DE4344053B4

DE4344053B4 - Verfahren zum Betrieb eines Hybridfahrzeugs und Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens

Info

Publication number: DE4344053B4
Application number: DE4344053A
Authority: DE
Inventors: Heiko Dr. Barske; Nikolaus Dipl.-Phys. Saridakis
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 1993-01-08
Filing date: 1993-12-23
Publication date: 2005-06-16
Anticipated expiration: 2013-12-24
Also published as: DE4344053A1

Abstract

Verfahren zum Betrieb eines Hybridfahrzeugs mit einem Verbrennungsmotor (6) und einer Elektromaschine (4), die als aus einem wiederaufladbaren elektrochemischen Energiespeicher (Antriebsbatterie 7) speisbarer Motor oder als vom Verbrennungsmotor (6) antreibbarer, den Energiespeicher (7) aufladender Generator betreibbar ist, wobei der Vortrieb des Hybridfahrzeugs 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 Elektromaschine (4) belastet wird,
und dass die Elektromaschine (4) dabei derart geregelt wird, dass die Beziehung

eingehalten wird, worin
N_F die Fahr- bzw. Vortriebsleistung des Verbrennungsmotors,
N_L die „überlagerte" Generatorleistung, d.h. die zum Antrieb der...

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines Hybridfahrzeugs der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 genannten Art sowie eine Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens.

Hybridfahrzeuge, bei denen das Fahrzeug bei Bedarf entweder allein 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 betreibbare Elektromaschine oder aber gleichzeitig durch den Verbrennungsmotor und die Elektromaschine angetrieben wird, sind in vielfältigen Varianten bekannt, u. a. aus der DE 21 33 485 A , der DE-29 43 554-A1, der DE-29 45 303-C2 und der DE-31 12 629-C2.

Im allgemeinen werden solche Hybridfahrzeuge in einem unteren Leistungs- oder Geschwindigkeitsbereich und/oder in einem Umfeld, in dem es auf geringe Emissionen ankommt, z. B. bei Stadtfahrten, nur von der Elektromaschine angetrieben und in den darüberliegenden Leistungs- bzw. Geschwindigkeitsbereichen oder bei Überlandfahrten generell nur vom Verbrennungsmotor.

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.

Grundsätzlich bekannt ist es aber auch ( DE 21 33 485 A ), wahrend verbrennungsmotorischer Überlandfahrten die Elektromaschine – angetrieben vom Verbrennungsmotor – generatorisch zu betreiben und den elektrochemischen Energiespeicher aufzuladen. Diese Betriebsweise wird insbesondere deshalb als besonders vorteilhaft angesehen, weil der Verbrennungsmotor dann auf Überlandstrecken gleichmäßiger belastet sein soll, was zu einer wesentlichen Verringerung 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 Überlandfahrten erforderlichenfalls unabhängig von den jeweiligen Traktionsverhältnissen bzw. -anforderungen den Energiespeicher aufladen zu können.

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 geringen 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 kontinuierlich überwachten elektrochemischen Energiespeichers während des an sich elektromotorischen Fahrbetriebs unter einen vorgegebenen Mindestwert absinkt. In diesem Falle wird nämlich der Verbrennungsmotor selbsttätig zugeschaltet und die Elektromaschine aus ihrem motorischen Betrieb heraus- und zur Aufladung des Energiespeichers in den generatorischen Betrieb umgesteuert.

Dieses kontinuierliche Überwachen des Energieinhalts des elektrochemischen Energiespeichers und das Ändern des Betriebsmodus' ist bei diesem bekannten Hybridfahrzeug zwingend erforderlich, weil die Elektromaschine hier – abgesehen von ihrer Generatorfunktion – 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 Verbrennungsmotors aus dem Stillstand heraus auf die benötigte Mindestdrehzahl des Verbrennungsmotors beschleunigt werden kann.

Bei Hybridfahrzeugen, die wahlweise durch einen aus einem elektrochemischen Energiespeicher gespeisten Elektromotor oder durch einen Verbrennungsmotor angetrieben werden, ist es zwecks Verbrauchsoptimierung besonders wichtig, daß beide Motoren möglichst jeweils in einem verbrauchsmäßig zumindest vergleichsweise günstigen Leistungsbereich betrieben werden, es sei denn, daß in besonderen Einsatzfällen anderen Gesichtpunkten, z. B. der Emission, Vorrang eingeräumt werden muß.

Es ist daher bereits bekannt (z. B. DE-31 12 629-C2) zwecks Verbrauchsoptimierung des Verbrennungsmotors ein Hybridfahrzeug derart zu betreiben, daß in einem unteren Leistungs- oder Geschwindigkeitsbereich nur die Elektromaschine und in einem anschließenden 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 – vergleichsweise günstig ist und daß demgegenüber Elektromaschinen in diesem 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 Verbrennungsmotors 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 Verbrauchsoptimierung bei einem Leistungs- oder Geschwindigkeits wert vorgenommen, der in Abhängigkeit von der voraussichtlich noch zurückzulegenden Tagesfahrstrecke des Hybridfahrzeugs verändert wird.

Des Weiteren offenbart die Druckschrift DE 41 13 386 C2 eine Hybridantriebsanordnung für Kraftfahrzeuge, mit einer Brennkraftmaschine, einer Zusatzantriebseinrichtung, einer Einrichtung zum Abzweigen von Überschussleistung der Brennkraftmaschine in einen der Zusatzantriebseinrichtung zugeordneten Speicher und mit einer übergeordneten Steuereinrichtung für den Betrieb der Brennkraftmaschine und/oder den Betriebsmodus der Zusatzantriebseinrichtung. Dabei ist eine Auslegungsleistung durch den Schnittpunkt einer Kurve des tatsächlichen spezifischen Kraftstoffverbrauchs der Brennkraftmaschine und der Kurve des zulässigen spezifischen Kraftstoffverbrauchs (b_ezul) bestimmt, wobei die letztgenannte Kurve durch folgende Formel definiert ist:

Dabei sind:
b_eEck der minimale spezifische Kraftsportverbrauch bei der kleinsten fahrbahren Drehzahl der Brennkraftmaschine
η1 der Wirkungsgrad für die Umwandlung der mechanischen Energie der Brennkraftmaschine in die Speicherenergie
η2 der Wirkungsgrad für die Umwandlung der Speicherenergie in die Energie der Zusatzantriebseinrichtung
P die abgerufene Leistung
P_Eck die maximale Leistung der Brennkraftmaschine bei minimaler Betriebsdrehzahl

Dabei wird die Auslegungsleistung der Zusatzantriebseinrichtung so gewählt, dass der spezifische Kraftsportverbrauch für Leistungen unterhalb der Auslegungsleistung beim Betrieb von Brennkraftmaschine und Zusatzantriebseinrichtung günstiger ist als beim Antrieb durch die Brennkraftmaschine allein.

Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung nun die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Betrieb eines Hybridfahrzeugs anzugeben, mit dessen Hilfe der Gesamtverbrauch des Hybridfahrzeugs weiter optimiert wird.

Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 genannten Art erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Anhand eines Ausführungsbeispiels wird die Erfindung nachstehend näher erläutert.
In der Zeichnung zeigen
1 ein Hybridfahrzeug mit einer Reihenanordnung von Verbrennungsmotor und Elektromaschine,
2 die Prinzipdarstellung einer Steuer- und Regeleinrichtung für das Hybridfahrzeug,
3 ein übliches Motorkennfeld eines Verbrennungsmotors und,
4 ein (unübliches) Motor-Verbrauchkennfeld eines Verbrennungsmotors.
Im Ausführungsbeispiel gemäß 1 ist ein Hybridfahrzeug dargestellt, wie es von seinem Aufbau her beispielsweise aus der DE-OS 29 43 554 oder aus der Zeitschrift "Gute Fahrt" 1/90, Seite 8 bekannt ist. Bei diesem Hybridfahrzeug ist die Eingangswelle 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 eine zweite schaltbare Trennkupplung 5 mit einem Verbrennungsmotor 6 verbunden.
Das Hybridfahrzeug kann so in bekannter Weise nach Bedarf entweder allein durch die als Elektromotor betriebene Elektromaschine 4 angetrieben werden, wobei die erste Trennkupplung 3 geschlossen 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 generatorisch 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 zusätzlich für den Antrieb des Hybridfahrzeugs herangezogen werden, indem sie an den elektrochemischen Energiespeicher 7 (Antriebsbatterie) angeschlossen bzw. in ihren Motorbetrieb gesteuert wird.
Jeweils einen Verbrennungsmotor und eine Elektromaschine aufweisende Hybridfahrzeuge sind u. a. entwickelt worden, um in ein und demselben Fahrzeug nach Bedarf jeweils die spezifischen Vorteile eines Elektromotors oder eines Verbrennungsmotors ausnutzen zu können, z. B. in speziellen innerstädtischen Bereichen die Emissionsfreiheit und/oder die Geräuscharmut des Elektromotors und außerhalb dieser Bereiche, z. B. bei Überlandfahrten o. ä. das Vermögen, mit dem Verbrennungsmotor auch längere Entfernungen ohne Nachtankstopp und wenn es die Straßenverhältnisse zulassen erforderlichenfalls auch mit höheren Geschwindigkeiten zurücklegen zu können.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Betrieb eines Hybridfahrzeugs z. B. der in 1 gezeigten Art wird unter Beibehaltung der zuvor erwähnten grundsätzlichen betrieblichen Möglichkeiten und Vorteile eines solchen Hybridfahrzeugs der Kraftstoffbedarf 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 Vergleich zu vorher entschieden niedrigerem spezifischen Kraftstoffverbrauch betrieben wird.
Die überlagerte Generatorleistung N_L der Elektromaschine 4 wird dabei derart gesteuert, daß der Gesamtkraftstoffverbrauch des Verbrennungsmotors 6, bezogen auf die insgesamt zurückgelegte Fahrstrecke (verbrennungsmotorisch ohne und mit überlagerter Generatorleistung sowie elektromotorisch) geringer ist, als der für die gleiche Fahrstrecke erforderliche Kraftstoffverbrauch bei einem rein verbrennungsmotorischen (d. h. ohne überlagerte generatorische Leistung) Betrieb.
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.
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 elektrochemischen Energiespeicher 7 gespeiste elektromotorisch betriebene Elektromaschine 4 bewirkt, und zwar so lange, bis sich die Betriebsumstände des Hybridfahrzeugs derart geändert haben, daß der Verbrennungsmotor 6 als Alleinantrieb wieder in verbrauchsgünstigeren höheren Lastbereichen betrieben werden könnte, 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 anzutreiben und gleichzeitig den Energiespeicher 7 durch die generatorisch arbeitende Elektromaschine 4 nachzuladen.
Soweit ein Hybridfahrzeugtyp vorliegt, bei dem die Elektromaschine bzw. deren rotierender Teil während des verbrennungsmotorischen Betriebs des Hybridfahrzeugs abweichend von 1 nicht sowieso ständig mechanisch mit dem Verbrennungsmotor gekoppelt ist, ist es natürlich erforderlich, die Elektromaschine zunächst mechanisch mit dem Verbrennungsmotor zu koppeln, ehe sie zum Laden des elektrochemischen Energiespeichers in den Generatorbetrieb gesteuert wird.
Letztlich ist es durch das erfindungsgemäße Verfahren in vorteilhafter Weise möglich, den Kraftstoff so einzusetzen, daß der Kraftstoffverbrauch des Hybridfahrzeugs niedriger ist als bei einem konventionellen, d. h. rein verbrennungsmotorisch betriebenen Fahrzeug.
Es versteht sich in diesem Zusammenhang, daß hierbei die Wirkungsgradkette für die elektrische Energieumwandlung sowie den elektromotorischen Vortrieb des Hybridfahrzeugs von besonderer Bedeutung ist.
In dem in 3 exemplarisch dargestellten üblichen Motorkennfeld eines Verbrennungsmotors sind als Funktion der Drehzahl neben der dick ausgezogenen Vollastkennlinie und drei dünn ausgezogenen hyperbelförmigen Drehmomentenkennlinien für drei verschiedene Getriebegänge des Hybridfahrzeugs gestrichelt drei Mitteldruck-Kennlinien für drei verschiedene konstante Motorleistungen und außerdem mehrere Linien mit jeweils konstantem spezifischen Kraftstoffverbrauch dargestellt. Obgleich dieses Kennfeld natürlich anhand eines konkreten Verbrennungsmotors erstellt wurde, gilt es abgesehen von den absoluten Größen tendenziell für alle Otto- und Dieselmotoren.
Aus diesem Motorkennfeld ist leicht erkennbar, daß der spezifische Kraftstoffverbrauch eines Verbrennungsmotors in den unte ren Teillastbereichen stark ansteigt.
Für die Erläuterung der Erfindung sei angenommen, daß ein Hybridfahrzeug etwa der Golf-Klasse vorliegt, das mit einer Elektromaschine mit einer Nennleistung von nur etwa 6 kW ausgerüstet ist.
Wenn ein solches Hybridfahrzeug entsprechend den gerade vorherrschenden Betriebsumständen vom Verbrennungsmotor 6 z. B. bei etwa 2000 min^-1 mit einer Vortriebsleistung N_F von etwa 6 kW angetrieben wird, im angenommenen Beispiel dabei also etwa mit 50 km/h fährt, dann arbeitet der Verbrennungsmotor 6 in einem vergleichsweise verbrauchungünstigen unteren Teillastbereich mit einem spezifischen Kraftstoffverbrauch b_e von etwa 360 g/kWh, wie dies aus dem Motorkennfeld der 3 zu entnehmen ist.
Wenn in dieser verbrennungsmotorischen Fahrphase des Hybridfahrzeugs die Elektromaschine 4 erfindungsgemäß in ihren Generatorbetrieb gesteuert wird, um den elektrochemischen Energiespeicher 7 nachzuladen, dann wird dem Verbrennungsmotor 6 statt der zuvor für den reinen Vortrieb des Hybridfahrzeugs nur erforderlichen 6 kW Leistung N_F nunmehr eine höhere Gesamtleistung N_F + N_L, von z. B. 8 kW abgefordert, nämlich die Leistung N_F für den Vortrieb des Hybridfahrzeugs und zusätzlich die überlagerte Generatorleistung N_L für den Antrieb der als Generator arbeitenden Elektromaschine 4. Für den Verbrennungsmotor 6 ergibt sich dann bei der Motorgesamtleistung N_F + N_L von 8 kW bei 2000 min^-1 ein spezifischer Kraftstoffverbrauch b_e' von etwa 305 g/kWh. In 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.
Während bei dem rein verbrennungsmotorischen Vortrieb mit der Motorleistung N_F von 6 kW also ein Kraftstoffverbrauch pro Stunde von 6 × 360 g = 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 = 2440 g Kraftstoff. Der Mehrverbrauch infolge der 2 kW Generatorleistung (Ladeleistung N_L) beträgt also 280 g Kraftstoff. Der spezifische Generatorleistungsverbrauch, d. h. der Mehrverbrauch pro erzeugter Kilowattstunde beträgt somit also 140 g/kWh.
Für die Bewertung des Kraftstoffverbrauchs des Gesamtfahrzeugs ist es natürlich nicht nur interessant und wichtig, welcher spezifische Kraftstoffverbrauch zur Erzeugung einer Kilowattstunde Generatorleistung aufgewendet werden muß, sondern auch, wieviel davon beim elektromotorischen Betrieb der Elektromaschine 4 wieder als Antriebsleistung für das Fahrzeug genutzt werden kann. Eine wesentlich Rolle spielt also die Wirkungsgradkette der elektrischen Funktionskette, d. h. der Gesamtwirkungsgrad η_ges der elektrischen Energieerzeugung, -speicherung und Umwandlung in Antriebsenergie. Nachstehende Einzelwirkungsgrade können heute bei Zugrundelegung moderner Bauelemente angenommen werden:
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 äquivalenten spezifischen Kraftstoffverbrauch von
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 Hybridfahrzeugs elektromotorisch betriebenen Elektromaschine 4 dem Energiespeicher 7 wieder entnommen wird.
Um hierbei eine positive Energiebilanz zu erhalten, muß somit die Generatorleistung (Ladeleistung N_L) derart geregelt werden, daß die Bedingung
erfüllt wird.
Wenn diese Bedingung nicht erfüllt wird, würde die Überlagerung von generatorischer Leistung (N_L) zu einem spezifischen Kraftstoffverbrauch für den (späteren) rein elektromotorischen Vortrieb führen, der mindestens genauso groß ist wie für den rein verbrennungsmotorischen Vortrieb. In diesem Falle wäre es also nicht sinnvoll, den Verbrennungsmotor zusätzlich mit generatorischer Leistung zu belasten; es wäre dann besser, trotz des an sich schlechten spezifischen Kraftstoffverbrauchs rein verbrennungsmotorisch weiterzufahren.
Es ist leicht erkennbar, daß für diese Art der Gesamtverbrauchsoptimierung des Hybridfahrzeugs neben der Wahl des Betriebspunktes des Verbrennungsmotors 6 und der Wahl der eingesteuerten bzw. eingeregelten Generatorleistung (Ladeleistung N_L) der Elektromaschine 4 die Wirkungsgradkette, d. h. der Gesamtwirkungsgrad η_ges von besonderer Bedeutung ist. Je besser der Gesamtwirkungsgrad für die elektrische Energieumwandlung etc. ist, desto mehr Kraftstoff kann auf diese Weise eingespart werden.
Mit einem Hybridfahrzeug kann somit bei bestimmten Einsatzprofilen des Fahrzeugs, wenn es also vergleichsweise häufig in verbrauchsungünstigen unteren Teillastbereichen des Verbrennungsmotors 6 betrieben werden müßte, bei Anwendung des erfindungsgemäßen Betriebsverfahrens sogar im Vergleich zu rein verbrennungsmotorisch angetriebenen Fahrzeugen Kraftstoff gespart werden.
Mit Vorzug wird die Elektromaschine 4 derart geregelt, daß die überlagerte Generatorleistung N_L wohl definiert auf einen Wert begrenzt wird, bei dem der mit der Vortriebsleistung N_F und zusätzlich mit dem Antrieb der generatorisch betriebenen Elektromaschine 4 belastete Verbrennungsmotor 6 einen spezifischen Kraftstoffverbrauch b_e' erreicht, der zumindest in der Nähe seines spezifischen Kraftstoffverbrauchminimums liegt.
Dies kann mit geringem Aufwand in regelungstechnisch einfacher weise dadurch erreicht werden, daß die Elektromaschine 4 derart gesteuert oder geregelt wird, daß die Beziehung N_L = K × n – N_F erfüllt ist, worin n die Motordrehzahl und K eine dem Hubvolumen H des Verbrennungsmotors proportionale und unter Zuhilfenahme des Motor-Verbrauchkennfelds ermittel- und festlegbare charakteristische Konstante des Verbrennungsmotors 6 ist.
Dies sei anhand des in 4 dargestellten Kennfelds näher erläutert.
Abweichend von der üblichen Darstellungsweise von Motorkennfeldern ist in 4 der effektive mittlere Verbrennungsdruck P_e als Funktion des spezifischen Kraftstoffverbrauchs b_e des Verbrennungsmotors dargestellt, mit verschiedenen Motordrehzahlen n als Parameter.
Es hat sich gezeigt, daß sich bei einer solchen Darstellungsweise 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 vorliegenden zweck i. a. ausreicht, dieses Kennlinienfeld durch eine mittlere hyperbelförmige Kennlinie zu ersetzen, die mathematisch durch die Gleichung Pe = k × be l beschrieben werden kann, worin k und l jeweils charakteristische Konstanten für den jeweils vorliegenden Motortyp sind.
Das in 4 dargestellte Motor-Verbrauchkennfeld ist natürlich anhand eines konkreten Verbrennungsmotors erstellt worden, nämlich 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 P_e = k × b_e ^l erstellt werden, dessen charakteristische Konstanten k und l sich natürlich von Motortyp zu Motortyp voneinander etwas unterscheiden können.
Wie 4 erkennen läßt, nimmt der spezifische Kraftstoffverbrauch b_e mit zunehmendem mittleren effektiven Verbrennungsdruck P_e, d. h. also mit zunehmender Motorleistung
zunächst kontinuierlich ab. Im oberen Druckbereich oberhalb eines mit P*_e bezeichneten mittleren effektiven Verbrennungsdrucks ändert sich dann der spezifische Kraftstoffverbrauch b_e nicht mehr nennenswert. Der zu diesem mittleren effektiven Verbrennungsdruck gehörige spezifische Kraftstoffverbrauch ist mit b_e* gekennzeichnet.
Zur Erläuterung der Erfindung sind in 4 nur beispielhaft willkürlich zwei verschiedene Betriebsfälle angedeutet. Zum einen wurde angenommen, daß das Fahrzeug bei einer Fahrgeschwindigkeit von etwa 50 km/h (beim im Beispiel verwendeten Motor im 5. Gang mit einer Drehzahl n = 1095 min^-1) rein verbrennungsmotorisch fortbewegt wird. Für diesen Vortrieb muß der Verbrennungsmotor eine Leistung N_F (50) = 4 kW aufbringen, wobei er einen vergleichsweise hohen spezifischen Kraftstoffverbrauch b_e (50) besitzt. Wenn während dieser Fahrphase der Verbrennungsmotor 6 nun zusätzlich zum Antrieb der generatorisch betriebenen Elektromaschine 4 herangezogen wird und z. B. eine überlagerte Generatorleistung N_L von ebenfalls 4 kW eingesteuert wird, dann muß der Verbrennungsmotor 6 eine Gesamtleistung N_F + N_L = 8 kW aufbringen, wobei er mit einem wesentlich niedrigeren spezifischen 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 verbrennungsmotorisch fortbewegt wird, wozu der Verbrennungsmotor 6 eine Leistung N_F (70) = 7,2 kW aufbringen muß. Hier ergibt sich ein spezifischer Kraftstoffverbrauch b_e (70). Für dieses Beispiel wurde angenommen, daß der Verbrennungsmotor alternativ zusätzlich mit einer überlagerten Generatorleistung N_L = 6 kW belastet wird, also eine Gesamtleistung N_F + N_L = 13,2 kW aufbringen muß. Wie zu erkennen ist, ergibt sich auch hier eine deutliche Verringerung des spezifischen Kraftstoffverbrauchs auf b'_e (70).
Es ist anhand des in 4 dargestellten Motor-Verbrauchkennfelds leicht nachzuvollziehen, daß ein optimaler Gesamtverbrauch des Hybridfahrzeugs dann erzielt wird, wenn während des hybridischen Betriebs der Verbrennungsmotor 6 bei passenden Situationen jeweils zusätzlich zu der dem Vortrieb dienenden Leistung N_F gerade etwa mit einer solchen überlagerten Generatorleistung beaufschlagt wird, daß er in etwa gerade mit dem mittleren effektiven Druck P*_e arbeitet, bei dessen Überschreitung der spezifische Kraftstoffverbrauch b'_e sich nicht mehr nennenswert verringern würde.
Ein optimaler Kraftstoffverbrauch während des hybridischen Fahrbetriebs ergibt sich somit dann, wenn die generatorisch betriebene Elektromaschine derart geregelt wird, daß die überlagerte Generatorleistung N_L gerade etwa
beträgt.
Da das Hubvolumen H und dieser aus dem Motor-Verbrauchkennfeld P_e = f(b_e) zu ermittelnde und festzulegende mittlere effektive Verbrennungsdruck P*_e für jeden Motortyp bekannte charakteristische konstante Größen darstellen, kann diese Beziehung auch dargestellt werden als NL = K × n – NF,worin K eine für den jeweiligen Motortyp charakteristische Konstante ist.
Durch die wohl definierte Begrenzung der überlagerten Generatorleistung N_L auf einen solchen Wert, bei dem der Verbrennungsmotor 6 gerade etwa mit dem mittleren effektiven Verbrennungsdruck P*_e arbeitet, wird erreicht, daß einerseits der spezifische Kraftstoffverbrauch für den mit der Traktionsleistung N_F und der überlagerten Generatorleistung beaufschlagten Verbrennungsmotor während dieser zeit so gering wie möglich gehalten wird und andererseits, daß der den Vortrieb des Fahrzeugs besorgende Verbrennungsmotor 6 so lange wie irgend möglich mit dem zu diesem Verbrennungsdruck P*_e gehörigen niedrigen spezifischen Kraftstoffverbrauch b*_e betrieben wird.
Ohne diese Begrenzung der überlagerten Generatorleistung N_L würde 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 elektrochemischen Energiespeicher 7 natürlich unnötiger Weise schneller aufladen würde als die in zuvor erwähnter Weise nach oben begrenzte Generatorleistung.
Wie eingangs bereits erwähnt wurde, kann ein Hybridfahrzeug nach Bedarf grundsätzlich in drei verschiedenen Betriebsarten betrieben werden. Rein elektromotorisch, wenn es in speziellen Einsatzgebieten auf Emissionsfreiheit und/oder Geräuscharmut ankommt, 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 Betriebsbedingungen sowie den Vorgaben des Fahrzeugführers selbsttätig in den für den Gesamtverbrauch des Fahrzeugs jeweils günstigsten Betrieb umgeschaltet wird, was zeitweise ein rein elektromotorischer Vortrieb, ein rein verbrennungsmotorischer Vortrieb oder aber ein verbrennungsmotorischer Vortrieb mit überlagerter Generatorleistung 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 b_e des Verbrennungsmotors 6 beim gerade vorliegenden Betriebszustand bei rein verbrennungsmotorischem Vortrieb größer als der in 4 mit b*₂ gekennzeichnete, zu P*_e gehörige spezifische Kraftstoffverbrauch wäre oder aber gleich bzw. gegebenenfalls auch geringfügig niedriger.
Eine für den erfindungsgemäßen Betrieb eines Hybridfahrzeugs erforderliche Steuervorrichtung muß daher u. a. auch eine den Ladezustand des elektrochemischen Energiespeichers 7 überwachende und der eigentlichen elektronischen Steuer- und Regeleinrichtung des Fahrzeugs signalisierende Ladekontrolleinrichtung aufweisen sowie eine Einrichtung zum Ermitteln des augenblicklichen spezifischen Kraftstoffverbrauchs b_e des Verbrennungsmotors 6 und zum Vergleich dieses augenblicklichen spezifischen Kraftstoffverbrauchs mit dem vorerwähnten spezifischen Kraftstoffverbrauch b*_e, der ja eine für jeden Motortyp charakteristische bekannte konstante ist. eine solche Einrichtung zum Ermitteln und Vergleichen des augenblicklichen spezifischen Kraftstoffverbrauchs b_e enthält übliche elektronische Logik- und Vergleichsbausteine sowie elektronische Speichereinrichtungen, in denen in üblicher Weise neben charakteristischen Fahrzeugkonstanten auch das Motorkennfeld entsprechend 3 und/oder das Motor-Verbrauchkennfeld entsprechend 4 des Verbrennungsmotors 6 abgespeichert sind.
Mit Hilfe der Einrichtung zum Ermitteln und Vergleichen des augenblicklichen spezifischen Kraftstoffverbrauchs b_e würde die elektronische Steuer- und Regeleinrichtung während der hybridischen Betriebsart entsprechend den unterschiedlichen Betriebsbe dingungen automatisch nachfolgende Betriebsweisen wählen:

A. Die Kapazität des elektrochemischen Energiespeichers 7 entspricht zumindest annähernd seiner Nennkapazität K_Ahist ≥ ~ 0,7 × K_Ahnenn: Bei praktisch vollgeladenem Energiespeicher würde dem Verbrennungsmotor 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 gleichzeitiger Antrieb durch Verbrennungsmotor und Elektromotor eingestellt werden. Wenn sich bei der vorliegenden Betriebssituation für einen rein verbrennungsmotorischen Vortrieb ein spezifischer Kraftstoffverbrauch b_e 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 verbrennungsmotorisch. Wenn sich dagegen bei der vorliegenden Betriebssituation bei rein verbrennungsmotorischem Vortrieb ein spezifischer Kraftstoffverbrauch b_e ergeben würde, der gleich oder möglicherweise sogar geringfügig kleiner ist als der vorerwähnte spezifische Kraftstoffverbrauch b*_e, dann wäre ein gemischter Antrieb sinnvoll, d. h. ein Antrieb durch den Verbrennungsmotor 6 und zusätzlich durch die Elektromaschine 4; durch den (Teil)Antrieb durch die Elektromaschine 4 würde der elektrochemische Energiespeicher 7 nämlich wieder zum Teil entladen werden, wodurch wieder die Voraussetzung geschaffen wird, bei entsprechender Betriebssituation verbrauchsoptimierend mit überlagerter Generatorleistung zu fahren.
B. Die Kapazität des elektrochemischen Energiespeichers 7 ist erheblich niedriger als ihre Nennkapazität K_Ahist < ~ 0,7 K_Ahnenn: Bei teilentladenem elektrochemischen Energiespeicher 7 wird je nach Betriebssituation entweder rein verbrennungsmotorisch oder aber verbrennungsmotorisch mit überlagerter Generatorleistung gefahren, je nach dem was in dieser Situation für den Gesamtverbrauch des Hybridfahrzeugs günstiger ist. Wenn der spezifische Kraftstoffverbrauch b_e bei rein verbrennungsmotorischen Betrieb gleich oder aber sogar geringfügig niedriger als der vorerwähnte spezifische Kraftstoffverbrauch b*_e ist, dann wird dem Verbrennungsmotor 6 lediglich die Traktionsleistung abverlangt, d. h. N_V = N_F worin N_V die vom Verbrennungsmotor aufzubringende Gesamtleistung darstellt und N_F wie bereits zuvor ausgeführt die vom Verbrennungsmotor für den Vortrieb des Fahrzeugs zur Verfügung zu stellende Leistung. Wenn sich jedoch bei rein verbrennungsmotorischem Betrieb ein spezifischer Kraftstoffverbrauch b_e ergeben würde, der größer als der vorerwähnte spezifische Kraftstoffverbrauch b*_e ist, dann würde der Verbrennungsmotor 6 zusätzlich die in den Generatorbetrieb gesteuerte Elektromaschine 4 antreiben, wobei dann die überlagerte Generatorleistung N_L in zuvor beschriebener Weise gesteuert bzw. geregelt wird. Eine für die in diesem Sinne automatische Aussteuerung der überlagerten Generatorleistung N_L geeignete elektronische Steuer- und Regeleinrichtung, die Teil einer für den Betrieb des Hybridfahrzeugs vorgesehenen Gesamtregeleinrichtung ist, ist in 2 prinzipienhaft dargestellt. Diese Steuer- und Regeleinrichtung wird durch eine elektronische Logikbausteine bzw. Logikstufen enthaltende Hybridsteuereinheit 12 gebildet, bei der es sich z. B. um einen bekannten Mikroprozessor handeln kann. Diese Hybridsteuereinheit 12 enthält im Ausführungsbeispiel im wesentlichen als Kern einen Rechenbaustein 13, zwei Vergleichsglieder 14, 15 und ein Addierglied 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 N_F, sondern zusätzlich noch mit einer überlagerten Generatorleistung N_L zum Antrieb der in den Generatorbetrieb gesteuerten Elektromaschine 4 beaufschlagt wird, zum einen ein Steuer- und Regelsignal M_L zur gewünschten optimalen Aussteuerung der Elektromaschine 4 und zum anderen ein Steuer- und Regelsignal zur entsprechenden Aussteuerung des Verbrennungsmotors 6 erzeugt.
Durch die Beziehung M_L = K* × P*_e – M_F(n) ist symbolisiert, daß der Rechenbaustein 13 ein Ausgangs- oder Steuersignal M_L erzeugt, durch das die Elektromaschine 4 und der Verbrennungsmotor 6 derart ausgesteuert bzw. geregelt werden, daß für die überlagerte Generatorleistung N_L wunschgemäß die zuvor erläuterte Beziehung
erfüllt wird.
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-Beziehung, sondern die entsprechende Momenten-Beziehung eingetragen.
Die eingetragene Momenten-Beziehung wurde unter Verwendung des mittleren effektiven Verbrennungsdrucks P*_e geschrieben, weil die zuvor anhand der 4 vorgenommenen Erläuterungen der Erfindung 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 werden
da ja K*, P*_e und k, l und b*_e jeweils für jeden Motortyp charakteristische bekannte Konstanten sind.
Das vom Rechenbaustein 13 so erzeugte Steuer- und Regelsignal M_L 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 M_L im Vergleichsglied 14 mit dem dort zugeführten entsprechenden Istwert der Elektromaschine 4 verglichen wird. Die hierbei auftretende Regelabweichung ist mit M'_E bezeichnet.
Da der Verbrennungsmotor 6 in dieser Betriebsphase mit überlagerter Generatorleistung nicht nur die für den Vortrieb des Fahrzeugs erforderliche Leistung N_F aufbringen bzw. das hierbei zum Kompensieren der Fahrwiderstände erforderliche Motormoment M_F(n) erzeugen muß, muß von der Hybridsteuereinheit 12 gleichzeitig auch dafür gesorgt werden, daß der Verbrennungsmotor mit einer entsprechend höheren Gesamtleistung N_V = N_F + N_L betrieben wird bzw. ein entsprechend höheres Gesamtmoment M_F(n) + M_L erzeugt, 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 Fahrgeschwindigkeit erforderlichen Leistung N_F betrieben wird bzw. nur ein entsprechend großes Moment für den Vortrieb M_F(n) erzeugt.
In einem Addierglied 16 der Hybridsteuereinheit 12 wird daher ein für diese Aussteuerung des Verbrennungsmotors 6 erforderli cher Sollwert M_F(n) + M_L erzeugt, der über ein ebenfalls nur angedeutetes elektronisches Stellglied 10 den Verbrennungsmotor 6 wunschgemäß aussteuert bzw. -regelt, wobei dieser Sollwert M_F(n) + M_L wiederum in einem Vergleichsglied 15 mit einem entsprechenden Istwert M_V des Verbrennungsmotors verglichen wird. Die dabei auftretende Regelabweichung ist mit M'(v) bezeichnet.
Mit 9 ist noch ein elektronischer Logikbausteine bzw. Logikstufen enthaltender elektronischer Betriebsartenschalter angedeutet, der nach den zuvor erläuterten Kriterien auf der Basis abgespeicherter Kennfelder sowie zugeführter Betriebsparameter selbsttätig jeweils die für den jeweiligen Betriebszustand verbrauchsoptimale Betriebsweise, nämlich rein elektromotorischer Vortrieb, rein verbrennungsmotorischer Vortrieb oder aber verbrennungsmotorischer Vortrieb mit überlagerter Generatorleistung einschaltet.
Nur beim verbrennungsmotorischen Vortrieb mit überlagerter Generatorleistung wird die Hybridsteuereinheit 12 aktiviert.
Wie in 2 angedeutet ist, wird dagegen vom elektronischen Betriebsartenschalter 9 bei rein elektromotorischem Vortrieb dem Stellglied 11 der Elektromaschine 4 und bei rein verbrennungsmotorischem Vortrieb dem Stellglied 10 des Verbrennungsmotors 6 jeweils direkt ein Steuersignal zugeführt, um die Elektromaschine 4 bzw. den Verbrennungsmotor 6 entsprechend dem vom Fahrzeugführer durch Betätigen des Gas- bzw. Fahrpedals 8 ausgedrückten Wunsch auszusteuern.

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
b_e: spezifischer Kraftstoffverbrauch des Verbrennungsmotors
: bei reinem Vortrieb
b_e': spezifischer Kraftstoffverbrauch des Verbrennungsmotors
: bei zusätzlichem Antrieb der generatorisch betriebenen
: Elektromaschine
b_e*: ein auf der Basis des Motor-Verbrauchkennfelds vorge
: gebener bestimmter Wert des spezifischen Kraftstoff
: verbrauchs
η_ges: Gesamtwirkungsgrad für die elektrische Energieerzeugung,
: -speicherung und Rückwandlung in Antriebsenergie

Claims

Verfahren zum Betrieb eines Hybridfahrzeugs mit einem Verbrennungsmotor (6) und einer Elektromaschine (4), die als aus einem wiederaufladbaren elektrochemischen Energiespeicher (Antriebsbatterie 7) speisbarer Motor oder als vom Verbrennungsmotor (6) antreibbarer, den Energiespeicher (7) aufladender Generator betreibbar ist, wobei der Vortrieb des Hybridfahrzeugs 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 Elektromaschine (4) belastet wird, und dass die Elektromaschine (4) dabei derart geregelt wird, dass die Beziehung
eingehalten wird, worin N_F die Fahr- bzw. Vortriebsleistung des Verbrennungsmotors, N_L die „überlagerte" Generatorleistung, d.h. die zum Antrieb der als Generator betriebenen Elektromaschine zusätzlich aufgebrachte Leistung des Verbrennungsmotors, η_ges den Gesamtwirkungsgrad der elektrischen Energieerzeugung, -speicherung und Rückwandlung in Antriebsenergie, b_e den spezifischen Kraftstoffverbrauch des Verbrennungsmotors bei reinem Vortrieb, also ohne zusätzliche Generatorbelastung und b_e' den spezifischen Kraftstoffverbrauch des zusätzlich mit dem Generatorantrieb belasteten Verbrennungsmotors bedeuten.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektromaschine (4) derart geregelt wird, dass die überlagerte Generatorleistung N_L auf einen Wert begrenzt wird, bei dem der mit der Vortriebsleistung N_F und zusätzlich mit dem Antrieb der generatorisch betriebenen Elektromaschine (4) belastete Verbrennungsmotor (6) einen spezifischen Kraftstoffverbrauch (b_e') erreicht, der zumindest in der Nähe seines spezifischen Kraftstoffverbrauchminimums liegt.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektromaschine (4) derart geregelt wird, dass die Beziehung NL = K·n – NF erfüllt ist, worin N_L die überlagerte Generatorleistung N_F die Fahr- oder Vortriebsleistung des Verbrennungsmotors, n die Motordrehzahl und K eine dem Hubvolumen des Verbrennungsmotors proportionale sowie auf der Basis des Motor-Verbrauchkennfelds ermittel- und festlegbare charakteristische Konstante des Verbrennungsmotors ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbrennungsmotor ein Otto- oder Dieselmotor ist.
Vorrichtung zum Durchführen der Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, enthaltend eine den Ladezustand des elektrochemischen Energiespeichers (7) überwachende Ladekontrolleinrichtung, eine elektronische Speichereinrichtung zum Speichern des Motorkennfelds und des Motor-Verbrauchkennfelds sowie charakteristischer Fahrzeugdaten, eine elektronische Logik- und Rechenbausteine enthaltende Einrichtung zum Ermitteln des augenblicklichen spezifischen Kraftstoffverbrauchs b_e des nicht generatorisch belasteten Verbrennungsmotors (6) und Vergleich dieses Wertes mit einem auf der Basis des abgespeicherten Motor-Verbrauchkennfelds P_e = f(b_e) ermittelten bzw. festgelegten verbrauchsgünstigen spezifischen Kraftstoffverbrauchs b*_e, einen elektronischen Betriebsartenschalter (9), der auf der Basis des Vergleichs des augenblicklichen spezifischen Kraftstoffverbrauchs b_e mit dem festgelegten verbrauchsgünstigen spezifischen Kraftstoffverbrauch b*_e sowie dem von der Ladekontrolleinrichtung ermittelten Ladezustand des elektrochemischen Energiespeichers (7) selbsttätig die beim vorliegenden Betriebszustand für den Gesamtverbrauch jeweils günstigste Betriebsweise des Hybridfahrzeugs, d.h. den rein elektromotorischen Vortrieb, den rein verbrennungsmotorischen Vortrieb oder den verbrennungsmotorischen Vortrieb mit überlagerter Generatorleistung N_L auswählt, eine elektronische Rechenbausteine (13), Vergleichsglieder (14, 15) und Addierglieder (16) enthaltende Hybridsteuereinheit (12), die während der durch den elektronischen Betriebsartenschalter (9) ausgewählten hybridischen Betriebsart mit verbrennungsmotorischem Vortrieb und überlagerter Generatorleistung N_L einerseits nach Maßgabe einer im Rechenbaustein (13) abgespeicherten Momenten-Beziehung M_L = K*·P*_e – M_F(n) oder einer entsprechenden Leistungs-Beziehung einen auf den momentanen Fahrzustand und den angestrebten optimalen Gesamtverbrauch abgestimmten Sollwert M_L zur Steuerung und Regelung der Elektromaschine (4) und andererseits einen darauf abgestimmten Sollwert M_L + M_F(n) für den Verbrennungsmotor (6) erzeugt.