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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Regelung
von Kenngrößen im Betrieb
eines Fahrzeugs, insbesondere eines Kraftfahrzeugs.
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In
herkömmlichen
Fahrzeugen sind Steuer- und Regelsysteme, welche entsprechende Fahrzeugkomponenten
in der Form von Energieverbrauchern bzw. Energiespeichern bzw. Energieerzeugern regeln,
meist permanent aktiv oder an bestimmte aktuelle Fahrzeugzustände gekoppelt.
Beispielsweise ist die Regelung von Kenngrößen eines Motors unmittelbar
an den Zustand des Motors, wie z. B. dessen Temperatur, gekoppelt.
Oftmals ist es wünschenswert,
entsprechende Kenngrößen von
Komponenten eines Fahrzeugs nicht nur an den aktuellen Zustand des
Fahrzeugs, sondern auch optimiert an zukünftige Zustände des Fahrzeugs während dessen Betriebs
anzupassen. Beispielsweise können
Komponenten eines Hybrid-Antriebs in einem Fahrzeug besser geregelt
werden, wenn in geeigneter Weise auch zukünftige abzufahrende Fahrtstrecken
berücksichtigt
werden.
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Aufgabe
der Erfindung ist es deshalb, ein Verfahren und eine Vorrichtung
zur Regelung von Kenngrößen im Betrieb
eines Fahrzeugs zu schaffen, welche eine verbesserte Einstellung
der Kenngrößen unter
Berücksichtigung
von zukünftigen
Fahrzeugzuständen
ermöglichen.
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Diese
Aufgabe wird durch das Verfahren gemäß Patentanspruch 1 und die
Vorrichtung gemäß Patentanspruch
18 gelöst.
Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen definiert.
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In
dem erfindungsgemäßen Verfahren
wird basierend auf einer Schätzung
einer durch das Fahrzeug zurückzulegenden
Fahrtstrecke mit dazugehöriger
Fahrtzeit für
ein oder mehrere Segmente der Fahrtstrecke ein Raum-Zeit-Maß ermittelt
bzw. definiert, welches von der im jeweiligen Segment durch das
Fahrzeug aktuell abgefahrenen Strecke und der hierfür benötigten Zeit
abhängt.
Dabei werden eine oder mehrere Kenngrößen von einer oder mehreren Komponenten
des Fahrzeugs, welche im Betrieb des Fahrzeugs Energie verbrauchen
und/oder erzeugen und/oder speichern, bei der Fahrt des Fahrzeugs
entlang der Segmente in Abhängigkeit
von dem Raum-Zeit-Maß derart
geregelt, dass der Betrieb der Komponente oder Komponenten für die zurückzulegende
Fahrtstrecke gemäß einem
oder mehreren Optimalitätskriterien
optimal ist. Das erfindungsgemäße Verfahren
zeichnet sich dadurch aus, dass basierend auf einer Schätzung einer
zukünftigen
Fahrtstrecke des Fahrzeugs mit dazugehöriger Fahrtzeit und unter Berücksichtigung
einer Größe, welche
sowohl von der Fahrtdauer als auch von der abgefahrenen Strecke
abhängt,
Kenngrößen entsprechender Komponenten,
beispielsweise die Entnahme bzw. Zuführung von Energie bzw. Leistung
für die
jeweilige Komponente, situationsbezogen an das Umfeld gemäß der Fahrtstrecke
angepasst werden können.
Die Komponenten, deren Kenngrößen gesteuert
werden, können
dabei beliebige Energie verbrauchende bzw. Energie erzeugende bzw.
Energie generierende Komponenten im Fahrzeug sein. Der Begriff „Energie” kann jede
beliebige Energieform umfassen, insbesondere elektrische, thermische
und mechanische Energie. Ebenso können die Optimalitätskriterien
in geeigneter Weise in Abhängigkeit
von dem zu erreichenden Ziel festgelegt sein.
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In
einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens
ist ein Optimalitätskriterium
derart ausgestaltet, dass die Entnahme und Zuführung von Energie für einen
Energiespeicher, insbesondere einen elektrischen Energiespeicher, zum
Erreichen eines vollen Ladezustands des Energiespeichers am Ende
der Fahrtstrecke führt.
Beispielsweise kann die Entladung eines Energiespeichers, der für einen
Elektroantrieb, insbesondere in einem Hybrid-Fahrzeug, genutzt wird,
auf einer ansteigenden Fahrtstrecke, an welche sich ein Gefälle anschließt, derart
ausgestaltet sein, dass der Energiespeicher zu Beginn des Gefälles gerade
die Energiemenge aufnehmen kann, welche beim Abfahren des Gefälles im
Generatorbetrieb des Elektroantriebs rückgewonnen werden kann.
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In
einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist ein Optimalitätskriterium
derart ausgestaltet, dass die Entnahme und/oder Zuführung von
Leistung für
einen Energiespeicher, insbesondere einen elektrischen Energiespeicher, beim
Abfahren eines Segments der Fahrtstrecke gleichmäßig erfolgen. Auf diese Weise
wird erreicht, dass sich entsprechende Kenngrößen nur langsam und möglichst
unbemerkt für
den Fahrer des Fahrzeugs verändern
und somit beispielsweise keine abrupten und spürbaren Leistungsabfälle des
Fahrzeugantriebs beim Hinauffahren einer Steigung auftreten.
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In
einer besonders bevorzugten Variante der Erfindung ist ein Optimalitätskriterium
derart ausgestaltet, dass die Entnahme von Leistung für einen
Energiespeicher, insbesondere einen elektrischen Energiespeicher,
an das Streckenprofil, insbesondere an das Höhenprofil, der jeweiligen Segmente
der Fahrtstrecke angepasst ist, so dass für Segmente, bei denen das Fahrzeug
mehr Energie zum Zurücklegen
der Strecke benötigt,
die Entnahme der Leistung höher
ist. Auf diese Weise wird sichergestellt, dass auf Segmenten, für die mehr
Leistung benötigt wird,
in geeigneter Weise auch eine größere Menge an
Leistung bereitgestellt wird. Dies unterstützt wiederum eine für den Fahrer
gleichmäßige und
nachvollziehbare Energieentnahme.
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In
einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist ein Optimalitätskriterium
derart ausgestaltet, dass eine lange Lebensdauer und/oder ein hoher
Wirkungsgrad des oder der Komponenten des Fahrzeugs erreicht werden.
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Die
im Vorangegangenen genannten Optimalitätskriterien sind lediglich
bevorzugte Ausführungsformen
und es können
gegebenenfalls auch andere Optimalitätskriterien gewählt werden.
Insbesondere können
die obigen Optimalitätskriterien auch
in geeigneter Weise kombiniert werden, beispielsweise durch eine
geeignete Gewichtung der Kriterien in einer Optimalitätsfunktion,
wobei das Ziel dann die Optimierung (insbesondere Maximierung bzw.
Minimierung) dieser Optimalitätsfunktion
ist.
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Wie
bereits oben erwähnt,
kann das erfindungsgemäße Verfahren
zur Regelung von Kenngrößen beliebiger
Komponenten im Fahrzeug eingesetzt werden. Beispielsweise können die
Kenngrößen eines
Hybrid-Antriebs im Fahrzeug, umfassend einen elektrischen Energiespeicher
und einem Elektroantrieb, geregelt werden. Ebenso können die
Kenngrößen eines
Heizungs- und/oder Klimasystems im Fahrzeug geregelt werden. Ein
weiterer Anwendungsfall ist die Regelung der Kenngrößen eines
Verbrennungsmotors und/der von den Betrieb des Verbrennungsmotors
beeinflussenden Komponenten.
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In
einer besonders bevorzugten Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Verfahrens
beruht die Schätzung
der durch das Fahrzeug zurückzulegenden
Fahrtstrecke mit dazugehöriger
Fahrtzeit zumindest teilweise auf Informationen aus einem Navigationssystem
des Fahrzeugs und/oder Sensoren und/oder weiteren Geräten im Fahrzeug.
Die zukünftig
zurückzulegende
Fahrtstrecke kann besonders einfach bei der Festlegung eines anzufah renden
Zieles im Navigationssystem bestimmt werden. Daneben können auch
durch entsprechende Sensoren bzw. Geräte ermittelte fahrzeuginterne
Daten bei der Abschätzung
der zukünftigen
Fahrtstrecke bzw. die Fahrtzeit herangezogen werden, insbesondere
der Kilometerstand, die Uhrzeit, der Lenkwinkel, die Geschwindigkeit
oder auch Informationen aus einer Frontkamera im Fahrzeug.
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In
einer weiteren, besonders bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens
wird in dem Zeitraum, in dem das Fahrzeug das jeweilige Segment
abfährt, überprüft, ob erwartete Werte
des Raum-Zeit-Maßes,
welche aus der Schätzung
der durch das Fahrzeug zurückzulegenden Fahrtstrecke
mit dazugehöriger
Fahrtzeit für
das jeweilige Segment abgeleitet sind, mit aktuellen Werten des
Raum-Zeit-Maßes übereinstimmen,
wobei bei einer Abweichung zwischen den Werten das Raum-Zeit-Maß zur Anpassung
der aktuellen Werte an die erwarteten Werte nachgeführt wird.
Das Raum-Zeit-Maß wird
dabei beschleunigt, wenn seine aktuellen Werte kleiner als die erwarteten
Werte sind. Umgekehrt wird das Raum-Zeit-Maß verlangsamt, wenn seine aktuellen
Werte größer als
die erwarteten Werte sind. Gemäß dieser
Ausführungsform
können in
geeigneter Weise durch die Nachführung
des Raum-Zeit-Maßes
auch von der ursprünglichen Schätzung abweichende
Veränderungen
des Raum-Zeit-Maßes,
beispielsweise hervorgerufen durch einen temporären Stillstand bzw. einen Stau auf
der Fahrtstrecke, berücksichtigt
werden. Vorzugsweise werden dabei zu vorgegebenen äquidistanten
Zählzeitpunkten
in dem jeweiligen Segment aktuelle Werte des Raum-Zeit-Maßes mit
den erwarteten Werten auf Übereinstimmung überprüft.
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In
einer besonders bevorzugten Ausführungsform
nimmt das Raum-Zeit-Maß in
einem jeweiligen Segment ein Intervall mit einer vorbestimmten Länge ein,
wobei die Nachführung
des Raum-Zeit-Maßes
derart erfolgt, dass das Ende des Intervalls mit dem Zeitpunkt zusammenfällt, an
dem das Fahrzeug das Ende des Segments erreicht hat. Werden die
Raum-Zeit-Maße
zu vorgegebenen Zählzeitpunkten
ermittelt, kann insbesondere durch Veränderung des Abstands zwischen
den äquidistanten Zählzeitpunkten
das Raum-Zeit-Maß nachgeführt werden.
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In
einer weiteren Variante der Erfindung, in der das Raum-Zeit-Maß in einem
jeweiligen Segment wiederum ein Intervall von vorbestimmter Länge einnimmt,
wird im Falle, dass am Ende des jeweiligen Segments der aktuelle
Wert des Raum-Zeit-Maßes nicht
mit dem Ende des Intervalls zusammenfällt, das nächste Segment begonnen. Dies
kann beispielsweise dadurch erfolgen, dass das Raum-Zeit-Maß wieder
auf einen anfänglichen
Wert, beispielsweise auf einen anfänglichen Zählzeitpunkt, zurückgesetzt
wird bzw. auf den Endwert des Intervalls gesetzt wird. In beiden
Fällen
wird hierdurch der Neuanfang des nächsten Segments angezeigt.
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In
einer weiteren Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens kann im Falle,
dass ein Stillstand des Fahrzeugs für zumindest eine vorbestimmte
Zeitspanne beim Abfahren eines jeweiligen Segments detektiert wird,
das nächste
Segment begonnen werden. Auf diese Weise erfolgt eine entsprechende
Anpassung der Segmente bei nicht korrekter Abschätzung der Fahrtstrecke und
der Fahrtzeit. Insbesondere kann dabei zu Beginn des neuen Segments
auch eine Neueinteilung der Segmente gemäß der nunmehr veränderten
Restfahrtstrecke durchgeführt werden.
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Das
im Vorangegangenen beschriebene Raum-Zeit-Maß kann erfindungsgemäß beliebig
ausgestaltet sein, entscheidend ist lediglich, dass das Raum-Zeit-Maß sowohl
die im Segment abgefahrene Strecke als auch die hierfür benötigte Zeit
berücksichtigt.
Beispielsweise kann das Raum-Zeit-Maß ein Mittelwert basierend
auf der im Segment abgefahrenen Strecke und der hierfür benötigten Zeit
sein, insbesondere der Mittelwert zwischen einer transformierten
Strecke und einer transformierten Zeit, welche beide auf das gleiche
Werteintervall abgebildet werden. Hierdurch werden in dem Raum-Zeit-Maß zu gleichen
Anteilen sowohl die aktuell im Segment abgefahrene Strecke als auch
die hierfür
benötigte
Zeit berücksichtigt.
Ebenso besteht die Möglichkeit,
dass das Raum-Zeit-Maß ein
Maximal- oder Minimalwert basierend auf der im Segment abgefahrenen
Strecke und der hierfür
benötigten
Zeit ist, insbesondere der Maximal- oder Minimalwert ausgewählt aus
einer transformierten Strecke und einer transformierten Zeit, welche
beide auf das gleiche Werteintervall abgebildet werden.
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Neben
dem oben beschriebenen Verfahren betrifft die Erfindung ferner eine
Vorrichtung zur Regelung einer oder mehrerer Kenngrößen im Betrieb eines
Fahrzeugs, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, wobei die Vorrichtung
derart ausgestaltet ist, dass mit der Vorrichtung jede Variante
des erfindungsgemäßen Verfahrens
durchführbar
ist. Darüber hinaus
umfasst die Erfindung ein Fahrzeug, welches eine solche Vorrichtung
beinhaltet.
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Ausführungsbeispiele
der Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten Figuren
detailliert beschrieben.
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Es
zeigen:
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1 eine
schematische Darstellung, welche die Ermittlung eines Raum-Zeit-Maßes gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung wiedergibt;
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2 ein
Diagramm, welches ein Beispiel eines situationsabhängigen Verlaufs
des Raum-Zeit-Maßes
gemäß einer
Ausführungsform der
Erfindung wiedergibt;
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3 und 4 jeweils
Diagramme, welche eine Nachführung
des Raum-Zeit-Maßes gemäß einer
Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Verfahrens
verdeutlichen; und
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5 ein
Diagramm, welches eine Anpassung der Leistungsentnahme einer Batterie
in einem Hybrid-Antrieb basierend auf einer Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens
wiedergibt.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
beruht auf der Idee, eine oder mehrere Komponenten eines Fahrzeugs,
welche Energie verbrauchen bzw. Energie erzeugen bzw. Energie speichern,
in geeigneter Weise unter Berücksichtigung
einer Größe zu steuern,
welche beim Abfahren einer Fahrtstrecke sowohl von der aktuell zurückgelegten
Strecke als auch der hierfür
benötigten
Zeit abhängt.
Hierzu wird zunächst die
zurückzulegende
Fahrtstrecke mit dazugehöriger Fahrtzeit
abgeschätzt,
wobei dazu in einer bevorzugten Variante entsprechende Informationen
aus dem Navigationssystem des Fahrzeugs entnommen werden, insbesondere
die Fahrtstrecke bis zu einem in das Navigationssystem eingegebenen
Zielort. Ferner wird in geeigneter Weise eine gemittelte Fahrtzeit
bis zu dem Zielort bestimmt, wobei diese Bestimmung ebenfalls durch
das Navigationssystem vorgenommen werden kann und z. B. auf entsprechend
abgeschätzte
Durchschnittsgeschwindigkeiten entlang der verschiedenen Abschnitte
der Fahrtstrecke beruht.
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Das
Raum-Zeit-Maß,
welches im Folgenden auch als Raumzeit bezeichnet ist, wird dabei
für verschiedene
Segmente der zurückzulegenden
Fahrtstrecke festgelegt, wobei die Raumzeit in jedem Segment derart
normiert ist, dass in jedem Segment die gleiche Länge an Raumzeit
abläuft. 1 verdeutlicht
für ein
einzelnes Segment einer zurückzulegenden
Fahrtstrecke die Ermittlung der entsprechenden Raumzeit. Die Raumzeit
ist dabei abhängig
von der aktuell im Segment gerade abgefahrenen Strecke s sowie der
hierfür
benötigten
Zeit t. Die Strecke s wird dabei mit einer ersten Transformation
T1 auf einen normierten Streckenwerts RZs transformiert, und die entsprechende
Zeit t wird mit einer zweiten Transformation T2 auf eine normierte
Zeit RZt transformiert. Die Länge
des Intervalls der transformierten Strecke und die Länge des
Intervalls der transformierten Zeit, welche beim Abfahren des Segments
durchlaufen werden, sind dabei gleich groß. Ist die geschätzte bzw.
ermittelte Fahrtstrecke für
das Segment z. B. 80 Meter, so wird die Strecke s beispielsweise
mit dem Transformationsfaktor Ks = 1,25 multipliziert, um hierdurch
die Werte der Strecke auf ein Intervall einer normierten Strecke
RZs zwischen 0 und 100 abzubilden. Analog wird im Falle, dass die
Fahrtzeit für
die Strecke z. B. 40 Sekunden beträgt, diese Fahrtzeit mit dem
Transformationsfaktor Kt = 2,5 multipliziert, wodurch die transformierte
Zeit RZt im gleichen Intervall zwischen 0 und 100 liegt.
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Die
beiden ermittelten Werte RZs und RZt werden dann geeignet gekoppelt,
wie durch den Block K in 1 angedeutet wird. In einer
bevorzugten Ausführungsform
wird das arithmetische Mittel aus RZs und RZt gebildet, welches
dann die Raumzeit RZ ist. Das heißt, es gilt: RZ
= 0,5 × (RZs
+ RZt).
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Gegebenenfalls
kann die Kopplung auch auf andere Weise erfolgen, beispielsweise
kann das Maximum oder das Minimum der Werte RZs und RZt als Raumzeit
RZ bestimmt werden Ebenso können
die beiden Werte RZs und RZt in irgendeiner Form gewichtet miteinander
verbunden werden.
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Nach
der Kopplung K erhält
man somit berechnete Werte für
die Raumzeit RZ, welche auf einer Schätzung der zukünftig abzufahrenden
Fahrtstrecke basieren. In einer bevorzugten Variante der Erfindung
werden dann während
des tatsächlichen Abfahrens
des Segments die sich tatsächlich
ergebenden Werte der Raumzeit mit den berechneten Werten verglichen.
Es können
dabei Unterschiede entstehen, wenn das Fahrzeug beispielsweise auf der
Fahrtstrecke öfter
stehen bleibt bzw. die Fahrtstrecke schneller oder lang samer als
erwartet abfährt.
Bei Abweichungen zwischen den berechneten und den tatsächlichen
Raumzeit-Werten erfolgt eine entsprechende Nachführung der Raumzeit, welche
in 1 durch den Block A wiedergegeben wird. Die Berücksichtigung
der Strecke bzw. der Zeit der tatsächlichen Raumzeit-Werte bei
der Nachführung
ist dabei durch die Pfeile P1 bzw. P2 angedeutet. Basierend auf
dieser nachgeführten
Raumzeit erfolgt eine Regelung von Kenngrößen entsprechender Komponenten
im Fahrzeug, wie weiter unten noch näher beschrieben wird.
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Die
oben beschriebene Nachführung
ist optional und alternativ bzw. zusätzlich zu der Nachführung kann
auch lediglich am Ende eines gerade abgefahrenen Segments sichergestellt
werden, dass das Segment beendet wird und zum nächsten Segment der abgefahrenen
Fahrtstrecke übergegangen wird. 2 verdeutlicht
einen situationsabhängigen Zeitverlauf
der Raumzeit, welche am Ende eines Segments basierend auf einer
Variante der Erfindung angepasst wird. In 2 ist über die
Fahrtzeit t entlang der Abszisse für zwei Segmente 1 und 2 die
entsprechende Entwicklung der Raumzeit RZ und deren Komponenten
RZt und RZs angedeutet, wobei RZ der Mittelwert der beiden Komponenten
RZt und RZs ist und in einem Segment Werte zwischen 0 und 100 durchläuft. In
dem Diagramm der 2 ist dabei die Raumzeit RZ
als durchgezogene Linie und die Raumzeit-Komponenten RZs bzw. RZt
als gestrichelte bzw. punktierte Linie angedeutet.
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Das
in 2 gezeigte Segment 1 entspricht einem Fall, bei
dem die tatsächlich
ermittelte Raumzeit RZ der berechneten Raumzeit hinterherläuft, da das
Fahrzeug unerwartet nicht zum Zeitpunkt t0, sondern zum späteren Zeitpunkt
t1 losgefahren ist. Als Konsequenz läuft das Segment 1 eine längere Zeit bis
zum Erreichen des Raumzeit-Werts 100. Insbesondere wird das Segment
erst zum Zeitpunkt t3 beendet, wohingegen das Segment gemäß der berechneten
Raumzeit eigentlich schon zum Zeitpunkt t2 zu Ende sein müsste. 2 zeigt
ferner ein zweites Segment 2, bei dem bei der Berechnung der Raumzeit
ein Stillstand des Fahrzeugs am Anfang des Segments eingeplant ist,
der auch beim tatsächlichen
Abfahren des Segments auftritt. Das Fahrzeug legt die Strecke des
Segments jedoch mit höherer
Geschwindigkeit als ursprünglich
geschätzt
zurück.
Als Konsequenz ist die Strecke des Segments bereits zu einem Zeitpunkt
t4 abgefahren, bei dem jedoch der Wert der Raumzeit RZ noch nicht
den Wert 100 erreicht hat. In diesem Fall wird die Raumzeit zurückgesetzt,
so dass unmittelbar das nächste
Segment beginnen kann. Es besteht dabei die Möglichkeit, dass die Raumzeit
mit der angedeuteten ansteigenden Flanke F1 stark beschleunigt auf
den Wert 100 geführt
wird bzw. durch die angedeutete Flanke F2 unmittelbar auf den Wert
0 zurückgeführt wird.
In beiden Fällen beginnt
dabei annähernd
sofort eine neue Fahrt-Etappe und damit ein neues Raumzeit-Segment.
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Anhand
der 2 wurde ein Beispiel beschrieben, bei dem die
Raumzeit während
des Abfahrens eines Segments nicht kontinuierlich nachgeführt wird. 3 und 4 zeigen
demgegenüber ein
Beispiel einer kontinuierlichen Nachführung der Raumzeit innerhalb
eines Segments, wie dies auch in der Ausführungsform der 1 der
Fall ist. 3 zeigt für eine Mehrzahl von Segmenten
1 bis 5, deren Höhenprofil
im oberen Teil der Figur angedeutet ist, die entsprechende Entwicklung
der Raumzeit RZ innerhalb der Segmente. Dabei ist entlang der Abszisse
die zurückgelegte
Strecke s und entlang der Ordinate die Raumzeit RZ angedeutet, welche
wiederum zwischen 0 und 100 liegt. In dem Szenario der 3 entspricht
in den Segmenten 1 bis 3 und im Segment 5 die berechnete Raumzeit
der tatsächlichen
Raumzeit, wobei der Verlauf dieser Raumzeiten durch durchgezogene
Linien in den entsprechenden Segmenten angedeutet ist. Demgegenüber weicht
im Segment 4 die tatsächliche
Raumzeit, welche durch eine durchgezogene Linie in diesem Segment
angedeutet ist, von der berechneten Raumzeit ab, welche durch eine
gestrichelte Linie in diesem Segment angedeutet ist.
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In 3 erfolgt
im Segment 4 eine Nachführung
der tatsächlichen
Raumzeit bei einer abgefahrenen Strecke von 60 Metern. Ein Vergleich
zwischen der tatsächlichen
und der berechneten Raumzeit ergibt dabei, dass die tatsächliche
Raumzeit größer als die
berechnete ist, was bedeutet, dass das Fahrzeug schneller als erwartet
gefahren ist. In dem Abschnitt zwischen 0 und 60 Metern wird gemäß der tatsächlichen
Raumzeit eine Raumzeit-Sekunde pro 0,75 Meter Strecke zurückgelegt.
Um die tatsächliche
Raumzeit an die berechnete anzupassen, wird die Raumzeit verlangsamt,
indem eine Raumzeit-Sekunde in dem Abschnitt zwischen 60 und 100
Metern nunmehr zwei Metern zurückgelegter
Strecke entspricht. Auf diese Weise wird erreicht, dass am Ende
des Segments bei 100 Metern die tatsächliche Raumzeit wiederum der
geschätzten
Raumzeit entspricht. In dem Beispiel der 3 kann zu
einer vorgegebenen Anzahl von Zählzeitpunkten,
beispielsweise nach jedem Meter der abgefahrenen Strecke, die tatsächliche Raumzeit
mit der berechneten Raumzeit verglichen werden. Eine Beschleunigung
kann dann dadurch erreicht werden, dass das Intervall zwischen aufeinander
folgenden Zählzeitpunkten
entsprechend vergrößert wird.
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4 zeigt
eine Ansicht analog zu 3, wobei wiederum die Entwicklung
der Raumzeit in den entsprechenden Segmenten 1 bis 5 angedeutet
ist. Die Entwicklung der Raumzeit in den Segmenten 1 bis 3 und 5
entspricht dabei der 3, das heißt, in diesen Segmenten weicht
die tatsächliche
Raumzeit nicht von der berechneten Raumzeit ab. Demgegenüber tritt
im Segment 4 nunmehr der Fall auf, dass die tatsächliche Raumzeit, welche in
diesem Segment wiederum als durchgezogene Linie angedeutet ist, langsamer
abläuft
als die berechnete Raumzeit, welche ebenfalls analog zur 3 als
gestrichelte Linie angedeutet ist. 4 zeigt
wiederum eine Nachführung
der tatsächlichen
Raumzeit bei einer abgefahrenen Strecke von 60 Metern. Da die tatsächliche Raumzeit
nunmehr kleiner als die berechnete ist, erfolgt zur Nachführung der
tatsächlichen
Raumzeit eine Beschleunigung der Raumzeit, so dass die Raumzeit
bei Erreichen des Segment-Endes bei 100 Metern wiederum der berechneten
Raumzeit entspricht und bei 100 liegt. In dem Beispiel der 4 wird
dabei eine Beschleunigung dadurch erreicht, dass die tatsächliche
Raumzeit zwischen 0 und 60 Metern, bei der eine Raumzeit-Sekunde
einer Strecke von drei Metern entspricht, so beschleunigt wird, dass
zwei Raumzeit-Sekunden nunmehr einer Strecke von einem Meter entsprechen.
In Analogie zu 3 kann dabei für eine vorbestimmte
Anzahl von Zählzeitpunkten
der Vergleich zwischen der berechneten und der ermittelten Raumzeit
durchgeführt werden.
Eine Beschleunigung der Raumzeit kann somit dadurch bewirkt werden,
dass die Abstände
zwischen den Zählzeitpunkten
entsprechend verkleinert werden.
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In
Abhängigkeit
von der im Vorangegangenen beschriebenen Raumzeit, welche sowohl
die zurückgelegte
Strecke als auch die Fahrzeit in einem Segment berücksichtigt,
können
einfach und effizient beliebige Energieverbraucher bzw. Energiespeicher bzw.
Energiegeneratoren in einem Fahrzeug optimal basierend auf einem
oder mehreren Optimalitätskriterien
geregelt werden. 5 zeigt dabei ein Ausführungsbeispiel,
bei dem für
einen Hybrid-Antrieb in einem Fahrzeug eine optimierte Entnahme
der Leistung der Batterie des Hybrid-Antriebs in Abhängigkeit von
einem Streckenprofil erreicht wird.
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5 zeigt
die zukünftige
Fahrtstrecke des Fahrzeugs beginnend am Streckenpunkt s0 bis zum Streckenpunkt
s1. Die Strecke s ist dabei entlang der Abszisse und die überwundenen
Höhenmeter
h entlang der Ordinate aufgetragen. In den Streckenabschnitten 1
bis 4, bei denen die potentielle Energie des Fahrzeugs gleichbleibt
bzw. zunimmt, wird das Fahrzeug durch den Elektromotor des Hybrid-Antriebs
unterstützt,
das heißt,
es wird Energie aus der Batterie entnommen. Demgegenüber wird
in dem Segment 5, in dem die potentielle Energie des Fahrzeugs abnimmt,
die Batterie des Hybrid-Antriebs geladen, indem der Elektromotor
des Antriebs in den Generatorbetrieb umschaltet, wodurch auch eine Bremswirkung
beim Abfahren des Gefälles
erreicht wird.
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In
5 wird
die geschätzte
Zeit zum Abfahren der Segmente 1 bis 4 mit t
Rek bezeichnet.
Für jedes
Segment i (i = 1, 2, 3, 4) wird diese Zeit aus einer entsprechend
geschätzten
Streckenlänge
L
i und einer entsprechend geschätzten Geschwindigkeit
V
i des Fahrzeugs innerhalb des jeweiligen
Segments bestimmt. Ferner kann die im Segment 5 rückgewonnene
Energie E
rek (Rek = Rekuperation) abgeschätzt werden,
wobei diese Energie in Abhängigkeit
von bestimmten Parametern ermittelt wird, wie zum Beispiel der Geschwindigkeit
des Fahrzeugs, der Steigung und Länge des Streckensegments, dem
verwendeten Gang bei der Fahrt entlang des Gefälles, dem Fahrertyp, dem Gewicht
des Fahrzeugs und dergleichen. Basierend auf der geschätzten Energiemenge E
Rek sowie der Energie E
Aufnehm,
welche die Batterie zu Beginn der Fahrtstrecke am Ort s0 aufnehmen
kann, wird nunmehr die Batterie bei der Fahrt entlang der Segmente
1 bis 4 mit möglichst
niedriger Leistung derart entladen, dass die Batterie zu Beginn
des Gefälles,
das heißt
am Anfang des Segments 5, die notwendige Energiemenge E
Rek aufnehmen
kann, so dass die Batterie am Ende der Rekuperationsphase, d. h.
nach Abfahren des Segments 5, wieder voll geladen ist. Somit wird
als gewünschte
Batterieleistung P
Bat,des folgender Wert
bestimmt:
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Erfindungsgemäß wird dabei
die Batterieleistung PBat,des nicht streckenbasiert
geregelt, sondern es wird die oben beschriebene Raumzeit verwendet, welche
sowohl von der zurückgelegten
Strecke als auch der abgelaufenen Zeit abhängt. Auf diese Weise werden
Abweichungen von der geschätzten Fahrtstrecke
und der dafür
benötigten
Zeit in geeigneter Weise berücksichtigt.
Insbesondere können
dabei auch unerwartete Stillstände
des Fahrzeugs einfließen,
bei denen die Raumzeit langsamer läuft als bei durchgehender Fahrt.
Mithilfe der verwendeten normierten Raumzeit wird auf diese Weise
eine stabile und nachvollziehbare Regelung der entsprechenden Energie-Entnahme
bzw. Energie- Rückgewinnung
in einem Hybrid-Antrieb erreicht. Hierdurch wird die Batterie in
dem Hybrid-Antrieb situationsoptimal und zugleich lebensdaueroptimal
eingesetzt.
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Die
im Vorangegangenen beschriebene Ausführungsform der Erfindung ist
nicht auf die Regelung eines Hybrid-Antriebs beschränkt, sondern
kann für beliebige
Energie verbrauchende bzw. Energie speichernden bzw. Energie generierenden
Komponenten in einem Fahrzeug während
dessen Betriebs verwendet werden. Insbesondere kann der Betrieb
beliebiger elektrischer Verbraucher in Abhängigkeit von der Fahrtstrecke
geeignet angepasst werden, beispielsweise kann bei einem Energiemangel
im Bordnetz des Fahrzeugs die Sitzheizung so innerhalb einzelner
Segmente zurückgeregelt
werden, dass der Fahrer eine gleichmäßige Sitzheizung erlebt und
der Rückgang
der Leistung der Heizung für
den Fahrer im Wesentlichen unbemerkt bleibt.
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Ein
weiterer Anwendungsfall der Erfindung ist beispielsweise die Korrelation
der Größen Temperatur
und Wärmefluss
in einem Heizungssystem bzw. Klimatisierungssystem in einem Fahrzeug.
Dabei werden der Wärmefluss
und die Temperatur derart geregelt, dass eine möglichst gleichmäßige Temperatur
in Abhängigkeit
von dem Streckenprofil im Fahrzeug bereitgestellt wird. Ein anderer
Anwendungsfall ist beispielsweise die Kühlung eines Verbrennungsmotors.
Dabei ist es bekannt, dass eine höhere Temperatur eines Verbrennungsmotors
zu einem besseren Wirkungsgrad des Motors führt. Nichtsdestotrotz muss
der Verbrennungsmotor vor Überhitzung
geschützt
werden. Wird dieses Beispiel auf das Streckenprofil der 5 angewendet,
wird die Kühlung des
Motors derart beeinflusst, dass der Motor bis zum Ende des Segments
4 eine so hohe Temperatur erreicht, dass der Wirkungsgrad optimal
ist, ohne dass es zu Beschädigungen
des Motors kommt. Da aus der Schätzung
der Fahrtstrecke bekannt ist, dass das Fahrzeug im Segment 5 bergab
fährt,
kommt es zu einer Entlastung des Verbrennungsmotors, so dass dann
die Temperatur des Motor wieder abnimmt. Die Steuerung der Kühlung des
Motors in den Segmenten kann dabei beispielsweise durch eine Anpassung
der Drehzahl und damit der Leistungsentnahme des Lüfters des
Motors erfolgen, welche in den Segmenten 1 bis 4 geringer ist als
dies bei einer reinen Steuerung des Lüfters mithilfe eines Thermostats
der Fall wäre.
Auf diese Weise wird erreicht, dass zum einen weniger Energie aus
dem Bordnetz für
den Lüfter
entnommen wird und zum anderen der Wirkungsgrad des Motors aufgrund
eines Betriebs bei höheren
Temperaturen innerhalb der Segmente 1 bis 4 verbessert wird.
