power N F for the propulsion of the hybrid vehicle and additionally the superimposed generator power N L for driving the work as a generator, the electric machine 4th For the internal combustion engine 6 , the specific engine consumption N F + N L of 8 kW at 2000 min -1 results in a specific fuel consumption b e 'of about 305 g / kWh. In Fig. 3 the corresponding medium pressure curve with a constant engine power of 8 kW is not shown further, but it lies approximately in the lower third between the medium pressure curve for 6 kW and 11 kW.

Während bei dem rein verbrennungsmotorischen Vortrieb mit der Motorleistung NF von 6 kW also ein Kraftstoffverbrauch pro Stun­ de von 6×360 g/kWh = 2160 g Kraftstoff vorliegt, beträgt der Kraftstoffverbrauch des Verbrennungsmotors 6 bei gleichzeitigem Antrieb der mit 2 kW generatorisch betriebenen Elektromaschine 4 pro Stunde insgesamt 8×305 g/kWh = 2440 g Kraftstoff. Der Mehrverbrauch infolge der 2 kW Generatorleistung (Ladeleistung NL) beträgt also 280 g Kraftstoff. Der spezifische Generator­ leistungsverbrauch, d. h. der Mehrverbrauch pro erzeugter Kilo­ wattstunde beträgt somit also 140 g/kWh.While there is a fuel consumption per hour of 6 × 360 g / kWh = 2160 g of fuel in the case of the purely internal combustion engine propulsion with the engine power N F of 6 kW, the fuel consumption of the internal combustion engine 6 is at the same time as the 2 kW generator-operated electric machine 4 is driven per hour a total of 8 × 305 g / kWh = 2440 g fuel. The additional consumption as a result of the 2 kW generator power (charging power N L ) is therefore 280 g of fuel. The specific generator power consumption, ie the additional consumption per kilowatt hour generated is thus 140 g / kWh.

Für die Bewertung des Kraftstoffverbrauchs des Gesamtfahrzeugs ist es natürlich nicht nur interessant und wichtig, welcher spe­ zifische Kraftstoffverbrauch zur Erzeugung einer Kilowattstunde Generatorleistung aufgewendet werden muß, sondern auch, wieviel davon beim elektromotorischen Betrieb der Elektromaschine 4 wie­ der als Antriebsleistung für das Fahrzeug genutzt werden kann. Eine wesentlich Rolle spielt also die Wirkungsgradkette der elektrischen Funktionskette, d. h. der Gesamtwirkungsgrad ηges der elektrischen Energieerzeugung, -speicherung und Umwandlung in Antriebsenergie. Nachstehende Einzelwirkungsgrade können heu­ te bei Zugrundelegung moderner Bauelemente angenommen werden:For the evaluation of the fuel consumption of the entire vehicle, it is of course not only interesting and important what specific fuel consumption must be used to generate a kilowatt hour of generator power, but also how much of it can be used as the drive power for the vehicle in the electromotive operation of the electric machine 4 . The efficiency chain of the electrical function chain, ie the overall efficiency η tot of electrical energy generation, storage and conversion into drive energy, plays an important role. The following individual efficiencies can be assumed today based on modern components:

Ein spezifischer Generatorleistungsverbrauch entsprechend dem obigen Beispiel von z. B. 140 g/kWh, d. h. der spezifische Kraftstoffverbrauch des Verbrennungsmotors 6 zur Erzeugung einer Kilowattstunde Generatorleistung, ergibt somit einen äquivalen­ ten spezifischen Kraftstoffverbrauch vonA specific generator power consumption according to the above example of e.g. B. 140 g / kWh, ie the specific fuel consumption of the internal combustion engine 6 to generate a kilowatt hour of generator power, thus results in an equivalen th specific fuel consumption of

für den rein elektromotorischen Vortrieb des Hybridfahrzeugs, d. h. wenn diese generatorisch erzeugte und im Energiespeicher 7 gespeicherte Energie später von der für den Vortrieb des Hybrid­ fahrzeugs elektromotorisch betriebenen Elektromaschine 4 dem Energiespeicher 7 wieder entnommen wird. for the purely electromotive propulsion of the hybrid vehicle, ie when this energy generated in a generator and stored in the energy store 7 is later removed from the energy store 7 again by the electric machine 4 which is operated by an electric motor for the propulsion of the hybrid vehicle.

Um hierbei eine positive Energiebilanz zu erhalten, muß somit die Generatorleistung (Ladeleistung NL) derart geregelt werden, daß die BedingungIn order to obtain a positive energy balance, the generator power (charging power N L ) must be regulated in such a way that the condition

beziehungsweiserespectively

erfüllt wird.is fulfilled.

Wenn diese Bedingung nicht erfüllt wird, würde die Überlagerung von generatorischer Leistung (NL) zu einem spezifischen Kraft­ stoffverbrauch für den (späteren) rein elektromotorischen Vor­ trieb führen, der mindestens genauso groß ist wie für den rein verbrennungsmotorischen Vortrieb. In diesem Falle wäre es also nicht sinnvoll, den Verbrennungsmotor zusätzlich mit generatori­ scher Leistung zu belasten; es wäre dann besser, trotz des an sich schlechten spezifischen Kraftstoffverbrauchs rein verbren­ nungsmotorisch weiterzufahren.If this condition is not met, the superimposition of regenerative power (N L ) would lead to a specific fuel consumption for the (later) purely electromotive drive, which is at least as large as for the purely combustion motor drive. In this case, it would not make sense to additionally load the internal combustion engine with generator power; it would then be better to continue driving with the combustion engine in spite of the inherently poor specific fuel consumption.

Es ist leicht erkennbar, daß für diese Art der Gesamtverbrauchs­ optimierung des Hybridfahrzeugs neben der Wahl des Betriebs­ punktes des Verbrennungsmotors 6 und der Wahl der eingesteuerten bzw. eingeregelten Generatorleistung (Ladeleistung NL) der Elek­ tromaschine 4 die Wirkungsgradkette, d. h. der Gesamtwirkungs­ grad ηges von besonderer Bedeutung ist. Je besser der Gesamt­ wirkungsgrad für die elektrische Energieumwandlung etc. ist, de­ sto mehr Kraftstoff kann auf diese Weise eingespart werden.It is easy to see that for this type of overall consumption optimization of the hybrid vehicle in addition to the choice of the operating point of the internal combustion engine 6 and the choice of the regulated or regulated generator power (charging power N L ) of the electric machine 4, the efficiency chain, ie the total efficiency degree η tot is of particular importance. The better the overall efficiency for electrical energy conversion, etc., the more fuel can be saved in this way.

Mit einem Hybridfahrzeug kann somit bei bestimmten Einsatzprofi­ len des Fahrzeugs, wenn es also vergleichsweise häufig in ver­ brauchsungünstigen unteren Teillastbereichen des Verbrennungs­ motors 6 betrieben werden müßte, bei Anwendung des erfindungs­ gemäßen Betriebsverfahrens sogar im Vergleich zu rein verbren­ nungsmotorisch angetriebenen Fahrzeugen Kraftstoff gespart wer­ den. With a hybrid vehicle can thus use certain profi le of the vehicle, if it would have to be operated comparatively frequently in low-load areas of the internal combustion engine 6 , using the operating method according to the invention, even in comparison to purely combustion-powered vehicles, who would save fuel.

Mit Vorzug wird die Elektromaschine 4 derart geregelt, daß die überlagerte Generatorleistung NL wohl definiert auf einen Wert begrenzt wird, bei dem der mit der Vortriebsleistung NF und zu­ sätzlich mit dem Antrieb der generatorisch betriebenen Elektro­ maschine 4 belastete Verbrennungsmotor 6 einen spezifischen Kraftstoffverbrauch be′ erreicht, der zumindest in der Nähe sei­ nes spezifischen Kraftstoffverbrauchminimums liegt.The electric machine 4 is preferably regulated in such a way that the superimposed generator power N L is well defined to a value at which the engine 6 loaded with the propulsive power N F and additionally with the drive of the generator-operated electric machine 4 has a specific fuel consumption b e 'reached, which is at least in the vicinity of its specific fuel consumption minimum.

Dies kann mit geringem Aufwand in regelungstechnisch einfacher Weise dadurch erreicht werden, daß die Elektromaschine 4 derart gesteuert oder geregelt wird, daß die Beziehung NL = K×n - NF erfüllt ist, worin n die Motordrehzahl und K eine dem Hubvolumen H des Verbrennungsmotors proportionale und unter Zuhilfenahme des Motor-Verbrauchkennfelds ermittel- und festlegbare charakte­ ristische Konstante des Verbrennungsmotors 6 ist.This can be achieved with little effort in terms of control technology in that the electric machine 4 is controlled or regulated in such a way that the relationship N L = K × n -N F is fulfilled, where n is the engine speed and K is the stroke volume H of the internal combustion engine is proportional and determinable with the help of the engine consumption map characteristic characteristic constant of the internal combustion engine 6 .

Dies sei anhand des in Fig. 4 dargestellten Kennfelds näher er­ läutert.This is explained in more detail using the map shown in FIG. 4.

Abweichend von der üblichen Darstellungsweise von Motorkennfel­ dern ist in Fig. 4 der effektive mittlere Verbrennungsdruck Pe als Funktion des spezifischen Kraftstoffverbrauchs be des Ver­ brennungsmotors dargestellt, mit verschiedenen Motordrehzahlen n als Parameter.4, the effective average combustion pressure P e as a function of the specific fuel consumption b e of the internal combustion engine is shown in FIG. 4, with different engine speeds n as parameters.

Es hat sich gezeigt, daß sich bei einer solchen Darstellungswei­ se sowohl für Otto- als auch für Dieselmotoren unabhängig von deren Zylinderzahl ein Feld sehr eng nebeneinanderliegender, etwa hyperbelförmiger Kennlinien ergibt, so daß es für den vor­ liegenden Zweck i. a. ausreicht, dieses,Kennlinienfeld durch ei­ ne mittlere hyperbelförmige Kennlinie zu ersetzen, die mathema­ tisch durch die GleichungIt has been shown that in such a manner of representation se for both petrol and diesel engines regardless of whose number of cylinders is a field of very closely about hyperbolic curves, so that it for the front lying purpose i. a. is sufficient, this characteristic field by ei ne to replace the average hyperbolic curve, the mathema table by the equation

Pe = k × be 1 P e = k × b e 1

beschrieben werden kann, worin k und l jeweils charakteristische Konstanten für den jeweils vorliegenden Motortyp sind. can be described, in which k and l are each characteristic Are constants for the respective motor type.  

Das in Fig. 4 dargestellte Motor-Verbrauchkennfeld ist natürlich anhand eines konkreten Verbrennungsmotors erstellt worden, näm­ lich eines 6-Zylinder-Ottomotors mit einem Hubraum von 2,8 l. Wie sich zeigte, gilt dieses Motor-Verbrauchkennfeld abgesehen von den absoluten Größen jedoch tendentiell für alle Otto- und Dieselmotoren. Es kann also für jeden Verbrennungsmotortyp ein Motor-Verbrauchkennfeld Pe = k×be 1 erstellt werden, dessen charakteristische Konstanten k und 1 sich natürlich von Motortyp zu Motortyp voneinander etwas unterscheiden können.The engine consumption map shown in FIG. 4 has of course been created using a specific internal combustion engine, namely a 6-cylinder gasoline engine with a displacement of 2.8 l. As it turned out, apart from the absolute sizes, this engine consumption map tends to apply to all gasoline and diesel engines. An engine consumption map P e = k × b e 1 can therefore be created for each type of internal combustion engine, the characteristic constants k and 1 of which may of course differ somewhat from one engine type to another.

Wie Fig. 4 erkennen läßt, nimmt der spezifische Kraftstoffver­ brauch be mit zunehmendem mittleren effektiven Verbrennungsdruck Pe, d. h. also mit zunehmender MotorleistungAs can be seen in FIG. 4, the specific fuel consumption b e increases with increasing mean effective combustion pressure P e , that is to say with increasing engine output

zunächst kontinuierlich ab. Im oberen Druckbereich oberhalb ei­ nes mit P*e bezeichneten mittleren effektiven Verbrennungsdrucks ändert sich dann der spezifische Kraftstoffverbrauch be nicht mehr nennenswert. Der zu diesem mittleren effektiven Verbren­ nungsdruck gehörige spezifische Kraftstoffverbrauch ist mit be* gekennzeichnet.initially continuously. In the upper pressure range above an average effective combustion pressure denoted by P * e , the specific fuel consumption b e no longer changes significantly. The specific fuel consumption associated with this mean effective combustion pressure is marked with b e *.

Zur Erläuterung der Erfindung sind in Fig. 4 nur beispielhaft willkürlich zwei verschiedene Betriebsfälle angedeutet. Zum ei­ nen wurde angenommen, daß das Fahrzeug bei einer Fahrgeschwin­ digkeit von etwa 50 km/h (beim im Beispiel verwendeten Motor im 5. Gang mit einer Drehzahl n = 1095 min-1) rein verbrennungsmo­ torisch fortbewegt wird. Für diesen Vortrieb muß der Verbren­ nungsmotor eine Leistung NF (50) = 4 kW aufbringen, wobei er ei­ nen vergleichsweise hohen spezifischen Kraftstoffverbrauch be (50) besitzt. Wenn während dieser Fahrphase der Verbrennungsmo­ tor 6 nun zusätzlich zum Antrieb der generatorisch betriebenen Elektromaschine 4 herangezogen wird und z. B. eine überlagerte Generatorleistung NL von ebenfalls 4 kW eingesteuert wird, dann muß der Verbrennungsmotor 6 eine Gesamtleistung NF + NL = 8 kW aufbringen, wobei er mit einem wesentlich niedrigeren spezifi­ schen Kraftstoffverbrauch b′e (50) arbeitet. In entsprechender Weise wurde angenommen, daß das Hybridfahrzeug im 5. Gang mit etwa 70 km/h (mit einer Drehzahl n = 1570 min-1) rein verbren­ nungsmotorisch fortbewegt wird, wozu der Verbrennungsmotor 6 ei­ ne Leistung NF (70) = 7,2 kW aufbringen muß. Hier ergibt sich ein spezifischer Kraftstoffverbrauch be (70). Für dieses Bei­ spiel wurde angenommen, daß der Verbrennungsmotor alternativ zu­ sätzlich mit einer überlagerten Generatorleistung NL = 6 kW be­ lastet wird, also eine Gesamtleistung NF + NL = 13,2 kW aufbrin­ gen muß. Wie zu erkennen ist, ergibt sich auch hier eine deutli­ che Verringerung des spezifischen Kraftstoffverbrauchs auf b′e (70).To explain the invention, two different operating cases are only arbitrarily indicated in FIG. 4 by way of example. On the one hand, it was assumed that the vehicle would move at a speed of about 50 km / h (with the engine used in the example in 5th gear at a speed n = 1095 min -1 ) purely combustion engine. For this propulsion, the internal combustion engine must have an output N F (50) = 4 kW, whereby it has a comparatively high specific fuel consumption b e (50). If during this driving phase of the combustion engine 6 is now additionally used to drive the generator-operated electric machine 4 and z. B. a superimposed generator power N L is also controlled by 4 kW, then the internal combustion engine 6 must apply a total power N F + N L = 8 kW, whereby it works with a significantly lower specific fuel consumption b ' e (50). In a corresponding manner, it was assumed that the hybrid vehicle in 5th gear with about 70 km / h (with a speed n = 1570 min -1 ) is propelled purely by internal combustion engine, for which purpose the internal combustion engine 6 has a power N F (70) = 7 , 2 kW must apply. This results in a specific fuel consumption b e (70). For this example it was assumed that the internal combustion engine is alternatively additionally loaded with a superimposed generator power N L = 6 kW, ie a total power N F + N L = 13.2 kW must be applied. As can be seen, there is also a significant reduction in the specific fuel consumption to b ′ e (70).

Es ist anhand des in Fig. 4 dargestellten Motor-Verbrauchkenn­ felds leicht nachzuvollziehen, daß ein optimaler Gesamtverbrauch des Hybridfahrzeugs dann erzielt wird, wenn während des hybridi­ schen Betriebs der Verbrennungsmotor 6 bei passenden Situationen jeweils zusätzlich zu der dem Vortrieb dienenden Leistung NF ge­ rade etwa mit einer solchen überlagerten Generatorleistung be­ aufschlagt wird, daß er in etwa gerade mit dem mittleren effek­ tiven Druck P*e arbeitet, bei dessen Überschreitung der spezifi­ sche Kraftstoffverbrauch b′e sich nicht mehr nennenswert verrin­ gern würde.It is easy to understand on the basis of the engine consumption map shown in FIG. 4 that an optimal overall consumption of the hybrid vehicle is achieved when the internal combustion engine 6 in suitable situations in addition to the propulsion power N F ge straight during hybrid operation be charged with such a superimposed generator power that he works approximately with the mean effective pressure P * e , if it is exceeded the specific fuel consumption b ' e would not like to reduce significantly.

Ein optimaler Kraftstoffverbrauch während des hybridischen Fahr­ betriebs ergibt sich somit dann, wenn die generatorisch betrie­ bene Elektromaschine derart geregelt wird, daß die überlagerte Generatorleistung NL gerade etwaOptimal fuel consumption during hybrid driving operation thus arises when the generator-operated electric machine is controlled in such a way that the superimposed generator power N L is just about

beträgt.is.

Da das Hubvolumen H und dieser aus dem Motor-Verbrauchkennfeld Pe = f(be) zu ermittelnde und festzulegende mittlere effektive Verbrennungsdruck P*e für jeden Motortyp bekannte charakteristi­ sche konstante Größen darstellen, kann diese Beziehung auch dar­ gestellt werden alsSince the stroke volume H and this mean effective combustion pressure P * e to be determined and determined from the engine consumption map P e = f (b e ) represent characteristic constant values known for each engine type, this relationship can also be represented as

NL = K×n - NF,N L = K × n - N F ,

worin K eine für den jeweiligen Motortyp charakteristische Kon­ stante ist.where K is a characteristic of the respective engine type Kon aunt is.

Durch die wohl definierte Begrenzung der überlagerten Generator­ leistung NL auf einen solchen Wert, bei dem der Verbrennungsmo­ tor 6 gerade etwa mit dem mittleren effektiven Verbrennungsdruck P*e arbeitet, wird erreicht, daß einerseits der spezifische Kraftstoffverbrauch für den mit der Traktionsleistung NF und der überlagerten Generatorleistung beaufschlagten Verbrennungsmotor während dieser Zeit so gering wie möglich gehalten wird und an­ dererseits, daß der den Vortrieb des Fahrzeugs besorgende Ver­ brennungsmotor 6 so lange wie irgend möglich mit dem zu diesem Verbrennungsdruck P*e gehörigen niedrigen spezifischen Kraft­ stoffverbrauch b*e betrieben wird.Due to the well-defined limitation of the superimposed generator power N L to such a value at which the combustion engine 6 is currently working with approximately the mean effective combustion pressure P * e , it is achieved that on the one hand the specific fuel consumption for the traction power N F and the superimposed generator power applied internal combustion engine is kept as low as possible during this time and on the other hand, that the propulsion of the vehicle Ver Ver engine 6 operated as long as possible with the combustion pressure P * e associated with this low specific fuel consumption b * e becomes.

Ohne diese Begrenzung der überlagerten Generatorleistung NL wür­ de der Verbrennungsmotor während dieser Betriebsphase dann zwar auch mit diesem geringen spezifischen Kraftstoffverbrauch oder einem noch geringfügig geringeren betrieben werden, doch nur für eine unter Umständen sehr viel kürzere Betriebszeit, da eine - nicht begrenzte - höhere überlagerte Generatorleistung den elek­ trochemischen Energiespeicher 7 natürlich unnötiger Weise schneller aufladen würde als die in zuvor erwähnter Weise nach oben begrenzte Generatorleistung.Without this limitation of the superimposed generator power N L, the internal combustion engine would then also be operated with this low specific fuel consumption or a slightly lower one during this operating phase, but only for a possibly much shorter operating time, since a - not limited - higher superimposed one Generator power would of course unnecessarily charge the electrochemical energy store 7 faster than the generator power limited in the aforementioned manner.

Wie eingangs bereits erwähnt wurde, kann ein Hybridfahrzeug nach Bedarf grundsätzlich in drei verschiedenen Betriebsarten betrie­ ben werden. Rein elektromotorisch, wenn es in speziellen Ein­ satzgebieten auf Emissionsfreiheit und/oder Geräuscharmut an­ kommt, rein verbrennungsmotorisch, wenn es z. B. bei längeren Überlandfahrten auf höhere Fahrgeschwindigkeiten ankommt und letztlich hybridisch im Sinne der vorliegenden Erfindung, d. h. daß entsprechend den jeweils vorliegenden Fahr- und Betriebsbe­ dingungen sowie den Vorgaben des Fahrzeugführers selbsttätig in den für den Gesamtverbrauch des Fahrzeugs jeweils günstigsten Betrieb umgeschaltet wird, was zeitweise ein rein elektromotori­ scher Vortrieb, ein rein verbrennungsmotorischer Vortrieb oder aber ein verbrennungsmotorischer Vortrieb mit überlagerter Gene­ ratorleistung sein kann. Ob sich hierbei selbsttätig die eine Betriebsart oder die andere Betriebsart einstellt, hängt u. a. vom Ladezustand des elektrochemischen Energiespeichers 7 ab und außerdem davon, ob der spezifische Kraftstoffverbrauch be des Verbrennungsmotors 6 beim gerade vorliegenden Betriebszustand bei rein verbrennungsmotorischem Vortrieb größer als der in Fig. 4 mit b*2 gekennzeichnete, zu P*e gehörige spezifische Kraft­ stoffverbrauch wäre oder aber gleich bzw. gegebenenfalls auch geringfügig niedriger.As already mentioned at the beginning, a hybrid vehicle can basically be operated in three different operating modes as required. Purely by electric motor, when it comes to emission-free and / or low-noise in special areas of application, purely by internal combustion engine, if, for. B. for longer cross-country trips at higher speeds and ultimately hybrid in the sense of the present invention, that is, according to the respective driving and operating conditions and the specifications of the driver automatically switched to the most favorable operation for the total consumption of the vehicle, which is temporarily can be a purely electric motor drive, a purely internal combustion drive or an internal combustion drive with superimposed generator power. Whether one mode of operation or the other mode of operation is set automatically depends, among other things, on the state of charge of the electrochemical energy store 7 and also on whether the specific fuel consumption b e of the internal combustion engine 6 in the current operating state is greater than that in FIG specific fuel consumption marked with b * 2 and belonging to P * e would be the same or, if applicable, also slightly lower.

Eine für den erfindungsgemäßen Betrieb eines Hybridfahrzeugs er­ forderliche Steuervorrichtung muß daher u. a. auch eine den La­ dezustand des elektrochemischen Energiespeichers 7 überwachende und der eigentlichen elektronischen Steuer- und Regeleinrichtung des Fahrzeugs signalisierende Ladekontrolleinrichtung aufweisen sowie eine Einrichtung zum Ermitteln des augenblicklichen spezi­ fischen Kraftstoffverbrauchs be des Verbrennungsmotors 6 und zum Vergleich dieses augenblicklichen spezifischen Kraftstoffver­ brauchs mit dem vorerwähnten spezifischen Kraftstoffverbrauch b*e, der ja eine für jeden Motortyp charakteristische bekannte Konstante ist. Eine solche Einrichtung zum Ermitteln und Ver­ gleichen des augenblicklichen spezifischen Kraftstoffverbrauchs be enthält übliche elektronische Logik- und Vergleichsbausteine sowie elektronische Speichereinrichtungen, in denen in üblicher Weise neben charakteristischen Fahrzeugkonstanten auch das Mo­ torkennfeld entsprechend Fig. 3 und/oder das Motor-Verbrauch­ kennfeld entsprechend Fig. 4 des Verbrennungsmotors 6 abgespei­ chert sind.A control device required for the operation of a hybrid vehicle according to the invention must therefore have, inter alia, a charge control device monitoring the charge state of the electrochemical energy store 7 and signaling the actual electronic control and regulating device of the vehicle, as well as a device for determining the instantaneous specific fuel consumption b e of the internal combustion engine 6 and to compare this current specific fuel consumption with the aforementioned specific fuel consumption b * e , which is a known constant characteristic of each engine type. Such a device for determining and comparing the instantaneous specific fuel consumption b e contains conventional electronic logic and comparison modules as well as electronic storage devices in which, in addition to characteristic vehicle constants, the engine characteristic map according to FIG. 3 and / or the engine consumption map accordingly Fig. 4 of the internal combustion engine 6 are saved.

Mit Hilfe der Einrichtung zum Ermitteln und Vergleichen des au­ genblicklichen spezifischen Kraftstoffverbrauchs be würde die elektronische Steuer- und Regeleinrichtung während der hybridi­ schen Betriebsart entsprechend den unterschiedlichen Betriebsbe­ dingungen automatisch nachfolgende Betriebsweisen wählen:With the aid of the device for determining and comparing the current specific fuel consumption b e , the electronic control and regulating device would automatically select the following operating modes during the hybrid operating mode in accordance with the different operating conditions:

A. Die Kapazität des elektrochemischen Energiespeichers 7 ent­ spricht zumindest annähernd seiner Nennkapazität KAhist ∼0,7×KAhnenn:A. The capacity of the electrochemical energy store 7 corresponds at least approximately to its nominal capacity K Ahist ∼0.7 × K Ahnenn :

Bei praktisch vollgeladenem Energiespeicher würde dem Ver­ brennungsmotor 6 generell keine Generatorleistung überlagert werden. Je nach vorliegender Betriebsbedingung würde ein rein elektromotorischer Vortrieb, ein rein verbrennungsmotorischer Vortrieb oder aber ein gemischter Vortrieb, d. h. ein gleich­ zeitiger Antrieb durch Verbrennungsmotor und Elektromotor eingestellt werden.With practically fully charged energy storage, the internal combustion engine 6 would generally have no generator power superimposed. Depending on the prevailing operating condition, a purely electromotive propulsion, a purely combustion engine propulsion or a mixed propulsion would be set, ie a simultaneous drive by the internal combustion engine and the electric motor.

Wenn sich bei der vorliegenden Betriebssituation für einen rein verbrennungsmotorischen Vortrieb ein spezifischer Kraft­ stoffverbrauch be ergeben würde, der größer, also ungünstiger als der vorerwähnte spezifische Kraftstoffverbrauch b*e ist, dann würde für den Fall, daß die Leistung der vergleichsweise kleinen Elektromaschine 4 für den Vortrieb ausreicht rein elektromotorisch gefahren werden, jedoch für den Fall, daß eine höhere Vortriebsleistung erforderlich ist, rein verbren­ nungsmotorisch.If in the present operating situation for a purely internal combustion engine propulsion a specific fuel consumption b e would result, which is larger, i.e. less favorable than the aforementioned specific fuel consumption b * e , then in the event that the performance of the comparatively small electric machine 4 for the propulsion is sufficient to be driven purely by an electric motor, but in the event that a higher propulsive power is required, purely combustion engine.

Wenn sich dagegen bei der vorliegenden Betriebssituation bei rein verbrennungsmotorischem Vortrieb ein spezifischer Kraft­ stoffverbrauch be ergeben würde, der gleich oder möglicher­ weise sogar geringfügig kleiner ist als der vorerwähnte spe­ zifische Kraftstoffverbrauch b*e, dann wäre ein gemischter Antrieb sinnvoll, d h. ein Antrieb durch den Verbrennungsmo­ tor 6 und zusätzlich durch die Elektromaschine 4; durch den (Teil)Antrieb durch die Elektromaschine 4 würde der elektro­ chemische Energiespeicher 7 nämlich wieder zum Teil entladen werden, wodurch wieder die Voraussetzung geschaffen wird, bei entsprechender Betriebssituation verbrauchsoptimierend mit überlagerter Generatorleistung zu fahren. In contrast, when a specific fuel consumption b e would result in the present operating situation, in purely IC engine propulsion which is equal to or possibly even slightly smaller b than the aforesaid SPE-specific fuel consumption * e, then a mixed drive would be useful d h. a drive by the combustion engine 6 and additionally by the electric machine 4 ; by the (partial) drive by the electric machine 4 , the electrochemical energy store 7 would namely be partially discharged again, which in turn creates the prerequisite for driving in a corresponding operating situation to optimize consumption with superimposed generator power.

B. Die Kapazität des elektrochemischen Energiespeichers 7 ist erheblich niedriger als ihre Nennkapazität KAhist < ∼0,7 KAhnenn:B. The capacity of the electrochemical energy store 7 is considerably lower than its nominal capacity K Ahist <∼0.7 K Ahnenn :

Bei teilentladenem elektrochemischen Energiespeicher 7 wird je nach Betriebssituation entweder rein verbrennungsmotorisch oder aber verbrennungsmotorisch mit überlagerter Generator­ leistung gefahren, je nach dem was in dieser Situation für den Gesamtverbrauch des Hybridfahrzeugs günstiger ist. Wenn der spezifische Kraftstoffverbrauch be bei rein verbrennungs­ motorischen Betrieb gleich oder aber sogar geringfügig nied­ riger als der vorerwähnte spezifische Kraftstoffverbrauch b*e ist, dann wird dem Verbrennungsmotor 6 lediglich die Trak­ tionsleistung abverlangt, d. h. NV = NF worin NV die vom Verbrennungsmotor aufzubrin­ gende Gesamtleistung darstellt und NF wie bereits zuvor aus­ geführt die vom Verbrennungsmotor für den Vortrieb des Fahr­ zeugs zur Verfügung zu stellende Leistung.With partially discharged electrochemical energy store 7 , depending on the operating situation, either internal combustion engine or internal combustion engine with superimposed generator power is driven, depending on what is more favorable for the overall consumption of the hybrid vehicle in this situation. If the specific fuel consumption b e in the case of purely internal combustion engine operation is the same or even slightly lower than the aforementioned specific fuel consumption b * e , then the internal combustion engine 6 is only required to provide traction power, ie N V = N F where N V is that of Total engine output to be applied and N F, as previously stated, the power to be made available by the internal combustion engine for propelling the vehicle.

Wenn sich jedoch bei rein verbrennungsmotorischem Betrieb ein spezifischer Kraftstoffverbrauch be ergeben würde, der größer als der vorerwähnte spezifische Kraftstoffverbrauch b*e ist, dann würde der Verbrennungsmotor 6 zusätzlich die in den Ge­ neratorbetrieb gesteuerte Elektromaschine 4 antreiben, wobei dann die überlagerte Generatorleistung NL in zuvor beschrie­ bener Weise gesteuert bzw. geregelt wird.If, however, a specific fuel consumption b e would result in purely internal combustion engine operation, which is greater than the aforementioned specific fuel consumption b * e , then the internal combustion engine 6 would additionally drive the electric machine 4 controlled in the generator operation, in which case the superimposed generator power N L is controlled or regulated in the manner described above.

Eine für die in diesem Sinne automatische Aussteuerung der überlagerten Generatorleistung NL geeignete elektronische Steuer- und Regeleinrichtung, die Teil einer für den Betrieb des Hybridfahrzeugs vorgesehenen Gesamtregeleinrichtung ist, ist in Fig. 2 prinzipienhaft dargestellt.An electronic control and regulating device suitable for automatic control of the superimposed generator power N L in this sense, which is part of an overall regulating device provided for the operation of the hybrid vehicle, is shown in principle in FIG. 2.

Diese Steuer- und Regeleinrichtung wird durch eine elektroni­ sche Logikbausteine bzw. Logikstufen enthaltende Hybridsteu­ ereinheit 12 gebildet, bei der es sich z. B. um einen bekann­ ten Mikroprozessor handeln kann. Diese Hybridsteuereinheit 12 enthält im Ausführungsbeispiel im wesentlichen als Kern einen Rechenbaustein 13, zwei Vergleichsglieder 14, 15 und ein Ad­ dierglied 16.This open-loop and closed-loop control device is formed by an electronic logic unit or logic stages containing hybrid control unit 12 , which is, for. B. can be a known microprocessor. In the exemplary embodiment, this hybrid control unit 12 essentially contains, as a core, a computing module 13 , two comparison elements 14 , 15 and an ad element 16 .

Durch den Rechenbaustein 13 wird während der Fahrphase, in der der Verbrennungsmotor 6 nicht nur mit der für den Vortrieb des Fahrzeugs erforderlichen Leistung NF, sondern zusätzlich noch mit einer überlagerten Generatorleistung NL zum Antrieb der in den Generatorbetrieb gesteuerten Elektromaschine 4 beaufschlagt wird, zum einen ein Steuer- und Regelsignal ML zur gewünschten optimalen Aussteuerung der Elektromaschine 4 und zum anderen ein Steuer- und Regelsignal zur entsprechenden Aussteuerung des Ver­ brennungsmotors 6 erzeugt.The arithmetic module 13 during the driving phase in which the internal combustion engine 6 is acted upon not only with the power N F required for propulsion of the vehicle but also with a superimposed generator power N L for driving the electric machine 4 controlled in generator operation one generates a control and regulating signal M L for the desired optimal modulation of the electric machine 4 and, on the other hand, a control and regulating signal for the corresponding modulation of the internal combustion engine 6 .

Durch die Beziehung ML = K*×P*e - MF(n) ist symbolisiert, daß der Rechenbaustein 13 ein Ausgangs- oder Steuersignal ML er­ zeugt, durch das die Elektromaschine 4 und der Verbrennungsmotor 6 derart ausgesteuert bzw. geregelt werden, daß für die überla­ gerte Generatorleistung NL wunschgemäß die zuvor erläuterte Be­ ziehungThe relationship M L = K * × P * e - M F (n) symbolizes that the computing module 13 generates an output or control signal M L , through which the electric machine 4 and the internal combustion engine 6 are controlled or regulated in this way that for the superimposed generator power N L as desired, the previously explained relationship

erfüllt wird.is fulfilled.

Da in der Praxis üblicherweise nicht die Leistung, sondern letztlich das Moment der beiden Maschinen 6, 4 gesteuert bzw. geregelt wird, ist im Rechenbaustein nicht diese Leistungs-Be­ ziehung, sondern die entsprechende Momenten-Beziehung eingetragen.Since in practice it is usually not the power but ultimately the torque of the two machines 6 , 4 that is controlled or regulated, it is not this power relationship but the corresponding torque relationship that is entered in the computing module.

Die eingetragene Momenten-Beziehung wurde unter Verwendung des mittleren effektiven Verbrennungsdrucks P*e geschrieben, weil die zuvor anhand der Fig. 4 vorgenommenen Erläuterungen der Er­ findung insbesondere auf diesen Wert abstellte. Genauso gut kann diese Momenten-Beziehung aber auch unter Verwendung des zu P*e gehörigen spezifischen Kraftstoffverbrauchs b*e formuliert wer­ denThe torque relationship entered was written using the mean effective combustion pressure P * e , because the explanations of the invention made above with reference to FIG. 4 were based in particular on this value. This torque relationship can equally well be formulated using the specific fuel consumption b * e associated with P * e

ML = K*×k×b*e 1 - MF(n)M L = K * × k × b * e 1 - M F (n)

oder aber auchor else

ML = Konstant - MF(n)M L = constant - M F (n)

da ja K*, P*e und k, l und b*e jeweils für jeden Motortyp cha­ rakteristische bekannte Konstanten sind.since K *, P * e and k, l and b * e are characteristic known constants for each motor type.

Das vom Rechenbaustein 13 so erzeugte Steuer- und Regelsignal ML bewirkt über ein nur prinzipienhaft angedeutetes elektronisches Stellglied 11 die entsprechende Aussteuerung bzw. -regelung der generatorisch betriebenen Elektromaschine 4, wobei angedeutet ist, daß der vom Rechenbaustein 13 vorgegebene Sollwert ML im Vergleichsglied 14 mit dem dort zugeführten entsprechenden Ist­ wert der Elektromaschine 4 verglichen wird. Die hierbei auftre­ tende Regelabweichung ist mit M′E bezeichnet.The control and regulating signal M L thus generated by the arithmetic module 13 causes the corresponding modulation or regulation of the generator-operated electric machine 4 via an electronic actuator 11, which is only indicated in principle, whereby it is indicated that the setpoint M L predetermined by the arithmetic module 13 in the comparator 14 is compared with the corresponding actual value of the electric machine 4 supplied there. The resulting system deviation is denoted by M ' E.

Da der Verbrennungsmotor 6 in dieser Betriebsphase mit überla­ gerter Generatorleistung nicht nur die für den Vortrieb des Fahrzeugs erforderliche Leistung NF aufbringen bzw. das hierbei zum Kompensieren der Fahrwiderstände erforderliche Motormoment MF(n) erzeugen muß, muß von der Hybridsteuereinheit 12 gleich­ zeitig auch dafür gesorgt werden, daß der Verbrennungsmotor mit einer entsprechend höheren Gesamtleistung NV = NF + NL betrieben wird bzw. ein entsprechend höheres Gesamtmoment MF(n) + ML er­ zeugt, obgleich der Fahrzeugführer das Gas- bzw. Fahrpedal 8 an sich ja nur soweit betätigt hat, daß der Verbrennungsmotor mit einer zum Erreichen und Halten der gewünschten Fahrgeschwindig­ keit erforderlichen Leistung NF betrieben wird bzw. nur ein ent­ sprechend großes Moment für den Vortrieb MF(n) erzeugt.Since the internal combustion engine 6 in this operating phase with superimposed generator power must not only apply the power N F required for propulsion of the vehicle or must generate the engine torque M F (n) required to compensate for the driving resistances, the hybrid control unit 12 must also simultaneously to ensure that the internal combustion engine is operated with a correspondingly higher total output N V = N F + N L or a correspondingly higher total torque M F (n) + M L , although the vehicle driver applies the accelerator or accelerator pedal 8 has only operated to the extent that the internal combustion engine is operated at a power N F required to achieve and maintain the desired driving speed or only generates a correspondingly large torque for the propulsion M F (n).

In einem Addierglied 16 der Hybridsteuereinheit 12 wird daher ein für diese Aussteuerung des Verbrennungsmotors 6 erforderli­ cher Sollwert MF(n) + ML erzeugt, der über ein ebenfalls nur an­ gedeutetes elektronisches Stellglied 10 den Verbrennungsmotor 6 wunschgemäß aussteuert bzw. -regelt, wobei dieser Sollwert MF(n) + ML wiederum in einem Vergleichsglied 15 mit einem entsprechen­ den Istwert MV des Verbrennungsmotors verglichen wird. Die dabei auftretende Regelabweichung ist mit M′(v) bezeichnet.In an adder 16 of the hybrid control unit 12 , a setpoint value M F (n) + M L , which is required for this modulation of the internal combustion engine 6, is generated, which controls or regulates the internal combustion engine 6 as desired via an electronic actuator 10 , which is also only indicated, whereby this target value M F (n) + M L is in turn compared in a comparison element 15 with a corresponding actual value M V of the internal combustion engine. The resulting system deviation is denoted by M '(v).

Mit 9 ist noch ein elektronischer Logikbausteine bzw. Logikstu­ fen enthaltender elektronischer Betriebsartenschalter angedeu­ tet, der nach den zuvor erläuterten Kriterien auf der Basis ab­ gespeicherter Kennfelder sowie zugeführter Betriebsparameter selbsttätig jeweils die für den jeweiligen Betriebszustand ver­ brauchsoptimale Betriebsweise, nämlich rein elektromotorischer Vortrieb, rein verbrennungsmotorischer Vortrieb oder aber ver­ brennungsmotorischer Vortrieb mit überlagerter Generatorleistung einschaltet.With 9 an electronic logic module or logic stage containing electronic mode switch is indicated, which according to the previously explained criteria on the basis of stored maps and supplied operating parameters automatically the most efficient mode of operation for the respective operating state, namely purely electromotive propulsion, purely internal combustion engine Turn on propulsion or internal combustion engine propulsion with superimposed generator power.

Nur beim verbrennungsmotorischen Vortrieb mit überlagerter Gene­ ratorleistung wird die Hybridsteuereinheit 12 aktiviert.The hybrid control unit 12 is activated only when the internal combustion engine propulsion with superimposed generator power.

Wie in Fig. 2 angedeutet ist, wird dagegen vom elektronischen Betriebsartenschalter 9 bei rein elektromotorischem Vortrieb dem Stellglied 11 der Elektromaschine 4 und bei rein verbrennungsmo­ torischem Vortrieb dem Stellglied 10 des Verbrennungsmotors 6 jeweils direkt ein Steuersignal zugeführt, um die Elektromaschi­ ne 4 bzw. den Verbrennungsmotor 6 entsprechend dem vom Fahrzeug­ führer durch Betätigen des Gas- bzw. Fahrpedals 8 ausgedrückten Wunsch auszusteuern.As indicated in Fig. 2, on the other hand, from the electronic mode switch 9 with purely electromotive propulsion the actuator 11 of the electric machine 4 and with purely combustion engine toric propulsion the actuator 10 of the internal combustion engine 6 each directly supplied with a control signal to the Elektromaschi ne 4 or Internal combustion engine 6 according to the desire expressed by the driver by operating the accelerator or accelerator pedal 8 .

BezugszeichenlisteReference list

 1 Eingangswelle des Kfz-Wechselgetriebes
 2 Kfz-Wechselgetriebe
 3 erste schaltbare Trennkupplung
 4 Elektromaschine
 5 zweite schaltbare Trennkupplung
 6 Verbrennungsmotor
 7 elektrochemischer Energiespeicher (Antriebsbatterie)
 8 Fahrpedal
 9 elektronischer Betriebsartenschalter
10 Stellglied für den Verbrennungsmotor
11 Stellglied für die Elektromaschine
12 Hybridsteuereinheit, z. B. Mikroprozessor
13 Rechenbaustein
14 Vergleichsglied
15 Vergleichsglied
16 Addierglied
NF Fahr- oder Vortriebsleistung des Verbrennungsmotors
NL "überlagerte" Generatorleistung, d. h. die für den Generatorantrieb aufgebrachte Leistung des Verbrennungs­ motors
be spezifischer Kraftstoffverbrauch des Verbrennungsmotors bei reinem Vortrieb
be′ spezifischer Kraftstoffverbrauch des Verbrennungsmotors bei zusätzlichem Antrieb der generatorisch betriebenen Elektromaschine
be* ein auf der Basis des Motor-Verbrauchkennfelds vorge­ gebener bestimmter Wert des spezifischen Kraftstoff­ verbrauchs
ηges Gesamtwirkungsgrad für die elektrische Energieerzeugung, -speicherung und Rückwandlung in Antriebsenergie
1 input shaft of the automotive gearbox
2 automotive transmissions
3 first switchable disconnect clutch
4 electric machine
5 second switchable disconnect clutch
6 internal combustion engine
7 electrochemical energy storage (drive battery)
8 accelerator pedal
9 electronic mode switch
10 actuator for the internal combustion engine
11 actuator for the electric machine
12 hybrid control unit, e.g. B. microprocessor
13 calculation block
14 comparator
15 comparator
16 adder
N F Driving or propulsive power of the internal combustion engine
N L "superimposed" generator power, ie the power of the internal combustion engine applied for the generator drive
b e specific fuel consumption of the internal combustion engine with pure propulsion
b e ′ specific fuel consumption of the internal combustion engine with additional drive of the generator-operated electric machine
b e * a specific value of the specific fuel consumption specified on the basis of the engine consumption map
η total efficiency for electrical energy generation, storage and conversion into drive energy

Claims (4)

1. Verfahren zum Betrieb eines Hybridfahrzeugs mit einem Ver­ brennungsmotor (6), insbesondere einem Otto- oder Dieselmo­ tor, und einer Elektromaschine (4), die als aus einem wieder­ aufladbaren elektrochemischen Energiespeicher (Antriebsbatterie 7) speisbarer Motor oder als vom Verbren­ nungsmotor (6) antreibbarer, den Energiespeicher (7) aufla­ dender Generator betreibbar ist, wobei der Vortrieb des Hy­ bridfahrzeugs entweder allein durch den Verbrennungsmotor (6), allein durch die als Motor betriebene Elektromaschine (4) oder aber gleichzeitig durch beide erfolgt und wobei der Verbrennungsmotor (6) während des Vortriebs des Fahrzeugs zeitweise gleichzeitig auch die als Generator betriebene Elektromaschine (4) antreibt, dadurch gekennzeichnet,
daß der Verbrennungsmotor (6) in Fahrphasen, in denen sein spezifischer Kraftstoffverbrauch hoch ist, dann, wenn der elektrochemische Energiespeicher (7) zumindest teilentladen ist, zusätzlich mit der generatorisch betriebenen Elektro­ maschine (4) belastet wird,
und daß die Elektromaschine (4) dabei derart geregelt wird, daß die Beziehung eingehalten wird, worinNF die Fahr- bzw., Vortriebsleistung des Verbrennungsmotors,
NL die "überlagerte" Generatorleistung, d. h. die zum Antrieb der, als Generator betriebenen Elektromaschine zusätzlich aufgebrachte Leistung des Verbrennungs­ motors,
ηges den Gesamtwirkungsgrad der elektrischen Energie­ erzeugung, -speicherung und Rückwandlung in Antriebs­ energie,
be den spezifischen Kraftstoffverbrauch des Verbrennungsmotors bei reinem Vortrieb, also ohne zusätzliche Generatorbelastung und
be′ den spezifischen Kraftstoffverbrauch des zusätzlich mit dem Generatorantrieb belasteten Verbrennungs­ motorsbedeuten.
1. A method for operating a hybrid vehicle with an internal combustion engine ( 6 ), in particular a gasoline or diesel engine, and an electric machine ( 4 ), which can be fed as a motor from a rechargeable electrochemical energy store (drive battery 7 ) or as a combustion engine ( 6 ) drivable, the energy storage ( 7 ) aufla dender generator can be operated, the propulsion of the hybrid vehicle either solely by the internal combustion engine ( 6 ), solely by the motor operated as an electric machine ( 4 ), or simultaneously by both and with the internal combustion engine ( 6 ) during the propulsion of the vehicle also drives the electric machine ( 4 ) operated as a generator at the same time, characterized in that
that the internal combustion engine ( 6 ) in driving phases in which its specific fuel consumption is high, when the electrochemical energy store ( 7 ) is at least partially discharged, is additionally loaded with the generator-operated electric machine ( 4 ),
and that the electric machine ( 4 ) is controlled so that the relationship is observed, in which N F is the driving or propulsive power of the internal combustion engine,
N L is the "superimposed" generator power, ie the power of the internal combustion engine additionally applied to drive the electric machine operated as a generator,
η tot the total efficiency of electrical energy generation, storage and conversion into drive energy,
b e the specific fuel consumption of the internal combustion engine with pure propulsion, i.e. without additional generator load and
b e ′ mean the specific fuel consumption of the combustion engine which is additionally loaded with the generator drive.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß die Elektromaschine (4) derart geregelt wird, daß die überlagerte Generatorleistung NL auf einen Wert begrenzt wird, bei dem der mit der Vortriebsleistung NF und zusätzlich mit dem Antrieb der generatorisch betriebenen Elektromaschine (4) belastete Verbrennungsmotor (6) einen spezifischen Kraft­ stoffverbrauch (be′) erreicht, der zumindest in der Nähe sei­ nes spezifischen Kraftstoffverbrauchminimums liegt.2. The method according to claim 1, characterized in that the electric machine ( 4 ) is controlled such that the superimposed generator power N L is limited to a value at which the propulsion power N F and additionally with the drive of the generator-operated electric machine ( 4th ) loaded internal combustion engine ( 6 ) reaches a specific fuel consumption (b e ′) that is at least in the vicinity of its specific fuel consumption minimum. 3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektromaschine (4) derart geregelt wird, daß die Be­ ziehung NL = K×n - NFerfüllt ist, worinNL die überlagerte Generatorleistung,
NF die Fahr- oder Vortriebsleistung des Verbrennungsmotors,
n die Motordrehzahl und
K eine dem Hubvolumen des Verbrennungsmotors proportionale sowie auf der Basis des Motor-Verbrauchkennfelds ermit­ tel- und festlegbare charakteristische Konstante des Ver­ brennungsmotors ist.
3. The method according to claim 2, characterized in that the electric machine ( 4 ) is controlled such that the relationship N L = K × n - N F is satisfied, wherein N L is the superimposed generator power,
N F is the driving or propulsive power of the internal combustion engine,
n the engine speed and
K is a characteristic constant of the internal combustion engine that is proportional to the stroke volume of the internal combustion engine and that can be determined and determined on the basis of the engine consumption map.
4. Vorrichtung zum Durchführen der Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3,
enthaltend u. a.
eine den Ladezustand des elektrochemischen Energiespeichers (7) überwachende Ladekontrolleinrichtung,
eine elektronische Speichereinrichtung zum Speichern des Mo­ torkennfelds und des Motor-Verbrauchkennfelds sowie charak­ teristischer Fahrzeugdaten,
eine elektronische Logik- und Rechenbausteine enthaltende Einrichtung zum Ermitteln des augenblicklichen spezifischen Kraftstoffverbrauchs be des nicht generatorisch belasteten Verbrennungsmotors (6) und Vergleich dieses Wertes mit einem auf der Basis des abgespeicherten Motor-Verbrauchkennfelds Pe = f(be) ermittelten bzw. festgelegten verbrauchsgünstigen spezifischen Kraftstoffverbrauchs b*e
einen elektronischen Betriebsartenschalter (9), der auf der Basis des Vergleichs des augenblicklichen spezifischen Kraft­ stoffverbrauchs be mit dem festgelegten verbrauchsgünstigen spezifischen Kraftstoffverbrauch b*e sowie dem von der Lade­ kontrolleinrichtung ermittelten Ladezustand des elektrochemi­ schen Energiespeichers (7) selbsttätig die beim vorliegenden Betriebszustand für den Gesamtverbrauch jeweils günstigste Betriebsweise des Hybridfahrzeugs, d. h. den rein elektromo­ torischen Vortrieb, den rein verbrennungsmotorischen Vortrieb oder den verbrennungsmotorischen Vortrieb mit überlagerter Generatorleistung NL auswählt,
eine elektronische Rechenbausteine (13), Vergleichsglieder (14, 15) und Addierglieder (16) enthaltende Hybridsteuerein­ heit (12), die während der durch den elektronischen Betriebs­ artenschalten (9) ausgewählten hybridischen Betriebsart mit verbrennungsmotorischem Vortrieb und überlagerter Generator­ leistung NL einerseits nach Maßgabe einer im Rechenbaustein (13) abgespeicherten Momenten-Beziehung ML = K*×P*e - MF(n) oder einer entsprechenden Leistungs-Beziehung einen auf den momentanen Fahrzustand und den angestrebten optimalen Gesamt­ verbrauch abgestimmten Sollwert ML zur Steuerung und Regelung der Elektromaschine (4) und andererseits einen darauf abge­ stimmten Sollwert ML + MF(n) für den Verbrennungsmotor (6) erzeugt.
4. Device for performing the method according to claims 1 to 3,
containing among others
a charge control device monitoring the state of charge of the electrochemical energy store ( 7 ),
an electronic storage device for storing the engine map and the engine consumption map as well as characteristic vehicle data,
a device containing electronic logic and arithmetic components for determining the instantaneous specific fuel consumption b e of the non-generator-loaded internal combustion engine ( 6 ) and comparing this value with a one determined on the basis of the stored engine consumption map P e = f (b e ) fuel-efficient specific fuel consumption b * e
an electronic operating mode switch ( 9 ), which, based on the comparison of the current specific fuel consumption b e with the specified fuel-efficient specific fuel consumption b * e and the state of charge of the electrochemical energy store ( 7 ) determined by the charging control device, automatically switches over to the current operating state for selects the overall consumption of the most favorable mode of operation of the hybrid vehicle, ie the purely electromotive propulsion, the purely internal combustion engine propulsion or the internal combustion engine propulsion with superimposed generator power N L ,
an electronic arithmetic modules ( 13 ), comparison elements ( 14 , 15 ) and adding elements ( 16 ) containing hybrid control unit ( 12 ) which, on the one hand, after the hybrid operating mode selected by the electronic mode switching ( 9 ) with internal combustion engine propulsion and superimposed generator power N L Provided that a torque relationship M L = K * × P * e - M F (n) or a corresponding performance relationship is stored in the computing module ( 13 ) or a setpoint value M L for the control and which is matched to the current driving state and the desired optimal total consumption Control of the electric machine ( 4 ) and on the other hand, a tuned target value M L + M F (n) for the internal combustion engine ( 6 ).
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