AT525534A4

AT525534A4 - Optimierungsverfahren für eine Optimierung einer Kontrolle eines Antriebssystems

Info

Publication number: AT525534A4
Application number: ATA51048/2021A
Authority: AT
Inventors: Huber Dr Techn Martin; Pell Dipl -Ing Johannes; Bayer Msc Felix
Original assignee: Avl List Gmbh
Priority date: 2021-12-28
Filing date: 2021-12-28
Publication date: 2023-05-15
Also published as: DE102022134810B4; AT525534B1; DE102022134810A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Optimierungsverfahren für eine Optimierung einer Kontrolle eines Antriebssystems (100) mit einer elektrischen Antriebsvorrichtung (110) und einer Batterievorrichtung (120) sowie einem Brennstoffzellensystem (130) zur Versorgung der elektrischen Antriebsvorrichtung (110) mit elektrischer Antriebsleistung zum Antrieb eines Fahrzeugs, wobei die folgenden Schritte vorgesehen sind: - Erfassen von wenigstens einem Routenparameter (RP) einer für das Fahrzeug vorgegeben Route (R), - Vorgeben einer Optimierungsaufgabe (OA) für eine Optimierung von Kontrollparametern (KP) für die Kontrolle des Antriebssystems (100) beim Antrieb des Fahrzeugs entlang der Route (R), - Aufteilen der Optimierungsaufgabe (OA) auf wenigstens zwei Sub-Optimierungsaufgaben (SOA) jeweils für ein Subsystem (102) des Antriebssystems (100), - Bestimmen einer ersten Sub-Prädiktion (SP) zu einem ersten Zeitpunkt als Lösung für jede Sub-Optimierungsaufgabe (SOA) für einen Sub-Prädiktionshorizont (SPH), - Vorgeben der ersten Sub-Prädiktionen (SP) als Kontrollvorgabe (KV) für die Kontrolle des Antriebssystems (100), - Bestimmen wenigstens einer weiteren Sub-Prädiktion (SP) zu einem weiteren Zeitpunkt als Lösung für jede Sub-Optimierungsaufgabe (SOA) für einen weiteren Sub-Prädiktionshorizont (SPH) unter Verwendung wenigster einer der ersten Sub-Prädiktionen (SP) als Rahmenbedingung, - Vorgeben der weiteren Sub-Prädiktion (SP) als Kontrollvorgabe (KV) für die Kontrolle des Antriebssystems (100).

Description

Optimierungsverfahren für eine Optimierung einer Kontrolle eines Antriebssys-

tems

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Optimierungsverfahren für eine Optimierung einer Kontrolle eines Antriebssystems, ein Kontrollverfahren für die Kontrolle eines Antriebssystems, ein Computerprogrammprodukt zur Durchführung eines Optimierungsverfahrens oder eines Kontrollverfahrens sowie eine Optimierungsvorrichtung

zur Durchführung eines Optimierungsverfahrens.

Es ist bekannt, dass für den Betrieb von Fahrzeugen Antriebssysteme eingesetzt werden, welche eine Kombination unterschiedlicher Energiequellen aufweisen. Ist das Fahrzeug mit einem Antriebssystem mit einer elektrischen Antriebsvorrichtung, also mit einem oder mehreren Elektromotoren, ausgestattet, so können auch unterschiedliche elektrische Energiequellen vorgesehen sein. Auch ist es bekannt, dass solche Energiequellen eine Kombination aus einer Batterievorrichtung und beispielsweise einem Brennstoffzellensystem aufweisen. Bei den bekannten Vorrichtungen ist es daher notwendig, eine Kontrolle durchzuführen, zu welchem Zeitpunkt wieviel elektrische Energie aus der Batterievorrichtung und wie viel elektrische Energie aus dem Brennstoffzellensystem für die Erfüllung einer Leistungsanforderung der elektrischen Antriebsvorrichtung zur Verfügung gestellt wird. Dabei wird bei bekannten Kontrollverfahren versucht, einen möglichst effizienten Betrieb zu gewährleisten, also einen möglichst hohen Energieanteil in tatsächliche Fahrleistung umzusetzen und die Verluste gering zu halten. Daher ist es ebenfalls bereits bekannt, dass solche Kontrollvorrichtungen prädiktiv optimiert werden, um insbesondere die Betriebsweisen

des gesamten Antriebssystems so effizient wie möglich zu gestalten.

Nachteilhaft bei den bekannten Lösungen ist es, dass die Optimierung aus Effizienzgesichtspunkten sehr rechenintensiv ist. Vor allem aufgrund der Tatsache, dass solche Antriebssysteme für Fahrzeuge sehr komplex sind, insbesondere eine Vielzahl von sich gegenseitig beeinflussenden Parametern aufweisen, ist eine hohe Rechenintensität notwendig. So spielen die Ein- und Ausschaltsituation von Nebenverbrauchern, das Temperiermanagement für die einzelnen Bestandteile des Antriebssystems, die Leistungsdaten der Batterievorrichtung, aber auch die Leistungsdaten des Brennstoffzellensystems, eine wesentliche Rolle, in welcher Weise und wie effizient

die Energie vom elektrischen Antriebssystem zur Verfügung gestellt werden kann.

Betrieb des Antriebssystems mit sich.

Eine echte Inline-Optimierung ist bisher durch die dafür benötigte Rechenkapazität für die damit einhergehende benötigte Komplexität für die Optimierung des gesamten Antriebssystems begrenzt. Eine bisherige Optimierung war daher entweder über-

haupt nicht möglich oder nur in sehr begrenzten Umfang in Echtzeit durchführbar.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die voranstehend beschriebenen Nachteile zumindest teilweise zu beheben. Insbesondere ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, in kostengünstiger und einfacher Weise eine echtzeitfähige Optimierung während des Betriebs des Fahrzeugs entlang einer geplanten Route für das Fahr-

zeug zur Verfügung zu stellen.

Die voranstehende Aufgabe wird gelöst, durch ein Optimierungsverfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1, ein Kontrollverfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 11, ein Computerprogrammprodukt mit den Merkmalen des Anspruchs 12 und eine Optimierungsvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 13. Weitere Merkmale und Details der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen. Dabei gelten Merkmale und Details, die im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Optimierungsverfahren beschrieben sind, selbstverständlich auch im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Kontrollverfahren, dem erfindungsgemäßen Computerprogrammprodukt sowie der erfindungsgemäßen Optimierungsvorrichtung und jeweils umgekehrt, sodass bezüglich der Offenbarung zu den einzelnen Erfindungsaspekten stets wechselseitig Bezug genom-

men wird beziehungsweise werden kann.

Erfindungsgemäß dient ein Optimierungsverfahren einer Optimierung einer Kontrolle

eines Antriebssystems mit einer elektrischen Antriebsvorrichtung und einer Batterie-

vorrichtung sowie einem Brennstoffzellensystem zur Versorgung der elektrischen An-

triebsvorrichtung mit elektrischer Antriebsleistung zum Antrieb eines Fahrzeugs. Ein

solches Optimierungsverfahren weist die folgenden Schritte auf:

— Erfassen von wenigstens einem Routenparameter einer für das Fahrzeug

vorgegebenen Route,

— Vorgeben einer Optimierungsaufgabe für eine Optimierung von Kontrollparametern für die Kontrolle des Antriebssystems beim Antrieb des Fahr-

zeugs entlang der Route,

— Aufteilen der Optimierungsaufgabe auf wenigstens zwei SubOptimierungsaufgaben, jeweils für ein Subsystem des Antriebssystems,

— Bestimmen einer ersten Sub-Prädiktion zu einem ersten Zeitpunkt als Lö-

sung für jede Sub-Optimierungsaufgabe für einen Sub-Prädiktionshorizont,

— Vorgeben der ersten Sub-Prädiktionen als Kontrollvorgabe für die Kontrolle

des Antriebssystems,

— Bestimmen wenigstens einer weiteren Sub-Prädiktion zu einem weiteren Zeitpunkt als Lösung für jede Sub-Optimierungsaufgabe für einen weiteren Sub-Prädiktionshorizont unter Verwendung wenigstens einer der ersten

Sub-Prädiktionen als Rahmenbedingung,

— Vorgeben der weiteren Sub-Prädiktion als Kontrollvorgabe für die Kontrolle des Antriebssystems.

Ein erfindungsgemäßes Verfahren dient dazu, ein Kontrollverfahren für ein Antriebssystem eines Fahrzeugs zu verbessern und mit optimierten Kontrollvorgaben auszustatten. Das später noch erläuterte Kontrollverfahren dient dazu, ein Leistungsmanagement zwischen den einzelnen Subsystemen des Antriebssystems sicherzustellen und einen möglichst effizienten Gesamtbetrieb des Antriebssystems angepasst an die Route zu gewährleisten. Erfindungsgemäß soll diese Optimierung nun inline in

Echtzeit, also während des Betriebs des Fahrzeugs, durchführbar sein.

Ein Ziel ist es also, das Fahrzeug und seine Antriebsleistung so effizient wie möglich

an die Route und die damit definierten und vorgegebenen Routenparameter anzu-

passen, um einen möglichst hohen Wirkungsgrad beim Antrieb des Fahrzeugs beim

Befahren entlang der Route zur Verfügung stellen zu können.

Der erfindungsgemäße Kerngedanke beginnt mit der Erfassung von Routenparametern für das Fahrzeug und einer vorgegebenen Route. Diese Route kann zum Beispiel aus einem Navigationssystem des Fahrzeugs übernommen werden. Jedoch sind auch andere Routenvorgaben denkbar. Beispielsweise können aus dem Verlauf der Nutzung des Fahrzeugs erwartete Routen auch ohne Bezug auf ein Navigationssystem eine Route vorgeben. Auch ein flexibles Anpassen der Route während des Betriebs des Fahrzeugs, also eine Extrapolation der bisher befahrenen Strecke auf eine zukünftig erwartete Route, ist grundsätzlich möglich. Sobald eine Route, unabhängig in welcher Weise, vorgegeben ist, so wird erfindungsgemäß nun wenigstens ein Routenparameter für diese Route erfasst. Darunter ist zu verstehen, dass Informationen der Route, welche Einfluss auf die Antriebssituation für das Antriebssystem des Fahrzeugs mit sich bringen, erfasst werden können. Dies können beispielsweise Steigungs- und Gefälleinformationen, Höhenprofile, Kurvenprofile, Fahrbahnbeläge, Geschwindigkeitsbegrenzungen, zu erwartende Beschleunigungsstrecken, wie beispielsweise Beschleunigungsstreifen von Autobahnen, oder Ähnliches sein. Hier ist bereits gut zu erkennen, dass das Erfassen von einer möglichst hohen Anzahl unterschiedlicher Routenparameter das erfindungsgemäße Optimierungsverfahren mit einer verstärkten Informationsbasis versorgt und auf diese Weise die Optimierung

deutlich verbessern kann.

Basierend auf den erfassten Routenparametern erfolgt nun, insbesondere in bekannter Weise, das Vorgeben einer Optimierungsaufgabe für eine Optimierung von Kontrollbarametern. Diese Optimierungsaufgabe dient der Optimierung mit explizitem Bezug auf die erfassten Routenparameter, also für eine Optimierung des Antriebssystems auf die explizit vorgegebene Route. Diese Optimierungsaufgabe kann dabei insbesondere ein vorgegebenes Optimierungsziel beinhalten, beispielsweise einen möglichst effizienten Betrieb des Antriebssystems. Selbstverständlich sind auch andere Optimierungsziele grundsätzlich denkbar.

Der erfindungsgemäße Kerngedanke kommt nun dadurch zum Ausdruck, dass nicht

die vorgegebene Optimierungsaufgabe auch tatsächlich hinsichtlich einer Lösung

Dieses Aufteilen erfolgt jedoch nicht willkürlich, sondern mit Bezug auf die Subsysteme des Antriebssystems. Das Antriebssystem kann eine Vielzahl von Subsystemen aufweisen. Solche Subsysteme können, wie bereits erläutert, zum Beispiel die Batterievorrichtung, das Brennstoffzellensystem, eine Temperiervorrichtung oder weitere Nebenverbraucher sein. Bei diesem Aufteilschritt erfolgt nun für wenigstens zwei dieser Subsysteme eine Aufteilung der Optimierungsaufgabe auf SubOptimierungsaufgaben. Jede Sub-Optimierungsaufgabe entspricht damit einem Subsystem. Ist also ein Aufteilen beispielsweise auf die Batterievorrichtung als erstes Subsystem und das Brennstoffzellensystem als zweites Subsystem angedacht, so wird entsprechend auf zwei Sub-Optimierungsaufgaben aufgeteilt. Die Aufteilung bringt wesentliche Vorteile mit sich. Durch die Aufteilung wird die Komplexität der gesamten Optimierungsaufgabe reduziert auf die beiden Sub-Optimierungsaufgaben. Nun ist es so, dass durch Steigerung der Komplexität die damit einhergehende Berechnungszeit für das Bestimmen von Lösungen der Optimierungsaufgabe überproportional steigt. In umgekehrter Richtung, also durch die Reduktion der Komplexität einer Optimierungsaufgabe auf die aufgeteilten Sub-Optimierungsaufgaben, sinkt entsprechend der Rechenaufwand, insbesondere die benötigte Rechenzeit und/oder der benötigte Speicherbedarf, in überproportionaler Weise. Mit anderen Worten bedeutet dies, dass ein Lösen der Sub-Optimierungsaufgaben in Summe weniger Rechenzeit und Rechenaufwand benötigt als die Lösung der kombinierten gesamten Optimierungsaufgabe. Durch diesen Aufteilschritt wird also Rechenzeit gespart und durch Reduktion der Komplexität die Berechnungsgeschwindigkeit erhöht und der

Rechenaufwand reduziert.

und/oder ein benötigter Speicherbedarf zu verstehen.

Die Bestimmung erfolgt also in der genannten und beschleunigten Weise für jede Sub-Optimierungsaufgabe, sodass für jede aufgeteilte Sub-Optimierungsaufgabe eine erste Sub-Prädiktion bestimmbar ist. Die Sub-Prädiktion lässt sich darüber hinaus noch variieren hinsichtlich eines Sub-Prädiktionshorizonts. Darunter ist zu verstehen, dass mithilfe eines Sub-Systemmodells eine Prädiktion, also eine Vorhersage modelliert werden kann, wie sich dieses Subsystem über einen definierten Zeithorizont, welcher den Sub-Prädiktionshorizont darstellt, verhalten wird. Auch hier ist gut zu erkennen, dass die Länge des Sub-Prädiktionshorizontes entsprechend Einfluss auf die Rechenzeit für die Bestimmung der jeweiligen Sub-Prädiktion hat. Einerseits nimmt die Genauigkeit des Rechenergebnisses mit der Länge des SubPrädiktionshorizontes zu, auf zukünftige Ereignisse kann früher schon Rücksicht genommen werden. Je länger aber der Sub-Prädiktionshorizont ist, je länger also die entsprechende Zeitspanne ist, umso rechenaufwendiger ist aber die Bestimmung der zugehörigen Sub-Prädiktion. Auch hier wächst der Rechenaufwand überproportional mit der Länge des Sub-Prädiktionshorizontes. Wie später noch erläutert wird, kann der Sub-Prädiktionshorizont nun insbesondere für jedes Subsystem spezifisch gewählt werden. Das bedeutet, dass für manche Subsysteme ein sehr kurzer SubPrädiktionshorizont ausreichend sein kann, während für einzelne Subsysteme ein längerer Sub-Prädiktionshorizont notwendig ist. Insbesondere durch das auf diese Weise mögliche Verkürzen einzelner Sub-Prädiktionshorizonte wird es dann möglich, die notwendige Rechenzeit noch weiter zu reduzieren, da hier ebenfalls ein überproportionaler Zusammenhang besteht. Beispielsweise kann durch die Reduktion des Sub-Prädiktionshorizontes eine überproportionale Einsparung der notwendigen Rechenzeit und des notwendigen Rechenaufwandes erzielt werden. Während ohne ein Aufteilen die gesamte Optimierungsaufgabe hinsichtlich aller Subsysteme immer für den maximalen Prädiktionshorizont des entsprechenden Subsystems durchgeführt werden musste, kann nun spezifisch für einzelne Subsysteme ein kürzerer SubPrädiktionshorizont vorgegeben und damit eine weitere Einsparung von Rechenaufwand erzielbar werden.

Um nun durch den Aufteilungsschritt auf die einzelnen Sub-Optimierungsaufgaben keine Qualität in der Optimierung zu verlieren, wird erfindungsgemäß die Sub-

Prädiktion schrittweise wiederholt. Dies kann, wie dies ebenfalls später noch erläutert

ohne Qualitätseinbußen in der Prädiktion genutzt werden.

Basierend auf der voranstehenden Erläuterung wird deutlich, dass ein erfindungsgemäßes Optimierungsverfahren drei Kerngedanken mit sich bringt, um den Rechenaufwand und die damit einhergehende Rechenzeit für die Optimierung zu reduzieren. Zum einen ist dies die Aufteilung auf die Sub-Optimierungsaufgaben. Zum

Zweiten ist dies Möglichkeit einer spezifischen individuellen Anpassung der Sub-

Es kann von Vorteil sein, wenn bei einem erfindungsgemäßen Optimierungsverfahren bei der Bestimmung der wenigstens einen weiteren Sub-Prädiktion für eine SubOptimierungsaufgabe als Rahmenbedingung zumindest die erste Sub-Prädiktion derselben Sub-Optimierungsaufgabe verwendet wird. Damit ist sozusagen ein internes Überlappen der Prädiktionshorizonte zu verstehen. Ist beispielsweise für ein Subsystem, für welches eine Sub-Prädiktion bestimmt werden soll, ein SubPrädiktionshorizont von 5 Minuten vorgegeben, so kann die weitere und nachfolgende Sub-Prädiktion je nach Prädiktionsfrequenz beispielsweise bereits nach 10 Sekunden durchgeführt werden. Diese zweite Sub-Prädiktion deckt also einen Großteil der ersten Sub-Prädiktion ab. Erfindungsgemäß ist es nun möglich, dass eine interne Rückkopplung beziehungsweise internes Feedback, zur Verfügung gestellt wird, welches erlaubt, das Ergebnis der ersten Sub-Prädiktion für diesen überlappenden Teil des Sub-Prädiktionshorizonts auf Basis eventuell neuerer verfügbarer Informationen, z.B. aktualisierter Routenparameter oder in der Zwischenzeit bestimmter SubPrädiktionen der anderen Sub-Systeme. Ein Verwenden der älteren ersten Prädiktion kann aber auch Vorteile bei der Berechnung der zweiten Prädiktion mit sich bringen. Haben sich die Randbedingungen auf der Überlappung nicht oder nur gering geändert, eignet sich bei der Verwendung iterativen Optimierungsverfahren die erste Prädiktion als Startwert. Die Konvergenz solcher Verfahren wird erhöht und Rechenzeit

für die Bestimmung der Sub-Prädiktion gespart.

Zusätzlich oder alternativ zu dem voranstehenden Absatz ist es möglich, dass bei

einem erfindungsgemäßen Optimierungsverfahren bei der Bestimmung der wenigs-

Weiter von Vorteil ist es, wenn bei einem erfindungsgemäßen Optimierungsverfahren die Sub-Optimierungsaufgaben auf wenigstens eines der folgenden Subsysteme des

Antriebssystems aufgeteilt werden: — Batterievorrichtung, — Brennstoffzellensystem,

— Temperiervorrichtung,

— MNebenverbraucher.

Bei der voranstehenden Aufzählung handelt es sich um eine nicht abschließende Liste. Als Nebenverbraucher kann ein gesamtes System von Nebenverbrauchern ein solches Subsystem darstellen. Jedoch kann jeder Nebenverbraucher auch für sich alleine ein solches Subsystem darstellen. Hier ist gut zu erkennen, dass im Wesentlichen beliebig komplexe Gesamtsysteme als Antriebsysteme so weit aufgeteilt werden, dass eine Vielzahl einzelner Subsysteme die erfindungsgemäßen Vorteile noch weiter zum Tragen bringt. Für jedes Subsystem wird entsprechend eine zugehörige separate Sub-Optimierung durchgeführt, sodass entsprechend mit der Steigerung der Komplexität des Antriebssystems eine Steigerung der erfindungsgemäßen Vor-

teile eintritt.

Ebenfalls Vorteile bringt es mit sich, wenn bei einem erfindungsgemäßen Optimie-

rungsverfahren wenigstens einer der folgenden Routenparameter erfasst wird: — Steigungsparameter, — Verkehrsparameter, — Straßenparameter.

Bei der voranstehenden Aufzählung handelt es sich um eine nicht abschließende Liste. Die Steigungsparameter können insbesondere Parameter für den Anstieg und/oder ein Gefälle sein und vorzugsweise ein Höhenprofil ausbilden. Die Verkehrsparameter können aktuelle Verkehrsinformationen beinhalten, um beispielsweise Durchschnittsgeschwindigkeiten oder die Anzahl und Wahrscheinlichkeit von Beschleunigungs- und Bremssituationen vorhersagen zu können. Straßenparameter können Informationen über den Straßenbelag, Kurvenverläufe, Beschleunigungsstreifen, Geschwindigkeitsbegrenzungen oder Ähnliches geben, welche ebenfalls Einfluss auf die zu erwartenden Leistungsanforderungen für den Betrieb entlang der

Route mit sich bringen.

Darüber hinaus kann es von Vorteil sein, wenn bei einem erfindungsgemäßen Optimierungsverfahren der Sub-Prädiktionshorizont für jede Sub-Optimierungsaufgabe in Abhängigkeit von der Art und/oder dem Zustand und/oder der Kontrolllatenz des zugehörigen Subsystems spezifisch gewählt und/oder vorgegeben wird. Darunter ist zu verstehen, dass eine Berücksichtigung der Regelgeschwindigkeit beziehungsweise

Prädiktionen erzielbar wird.

Ebenfalls Vorteile bringt es mit sich, wenn bei einem erfindungsgemäßen Optimierungsverfahren der Sub-Prädiktionshorizont für eine Sub-Optimierungsaufgabe für die wenigstens eine weitere Sub-Prädiktion, insbesondere für alle weiteren SubPrädiktionen, der ersten Sub-Prädiktion des jeweiligen Subsystems entspricht. Das bedeutet, dass vorzugsweise für jedes Subsystem, insbesondere für eine Betriebssituation entlang einer Route, die Länge des Sub-Prädiktionshorizonts für diesen Routenbetrieb und dieses Subsystem konstant gehalten werden kann. Es ist jedoch grundsätzlich auch möglich, den Sub-Prädiktionshorizont fest vorzudefinieren, sodass er für alle unterschiedlichen Routensituationen für das jeweilige Subsystem konstant bleibt. Konträr dazu ist jedoch, wie ebenfalls bereits erläutert worden ist, auch ein flexibles Anpassen für unterschiedliche Routen möglich, um beispielsweise sich ändernde Zustandswerte, wie Alterungs- oder Schädigungssituationen einzelner Subsysteme, flexibel in einem erfindungsgemäßen Verfahren berücksichtigen zu

können.

Weitere Vorteile bringt es mit sich, wenn bei einem erfindungsgemäßen Optimierungsverfahren die Kontrollvorgabe wenigstens einen der folgenden optimierten Kontrollbarameter aufweist:

— Erzeugungsleistung des Brennstoffzellensystems,

der Batterievorrichtung und der elektrischen Antriebsvorrichtung, — Abgabeleistung der Batterievorrichtung, — Temperaturvorgabe für die Batterievorrichtung, — Temperaturvorgabe für das Brennstoffzellensystem, — Schaltzustand für wenigstens einen Nebenverbraucher.

Bei der voranstehenden Aufzählung handelt es sich um eine nicht abschließende Liste. Neben den jeweiligen Subsystemen im Gesamten können die einzelnen Kontrollvorgaben sich selbstverständlich auch auf einzelne Teilmodule oder Teilbestandteile des jeweiligen Subsystems beziehen. So kann bei dem Brennstoffzellensystem beispielsweise eine Teilkontrollvorgabe für einzelne Gasleitungen, Leistungsanforderungen oder Drücke erfolgen. Für das Batteriesystem können Grenzwerte für den Ladezustand, Speicherleistungen oder Abgabeleistungen vorgesehen sein. Auch die Temperaturvorgaben können für einzelne Bauteile der einzelnen Subsysteme spezi-

fisch ausgebildet sein.

Weiter von Vorteil ist es, wenn bei einem erfindungsgemäßen Optimierungsverfahren die Zeitpunkte zur Bestimmung der Sub-Prädiktionen für wenigstens ein Subsystem in regelmäßiger Weise in Form einer Prädiktionsfrequenz erfolgen. Während, wie bereits erläutert worden ist, die Sub-Prädiktionshorizonte für jedes Subsystem vorzugsweise während eines Routenbetriebs konstant sind, erfolgt auch die Durchführung der Bestimmung vorzugsweise in einer konstanten Taktung. Die Taktung ist dabei insbesondere für jedes Subsystem kürzer als der jeweilige SubPrädiktionshorizont, um die bereits mehrfach erläuterte interne Überlappung gewährleisten zu können. Die Prädiktionsfrequenz kann dabei zum Beispiel so gewählt werden, dass durch einen Vergleich der Prädiktionsfregquenz mit Prädiktionsfrequenzen anderer Subsysteme ein sequenzielles oder zumindest teilweise sequenzielles Nutzen von Rechenzeit auf einem Rechenmodul innerhalb des Fahrzeugs möglich wird. Mit anderen Worten wird die notwendige Rechenzeit so mit der Taktung der Prädiktionsfrequenz korreliert, dass immer nur für ein Subsystem gleichzeitig eine Bestim-

mung der jeweils anstehenden Sub-Prädiktion durchgeführt wird.

die Durchführung des Optimierungsverfahrens zur Verfügung zu stellen.

Ebenfalls Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Kontrollverfahren für eine Kontrolle eines Antriebssystems mit einer elektrischen Antriebsvorrichtung und einer Batterievorrichtung sowie einem Brennstoffzellensystem zur Versorgung der elektrischen Antriebsvorrichtung mit elektrischer Antriebsleistung zum Antrieb des Fahr-

zeugs. Ein solches Kontrollverfahren weist den folgenden Schritt auf:

— Verwenden von optimierten Kontrollvorgaben aus einem erfindungsgemä-

ßen Optimierungsverfahren.

Durch das Einbeziehen eines erfindungsgemäßen Optimierungsverfahrens bringt ein erfindungsgemäßes Kontrollverfahren die gleichen Vorteile mit sich, wie sie ausführlich mit Bezug auf ein erfindungsgemäßes Optimierungsverfahren erläutert worden

sind.

Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Computerprogrammprodukt, umfassend Befehle, welche bei der Ausführung des Programms auf einem Computer, diesen veranlassen, ein erfindungsgemäßes Optimierungsverfahren oder ein erfindungsgemäßes Kontrollverfahren durchzuführen. Damit bringt ein erfindungsgemäßes Computerprogrammprodukt die gleichen Vorteile mit sich, wie sie ausführlich mit Bezug auf ein erfindungsgemäßes Optimierungsverfahren und mit Bezug auf ein erfindungsgemäßes Kontrollverfahren erläutert worden sind.

Ebenfalls Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist eine Optimierungsvorrichtung für eine Optimierung einer Kontrolle eines Antriebssystems mit einer elektrischen Antriebsvorrichtung und einer Batterievorrichtung sowie einem Brennstoffzellensystem zur Versorgung der elektrischen Antriebsvorrichtung mit elektrischer Antriebsleistung

zum Antrieb eines Fahrzeugs. Eine solche Optimierungsvorrichtung weist ein Erfas-

kombiniert sein oder in Form einer einzelnen Recheneinheit ausgebildet sein.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnungen Ausführungsbeispiele der Erfindung im Einzelnen beschrieben sind. Es zeigen schematisch:

Fig. 1 eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Optimierungsvorrichtung, Fig. 2 die Ausführungsform der Figur 2 bei der Durchführung der zwei-

ten Sub-Prädiktion,

Fig. 3 eine schematische Darstellung von drei Subsystemen mit unter-

schiedlichen Sub-Prädiktionshorizonten,

15 Fig. 4 die Darstellung der Figur 3 mit einer internen Überlappung, Fig. 5 die Darstellung der Figur 3 mit einer Querüberlappung zwischen

unterschiedlichen Subsystemen, Fig. 6 eine Kombination der Ausführungsform der Figuren 4 und 5, Fig. 7 eine Darstellung in einem Fahrzeug mit einem Antriebssystem.

Figur 1 zeigt schematisch, wie eine Optimierungsvorrichtung 10 ausgestaltet sein kann. Diese ist hier mit einer Vielzahl einzelner Module ausgebildet, deren Funktionsweise nachfolgend mit Bezug auf ein Optimierungsverfahren näher erläutert wird.

Im ersten Schritt wird eine Route R vorgegeben, welche hier als Strecke zwischen einem Startpunkt und einem Zielpunkt definiert ist. Basierend auf dieser Routeninformation können nun Routenparameter RP vorgegeben werden und werden erfasst mithilfe eines Erfassungsmoduls 20. Die Routenparameter RP werden nach der Erfassung weitergegeben an ein Vorgabemodul 30, welches nun in der Lage ist, explizit für die erfassten Routenparameter RP und damit für die zu erwartende Route R eine Optimierungsaufgabe OA vorzugeben. Dies erfolgt zum Beispiel durch ein routenspezifisches Parametrisieren eines Gleichungssatzes. Nun tritt die erfindungsgemäße Aufteilung in Kraft, indem mithilfe des Aufteilmoduls 40 eine Aufteilung, hier als Beispiel auf drei unterschiedliche Sub-Optimierungsaufgaben SOA (durchnummeriert 1 bis 3), erfolgt. Auch eine Kombination des Vorgabemoduls 30 und des Aufteilmoduls 40 ist denkbar. Diese aufgeteilten Sub-Optimierungsaufgaben SOA1 bis SOA3 werden weitergegeben an ein Bestimmungsmodul 50, welches nun für jede dieser Sub-Optimierungsaufgaben SOA1 bis SOA3 eine Bestimmung der jeweiligen SubPrädiktion SP1 bis SP3 durchführt. Dabei handelt es sich um die Lösungen der jeweiligen Sub-Optimierungsaufgabe SOA1 bis SOA3. Zusammenfassend führt dies dazu, dass für die erste Sub-Optimierungsaufgabe SOA1 eine erste Sub-Prädiktion 1. SP1 bestimmt wird. Für die zweite Sub-Optimierungsaufgabe SOA?2 erfolgt die Bestimmung einer ersten Sub-Prädiktion 1. SP2. In gleichem Maße erfolgt für die dritte Sub-Optimierungsaufgabe SOA3 die Bestimmung einer ersten Sub-Prädiktion 1. SP3. Diese drei ersten Sub-Prädiktionen 1. SP1 bis 1. SP3 werden nun dem Kontrollvorgabemodul 60 übergeben, welches dann weiters eine Kontrollvorgabe KV an die Kontrollvorrichtung 160 übergibt.

übergeben.

Die Figur 3 zeigt schematisch, wie die einzelnen Submodule 102 entsprechend in dem Optimierungsverfahren berücksichtigt werden können. Hier sind drei Subsysteme 102 dargestellt. Von oben nach unten sind dies im Beispiel eine Batterievorrichtung 120, ein Brennstoffzellensystem 130 und eine Temperiervorrichtung 140. Für das oberste Subsystem 102 sind relativ kurze Sub-Prädiktionshorizonte SPH vorgesehen, welche mit kurzer Taktung, dargestellt hier durch die Prädiktionsfrequenz PF, hintereinander durchgeführt werden. Hier wird in relativ kurzer Zeit ein fünffacher Durchlauf des Bestimmungsschrittes durchgeführt, sodass hier nach kurzer Zeit fünf aufeinanderfolgende und über die Prädiktionsfrequenz PF getaktete SubPrädiktionen SP1 bestimmt werden. Hinsichtlich des mittleren Subsystems 102 ist ein längerer Sub-Prädiktionshorizont SPH und eine langsamere Prädiktionsfrequenz PF gegeben. Das unterste Subsystem 102 schafft in der gleichen Zeit nur zwei SubPrädiktionshorizonte SPH, die entsprechend lang ausgebildet sind, und bringt auch eine noch weiter verlangsamte Prädiktionsfrequenz PF mit sich.

In der Figur 4 ist nun dargestellt, wie eine interne Rückkopplung innerhalb des jeweiligen Subsystems 102 vorgesehen sein kann. Für jede nachfolgende Sub-Prädiktion SP kann hier über die Überlappung eine Rahmenbedingung aus der voranstehenden Sub-Prädiktion SP mitgenommen werden. Am Beispiel der Batterievorrichtung 120 führt dies dazu, dass zu Beginn, bzw. zum ersten Zeitpunkt der Prädiktionsfrequenz PF für den dargestellten Sub-Prädiktionshorizont SPH die erste Sub-Prädiktion 1. SP1 gemäß der Figur 3 bestimmt wird. Bei der Taktung gemäß dem nächsten Schritt

lung innerhalb jedes Subsystems 102.

Die Figur 5 zeigt die externe Rückkopplung zwischen einzelnen Subsystemen 102. Zum gleichen Zeitpunkt, wie am Beispiel zu Figur 4 beschrieben, soll nun wieder für das erste Subsystem 102 im oberen Abschnitt, also hier für die Batterievorrichtung 120, die zweite Sub-Prädiktion 2. SP1 bestimmt werden. Zu diesem Zeitpunkt liegen Informationen aus der ersten Sub-Prädiktion 1. SP2 für das Brennstoffzellensystem 130 sowie aus der ersten Sub-Prädiktion 1. SP3 aus der Temperiervorrichtung 140 vor. Die beiden fett dargestellten Pfeile zeigen, dass diese Informationen nun als Rahmenbedingung in die Bestimmung der zweiten Sub-Prädiktion 2. SP1 für die Batterievorrichtung 120 verwendet werden, um entsprechend eine verbesserte Genauigkeit durch diese Querbeeinflussung mit sich zu bringen. Im Weiteren wird diese Querbeeinflussung auch für den nachfolgenden zweiten Durchlauf für die Bestimmung der zweiten Sub-Prädiktion 2. SP2 des Brennstoffzellensystems 130, wie auch für zweite Sub-Prädiktion 2. SP3 der Temperiervorrichtung 140 angewendet.

In der Figur 6 ist eine Kombination der Varianten der Figuren 4 und 5 dargestellt, sodass eine interne und eine externe Querbeeinflussung zwischen den Subsystemen

102 möglich ist. Die entsprechenden Vorteile verstärken sich damit.

In der Figur 7 ist schematisch dargestellt, wie eine Optimierungsvorrichtung 10 beispielsweise in eine Kontrollvorrichtung 160 in einem Fahrzeug integriert sein kann. Das Antriebssystem 100 ist hier mit einer elektrischen Antriebsvorrichtung 110 in Form eines Elektromotors vorgesehen. Um die Leistungsanforderung dieser elektrischen Antriebsvorrichtung 110 zu erfüllen, kann elektrische Leistung vom Brennstoffzellensystem 130 erzeugt und der elektrischen Antriebsvorrichtung 110 zur Verfügung gestellt werden. Zusätzlich oder alternativ kann die Leistungsanforderung auch

aus der Batterievorrichtung 120 erfüllt werden. Das Brennstoffzellensystem 130 kann

darüber hinaus auch noch Nebenverbraucher 150 versorgen, welche jedoch auch

aus der Batterievorrichtung 120 versorgt werden können. Nicht zuletzt ist ein Aufla-

den der Batterievorrichtung 120 durch das Brennstoffzellensystem 130 möglich. Mit

einer oder mehreren Temperiervorrichtungen 140 ist darüber hinaus eine Tempera-

turkontrolle der wesentlichen Komponenten dieses Antriebssystems 100 möglich.

Die voranstehende Erläuterung beschreibt die vorliegende Erfindung ausschließlich

im Rahmen von Beispielen.

Bezugszeichenliste

10 Optimierungsvorrichtung 20 Erfassungsmodul

30 Vorgabemodul

40 Aufteilmodul

50 Bestimmungsmodul

60 Kontrollvorgabemodul

100 Antriebssystem

102 Subsystem

110 elektrische Antriebsvorrichtung 120 Batterievorrichtung

130 Brennstoffzellensystem

140 Temperiervorrichtung

150 Nebenverbraucher

160 Kontrollvorrichtung

R Route

RP _ Routenparameter

OA Optimierungsaufgabe SOA Sub-Optimierungsaufgabe PF Prädiktionsfrequenz

SP Sub-Prädiktion SPH Sub-Prädiktionshorizont

KV Kontrollvorgabe

KP Kontrollbarameter

Claims

Patentansprüche

1. Optimierungsverfahren für eine Optimierung einer Kontrolle eines Antriebssystems (100) mit einer elektrischen Antriebsvorrichtung (110) und einer Batterievorrichtung (120) sowie einem Brennstoffzellensystem (130) zur Versorgung der elektrischen Antriebsvorrichtung (110) mit elektrischer Antriebsleistung

zum Antrieb eines Fahrzeugs, gekennzeichnet durch die folgenden Schritte:

— Erfassen von wenigstens einem Routenparameter (RP) einer für das Fahrzeug vorgegeben Route (R),

— Vorgeben einer Optimierungsaufgabe (OA) für eine Optimierung von Kontrollpbarametern (KP) für die Kontrolle des Antriebssystems (100)

beim Antrieb des Fahrzeugs entlang der Route (R),

— Aufteilen der Optimierungsaufgabe (OA) auf wenigstens zwei SubOptimierungsaufgaben (SOA) jeweils für ein Subsystem (102) des Antriebssystems (100),

— Bestimmen einer ersten Sub-Prädiktion (SP) zu einem ersten Zeitpunkt als Lösung für jede Sub-Optimierungsaufgabe (SOA) für einen SubPrädiktionshorizont (SPH),

— Vorgeben der ersten Sub-Prädiktionen (SP) als Kontrollvorgabe (KV)

für die Kontrolle des Antriebssystems (100),

— Bestimmen wenigstens einer weiteren Sub-Prädiktion (SP) zu einem weiteren Zeitpunkt als Lösung für jede Sub-Optimierungsaufgabe (SOA) für einen weiteren Sub-Prädiktionshorizont (SPH) unter Verwendung wenigster einer der ersten Sub-Prädiktionen (SP) als Rahmenbe-

dingung,

— Vorgeben der weiteren Sub-Prädiktion (SP) als Kontrollvorgabe (KV) für

die Kontrolle des Antriebssystems (100).

2. Optimierungsverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Bestimmung der wenigstens einen weiteren Sub-Prädiktion (SP) für eine

Sub-Optimierungsaufgabe (SOA) als Rahmenbedingung zumindest die erste

wird.

3. Optimierungsverfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Bestimmung der wenigstens einen weiteren Sub-Prädiktion (SP) für eine Sub-Optimierungsaufgabe (SOA) als Rahmenbedingung zumindest die aktuellste Sub-Prädiktion (SP) einer ande-

ren Sub-Optimierungsaufgabe (SOA) verwendet wird.

4. Optimierungsverfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sub-Optimierungsaufgaben (SOA) auf wenigstens eines der folgenden Subsysteme (102) des Antriebssystems (100)

aufgeteilt werden: — Batterievorrichtung (120) — Brennstoffzellensystem (130) — Temperiervorrichtung (140) — Nebenverbraucher (150)

5. Optimierungsverfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens einer der folgenden Routenpa-

rameter (RP) erfasst wird: — Steigungsparameter — Verkehrsparameter

— Straßenparameter

6. Optimierungsverfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Sub-Prädiktionshorizont (SPH) für jede Sub-Optimierungsaufgabe (SOA) in Abhängigkeit von der Art und/oder dem Zustand und/oder der Kontrolllatenz des zugehörigen Subsystems (102) spe-

zifisch gewählt und/oder vorgegeben wird.

7. Optimierungsverfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Sub-Prädiktionshorizont (SPH) für eine Sub-Optimierungsaufgabe (SOA) für

8. Optimierungsverfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontrollvorgabe (KV) wenigstens einen

der folgenden optimierten Kontrollparameter (KP) aufweist: — Erzeugungsleistung des Brennstoffzellensystems (130)

— Aufteilung der Erzeugungsleistung des Brennstoffzellensystems (130) zwischen der Batterievorrichtung (120) und der elektrischen Antriebs-

vorrichtung (110) — Abgabeleistung der Batterievorrichtung (120) — Temperaturvorgabe für die Batterievorrichtung (120) — Temperaturvorgabe für das Brennstoffzellensystems (130) — Schaltzustand für wenigstens einen Nebenverbraucher (150)

9. Optimierungsverfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zeitpunkte zur Bestimmung der SubPrädiktionen (SP) für wenigstens ein Subsystem (102) in regelmäßiger Weise

in Form einer Prädiktionsfrequenz (PF) erfolgen.

10. Optimierungsverfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Prädiktionsfrequenz (PF) für die unterschiedlichen Subsysteme (102) und damit für die unterschiedlichen Sub-Optimierungsaufgaben (SOA) unterscheidet.

11. Kontrollverfahren für eine Kontrolle eines Antriebssystems (100) mit einer elektrischen Antriebsvorrichtung (110) und einer Batterievorrichtung (120) sowie einem Brennstoffzellensystem (130) zur Versorgung der elektrischen Antriebsvorrichtung (110) mit elektrischer Antriebsleistung zum Antrieb eines Fahrzeugs, gekennzeichnet durch den folgenden Schritt:

rungsverfahren mit den Merkmalen eines der Ansprüche 1 bis 10.

12. Computerprogrammprodukt, umfassend Befehle, welche bei der Ausführung des Programms auf einem Computer diesen veranlassen ein Optimierungsverfahren mit den Merkmalen eines der Ansprüche 1 bis 10 oder ein Kontrollver-

fahren mit den Merkmalen des Anspruchs 11 auszuführen.

13. Optimierungsvorrichtung (10) für eine Optimierung einer Kontrolle eines Antriebssystems (100) mit einer elektrischen Antriebsvorrichtung (110) und einer Batterievorrichtung (120) sowie einem Brennstoffzellensystem (130) zur Versorgung der elektrischen Antriebsvorrichtung (110) mit elektrischer Antriebsleistung zum Antrieb eines Fahrzeugs, gekennzeichnet durch ein Erfassungsmodul (20) für ein Erfassen von wenigstens einem Routenparameter (RP) einer für das Fahrzeug vorgegeben Route (R), ein Vorgabemodul (30) für ein Vorgeben einer Optimierungsaufgabe (OA) für eine Optimierung von Kontrollbarametern (KP) für die Kontrolle des Antriebssystems (100) beim Antrieb des Fahrzeugs entlang der Route (R), ein Aufteilmodul (40) für ein Aufteilen der Optimierungsaufgabe (OA) auf wenigstens zwei SubOptimierungsaufgaben (SOA) jeweils für ein Subsystem (102) des Antriebssystems (100), ein Bestimmungsmodul (50) für ein Bestimmen einer ersten Sub-Prädiktion (SP) zu einem ersten Zeitpunkt als Lösung für jede SubOptimierungsaufgabe (SOA) für einen Sub-Prädiktionshorizont (SPH) und ein Bestimmen wenigstens einer weiteren Sub-Prädiktion (SP) zu einem weiteren Zeitpunkt als Lösung für jede Sub-Optimierungsaufgabe (SOA) für einen weiteren Sub-Prädiktionshorizont (SPH) unter Verwendung wenigstes einer der ersten Sub-Prädiktionen (SP) als Rahmenbedingung, weiter aufweisend ein Kontrollvorgabemodul (60) für ein Vorgeben der ersten Sub-Prädiktionen (SP) als Kontrollvorgabe (KV) für die Kontrolle des Antriebssystems (100) und ein Vorgeben der weiteren Sub-Prädiktionen (SP) als Kontrollvorgabe (KV) für die Kontrolle des Antriebssystems (100), wobei das Erfassungsmodul (20), das Vorgabemodul (30), das Aufteilmodul (40), das Bestimmungsmodul (50) und/oder das Kontrollvorgabemodul (60) für eine Ausführung eines Optimierungsverfahrens mit den Merkmalen eines der Ansprüche 1 bis 10 ausgebildet

ist.