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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung
zum Betrieb eines Fahrzeugs und insbesondere ein Verfahren und eine
Vorrichtung, bei welchen unterschiedliche Betriebsmodi des Fahrzeugs
einem Fahrer des Fahrzeugs angezeigt werden.
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Moderne
verbrauchsoptimierte Fahrzeuge, wie z. B. Personenkraftwagen oder
Lastkraftwagen, verfügen
häufig über mehrere
Betriebsmittelarten, welche zum Bereitstellen von Energie für einen
Antrieb des Fahrzeugs verwendet werden können. Ein Fahrzeug mit einem
Elektroantrieb kann beispielsweise eine wiederaufladbare Batterie
und eine Brennstoffzellenanlage umfassen. Der Elektroantrieb des
Fahrzeugs kann dann wahlweise mit elektrischer Energie aus der Batterie
des Fahrzeugs oder mit elektrischer Energie der Brennstoffzellenanlage
oder einer Kombination der beiden Energiearten angetrieben werden.
Die Brennstoffzellenanlage ihrerseits kann beispielsweise mit Wasserstoff
oder Methan betrieben werden. Darüber hinaus kann in einem derartigen
Fahrzeug die Batterie von der Brennstoffzelle oder von einer Rekuperationsbremse,
welche bei einem Abbremsen des Fahrzeugs elektrische Energie aus
der mechanischen Bremsenergie erzeugt, aufgeladen werden. Die Rekuperationsbremse
kann beispielsweise realisiert werden, indem der elektrische Antrieb
als Generator bei einem Abbremsen des Fahrzeugs verwendet wird.
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Demzufolge
ergeben sich bei einem Betrieb des Fahrzeugs eine Vielzahl unterschiedlicher
Möglichkeiten,
wie die Betriebsmittel des Fahrzeugs, d. h. beispielsweise elektrischer
Strom und Wasserstoff, in den unterschiedlichen Betriebsarten des
Fahrzeugs fließen.
Dieser Betriebsmittelfluss hängt
einerseits von der Verfügbarkeit
der verwendeten Betriebsmittel und andererseits von einer Fahrweise
des Fahrers des Fahrzeugs ab. Um eine energiesparende Fahrweise
zu fördern,
ist es wichtig, dem Fahrer des Fahrzeugs zu verdeutlichen, welchen
Einfluss seine Fahrweise auf den Verbrauch der Betriebsmittel hat.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es daher, einem Fahrer des Fahrzeugs
bei einem Betrieb des Fahrzeugs einen schnellen und einfachen Überblick
zu geben, in welcher Betriebsart sich das Fahrzeug gerade befindet
und welche Komponenten und Betriebsmittel aktuell die benötigte Energie
für den
Antrieb des Fahrzeugs liefern.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein
Verfahren zum Betrieb eines Fahrzeugs nach Anspruch 1 und eine Vorrichtung
zum Betrieb eines Fahrzeugs nach Anspruch 9 gelöst. Die abhängigen Ansprüche definieren
bevorzugte und vorteilhafte Ausführungsformen
der Erfindung.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung wird ein Verfahren zum Betrieb eines Fahrzeugs bereitgestellt,
wobei ein Antrieb des Fahrzeugs mehrere Komponenten mit einem zwischen
den Komponenten veränderlichen
Betriebsmittelfluss umfasst. Das Verfahren umfasst ein Erfassen
des Betriebsmittelflusses zwischen den Komponenten des Fahrzeugs, ein
Darstellen der Komponenten als Symbole auf einer Anzeigeeinheit
des Fahrzeugs und ein Darstellen von Betriebsmittelverbindungen
zwischen den Komponenten. In Abhängigkeit
des erfassten Betriebsmittelflusses werden die Betriebsmittelverbindungen markiert.
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Gemäß einer
Ausführungsform
wird zusätzlich
eine Betriebsmittelflussrichtung des erfassten Betriebsmittelflusses
erfasst und die Betriebsmittelverbindungen werden zusätzlich in
Abhängigkeit
der Betriebsmittelflussrichtung markiert. Das Markieren der Betriebsmittelverbindungen
kann beispielsweise eine Darstellung sich bewegender Linien oder
Bänder
umfassen, welche sich in Abhängigkeit
der Betriebsmittelflussrichtung bewegen. Darüber hinaus können die
Betriebsmittelverbindungen in Abhängigkeit der Art des durch
die Betriebsmittelverbindung fließenden Betriebsmittels, des
Betriebsmittelflusses und/oder der Betriebsmittelflussrichtung farbig
markiert werden. Darüber
hinaus können
die Komponenten des Antriebs des Fahrzeugs auch in Abhängigkeit eines
Betriebsmittelflusses zu oder von den Komponenten markiert werden.
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Gemäß einer
Ausführungsform
umfasst der Antrieb des Fahrzeugs folgende Komponenten: eine Brennstoffzellenanlage
zur Erzeugung von elektrischer Energie, einen Behälter für die Aufnahme
von Betriebsstoffen für
die Brennstoffzellenanlage, einen elektrischen Antrieb zum Antreiben
des Fahrzeugs und ein elektrisches Speicherelement zum Speichern elektrischer
Energie. Das elektrische Speicherelement kann beispielsweise eine
wiederaufladbare Batterie, ein so genannter Akkumulator, sein. Der elektrische
Antrieb kann darüber
hinaus derart ausgestaltet sein, dass er bei einem Abbremsen des Fahrzeugs
auch als Generator zum Erzeugen elektrischer Energie verwendet werden
kann (Rekuperationsbremse). Ein Betriebsstoff für die Brennstoffzellenanlage
kann beispielsweise Wasserstoff sein. Der Behälter für die Aufnahme von Betriebsstoffen
für die Brennstoffzellenanlage
kann beispielsweise einen oder mehrere Behälter oder Wasserstofftanks
umfassen.
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In
Abhängigkeit
einer Betriebsart des Fahrzeugs können dann beispielsweise Betriebsmittelverbindungen
zwischen den Wasserstofftanks und der Brennstoffzellenanlage, der
Brennstoffzellenanlage und der Batterie sowie zwischen der Batterie
und dem elektrischen Antrieb auf einer Anzeigeeinheit des Fahrzeugs
dargestellt und entsprechend markiert werden. Ein Fluss von Wasserstoff
kann beispielsweise in einer ersten Farbe, z. B. blau, markiert werden,
wohingegen ein Fluss von elektrischer Energie in einer zweiten Farbe,
beispielsweise grün,
dargestellt wird. Darüber
hinaus können
die Komponenten, welche in einem aktuellen Betriebsmodus des Antriebs
des Fahrzeugs beteiligt sind, ebenfalls markiert, z. B. farblich
markiert, werden. Auf diese Art und Weise erhält ein Benutzer des Fahrzeugs über die
Darstellung auf der Anzeigeeinheit des Fahrzeugs einen schnellen Überblick über die
derzeit verwendeten Betriebsmittel und erhält somit eine rasche und übersichtliche
Rückmeldung über den
aktuellen Betriebsmittelfluss zwischen den Komponenten des Fahrzeugs
in Abhängigkeit
seiner Fahrweise.
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Gemäß einer
weiteren Ausführungsform
umfasst das Verfahren ferner ein Darstellen eines Fahrzeugrades,
einer Verbindung zwischen dem elektrischen Antrieb und dem Fahrzeugrad
und ein Erfassen einer Energieübertragung
und einer Energieübertragungsrichtung
zwischen dem Fahrzeugrad und dem elektrischen Antrieb. In Abhängigkeit
der erfassten Energieübertragung
und Energieübertragungsrichtung
wird die Verbindung zwischen dem elektrischen Antrieb und dem Fahrzeugrad
markiert. So erhält
der Fahrer des Fahrzeugs eine einfache und intuitive Anzeige, welche
ihm verdeutlicht, ob aktuell Energie den Antriebsrädern des
Fahrzeugs zugeführt wird,
ob das Fahrzeug ohne zusätzliche
Energiezufuhr durch den elektrischen Antrieb rollt oder ob sogar
mechanische Energie von den Antriebsrädern in elektrische Energie
umgewandelt wird und dem Fahrzeug beispielsweise zur Speicherung
in der Batterie zurückgeführt wird.
Mit einer derartigen Darstellung wird dem Fahrer des Fahrzeugs ein
energiesparender Betrieb des Fahrzeugs erleichtert.
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Gemäß einer
weiteren Ausführungsform werden
die Komponenten in ihrer Anordnung zu Fahrzeugrädern des Fahrzeugs dargestellt.
Eine derartige Darstellung erhöht
die Übersichtlichkeit
und fördert
somit eine Akzeptanz einer derartigen Darstellung durch den Fahrer
des Fahrzeugs.
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Erfindungsgemäß wird ferner
eine Vorrichtung zum Betrieb eines Fahrzeugs bereitgestellt, wobei
ein Antrieb des Fahrzeugs mehrere Komponenten mit einem zwischen
den Komponenten veränderlichen
Betriebsmittelfluss umfasst. Die Vorrichtung umfasst eine Betriebsmittelflussbestimmungsvorrichtung
zum Erfassen des Betriebsmittelflusses zwischen den Komponenten
des Fahrzeugs, eine Anzeigeeinheit zum Anzeigen des Betriebsmittelflusses
für einen
Benutzer oder Fahrer des Fahrzeugs und eine Verarbeitungseinheit,
welche mit der Anzeigeeinheit und der Betriebsmittelflussbestimmungsvorrichtung gekoppelt
ist. Die Verarbeitungseinheit ist derart ausgestaltet, dass sie
die Komponenten des Fahrzeugs und Betriebsmittelverbindungen zwischen
den Komponenten des Fahrzeugs als Symbole auf der Anzeigeeinheit
des Fahrzeugs darstellt und die Betriebsmittelverbindungen in Abhängigkeit
des erfassten Betriebsmittelflusses markiert. Die so ausgestaltete Vorrichtung
ist zur Durchführung
des zuvor beschriebenen Verfahrens geeignet und umfasst daher die zuvor
beschriebenen Vorteile.
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Insbesondere
für ein
Brennstoffzellenfahrzeug wird somit ein Verfahren und eine Vorrichtung zur übersichtlichen
Anzeige von Informationen auf einer Anzeigeeinheit in einem Fahrzeug
bereitgestellt. Das Fahrzeug umfasst eine Brennstoffzellenanlage zur
Erzeugung von elektrischer Energie, mindestens einen Behälter für die Aufnahme
von Betriebsstoffen für
die Brennstoffzellenanlage, einen elektrischen Antrieb und mindestens
ein elektrisches Speicherelement. Der mindestens eine Behälter, die
Brennstoffzellenanlage, der elektrische Antrieb und das mindestens
eine elektrische Speicherelement werden als Symbole in ihrer Anordnung
zu den Fahrzeugrädern
auf der Anzeigeeinheit dargestellt und entsprechend durch symbolisch
dargestellte Betriebsmittel- oder Energieschläuche auf der Anzeigerichtung
verbunden. Aktive Flüsse
der Betriebsstoffe und/oder Energieflüsse werden zumindest durch
Hervorhebung der jeweiligen Betriebsmittel- und/oder Energieschläuche in
den jeweiligen Betriebszuständen
dargestellt.
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Die
vorliegende Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahe auf die Zeichnungen
anhand bevorzugter Ausführungsformen
erläutert.
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1 zeigt
eine schematische Darstellung einer Vorrichtung gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung in einem ersten Betriebszustand.
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2 zeigt
eine schematische Darstellung der Vorrichtung der 1 in
einem weiteren Betriebszustand des Fahrzeugs.
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3 zeigt
eine schematische Darstellung der Vorrichtung der 1 in
noch einem weiteren Betriebszustand des Fahrzeugs.
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1 zeigt
eine Vorrichtung 1 gemäß einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung für
ein Fahrzeug, welche eine Betriebsmittelflussbestimmungsvorrichtung 2,
eine Anzeigeeinheit 3 und eine Verarbeitungseinheit 4 umfasst.
Die Verarbeitungseinheit 4 ist mit der Betriebsmittelflussbestimmungsvorrichtung 2 und
der Anzeigeeinheit 3 gekoppelt. Die Betriebsmittelflussbestimmungsvorrichtung 2 ist mit
Komponenten 5–9 des
Fahrzeugs gekoppelt, und zwar mit einer Brennstoffzellenanlage 5,
einem ersten Wasserstofftank 6, einem zweiten Wasserstofftank 7,
einer Batterie 8 und einem elektrischen Antrieb 9.
Aufgrund der Kopplung zwischen der Betriebsmittelflussbestimmungsvorrichtung 2 und den
Komponenten 5–9 des
Fahrzeugs kann die Betriebsmittelflussbestimmungsvorrichtung 2 einen Betriebsmittelfluss
zwischen den Komponenten 5–9 bestimmen. Ein
Betriebsmittelfluss zwischen den Komponenten 5–9 kann
beispielsweise ein Fluss von Wasserstoff aus den Wasserstofftanks 6, 7 zu
der Brennstoffzellenanlage 5, ein elektrischer Energiefluss
zwischen der Brennstoffzellenanlage 5 und der Batterie 8 oder
dem elektrischen Antrieb 9 und ein elektrischer Energiefluss
zwischen der Batterie 8 und dem elektrischen Antrieb 9 sein.
Die Betriebsmittelflussbestimmungsvorrichtung 2 kann beispielsweise
ein Teil einer Antriebssteuerung des Fahrzeugs sein, welche in Abhängigkeit
einer Betriebsart des Fahrzeugs einen Betriebsmittelfluss zwischen
den Komponenten 5–9 steuert.
Eine Betriebsart des Fahrzeugs kann beispielsweise in Abhängigkeit
einer Leistungsanforderung durch den Fahrer bestimmt werden oder
beispielsweise durch eine explizite Betriebsarteinstellung von dem
Fahrer mit Hilfe eines entsprechenden Betriebsarteinstellmittels
eingestellt werden.
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Bei
einer lastabhängigen
Betriebsarteinstellung wird eine von dem Fahrer geforderte Leistung beispielsweise über eine
Gaspedalstellung bestimmt. In Abhängigkeit dieser geforderten
Leistung kann dann der elektrische Antrieb 9 wahlweise
mit elektrischer Energie aus der Batterie 8, mit elektrischer
Energie von der Brennstoffzellenanlage 5, welche die elektrische
Energie aus Wasserstoff aus den Wasserstofftanks 6 und 7 erzeugt,
oder mit elektrischer Energie von sowohl der Batterie 8 als
auch der Brennstoffzellenanlage 5 angetrieben werden. Darüber hinaus
kann beispielsweise in Abhängigkeit
einer Betätigung
eines Bremspedals des Fahrzeugs auch eine Betriebsart zur Energierückgewinnung
eingestellt werden, in welcher mechanische Energie von Antriebsrädern 12, 13 des
Fahrzeugs mit Hilfe des elektrischen Antriebs 9, welcher
in diesem Fall als elektrischer Generator arbeitet, in elektrische
Energie umgewandelt wird und der Batterie 8 zur Speicherung
zugeführt
wird.
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Die
Verarbeitungseinheit 4 steuert die Anzeigeeinheit 3 derart
an, dass auf einer Anzeigefläche der
Anzeigeeinheit 3 eine schematische graphische Darstellung
des Fahrzeugs, wie in 1 gezeigt, dargestellt wird.
Die graphische Darstellung umfasst eine Darstellung von vier Rädern 10–13 des
Fahrzeugs, wobei die Räder 12 und 13 von
dem elektrischen Antrieb 9 angetriebene Räder sind.
Weiterhin werden auf der Anzeigeeinheit 3 schematisch folgende
Komponenten des Fahrzeugs dargestellt: eine Brennstoffzellenanlage 14,
welche die Brennstoffzellenanlage 5 symbolisiert, ein erster
Wasserstofftank 15 und ein zweiter Wasserstofftank 16,
welche die Wasserstofftanks 6, 7 symbolisieren,
eine Batterie 17, welche die Batterie 8 symbolisiert
und ein elektrischer Antrieb 18, welcher den Antrieb 9 symbolisiert. Weiterhin
werden von der Verarbeitungseinheit 4 auf der Anzeigeeinheit 3 Betriebsmittelverbindungen zwischen
den symbolischen Komponenten 14–18 schematisch dargestellt.
Dies sind im Einzelnen eine Wasserstoffverbindung 19 zwischen
dem ersten Wasserstofftank 15 und dem zweiten Wasserstofftank 16,
eine Wasserstoffverbindung 20 zwischen dem ersten Wasserstofftank 15 und
der Brennstoffzellenanlage 14, eine elektrische Verbindung 21 zwischen
der Brennstoffzellenanlage 14 und der Batterie 17 und
eine elektrische Verbindung 22 zwischen der Batterie 17 und
dem elektrischen Antrieb 18. Schließlich werden von der Verarbeitungseinheit 4 noch
zwei mechanische Verbindungen 23, 24 zwischen
dem elektrischen Antrieb 18 und den angetriebenen Rädern 12 und 13 des
Fahrzeugs dargestellt.
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Die
Verarbeitungseinheit 4 steuert die Anzeigeeinheit 3 in
Abhängigkeit
des von der Betriebsmittelflussbestimmungsvorrichtung 2 erfassten
Betriebsmittelflusses zwischen den Komponenten 5–9 des
Fahrzeugs derart an, dass die symbolischen Komponenten 14–18 und
die Verbindungen 19–24 gemäß dem bestimmten
Betriebsmittelfluss markiert werden.
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Beispielhaft
werden nachfolgend unter Bezugnahme auf die 1–3 drei
verschiedene Betriebsarten des Fahrzeugs mit unterschiedlichen Betriebsmittelflüssen und
entsprechenden Darstellungen auf der Anzeigeeinheit 3 beschrieben.
Die 2 und 3 entsprechen im Wesentlichen
der 1 und unterscheiden sich nur dadurch, dass auf der
Anzeigeeinheit 3 unterschiedliche Betriebsmittelflüsse gemäß den unterschiedlichen
Betriebsarten des Fahrzeugs dargestellt werden. Eine grundsätzliche
Beschreibung der Elemente, welche mit den Bezugszeichen 1–24 bezeichnet
sind, gilt daher in den 2 und 3 wie zuvor
für 1 beschrieben und
werden daher nachfolgend nicht näher
erläutert.
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In 1 befindet
sich das Fahrzeug in einer Betriebsart, in welcher der elektrische
Antrieb 9 ausschließlich
mit elektrischer Energie der Batterie 8 gespeist wird.
Um dies einem Fahrer des Fahrzeugs darzustellen, steuert die Verarbeitungseinheit 4 die Anzeigeeinheit 3 derart
an, dass die Batterie 17, der elektrische Antrieb 18,
die elektrische Verbindung 22 und die mechanischen Verbindungen 23 und 24 markiert
sind. In der in 1 dargestellten Ausführungsform
sind diese Komponenten und Verbindungen des Fahrzeugs schraffiert
dargestellt. Zusätzlich
werden neben den Verbindungen 22–24 Pfeile 25–27 angeordnet,
welche eine Flussrichtung des Betriebsmittels, d. h. der Energie,
anzeigen.
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In 2 wird
auf der Anzeigeeinheit 3 ein Betriebsmittelfluss einer
weiteren Betriebsart des Fahrzeugs dargestellt. In dieser Betriebsart
des Fahrzeugs wird der elektrische Antrieb 9 mit elektrischer
Energie von sowohl der Batterie 8 als auch der Brennstoffzellenanlage 5 versorgt.
Um die geforderte elektrische Energie bereitzustellen, benötigt die Brennstoffzellenanlage 5 Wasserstoff
aus den Wasserstofftanks 6 und 7. Ein entsprechender
Betriebsmittelfluss wird von der Verarbeitungseinheit 4 auf der
Anzeigeeinheit 3 dargestellt. Die beteiligten Komponenten 14–18 sowie
die Verbindungen 19–24 werden
daher markiert. In der Darstellung auf der Anzeigeeinheit 3 der 2 sind
Verbindungen 19–21 und Komponenten 14–16,
welche mit dem Betriebsmittel Wasserstoff arbeiten, mit einer engeren
Schraffur markiert als die Komponenten 17 und 18 und
die Verbindung 22, welche als Betriebsmittel den elektrischen
Strom verwenden. Durch die unterschiedlichen Schraffuren wird dem
Fahrer des Fahrzeugs auf einfache Art und Weise visualisiert, welche
Art von Betriebsmittel derzeit verwendet wird. Die Pfeile 26–30,
welche neben den Verbindungen 19–24 angeordnet dargestellt
sind, geben die aktuelle Betriebsmittelflussrichtung an.
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In 3 wird
auf der Anzeigeeinheit 3 ein Betriebsmittelfluss einer
weiteren Betriebsart des Fahrzeugs dargestellt. In dieser Betriebsart
wird das Fahrzeug abgebremst, wobei mechanische Energie von den
angetriebenen Rädern
des Fahrzeugs mit Hilfe des elektrischen Antriebs 9, welcher
in diesem Fall als Generator arbeitet, in elektrische Energie umgewandelt
wird, welche zum Aufladen der Batterie 8 verwendet wird.
Dementsprechend werden auf der Anzeigeeinheit 3 die beteiligten
Komponenten, d. h. der elektrische Antrieb 18 und die Batterie 17,
sowie die Verbindungen 23, 24 zwischen den angetriebenen
Rädern 12, 13 und
dem elektrischen Antrieb 18 und die elektrische Verbindung 22 zwischen
dem elektrischen Antrieb 18 und der Batterie 17 markiert. Zusätzlich sind
Pfeile 31–33 neben
den Verbindungen 22–24 dargestellt,
welche eine entsprechende Kraft- bzw. Energieflussrichtung angeben.
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In
den 1–3 wurden
die an dem Betriebsmittelfluss beteiligten Komponenten und Verbindungen
schraffiert markiert und eine Flussrichtung durch entsprechende
Pfeile angegeben. Bei Verwendung einer entsprechenden Anzeigeeinheit 3,
welche eine farbige Darstellung ermöglicht, können die Schraffuren auch durch
entsprechende Einfärbungen der
Komponenten und Verbindungen ersetzt werden. So kann beispielsweise
die enge Schraffur der 2 durch eine blaue Einfärbung der
Komponenten 14–16 und
der Verbindungen 19–21 ersetzt
werden und die breitere Schraffur durch eine grüne Einfärbung der Komponenten 17 und 18 sowie
der Verbindungen 22–24 ersetzt
werden. Weiterhin können
die Pfeile 25–33,
welche eine Betriebsmittelflussrichtung bzw. eine Energieflussrichtung
angeben, durch sich bewegende Linien oder Bänder innerhalb der Darstellungen
der Verbindungen 19–24 ersetzte
werden. Darüber
hinaus kann auf der Anzeigeeinheit 3 zusätzlich ein
Schriftzug eingeblendet werden, welcher eine aktuelle Betriebsart
des Fahrzeugs beschreibt, wie durch die Schriftzüge 34–36 in
den 1–3 dargestellt.
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- 1
- Vorrichtung
- 2
- Betriebsmittelflussbestimmungsvorrichtung
- 3
- Anzeigeeinheit
- 4
- Verarbeitungseinheit
- 5
- Brennstoffzellenanlage
- 6
- Wasserstofftank
- 7
- Wasserstofftank
- 8
- Batterie
- 9
- elektrischer
Antrieb
- 10–13
- Fahrzeugrad
- 14
- Symbol
Brennstoffzellenanlage
- 15
- Symbol
Wasserstofftank
- 16
- Symbol
Wasserstofftank
- 17
- Symbol
Batterie
- 18
- Symbol
elektrischer Antrieb
- 19–22
- Betriebsmittelverbindung
- 23,
24
- mechanische
Verbindung
- 25–33
- Betriebsmittelflussrichtung
- 34–36
- Schriftzug