SE537307C2 - Metod och system för att jämföra en bränsleförbrukning för ett hybridfordon med en bränsleförbrukning för ett motsvarande icke-hybridfordon - Google Patents

Description

25 30 537307 Med avseende på fordon i allmänhet, och tunga fordon i synnerhet, innefattar fordonsanvändning i stadsområden ofta frekvent förekommande starter och stopp under en resa, med motsvarande bränsleförbrukande accelerationer och, i bränsleförbrukningsbeteende, rörelseenergislösande retardationer. Detta resulterar i att en stor energimängd åtgår till att accelerera fordonet, endast för att, ofta redan efter en relativt kort tid, konsumeras som bromseffekt. Sådana scenarier är särskilt vanliga i områden med hög trafikintensitet och/eller frekventa trafikljus eller, med avseende på stadsbussar, täta busshållplatser.

Ett hybridfordon utgör ett fordon som använder två eller flera effekt- och/eller bränslekällor. En vanlig typ av hybridfordon utgörs av elhybridfordon, vilka innefattar en första effektgenererande källa, såsom t.ex. en förbränningsmotor, samt en eller flera elmaskiner, där nämnda en eller flera elmaskiner används för alstring av en på fordonets drivhjul verkande framdrivningskraft.

Användning av en elmaskin som framdrivningsmotor har fördelen att vid vissa driftsförhållanden, såsom vid användning av elmaskinen för bromsning, t.ex. för att retardera fordonet eller bibehålla en konstant hastighet i en nedförslutning, kan elmaskinen regenerera elektrisk energi för återmatning till fordonets elsystem. Denna regenerativa bromsning har fördelen att den genererade energin kan användas för uppladdning av ett energilager för lagring av elektrisk energi. Energi lagrad i energilagret kan användas av elmaskinen vid en efterföljande acceleration och därmed avlasta förbränningsmotorn med minskad bränsleförbrukning som följd.

Denna ”samverkan” mellan elmaskin och förbränningsmotor i elhybridfordon fungerar många gånger så pass bra att fordonets 10 l5 20 25 30 537 307 förare i princip inte upplever någon skillnad vid framförande av ett hybridfordon jämfört med vid framförande av ett motsvarande konventionellt fordon.

Eftersom elhybridfordon vanligtvis är förenade med en högre inköpskostnad jämfört med ett konventionellt fordon, är det därför viktigt för fordonets ägare att kunna få bekräftelse på att investeringen i hybridfordon också lönar sig ekonomiskt.

Sammanfattning av uppfinningen Det är ett syfte med föreliggande uppfinning att tillhandahålla en metod som löser ovannämnda problem. Detta syfte uppnås genom en metod enligt patentkrav l.

Föreliggande uppfinning hänför sig till en metod för att jämföra en bränsleförbrukning för ett första fordon med ett andra fordon, varvid nämnda första fordon innefattar en första energiomvandlare bestående av en förbränningsmotor för generering av en första framdrivningskraft för framdrivning av nämnda första fordon, och åtminstone en andra energiomvandlare bestående av en första elmaskin för generering av en andra framdrivningskraft för framdrivning av nämnda fordon, varvid metoden innefattar att, för en första tidpunkt där nämnda första och andra fordon framförs på samma sätt: - med hjälp av bestämningsorgan bestämma en skillnad i bränsleförbrukning mellan nämnda första fordon och nämnda andra fordon, varvid nämnda andra fordon innefattar endast en energiomvandlare för generering av drivkraft för framdrivning av nämnda andra fordon, och varvid nämnda energiomvandlare vid nämnda andra fordon utgör en med nämnda första förbränningsmotor väsentligen identisk förbränningsmotor.

Således jämförs bränsleförbrukningen för hybridfordonet med den bränsleförbrukning som framförande av samma fordon, dvs. 10 15 20 25 30 537 307 ett fordon utrustat med väsentligen identisk förbränningsmotor, och företrädesvis även växellåda, och vid framförande längs samma vägsträcka, skulle ha resulterat i.

Genom att bestämma skillnaden i bränsleförbrukning för ett, bortsett hybriddelen, i princip identiskt fordon, dvs. ett fordon med i övrigt väsentligen identiska essentiella drivlinekomponenter, dvs. förbränningsmotor och växellåda, och företrädesvis samma drivlineutväxling, kan ett mycket exakt mått på inbesparad bränslemängd, och därmed inbesparad bränslekostnad, erhållas, varvid fordonets förare och/eller ägare på ett enkelt sätt kan presenteras lönsamheten i att investera i ett hybridfordon.

Bränslebesparingen kan presenteras grafiskt på en display för fordonets förare, varvid föraren hela tiden, eller när så önskas, kan få uppgift om bränslebesparingen.

Bränslebesparingen kan t.ex. visas som totalt ackumulerad besparing sedan fordonet togs i drift första gången, eller besparing under aktuell färd eller tidsperiod såsom innevarande månad. Bränslebesparingen kan presenteras i mängd bränsle, och/eller kombineras med bränslekostnad för att även ge ett ekonomiskt mått på inbesparingen. Bränslebesparingen kan även delas upp i besparing för olika situationer.

Förutom att presentera besparingsdata för föraren kan data även skickas, t.ex. via ett RTI (Road Traffic Informatics) - system till fordonets ägare.

I en utföringsform innefattar metoden att jämföra ett av elmaskinen avgiven drivkraft med en av förbränningsmotorn avgiven drivkraft, varvid en skillnad i bränsleförbrukning bestäms baserat på nämnda av nämnda elmaskin och förbränningsmotor avgivna drivkraft. Nämnda drivkraft kan utgöras av avgivet vridmoment eller avgiven motoreffekt. lO 15 20 25 537 307 Ytterligare kännetecken för föreliggande uppfinning och fördelar därav kommer att framgå ur följande detaljerade beskrivning av exempelutföringsformer och de bifogade ritningarna.

Kort beskrivning av ritningarna Fig. la visar en drivlina i ett fordon vid vilket föreliggande uppfinning med fördel kan användas.

Fig. lb visar en exempelstyrenhet i ett fordonsstyrsystem.

Fig. 2 visar ett diagram över bränsleförbrukningen för en förbränningsmotor som funktion av varvtal och vridmoment.

Fig. 3 visar en exempelmetod enligt föreliggande uppfinning.

Detaljerad beskrivning av föredragna utföringsformer Drivlinan i ett hybridfordon innefattar, förutom de i ett konventionellt fordon förekommande komponenterna, även en hybriddel bestående av ett antal ytterligare komponenter, såsom elmaskin, kraftelektronikenhet för drivning av elmaskinen, energilager etc. Dessa komponenter är relativt kostsamma, vilket får som naturlig konsekvens att hybridfordonets anskaffningskostnad blir högre jämfört med anskaffningskostnaden för samma fordon utan hybriddel.

Förbränningsmotorn och elmaskinen styrs av fordonets styrsystem, och samverkan mellan förbränningsmotor och elmaskin fungera ofta så pass bra att fordonsförarens körupplevelse vid framförande av ett hybridfordon i princip överhuvudtaget inte skiljer sig från ett konventionellt fordon. Föraren får således ingen känsla av den energibesparing hybridsystemet faktiskt bidrar med.

Föreliggande uppfinning löser detta genom att bestämma 10 15 20 25 30 537307 hybridfordonets bränslebesparing i förhållande till ett, bortsett hybriddelen, konventionellt men i övrigt identiskt fordon, där det konventionella fordonet framförts längs samma sträcka som hybridfordonet.

Detta exemplifieras i det följande, där fig. la visar en drivlina i ett hybridfordon 100 enligt en första exempelutföringsform av föreliggande uppfinning. Det finns hybridfordon av olika typer, och det visade fordonet utgörs av ett parallellhybridfordon.

Parallellhybridfordonets drivlina i fig. la innefattar en förbränningsmotor 101. Förbränningsmotorn 101 är på ett sedvanligt sätt, via en på förbränningsmotorns 101 utgående axel 102, förbunden med en växellåda 103. Växellådor i tunga fordon utgörs, såsom i den visade utföringsformen, ofta av en automatiskt (med hjälp av fordonets styrsystem) växlad ”manuell” växellåda 103. Delvis på grund av att manuella växellådor är väsentligt billigare att framställa, men också på grund av att manuella växellådor har en högre verkningsgrad. Av denna anledning innefattar fordonet 100 även en koppling 106 för att selektivt förbinda förbränningsmotorns 101 utgående axel 102 med växellådan 103.

Kopplingen 106 utgörs i föreliggande exempel av en av fordonets styrsystem automatiskt styrd koppling, men kan även utgöras av en manuellt styrd koppling, eftersom styrsystem i fordon vid förekomst av manuellt (förar-) styrd koppling på känt sätt kan utföra växling med stängd koppling, och därmed utan användning av densamma. Den automatiskt styrda kopplingen 106 styrs med hjälp av en kopplingsaktuator (ej visad) baserat på styrsignaler från en styrenhet 116.

Fordonet innefattar vidare drivaxlar 104, 105, vilka är förbundna med fordonets drivhjul 113, 114, och vilka, liksom i 10 15 20 25 30 537307 ett sedvanligt förbränningsmotorsystem, drivs av en från växellådan utgående axel 107 via en axelväxel, vilken t.ex. kan bestå av en sedvanlig differential 108. Fordonet innefattar även ett främre hjulpar 111, 112.

Till skillnad från ett konventionellt fordon innefattar det i fig. la visade fordonet även en elmaskin 110, vilken är förbunden med växellådans 103 ingående axel 109, ”nedströms” om kopplingen 106, dvs. växellådans ingående axel 109 kan drivas av elmaskinen 110 även i det fall kopplingen 106 är öppen. Parallellhybridfordon kan således överföra kraft till drivhjulen 113, 114 från två separata kraftkällor samtidigt, dvs. både från förbränningsmotorn 101 och elmaskinen 110.

Alternativt kan fordonet framdrivas av endera kraftkällan var för sig, dvs. antingen av förbränningsmotorn 101 eller elmaskinen 110. I en alternativ utföringsform är elmaskinen anordnad uppströms om kopplingen, alternativt nedströms växellådan. Beroende på elmaskinens placering behöver inte samtliga av de nedan beskrivna egenskaperna vara tillämpliga.

T.ex. kan inte ren elmaskindrift erhållas i det fall elmaskinen är anordnad uppströms om kopplingen.

Fordonet kan även vara av en typ med konventionell automatväxellåda, med elmaskinen anordnad uppströms eller nedströms om växellådan.

Såsom är känt för fackmannen finns det ett flertal typer av elmaskiner som är tillämpliga för användning vid hybridfordon, varför elmaskinen 110 kan utgöras av en elmaskin av godtycklig tillämplig typ. I nedanstående exempelbeskrivning utgörs dock elmaskinen av en trefasmotor, varvid effektförsörjningen till elmaskinen 110 består av en trefaseffektförsörjning.

Trefasmotorer kan vara av både s.k. asynkron och synkron typ, där synkronmotorn har fördelen att en exakt varvtalsbestämning 10 15 20 25 30 537307 kan utföras. Vid fordonstillämpningar är det av naturliga skäl önskvärt att drivhjulens, och därmed elmaskinens, rotationsvarvtal kan varieras utöver den variation som kan erhållas genom sedvanlig växling medelst växellådan, varför även elmaskinen vanligtvis måste kunna varvtalsstyras.

Rotationshastigheten styrs, för en elmaskin i allmänhet, av frekvensen för den matningsspänning med vilken motorn effektförsörjs, där elmaskinens hastighet är direkt proportionell mot denna frekvens. Hastighetsstyrning av en elmaskin erfordrar således att den till motorn matade spänningen kan varieras. I fallet med en växelströmsmotor innebär detta att den matande AC-spänningens frekvens måste kunna varieras.

Den i fig. 1 visade motorn 110 effektförsörjs därför med en trefaseffektförsörjning med variabel frekvens, vilken alstras genom användning av en kraftelektronikenhet 117.

Kraftelektronikenhet 117 arbetar mot ett energilager 118, såsom t.ex. ett eller flera batterier, superkondensatorer etc.

Energilagret kan vara anordnat att laddas på flera olika sätt, t.ex. genom regenerativ bromsning med hjälp av elmaskinen 110 och/eller via ”plug-in” till en extern kraftkälla, såsom ett konventionellt elnät.

Den i figuren visade kraftelektronikenheten 117 kan vara av en typ som är vanligt förekommande i hybridfordon och beskrivs därför inte närmare här. Allmänt kan dock sägas att kraftelektronikenheten 117, i fallet med en växelströmsmotor, omvandlar energilagrets 118 likspänning till en växelspänning.

Omvandlingen utförs med hjälp av en omvandlaranordning, vilken t.ex. kan innefatta ett flertal IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor)-transistorer, vilka med hjälp av tillämplig switchning kan tillhandahålla en trefasspänning av önskad och 10 15 20 25 30 537 307 variabel amplitud och frekvens för drivning av elmaskinen 110 och därmed fordonets drivhjul 113, 114.

På detta sätt kan elmaskinen 110 användas för framdrivning av fordonet 100 vid fordonshastigheter från noll till maxhastighet, eller en lägre hastighet, beroende på elmaskinens storlek, genom styrning av den till motorn 106 tillförda frekvensen från 0 Hz till en frekvens som resulterar i fordonets (eller, vid samarbete med förbränningsmotorn, dennes) topphastighet. När det gäller tunga fordon erfordras dock i dagsläget en mycket stor batterikapacitet, och därmed ett mycket tungt batteri, för att fordonet ska kunna framföras längre sträckor vid enbart elmaskindrift. Av denna anledning används elmaskinen 110 vanligtvis endast för framdrivning vid vissa situationer, varav åtminstone några kommer att beskrivas nedan.

Vidare består styrsystem i moderna fordon vanligtvis av ett kommunikationsbussystem bestående av en eller flera kommunikationsbussar för att sammankoppla ett antal elektroniska styrenheter (ECU:er), eller controllers, och olika på fordonet lokaliserade komponenter. Ett dylikt styrsystem kan innefatta ett stort antal styrenheter, och ansvaret för en specifik funktion kan vara uppdelat på fler än en styrenhet.

För enkelhetens skull visas i fig. la, förutom den redan nämnda styrenheten 116, endast fyra ytterligare elektroniska styrenheter 115, 119, 126, 127.

Styrenheten 119 styr, i denna utföringsform, motorn 101, medan styrenheten 116 styr koppling 106 respektive växellåda 103 (två eller flera av motor, växellåda och koppling kan alternativt vara anordnade att styras av en och samma styrenhet, eller andra, icke-visade styrenheter). Styrenheten 10 15 20 25 30 537 307 115 styr elmaskin/kraftelektronikenhet/energilager.

Styrenheterna 115-116, 119 kan kommunicera med varandra via nämnda kommunikationsbussystem, vilket indikeras med streck mellan styrenheterna i figuren.

Styrenheten 126 styr fordonets RTI (Road Transport Informatics) -system, vilket styr funktioner såsom trafikinformation och fordonsnavigation. I föreliggande exempel ansvarar styrenheten 126 även för att i föreliggande exempelutföringsform presentera hybriddelens bränslebesparing för fordonets ägare. RTI-styrenheten ansvarar normalt för fordonets kommunikation med t.ex. en fleet management portal, varvid data kan överföras till nämnda fleet management portal för utvärdering av fordonets ägare.

Styrenheten 127 styr visning av data på de i förarhytten förekommande instrumenten, vilka, förutom sedvanliga visarinstrument ofta innefattar en eller flera displayer. Med hjälp av styrenheten 127 kan data avseende bränsleförbrukning visas på dessa en eller flera displayer, alternativt en för ändamålet specifikt avsedd display, för presentation av bränsleförbrukningsdata för fordonets förare.

Styrenheter av den visade typen är normalt anordnade att ta emot sensorsignaler från olika delar av fordonet, t.ex. från växellåda, förbränningsmotor, elmaskin, koppling och/eller andra styrenheter eller komponenter på fordonet. De styrenhetgenererade styrsignalerna är normalt beroende både av signaler från andra styrenheter och signaler från komponenter.

T.ex. kommer styrenhetens 115 styrning av elmaskinen 110/kraftelektroniken 117 etc. t.ex. att bero av information som t.ex. mottas från styrenheterna 119, 126, 127 och/eller 116. 10 10 15 20 25 30 537 307 Styrenheterna är vidare anordnade att avge styrsignaler till olika delar och komponenter av fordonet, såsom t.ex. elmaskin 110 och kraftelektronikenheten 117, för styrning av dessa.

Föreliggande uppfinning kan implementeras i godtycklig av ovanstående styrenheter, eller i någon annan tillämplig styrenhet i fordonets styrsystem. Uppfinningens funktioner kan även vara uppdelade på två eller fler av nämnda eller andra styrenheter.

Styrningen styrs ofta av programmerade instruktioner. Dessa programmerade instruktioner utgörs typiskt av ett datorprogram, vilket när det exekveras i en dator eller styrenhet åstadkommer att datorn/styrenheten utför önskad styrning, såsom förfarandesteg enligt föreliggande uppfinning.

Datorprogrammet utgör vanligtvis datorprogramprodukt 109 lagrad på ett digitalt lagringsmedium 121 (se fig. lb) såsom exempelvis: ROM (Read-Only Memory), PROM (Programmable Read- Only Memory), EPROM (Erasable PROM), Flash-minne, EEPROM (Electrically Erasable PROM), en hårddiskenhet, etc., i eller i förbindelse med styrenheten och som exekveras av styrenheten. Genom att ändra datorprogrammets instruktioner kan således fordonets uppträdande i en specifik situation aflpâSSaS .

En exempelstyrenhet (styrenheten 127) visas schematiskt i fig. lb, varvid styrenheten 115 i sin tur kan innefatta en beräkningsenhet 120, vilken kan utgöras av väsentligen någon lämplig typ av processor eller mikrodator, t.ex. en krets för digital signalbehandling (Digital Signal Processor, DSP), eller en krets med en förutbestämd specifik funktion (Application Specific Integrated Circuit, ASIC).

Beräkningsenheten 120 är förbunden med en minnesenhet 121, vilken tillhandahåller beräkningsenheten 120 t.ex. den lagrade 11 10 15 20 25 30 537307 programkoden 109 och/eller den lagrade data beräkningsenheten 120 behöver för att kunna utföra beräkningar.

Beräkningsenheten 120 är även anordnad att lagra del- eller slutresultat av beräkningar i minnesenheten 121.

Vidare är styrenheten 115 försedd med anordningar 122, 123, 124, 125 för mottagande respektive sändande av in- respektive utsignaler. Dessa in- respektive utsignaler kan innehålla vågformer, pulser, eller andra attribut, vilka av anordningarna 122, 125 för mottagande av insignaler kan detekteras som information och kan omvandlas till signaler, vilka kan behandlas av beräkningsenheten 120. Dessa signaler tillhandahålls sedan beräkningsenheten 120. Anordningarna 123, 124 för sändande av utsignaler är anordnade att omvandla signaler erhållna från beräkningsenheten 120 för skapande av utsignaler genom att t.ex. modulera signalerna, vilka kan överföras till andra delar av fordonets styrsystem och/eller den/de komponenter för vilka signalerna är avsedda. Var och en av anslutningarna till anordningarna för mottagande respektive sändande av in- respektive utsignaler kan utgöras av en eller flera av en kabel; en databuss, såsom en CAN-buss (Controller Area Network bus), en MOST-buss (Media Orientated Systems Transport), eller någon annan busskonfiguration; eller av en trådlös anslutning.

En exempelmetod 300 enligt föreliggande uppfinning visas i fig. 3.

Enligt ovan utgör grundtanken med föreliggande uppfinning att jämföra bränsleförbrukningen för hybridfordonet med den bränsleförbrukning som framförande av samma fordon utan hybriddel, vid framförande längs samma vägsträcka, skulle ha resulterat i. 12 10 15 20 25 30 537307 Metoden 300 börjar i steg 301 där det bestäms om bränsleförbrukningsskillnad ska bestämmas.

Bränsleförbrukningsskillnaden kan t.ex. vara anordnad att utföras med jämna mellanrum, såsom varje sekund, var 5:e sekund eller med annat tillämpligt tidsintervall.

Tidsintervallet kan även vara anordnat att varieras under färd. T.ex. kan bränsleförbrukningsskillnaden bestämmas tätare vid situationer såsom hårda accelerationer, där snabba förändringar av förbränningsmotorns och/eller elmaskinens arbetspunkt sker. Metoden fortsätter från steg 301 till steg 302, där aktuell bränsleförbrukning för hybridfordonet 100 bestäms, vartefter metoden fortsätter till steg 303, där bränsleförbrukning för ett motsvarande konventionellt fordon bestäms. När bränsleförbrukning har bestämts för båda fordon bestäms skillnaden i bränsleförbrukning i steg 304 och presenteras för förare och/eller fordonsägare i steg 305.

Metoden kan sedan återgå till steg 301 för nästa bestämning (tidpunkt/tidsintervall). I stället för att bestämma förbrukning explicit för båda typer av fordon, och sedan skillnaden, såsom i steg 302-304, kan stegen 302-304 utföras i ett enda steg, såsom kommer att exemplifieras med ekvationerna nedan.

Genom att bestämma skillnaden i bränsleförbrukning för ett, bortsett hybriddelen, i princip identiskt fordon, dvs. ett fordon med i övrigt väsentligen identiska essentiella drivlinekomponenter, dvs. förbränningsmotor och företrädesvis även växellåda, kan ett mycket exakt mått på inbesparad bränslemängd, och därmed, med hjälp av information avseende bränslepris, även inbesparad bränslekostnad, erhållas. Således kan fordonets förare, och kanske framförallt fordonets ägare, enligt ovan kan få ett konkret bevis på att det faktiskt inte 13 10 15 20 25 30 537307 bara är miljövänligt, utan även lönsamt att investera i hybridfordon.

Bestämning av skillnaden i bränsleförbrukning kan ske på flera sätt, och nedan exemplifieras ett specifikt beräkningsexempel.

I det visade exemplet exemplifieras uppfinningen vid en förbränningsmotor i form av en dieselmotor, men uppfinningen är tillämplig vid godtyckig förbränningsmotor.

Förutom att bränslebesparing kan beräknas på olika sätt, kan bränsle inbesparas med hjälp av hybridsystemet vid ett flertal olika situationer. Exempel på dylika situationer exemplifieras nedan. Det ska dock förstås att bränsleinbesparing vid de olika situationerna kan variera stort från situation till situation. Vidare ska det förstås att samtidigt som det finns ett värde i att presentera den sammantagna bränslebesparingen för samtliga bränsleinbesparande situationer kan det också finnas ett värde i att endast presentera bränsleinbesparing för en eller en delmängd av de nedan beskrivna situationerna.

I en exempelutföringsform bestäms bara den besparing som utförs vid situationer när förbränningsmotorns vridmoment överstiger ett förutbestämt värde, då enbart denna bestämning kan ge en god indikation på inbesparat bränsle. Enligt en alternativ utföringsform används en kombination av t.ex. samtliga nedanstående exemplifierade beräkningsgrunder.

Såsom nämnts ovan sitter elmaskinen på växellådans ingående axel, varvid förbränningsmotorn och elmaskinen kan driva fordonets drivhjul antingen var för sig eller tillsammans. När elmaskinen hjälper förbränningsmotorn med framdrivningen av fordonet minskar förbränningsmotorns bränslebehov.

I fig. 2 visas ett diagram 200 som åskådliggör ett exempel på hur bränsleförbrukningen för en exempelmotor kan variera med motorvarvtal och avgivet vridmoment T. Bränsleförbrukningen 14 10 l5 20 25 30 537 307 visas som bränsleflöde i liter/timme. Såsom kan ses i figuren är avstånden mellan bränsleflödeskurvorna i stora delar av figuren konstant, eller väsentligen konstant, i synnerhet vid betraktelse av motoreffektförändringar vid ett visst varvtal.

Detta betyder att förbränningsmotorns bränsleförbrukning varierar i princip linjärt med avgiven motoreffekt (och därmed även linjärt med vridmomentförändringar). Således är förbränningsmotorns verkningsgrad (väsentligen) konstant inom stora delar av förbränningsmotorns arbetsområde.

Antag t.ex. att förbränningsmotorn arbetar i punkten a, dvs. avger en motoreffekt (nedan används vridmoment, men motoreffekt skulle dock likaväl kunna användas, eftersom vridmoment och effekt är kopplande till varandra genom ett enkelt och välkänt matematiskt samband. I bifogade patentkrav används termen drivkraft för att representera avgivet vridmoment eller avgiven effekt) Ta vid varvtalet nl. Om nu elmaskinen påför ett vridmoment Tb kommer det av förbränningsmotorn avgivna vridmomentet sjunka till Ta-Tb=TC (punkt c) (om samma drivkraft ska erhållas som vore fallet utan förekomst av hybriddel). Eftersom förbränningsmotorns bränsleförbrukning är linjär mot effekten, dvs. verkningsgraden vid punkten c är densamma som vid punkten a (bränsleflödet per utvecklad kilowattimme/newtonmeter är detsamma) kommer den med hjälp av elmaskinen erhållna bränslebesparingen att vara direkt proportionell (linjär) mot det vridmoment (den effekt) som elmaskinen bidrar med. Dvs. så länge som om verkningsgraden är densamma kommer insprutad bränslemängd att vara linjär mot avgivet vridmoment. Om det av förbränningsmotorns förbränning genererade vridmomentet minskas till hälften betyder detta också att insprutat bränsle minskat till hälften. Verkningsgraden för en förbränningsmotor är vanligtvis väsentligen konstant vid ett och samma varvtal, 15 10 15 20 25 537 307 och i sådana fall kan det med hjälp av hybriddelen inbesparade bränslet kan estimeras med: ElMotorTorqueQz) x FuelSaved = z FuelRate(n) x ” LbqfineYbrque(n) A: (l) ekv. (1) Denna ekvation är skriven som en summa, där uträkning sker för ett antal mätpunkter/-perioder (n) med varaktigheten At, där At, enligt ovan kan variera i längd beroende på aktuell körsituation.

I ekv. (l) utgör: PheüMvai=sparat bränsle, utryckt i liter, ackumulerat under den tid t som beräkningen pågått.

PheH%ndfl)= aktuell bränsleförbrukning vid mättillfället, t.ex. uttryckt i liter/sekund. Bränsleförbrukning kan t.ex. bestämmas med hjälp av en modell av förbränningsmotorn, vilken kan finnas lagrad i fordonets styrsystem som ett matematiskt uttryck eller i tabellform, varvid aktuella motorstyrningsparametrar kan användas för att bestämma F uelRate(n) .

Ehgmeflmqudfl) utgör förbränningsmotorns vridmoment för en specifik mätpunkt/-period (n).

Eflwbmrfiuqudfl) utgör elmaskinens vridmoment för en specifik mätpunkt/-period (n) .

Ekvationen kan naturligtvis även skrivas som en integral, likaså kan vridmoment utbytas mot avgiven effekt eller annan lämplig enhet som representerar avgiven drivkraft. Ekv. (1) skulle således även kunna skrivas som: 16 lO l5 20 25 537 307 Elmotor Pr opelPow(n) X F uelSaved = Z" F uelRate(n) x At (l) lÜqfinePr0pehP0m(n) Där PropelPow (Propelling Power) representerar drivkraft.

Eftersom förbränningsmotorns bränsleförbrukning är, eller med god noggrannhet kan antas vara linjär mot aktuellt vridmoment vid situationer enligt ovan, blir besparingen under intervallet At således lika med elmaskinens bidrag i förhållande till förbränningsmotorns bidrag. Om elmaskinen avger samma vridmoment som förbränningsmotorn blir således besparingen lika stor som förbränningsmotorns aktuella bränsleförbrukning. Till exempel, om elmaskinens bidrag är 25% av det vridmoment förbränningsmotorn skulle ha haft utan förekomst av elmaskin, blir bränslebesparingen således l/3 av Q25 aktuell förbrukning (--- . (1- 0,25) Den i ekv. (1) visade metoden för att beräkna bränslebesparing kan användas så länge som förbränningsmotorns vridmoment är det samma, eller väsentligen detsamma i den arbetspunkt som förbränningsmotorn skulle arbeta vid utan bidrag från elmaskinen, t.ex. punkten a ovan, respektive den arbetspunkt förbränningsmotorn arbetar vid med bidrag från elmaskinen (t.ex. punkt c ovan). Beroende på hur noggrann bestämning som önskas kan förbränningsmotorns verkningsgradskillnad mellan punkterna a och c t.ex. tillåtas avvika med något av önskad noggrannhet styrt värde, t.ex. %, dvs. bränsleförbrukningen behöver inte vara helt linjär mot förbränningsmotorns effekt.

Det i fig. 2 visade diagrammet kan t.ex. finnas lagrat, på tillämpligt sätt, t.ex. som värden för olika (effekt) vridmoment/varvtal-kombinationer, i fordonets styrsystem, varvid vid varje tillfälle (n) det kan bestämmas med hjälp av nämnda lagrade data om ekv. (1) är tillämplig för användning 17 10 15 20 25 537307 vid beräkningen för att önskad noggrannhet ska erhållas. T.ex. kan det finnas vissa delar av förbränningsmotorns arbetsområde där tillämpning av ekv. (1) inte är tillämplig.

Vidare tas endast positiva elmaskinvridmoment med i beräkningen vid användning av ekv. (1). Vid negativa elmaskinvridmoment sätts EWMbwrfl¶que=O. Vidare utförs beräkning enligt ekv. (1) företrädesvis endast när förbränningsmotorn avger ett positivt drivlinevridmoment. Även om förbränningsmotorns förbränning avger ett positivt vridmoment kan, p.g.a. motorfriktion och andra förluster, detta fortfarande medföra att vridmomenttillskottet till drivlinan är negativt, dvs. motorbromsning pågår. I detta fall är inte besparing enligt ekv. (1) relevant.

Vidare kan ekv. (1) vara anordnad att endast användas när förbränningsmotorns vridmoment, Eflgndfiwque, eller det av förbränningsmotorns svänghjul avgivna vridmomentet, är större än ett förbestämt tröskelvärde. Detta t.ex. beroende på att förbränningsmotorns verkningsgrad vid låga vridmoment kan vara jämförelsevis låg, varför ytterligare kompensation enligt nedan kan erfordras.

Punkter där Ehgmefiwque är mindre än tröskelvärdet sätts till O. Samtidigt kan alltså annat beräkningssätt användas vid dylika situationer, varav åtminstone några exemplifieras nedan.

I en utföringsform används det visade beräkningssättet även vid rent elektrisk körning, dock måste i detta fall effekt användas eftersom förbränningsmotor och elmaskin kommer att arbeta vid olika varvtal, och vridmomentjämförelse därmed inte kan användas. 18 10 15 20 25 30 537307 Dessutom arbetar i detta fall arbetar vanligtvis förbränningsmotorn på tomgång, varvid förbränningsmotorns arbetspunkt ofta ligger i en arbetspunkt med sämre verkningsgrad. Beroende på var förbränningsmotorn skulle ha arbetat utan bidrag från elmaskinen kan därför noggrannheten försämras vid denna situation. Om förbränningsmotorn skulle ha arbetat vid en arbetspunkt med högre verkningsgrad kommer ekvationen inte stämma exakt (dvs. det råder en verkningsgradsskillnad för förbränningsmotorn mellan arbetspunkterna), varför en kompensationsfaktor vid behov kan användas. T.ex. kan det framräknade värdet kompenseras med kn. d _ .

Bi-¥gE-Å för att ta hänsyn till att besparingen inte är exakt \æflm¿yude så stor som det enligt ekvationen erhållna värdet. Även andra typer av omräkningsfaktorer kan naturligtvis användas.

Fordonet kan även framföras rent elektriskt utan att förbränningsmotorn är igång. I detta fall blir besparingen den förbrukning som förbränningsmotorn skulle ha haft vid aktuellt varvtal och elmaskineffekt/vridmoment.

Resultatet av den i ekv. (l) erhållna summan kan summeras i en parameter vilken företrädesvis inte nollställs under lastbilens livslängd. Detta medför att totalt hittills inbesparat bränsle kan presenteras för föraren och/eller fordonsägaren. Resultatet kan även sparas i en parameter representerande t.ex. pågående färd för att kunna jämföra inbesparingar för flera på varandra följande färder längs samma sträcka.

Vidare kan fordonet förses med aktuella drivmedelskostnader, t.ex. genom att fordonets förare vid tankning inmatar aktuellt drivmedelspris. Med kännedom om drivmedelspriset kan inte bara besparing i antal liter bränsle visas, utan även inbesparing i 19 lO 15 20 25 537 307 ekonomiska termer. Istället för att fordonsföraren inmatar bränslepriset kan detta t.ex. erhållas via någon lämplig trådlös länk, såsom t.ex. med hjälp av RTI-systemet.

Ytterligare ett exempel på en situation där drivlinans hybriddel kan medföra en bränslebesparing är vid start från stillastående.

Vid start från stillastående uppstår, jämfört med vid start med det konventionella fordonet, en bränslebesparing beroende på två faktorer. Den första faktorn utgörs av uteblivna energiförluster vid kopplingsslip. Kopplingen stängs normalt vid start till en position där kopplingen är så pass stängd att den klarar av att överföra det vridmoment som motorn maximalt kan avge vid tomgångsvarvtal. Denna kopplingsposition bibehålls sedan till dess att växellådans ingående axel når motorns tomgångsvarvtal, varvid kopplingen stängs helt. Detta kopplingsslip medför energiförluster i form av friktionsvärme.

Den andra faktorn beror på att elmaskinen kan användas för start av fordonet, varvid fordonet kan startas helt elektriskt utan att förbränningsmotorn behöver vara startad.

Den besparing som uppnås på grund av minskat kopplingsslip kan då beräknas enligt följande: EngineSpeed (n) - ElMotorSpeed (n) SlípLoss(n) = 60 x 211 x ElMot0rTorque(n) (W) ekv (2).

Detta värde används sedan i ekvationen: F uelSaved = z" SlípLoss(n) x ErgyZFueIFactX At (l) e kv . ( 3 ) där EQ§QFudFmI är en omvandlingsfaktor som används för att på ett korrekt sätt kunna jämföra vad energi uttagen från 20 lO 15 20 25 30 537 307 batteriet motsvaras av i bränsle. Det visade beräkningssättet blir något generaliserat då förbränningsmotorn inte har samma verkningsgrad i alla driftspunkter, och då start med förbränningsmotor kan medföra start vid olika driftspunkter.

Praktiska prov har dock visat att trots generaliseringen erhålls mycket god noggrannhet över tiden.

Ytterligare en situation där en stor besparing kan utföras är när förbränningsmotorn stängs av vid stopp.

I detta fall bestäms helt enkelt summan av förbränningsmotorns normala tomgångsförbrukning, Pheümuddk, för de tidsintervall den normalt skulle ha varit igång, dvs.

F uelSavedIdle = Z F uelRateIdle x At (l) .

Det kan vara fördelaktigt att särredovisa detta värde, då en ekonomiskt sinnad förare av ett konventionellt fordon faktiskt kan stänga av förbränningsmotorn självmant vid längre kortare och/eller längre stopp, varvid den faktiska besparingen kan vara lägre än den beräknade. Ännu en situation som medför bränslebesparing, om än i relativt små mängder, såsom t.ex. 5 Wh per start, utgör förbränningsmotorstart med elmaskinen. I en parallellhybrid kan elmaskinen användas istället för sedvanlig startmotor för start av förbränningsmotorn. Detta innebär att det uppstår en besparing när energin tas från inbromsad energi, och ingen generator behöver belasta förbränningsmotorn för laddning av ett vanligt startbatteri.

Hittills har endast bränslebesparande åtgärder redovisats. Det existerar dock även situationer där drivlinans hybriddel ger upphov till energiförluster. Den största förlusten uppstår när batterierna laddas från positivt förbränningsmotormoment.

Energilagret kan, för att erhålla en lång livslängd, t.ex. 21 10 15 20 25 537 307 utnyttjas endast inom ett visst intervall av energilagrets totala kapacitet, såsom t.ex. inom 40-60% av fullt uppladdat batteri. Detta innebär att om laddningsnivàn blir för låg, t.ex. sjunker till 35%, måste batteriet laddas med hjälp av förbränningsmotorn. Detta åstadkoms genom att belasta förbränningsmotorn med elmaskinen, varvid den ökade belastningen ger upphov till en ökad bränsleförbrukning.

Denna ökade bränsleförbrukning kan beräknas som: - ElMotorT0rque(n) x At ekv. (4) EhgfineIbrque(n) F uelLost = Z F uelRate(n) x Det finns även ytterligare faktorer som kan ge upphov till energiförluster för hybridfordonet.

T.ex. kan fläkt- och pumpfunktioner erfordras av drivlinans hybriddel (t.ex. för kylning av elmaskin/energilager), vilket leder till elektriska förluster från fordonets konventionella elsystem (vanligtvis ett 24V system i tunga fordon).

Denna energiförlust kan kompenseras för vid positiva förbränningsmotorvridmoment (vid ”negativa” förbränningsmotorvridmomentbehov kan laddning ske utan kostnad genom bromsning med hjälp av elmaskinen). De effektförbrukningar som uppstår vid drift av dylika aggregat kan beräknas på konventionella och kända sätt. Den totala effektförbrukningen från dessa aggregat kan sedan omräknas till ett motsvarande förbränningsmotorvridmoment genom division med 2*n*EngineSpeed , där EngineSpeed utgör förbränningsmotorns varvtal. Bränsleförlusterna kan sedan beräknas med hjälp av ekv. (l) ovan, där Eflwbwrfiwqudfl) ersätts med det framräknade vridmomentet. 22 10 15 20 25 30 537307 Även det extra rullmotstånd som uppstår på grund av hybridfordonets ökade vikt bör tas hänsyn till. Rullmotståndet kan också omräknas till en effekt på känt sätt, och summeras med aggregatförlusterna ovan vid användning av ekv. (l) ovan.

Den ökade vikten pga. drivlinas hybriddel (vikten variera från fordon till fordon, och beroende på energilagerkapacitet, men kan i ett exempel utgöras av ca 200 kg) medför även en ökad energiåtgång vid acceleration, och vid körning i uppförslutningar. Så länge som ingen aktiv bromsning sker finns dock denna energi lagrad som extra rörelseenergi, vilken kan utnyttjas i t.ex. utförslutningar för att accelerera fordonet, eller för att ladda energilagret med hjälp av elmaskinen. Om den upplagrade rörelseenergin däremot bromsas bort kan hänsyn tas även till dessa förluster.

Ytterligare en aspekt som kan tas med i beräkningen är att vid hybridfordon kan elmaskinen användas för att flytta förbränningsmotorns arbetspunkt för att förbättra emissionsegenskaper. Detta sparar i vissa fall bränsle jämfört med om man använt traditionella metoder. Ett exempel är att diesel ofta används för att bränna rent partikelfilter. Genom att flytta förbränningsmotorns arbetspunkt kan avgastemperaturerna höjas utan att diesel behöver användas för att bränna rent partikelfiltret. I detta fall kan den mängd diesel som normalt hade åtgått till att bränna rent filtret adderas till det ovanstående.

Varje enskild emissionsstrategi får en egen beräkningsalgoritm för sparat bränsle.

Sammantaget kan alltså en mycket god estimering av total bränslebesparing för hybridfordonet bestämmas och presenteras för fordonets förare på tillämpligt sätt, t.ex. via en display enligt ovan. 23 10 15 20 25 537 307 T.ex. kan bränslebesparing visas som bränsle sparat under aktuell färd, genomsnittlig bränslebesparing per timme eller distans, totalt sparat bränsle sedan nollställning.

Företrädesvis kan föraren nollställa tripdata på sedvanligt sätt. I styrenheten nollställs dock inte parametrarna, utan fordonets färddator bestämmer endast nya referenspunkter vid nollställning.

Beräknade parametrar kan enligt ovan även skickas till t.ex. en fleet management portal, varvid fordonets ägare kan följa upp inbesparat bränsle. Vidare kan statistik beräknas över vilka sträckor, vilken/Vilka förare, typ av körning där hybridsystemet kommer mest till sin fördel, och därmed snabbast sparar in den ökade inköpskostnaden.

Uppfinningen har hittills beskrivits i anknytning till ett parallellhybridsystem. Uppfinningen är dock tillämplig även vid andra typer av hybridsystem, så länge som en förbränningsmotor förekommer, och så länge som bränsleförbrukning jämförs med ett fordon försett med en väsentligen identisk förbränningsmotor.

Såsom nämnts ovan ska det noteras att en med startmotor/generator försedd förbränningsmotor, som i övrigt är likadan som hybridfordonets förbränningsmotor, i detta sammanhang anses vara identisk med hybridfordonets förbränningsmotor. Detsamma gäller dylika andra små förändringar som kan erfordras av hybridsystemet.

Förbränningsmotorn ska dock vara likadan med avseende på cylindervolym etc. för att betraktas som likadan enligt föreliggande uppfinning. 24

Claims (19)

10 15 20 25 30 537307 P A T E N T K R A V

1. Metod för att jämföra en bränsleförbrukning för ett första fordon med ett andra fordon, varvid nämnda första fordon innefattar en första energiomvandlare bestående av en förbränningsmotor för generering av en första framdrivningskraft för framdrivning av nämnda första fordon, och åtminstone en andra energiomvandlare bestående av en första elmaskin för generering av en andra framdrivningskraft för framdrivning av nämnda fordon, varvid metoden innefattar att, för en första tidpunkt där nämnda första och andra fordon framförs på samma sätt: - med hjälp av bestämningsorgan bestämma en skillnad i bränsleförbrukning mellan nämnda första fordon och nämnda andra fordon, varvid elmaskinens drivkraftbidrag vid nämnda första tidpunkt jämförs med förbränningsmotorns drivkraftbidrag vid nämnda första tidpunkt, och varvid nämnda skillnad i bränsleförbrukning mellan nämnda första fordon och nämnda andra fordon bestäms åtminstone delvis baserat på nämnda jämförelse, varvid nämnda andra fordon innefattar endast en energiomvandlare för generering av drivkraft för framdrivning av nämnda andra fordon, och varvid nämnda energiomvandlare vid nämnda andra fordon utgör en med nämnda första förbränningsmotor väsentligen identisk förbränningsmotor, och varvid nämnda första fordon och andra fordon innefattar väsentligen identisk växellåda, och varvid vid nämnda första fordon nämnda första elmaskin är anordnad mellan nämnda förbränningsmotor och nämnda växellåda.

2. Metod enligt krav l, varvid nämnda första och andra fordon innefattar en respektive drivlina med väsentligen identisk drivlineutväxling. 25 lO 15 20 25 537 307

3. Metod enligt något av kraven 1-2, varvid nämnda bestämning utförs åtminstone delvis baserat på en av nämnda elmaskin avgiven drivkraft.

4. Metod enligt något av kraven 1-3, varvid metoden innefattar att åtminstone jämföra en av elmaskinen avgiven drivkraft med en av förbränningsmotorn avgiven drivkraft, varvid en skillnad i bränsleförbrukning bestäms baserat på nämnda av nämnda elmaskin och förbränningsmotor avgivna drivkraft och förbränningsmotorns förbrukning vid aktuell drivkraft.

5. Metod enligt krav 4, varvid nämnda skillnad i bränsleförbrukning för en given tidpunkt/tidsintervall bestäms med hjälp av en ekvation ekvivalent med: Elmotor Pr opelP0w(n) F uelSaved = FuelRate x x At (l) , Engine Pr 0pelPow(n) där PropelPow (Propelling Power) representerar drivkraft.

6. Metod enligt krav 4 eller 5, varvid, om verkningsgraden för nämnda förbränningsmotor vid nämnda första fordon, vid drivkraftbidrag från nämnda elmaskin, skiljer sig från verkningsgraden för förbränningsmotorn vid nämnda andra fordon med mer än ett första värde, en kompensationsfaktor används vid nämnda bestämning av en skillnad i bränsleförbrukning, och varvid nämnda kompensationsfaktor beror av nämnda skillnad i verkningsgrad.

7. Metod enligt något av föregående krav, varvid nämnda skillnad i bränsleförbrukning endast bestäms vid tidpunkter med energiuttag ur ett med nämnda elmaskin förbundet energilager.

8. Metod enligt något av föregående krav, varvid nämnda bestämda skillnad i bränsleförbrukning kombineras med en 26 10 15 20 25 30 537 307 bränslekostnad för erhållande av ett ekonomiskt mått på nämnda skillnad i bränsleförbrukning.

9. Metod enligt något av föregående krav, varvid nämnda bestämning utförs för ett antal på varandra följande tidpunkter, varvid nämnda bestämda skillnad i bränsleförbrukning ackumuleras i åtminstone en parameter.

10. Metod enligt något av föregående krav, varvid nämnda bestämning utförs för ett antal på varandra följande tidpunkter, varvid nämnda bestämda skillnad ackumuleras i ett flertal parametrar, där respektive parameter representerar en typ av situation.

11. ll. Metod enligt något av kraven 9-lO, varvid nämnda en eller flera ackumulerade skillnader i bränsleförbrukning ackumuleras för ett flertal på varandra följande fordonsfärder med nämnda fordon.

12. l2. Metod enligt något av föregående krav, varvid nämnda bestämda skillnad i bränsleförbrukning presenteras för fordonets förare via en display.

13. Metod enligt något av föregående krav, varvid nämnda metod utförs i nämnda första fordon, och varvid nämnda andra fordon representeras av summan av drivkraftbidraget från nämnda förbränningsmotor vid nämnda första fordon och drivkraftbidraget från nämnda elmaskin.

14. Metod enligt något av föregående krav, varvid vid nämnda bestämning av skillnad i bränsleförbrukning bestämning av skillnad i bränsleförbrukning utförs för en eller flera ur gruppen: - fordonsstart med hjälp av elmaskin, - avstängning av förbränningsmotor vid stillastående, - ökad bränsleförbrukning vid laddning av energilager. 27 10 15 20 25 30 537 307

15. Metod enligt något av föregående krav, varvid den vidare innefattar att utföra nämnda bestämning under färd med nämnda fordon.

16. Datorprogram innefattande programkod, vilket när nämnda programkod exekveras i en dator åstadkommer att nämnda dator utför metoden enligt något av patentkraven 1-15.

17. Datorprogramprodukt innefattande ett datorläsbart medium och ett datorprogram enligt patentkrav 16, varvid nämnda datorprogram är innefattat i nämnda datorläsbara medium.

18. System för att jämföra en bränsleförbrukning för ett första fordon med ett andra fordon, varvid nämnda första fordon innefattar en första energiomvandlare bestående av en förbränningsmotor för generering av en första framdrivningskraft för framdrivning av nämnda första fordon, och åtminstone en andra energiomvandlare bestående av en första elmaskin för generering av en andra framdrivningskraft för framdrivning av nämnda fordon, kännetecknat av att systemet innefattar bestämningsorgan för att, för en första tidpunkt där nämnda första och andra fordon framförs på samma sätt: - bestämma en skillnad i bränsleförbrukning mellan nämnda första fordon och nämnda andra fordon, varvid elmaskinens drivkraftbidrag vid nämnda första tidpunkt jämförs med förbränningsmotorns drivkraftbidrag vid nämnda första tidpunkt, och varvid nämnda skillnad i bränsleförbrukning mellan nämnda första fordon och nämnda andra fordon bestäms åtminstone delvis baserat på nämnda jämförelse, varvid nämnda andra fordon innefattar endast en energiomvandlare för generering av drivkraft för framdrivning av nämnda andra fordon, och varvid nämnda energiomvandlare vid nämnda andra fordon utgör en med nämnda första förbränningsmotor 28 537 307 väsentligen identisk förbränningsmotor, och varvid nämnda första fordon och andra fordon innefattar väsentligen identisk växellåda, och varvid vid nämnda första fordon nämnda första elmaskin är anordnad mellan nämnda förbränningsmotor och nämnda växellåda.

19. Fordon, kännetecknat av att det innefattar ett system enligt krav 18. 29