DE102009030784A1 - Verfahren zum Steuern des Betriebs eines Fahrzeugs - Google Patents

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Felix Kauffmann
Hans Georg Prof. Dr. Dr. Bock
Christian. Dipl.-Math. Kirches
Sebastian Dr.rer.nat. Sager
Johannes Dr.rer.nat. Schlöder
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Steuern des Betriebs eines Fahrzeugs (5) mit einer Fahrzeug- und Motor- und/oder Getriebesteuerung (4), wobei mehrere Umgebungsparameter, Fahrzeugparameter, Fahrzeugbetriebsparameter und/oder Streckenparameter erfasst werden und für einen vorausliegenden Streckenabschnitt beginnend bei einer gegenwärtigen Fahrzeugposition die Fahrzeugbetriebszustände und die zugehörigen Steuerparameter mittels einer Fahrzeugbetriebskostenfunktion ermittelt und in einem Puffer (3) als optimierte Fahrzeugsteuerparameter abgelegt werden. Erfindungsgemäß wird die Fahrzeugbetriebskostenfunktion anhand eines iterativen numerischen Verfahrens unter Berücksichtigung vom Fahrer vorgebbarer Beschränkungen und/oder Nebenbedingungen für die Fahrzeugbetriebs- und/oder die Fahrzeugsteuerparameter ermittelt.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Steuern des Betriebs eines Fahrzeugs gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
  • Die Offenlegungsschrift DE 103 45 319 A1 beschreibt ein voraussagendes Tempomatsystem, welches Informationen über die gegenwärtige Fahrzeugposition wie auch das bevorstehende Gelände verwendet, um Kraftstoff zu sparen und den Fahrkomfort zu erhöhen. Eine Fahrzeugbetriebskostenfunktion ist auf Basis mehrerer Umgebungsparameter, Fahrzeugparameter, Fahrzeugbetriebsparameter und Streckenparameter definiert. Während sich das Fahrzeug über eine bestimmte Strecke fortbewegt, für die Streckenparameter wie etwa die Straßenneigung und die Krümmung in einer Straßenkarte gespeichert sind, stellen Sensoren an Bord des Fahrzeugs die Umgebungs- und die Fahrzeugbetriebsparameter, die zumindest die Fahrzeuggeschwindigkeit und seine Position in Bezug auf die Straßenkarte beinhalten, fest. Während sich das Fahrzeug fortbewegt, berechnet ein Bordcomputer Fahrzeugsteuerparameter, die die Fahrzeugbetriebskostenfunktion für einen vorherbestimmten Voraussagehorizont entlang der Strecke vor dem Fahrzeug optimieren, iterativ und speichert sie in einem Speicher. Optimale Fahrzeugsteuerparameter für den Voraussagehorizont werden dann in einem Speicher gespeichert und fortwährend aktualisiert und durch neue Daten ersetzt, während sich das Fahrzeug fortbewegt, wodurch die ”optimalen” Steuerparameter so eingestellt werden, dass sie die tatsächliche fahrzeughistorische Betriebserfahrung, während der Reise widerspiegeln.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Verfahren zum Steuern des Betriebs eines Fahrzeugs anzugeben.
  • Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst.
  • Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
  • Beim erfindungsgemäßen Verfahren zum Steuern des Betriebs eines Fahrzeugs mit einer Fahrzeug- und Motor- und/oder Getriebesteuerung, wobei mehrere Umgebungsparameter, Fahrzeugparameter, Fahrzeugbetriebsparameter und/oder Streckenparameter erfasst werden und für einen voraus liegenden Streckenabschnitt beginnend bei einer gegenwärtigen Fahrzeugposition die Fahrzeugbetriebszustände und die zugehörigen Steuerparameter mittels einer Fahrzeugbetriebskostenfunktion ermittelt und in einem Puffer als optimierte Fahrzeugsteuerparameter abgelegt werden, wird die Fahrzeugbetriebskostenfunktion anhand eines iterativen numerischen Verfahrens unter Berücksichtigung vom Fahrer vorgebbarer Beschränkungen und/oder Nebenbedingungen für die Fahrzeugbetriebs- und/oder die Fahrzeugsteuerparameter ermittelt.
  • Unter einem iterativen numerischen Verfahren wird im Sinne der Erfindung eine schrittweise, aber zielgerichtet angenäherte Ermittlung und Analyse der Fahrzeugbetriebskostenfunktion verstanden. Das iterative Verfahren umfasst eine wiederholte Anwendung desselben Algorithmus.
  • Dabei wird ein Speicher mit einer mittels der Fahrzeugbetriebskostenfunktion ermittelten Folge von optimierten Fahrzeugsteuerparametern gefüllt und durch beispielsweise einen Bordcomputer fortwährend aktualisiert, während sich das Fahrzeug fortbewegt. Dabei wird auf einem ermittelten Voraussagehorizont eine festgelegte Anzahl von möglichen Schaltvorgängen in der Optimierung berücksichtigt. Hierdurch werden die für den Voraussagehorizont jeweils optimalen Fahrzeugsteuerparameter unter sich während der Fahrt des Fahrzeugs verändernden Umgebungs-, Straßen- und Fahrzeugeigenschaften ermittelt. Zur Ansteuerung des Fahrzeugs kommt der jeweils aktuelle Satz von Fahrzeugsteuerparametern aus dem Speicher zur Anwendung.
  • Mittels des Verfahrens zum Steuern des Betriebs eines Fahrzeugs werden vorteilhafterweise ein Kraftstoffverbrauch und eine Beanspruchung und somit ein Verschleiß der Bremsen verringert sowie ein Beibehalten einer vorgeschriebenen Fahrzeuggeschwindigkeit und eine Verbesserung des Fahrkomforts ermöglicht.
  • Besonders vorteilhafterweise wird durch die automatische Steuerung der Fahrzeug- und Motor- und/oder Getriebesteuerung eine Bedienung des Fahrzeugs vereinfacht.
  • Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand von Zeichnungen näher erläutert.
  • Dabei zeigen:
  • 1 schematisch einen Zustands- und Steuerungsverlauf sowie die Schaltvorgänge beim Überqueren eines Hügels in vier Diagrammen,
  • 2 schematisch einen Zustands- und Steuerungsverlauf sowie die Schaltvorgänge beim Durchfahren einer Kurve in fünf Diagrammen,
  • 3 schematisch ein Blockdiagramm des Verfahrens zum Steuern des Betriebs eines Fahrzeugs,
  • 4 schematisch ein Blockdiagramm des Aufbaus einer Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zum Steuern des Betriebs eines Fahrzeugs,
  • 5 schematisch ein in Neigung betriebenes Fahrzeug mit den auf das Fahrzeug wirkenden äußeren und inneren Kräften,
  • 6 schematisch eine charakteristische Kurve des Motorreibmoments,
  • 7 schematisch ein Kennfeld des Kraftstoffverbrauchs,
  • 8 schematisch eine charakteristische Kurve der zulässigen Kurvenhöchstgeschwindigkeiten und
  • 9 schematisch eine Aufteilung des Voraussagehorizonts in Mehrzielintervalle und Mehrzielknoten.
  • Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
  • Die vorliegende Erfindung zielt auf ein Verfahren zum Steuern des Betriebs eines Fahrzeugs ab, welches die Betriebskosten auf der Basis einer Analyse von Fahrzeugbetriebsparametern und Streckeninformationen hinsichtlich des jeweils vor dem Fahrzeug liegenden Streckenabschnittes minimiert und dazu neben der Bestimmung optimierter Werte der kontinuierlichen Fahrzeugsteuerparameter auch optimierte Schaltentscheidungen trifft.
  • Beim Verfahren zum Steuern des Betriebs eines Fahrzeugs wird auf der Basis mehrerer Umgebungsparameter, Fahrzeugparameter, Fahrzeugbetriebsparameter und Streckenparameter eine Fahrzeugbetriebskostenfunktion definiert. Während das Fahrzeug eine bestimmte Strecke durchfährt, für die die Streckenparameter wie die Straßenneigung und -krümmung in einer Straßenkarte gespeichert sind, stellen Sensoren im Fahrzeug Umgebungs- und Fahrzeugbetriebsparameter einschließlich zumindest der Fahrzeuggeschwindigkeit und der Position in Bezug auf die Straßenkarte fest. Während sich das Fahrzeug fortbewegt, berechnet ein Bordcomputer iterativ Fahrzeugsteuerparameter, die die Fahrzeugbetriebskostenfunktion für eine, auch als Voraussagehorizont bezeichnete, bestimmte Entfernung entlang der Strecke vor dem Fahrzeug optimieren, und speichert diese in einem Speicher. Die optimalen Fahrzeugsteuerparameter für den Voraussagehorizont werden dann in einem Speicher gespeichert und fortwährend aktualisiert und durch neue Daten ersetzt, während sich das Fahrzeug und somit der Voraussagehorizont weiterbewegt, wodurch die optimierten Steuerparameter so eingestellt werden, dass sie die tatsächliche fahrzeughistorische Betriebserfahrung während der Reise widerspiegeln. Das Fahrzeug wird dann durch das Auslesen der optimierten Fahrzeugsteuerparameter aus dem Speicher entsprechend der gegenwärtigen Position des Fahrzeugs gesteuert.
  • Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Steuern des Betriebs eines Fahrzeugs bereitzustellen, welches Fahrzeugsteuerparameter sowie Schaltentscheidungen auf der Basis von gespeicherten Streckendaten sowie ständig aktualisierter Fahrzeugbetriebsparameter fortwährend optimiert bestimmt.
  • Diese Optimierung erfolgt durch eine Minimierung einer analytischen Kostenfunktion auf der Basis einer Vorhersage des Fahrzeugverhaltens anhand eines dynamischen Modells des Fahrzeugs. Die Berücksichtigung von Beschränkungen und Nebenbedingungen an die Fahrzeugbetriebs- sowie Fahrzeugsteuerparameter soll möglich sein. Optimale Fahrzeugsteuerparameter sowie Schaltentscheidungen werden während des Betriebs des Fahrzeugs und unter Berücksichtigung des jeweils aktuellen Betriebszustands ununterbrochen während der Fahrt berechnet.
  • Das vorliegende Verfahren ermöglicht die Anpassung der Geschwindigkeitssteuerung des Fahrzeugs an wechselnde Fahrsituationen, welche sich durch externe Zwänge ergeben, während das Fahrzeug fährt, beispielsweise eine Geschwindigkeitsbegrenzung oder ein Stau.
  • Das Verfahren verwendet Informationen über die gegenwärtige Fahrzeugposition sowie die bevorstehenden Straßeneigenschaften um den Kraftstoffverbrauch bei Einhaltung vorgegebener Geschwindigkeitsbegrenzungen zu reduzieren sowie den Komfort zu erhöhen.
  • Dazu ist eine Fahrkostenfunktion auf Basis mehrerer Modellparameter zur Beschreibung der Umgebung, des Fahrzeugs und der Strecke definiert. Während sich das Fahrzeug über eine bestimmte Strecke fortbewegt, werden diese Parameter aus gespeicherten Daten berechnet oder unter Verwendung von Sensoren an Bord des Fahrzeugs bereitgestellt.
  • Die physikalischen und mechanischen Eigenschaften des Fahrzeugs werden mit der für die Voraussage notwendigen Genauigkeit durch ein dynamisches Modell wiedergegeben. Ausgehend von den aktuellen Modellparametern berechnet ein Bordcomputer unter Verwendung des dynamischen Fahrzeugmodells Steuerparameter und Schaltentscheidungen für das Fahrzeug. Diese minimieren die Fahrtkostenfunktion für einen festgelegten Voraussagehorizont entlang der vor dem Fahrzeug liegenden Strecke. Diese Berechnung erfolgt unter Verwendung der direkten Mehrzielmethode zur effizienten Lösung von Optimalsteuerungsproblemen.
  • Ein Speicher wird mit der so berechneten Folge optimaler Fahrzeugsteuerparameter gefüllt und durch den Bordcomputer fortwährend aktualisiert, während sich das Fahrzeug fortbewegt. Dabei wird auf dem Voraussagehorizont auch eine festgelegte Anzahl von möglichen Schaltvorgängen in der Optimierung berücksichtigt. Hierdurch werden die für den Voraussagehorizont jeweils optimalen Fahrzeugsteuerparameter unter sich während der Fahrt des Fahrzeugs verändernden Umgebungs-, Straßen- und Fahrzeugeigenschaften erhalten. Zur Ansteuerung des Fahrzeugs kommt der jeweils aktuelle Satz von Fahrzeugsteuerparametern aus dem Speicher zur Anwendung.
  • Die grundlegende Idee des Verfahrens ist es, die konstante Einstellgeschwindigkeit eines herkömmlichen Tempomats durch einen kontinuierlich angepassten Geschwindigkeitsverlauf zu ersetzen, sowie Schaltentscheidungen zu treffen, welche in den 1 und 2 beispielhaft dargestellt sind. Eine Vorausschau auf die Straßeninformationen wird verwendet, um eine gewünschte Geschwindigkeit innerhalb vorgegebener Grenzen als eine Funktion der Fahrzeugposition zu bestimmen, sowie an festgelegten Positionen auf dem Voraussagehorizont Schaltentscheidungen zu treffen. Ziel ist die Minimierung des Kraftstoffverbrauchs sowie die Verbesserung des Fahrkomforts.
  • In 1 ist die Überquerung eines Hügels mittels vier Diagrammen dargestellt. Die vier Diagramme stellen jeweils die Steigung γ der Straße, das Motormoment MInd, den eingelegten Gang G und die Geschwindigkeit ν des Fahrzeugs entlang des Wegs s dar. Bei der Überquerung des Hügels verlangsamt das mit dem vorliegenden Verfahren betriebene Fahrzeug im Idealfall während der Bergauffahrt mit der Steigung γ der Straße seine Geschwindigkeit v, bis es an der höchsten Stelle eine vorgeschriebene Minimalgeschwindigkeit erreicht, und nimmt während der Bergabfahrt wieder Geschwindigkeit auf. Dieser Vorgang wird bei hinreichend großen Geschwindigkeits- und damit Drehzahldifferenzen durch eine optimal bestimmte Schaltstruktur begleitet, welche den Gang G dem verfügbaren Motormoment MInd anpasst. Diese Strategie verhindert die Einleitung unnötiger Bremsvorgänge oder bestimmt den optimalen Zeitpunkt für unvermeidliche Bremseingriffe minimaler Länge. Dadurch wird die potentielle Energie des Fahrzeugs vollständig in kinetische Energie umgewandelt. Diese Strategie verhindert ein unnötiges Bremsen oder verzögert das Bremsen, bis es unvermeidlich ist.
  • In 2 ist die Durchfahrt einer Kurve mittels fünf Diagrammen dargestellt. Die fünf Diagramme stellen jeweils die Kurvenkrümmung b der Straße, das Motormoment MInd, das Bremsmoment MBremse, den eingelegten Gang G und die Geschwindigkeit v des Fahrzeugs entlang des Wegs s dar. Somit können Informationen über die Kurvenkrümmung b der Straße, welche in der Straßenkarte beispielsweise eines Navigationssystems abgespeichert sind, zusätzlich verwendet werden, um die Fahrzeuggeschwindigkeit v in Kurven zu begrenzen. Hierdurch werden unzulässig große seitliche Beschleunigungen vermieden, welche zu einem Überschlag des Fahrzeugs führen könnten. Das vorliegende Verfahren verringert bei Annäherung an eine Kurve die Geschwindigkeit v automatisch und nutzt dazu neben Bremseingriffen mit dem Bremsmoment MBremse durch die Bestimmung einer optimierten Schaltstruktur und dem Einlegen des entsprechenden Gangs G auch die Bremswirkung des Fahrzeugmotors als Bremse.
  • In 3 ist schematisch ein Blockdiagramm des Verfahrens zum Steuern des Betriebs eines Fahrzeugs dargestellt. Es umfasst zumindest ein GPS-System 1 (globales Positionierungssystem), eine Vorrichtung zur Steuerung des Verfahrens 2, einen Puffer 3, eine herkömmliche Fahrzeug- und Motor- und/oder Getriebesteuerung 4 und das Fahrzeug 5.
  • Die herkömmliche Fahrzeug- und Motor- und/oder Getriebesteuerung 4 ist beispielsweise aus mehreren einzelnen Steuergeräten oder aus einem Kombigerät, welches mehrere Teilsteuergeräte umfasst, gebildet.
  • Das GPS-System 1 ist mit der Vorrichtung zur Steuerung des Verfahrens 2 verbunden und ermittelt eine Position des Fahrzeugs 5 und übermittelt diese an die Vorrichtung 2. Die Vorrichtung 2 ist beispielsweise als Bordcomputer des Fahrzeugs 5 ausgebildet und ermittelt auf noch zu beschreibende Art und Weise mittels der Fahrzeugbetriebskostenfunktion optimierte Fahrzeugsteuerparameter, welche im Puffer 3, welcher mit der Vorrichtung 2 verbunden ist oder in die Vorrichtung integriert ist, abgespeichert werden. Der Puffer 3 ist mit einer herkömmlichen Fahrzeug- und Motor- und/oder Getriebesteuerung 4 verbunden, welche beispielsweise das induzierte Sollmoment MInd, das gewünschte Bremsmoment MBremse, sowie den gewünschten Gang G in Steuerbefehle für die entsprechenden Fahrzeugkomponenten umsetzt.
  • Der Vorrichtung zur Steuerung des Verfahrens 2, welche in 4 näher dargestellt ist, werden die aktuelle Fahrzeugposition i und die gegenwärtige Fahrzeuggeschwindigkeit v zugeführt, welche sowohl zur Ermittlung der gegenwärtigen Fahrzeugposition verwendet werden, beispielsweise bei Ausfall des GPS-Systems 1, als auch um den Verlauf der gewünschten Fahrzeuggeschwindigkeit v zu aktualisieren. Die Vorrichtung 2 erzeugt als optimierte Fahrzeugsteuerparameter mindestens die folgenden Ausgangssignale: das aktuell gewünschte induzierte Motormoment MInd, das aktuell gewünschte Bremsmoment MBremse, sowie den aktuell gewünschten Gang G. Diese Ausgangssignale der Vorrichtung 2 werden im Puffer 3 zwischengespeichert und sind sämtliche Eingangssignale für die Fahrzeug- und Motor- und/oder Getriebesteuerung 4, welche diese umsetzt, so dass das Fahrzeug 5 dem berechneten optimalen Geschwindigkeitsverlauf folgt.
  • Der Puffer 3 nimmt die Folge von Fahrzeugsteuerparametern für den Voraussagehorizont auf. Auf die Eingabe einer Fahrzeugposition i auf der Strecke, welche im Voraussagehorizont liegt, gibt der Puffer 3 als Ausgabesignale die zugehörigen optimalen Fahrzeugsteuerparameter aus.
  • In einer möglichen Ausführungsform der Erfindung erfolgt eine getrennte Übermittlung von gewünschtem induzierten Motormoment MInd und gewünschtem Bremsmoment MBremse.
  • In einer weiteren möglichen Ausführungsform der Erfindung ist auch eine Übermittlung einer vorzeichenbehafteten Momentenbilanz an die Fahrzeug- und Motorsteuerung 4, welche dann gewünschte Beschleunigung von gewünschter Verzögerung des Fahrzeugs 5 trennt, ermöglicht.
  • Der schematische Aufbau der Vorrichtung zur Steuerung des Verfahrens 2 ist in 4 dargestellt. In der Vorrichtung 2 sind zumindest folgende Module enthalten: eine dreidimensionale digitale Straßenkarte 6, ein dynamisches Fahrzeugmodell 7 und ein Optimierungsalgorithmus 8.
  • Die dreidimensionale digitale Straßenkarte 6 stellt Informationen über die vor dem Fahrzeug liegende Strecke zur Verfügung. Als Eingangssignal liegen die aktuelle Position i des Fahrzeugs auf der Strecke und die aktuelle Fahrzeuggeschwindigkeit v, sowie die Distanz d derjenigen Streckenposition auf dem Voraussagehorizont zum Fahrzeug, für welche Straßendaten ausgegeben werden sollen, vor. Zu den Ausgangssignalen a gehören mindestens der Neigungswinkel γ der Straße, die Kurvenkrümmung b, sowie die minimale und maximale Geschwindigkeit auf dem Streckenabschnitt, zu welchem die Eingangsposition gehört.
  • Das dynamische Fahrzeugmodell 7 stellt hinsichtlich der Ausgabesignale der dreidimensionalen digitalen Straßenkarte die Anforderung, dass diese hinreichend oft stetig differenzierbar vom Eingangssignal Position i abhängen mögen. Dieser Anforderung wird vor der Ausgabe durch Interpolation der Kartendaten mit einem Interpolationsansatz hinreichend hoher Dimension Rechnung getragen.
  • Das dynamische Fahrzeugmodell 7 enthält eine näherungsweise mathematische Beschreibung der Veränderung der Fahrzeugbetriebszustände bei Kenntnis der Umgebungsparameter, Straßeneigenschaften in der Umgebung der aktuellen Fahrzeugposition i, sowie der aktuell wirksamen Fahrzeugsteuerparameter. Als Eingangssignale liegen neben den fahrzeugspezifischen Modellparametern die aktuelle Fahrzeugposition, die Geschwindigkeit, sowie die bisherigen, noch zu optimierenden Fahrzeugsteuerparameter vor. Die Ausgabesignale sind jeweils die Änderungsraten der Eingangssignale bezüglich der Fahrzeugposition i.
  • Der Optimierungsalgorithmus 8 ist das Hauptmodul der Vorrichtung 2. Hier werden der optimierte Geschwindigkeitsverlauf v sowie die zugehörigen optimalen Fahrzeugsteuerparameter für den bevorstehenden Voraussagehorizont berechnet. Wie nachfolgend beschrieben, geschieht dies auf der Basis eines iterativen Optimierungsalgorithmus anhand der Fahrzeugbetriebskostenfunktion. Eingangssignale dieses Optimierungsalgorithmus 8 sind zunächst Algorithmusparameter, welche das Verhalten des Optimierungsalgorithmus sowie die benötigte Rechenzeit beeinflussen, daneben die vom dynamischen Fahrzeugmodell 7 übermittelten Änderungsraten sowie die vollständigen, im jüngsten vergangenen Optimierungsdurchlauf berechneten, Fahrzeugsteuerparameter für den Voraussagehorizont.
  • Um den Betrieb des Fahrzeugs mittels der Fahrzeugbetriebskostenfunktion auf der Basis des gegenwärtigen Betriebszustands, beispielsweise der Position i und der Fahrzeuggeschwindigkeit v, zu optimieren, ist eine Voraussage des dynamischen Fahrzeugverhaltens auf dem Voraussagehorizont erforderlich. Ein mathematisches Modell des Fahrzeugs kann aus dem Dritten Newtonschen Gesetz abgeleitet werden.
  • Figure 00090001
  • Hier ist m die Fahrzeugmasse, v die Fahrzeuggeschwindigkeit, und Fi sind die äußeren und inneren Kräfte, welche auf das Fahrzeug wirken.
  • Diese, auf das Fahrzeug 5 einwirkenden Kräfte sind in 5 dargestellt und umfassen die durch eine Bremsanlage des Fahrzeugs erzeugte Bremskraft FBremse und die Rollreibungskraft FRoll, gegeben durch die Gleichung 2, wobei fr der Rollreibungskoeffizient des Straßenbelags bzw. Reifenmaterials, g die Gravitationskonstante, und γ die Neigung der Straße, beispielsweise als Winkel im Bogenmaß, ist. FRoll = –frgcosγ [2]
  • Die Hangabtriebskraft FHang ist durch Gleichung 3 gegeben: FHang = –gsinγ [3]
  • Der Luftwiderstand FLuft, auch als Wirbelreibung bezeichnet, ist durch die Gleichung 4 gegeben, wobei cw der charakteristische Formkoeffizient des Fahrzeugs, ρLuft die Dichte der umgebenden Luft, A die Frontfläche des Fahrzeugs sowie v die Fahrzeuggeschwindigkeit ist. FLuft = 12 cwρLuft2[4]
  • Die durch den Motor verursachte antreibende Kraft FMotor wird mit der Gleichung 5 ermittelt, wobei η der Gesamtwirkungsgrad des Antriebsstrangs, iD das Übersetzungsverhältnis der Achse, iT das durch den gewählten Gang G festgelegte Übersetzungsverhältnis, rw der Radius der angetriebenen Räder, sowie MMotor das durch den Motor erzeugte Drehmoment ist.
  • Figure 00100001
  • Das Moment MMotor ist aus dem induzierten Drehmoment MInd sowie einem Verlustmoment durch die Motorreibung MReib gemäß Gleichung 6 zusammengesetzt: MMotor = MInd – MReib [6]
  • Das Verlustmoment durch die Motorreibung MReib ist abhängig von der Drehzahl nMot des Motors. Die Drehzahl nMot wird nach Gleichung 7 berechnet:
    Figure 00110001
  • Das Verlustmoment durch die Motorreibung MReib wird durch das Polynom der Gleichung 8 in Annäherung an eine charakteristische Kurve, welche in 6 näher dargestellt ist, ermittelt, wobei die Koeffizienten a0, a1, a2 im Sinne der Methode der kleinsten Fehlerquadrate optimal an die charakteristische Kurve in 6 angepasst sind. MReib = a0 + a1nMot + a2n2Mot [8]
  • Eine durch die Bremsanlage des Fahrzeugs verursachte verzögernde Kraft FBremse wird mit der Gleichung 9 ermittelt, wobei MBremse das negative Bremsmoment ist:
    Figure 00110002
  • Für die spätere numerische Berechnung ist es aus mehreren Gründen vorteilhaft, das Fahrzeugmodell nicht über die Zeit sondern über den Ort zu integrieren. Mit Hilfe der Relation dt = 1v ds, [10]in welcher s die gefahrene Strecke angibt, wird dies erreicht. Zusammenfassend stellt sich das dynamische Modell des Fahrzeugs und der Straße wie in Gleichung 11 beschrieben dar:
    Figure 00120001
  • In der beispielsweise als Steuergerät ausgebildeten Vorrichtung 2 wird mit einem diskreten Fahrzeug- und Straßenmodell gerechnet. Dieses wird durch das so genannte Runge-Kutta-Verfahren der Ordnungen 4 und 5 mit adaptiver Steuerung der Integrationsschrittweiten hk ermittelt, welches in Gleichung 12 dargestellt ist, wobei f(t, x, p) für die Funktion des in Gleichung 11 vorgestellten dynamischen Modells in Abhängigkeit von der Integrationsvariablen t (im Modell entsprechend dem Fahrzeugort s), dem Systemzustand x (im Modell mindestens die Fahrzeuggeschwindigkeit v) und den Fahrzeugsteuerparametern p (im Modell mindestens das induzierte Motormoment Mind und das Bremsmoment MBremse) steht.
  • Figure 00120002
  • Der verwendete iterative Algorithmus zur Lösung der mittels der direkten Mehrzielmethode aufgestellten Optimalsteuerungsprobleme benötigt mindestens erste Ableitungen der Lösung y(t) des Fahrzeug- und Straßenmodells auf den Abschnitten [t0, t1] des Voraussagehorizonts nach den Fahrzeugsteuerparametern p sowie nach den Anfangsbetriebszuständen x(t0). Diese werden gemäß dem Prinzip der Internen Numerischen Differentiation (IND) durch simultane Lösung der in Gleichung 13 dargestellten Variationsdifferentialgleichungen zusammen mit dem Fahrzeug- und Straßenmodell aus Gleichung 11 mittels des Diskretisierungsschemas aus Gleichung 12 berechnet:
    Figure 00130001
  • Das vorliegende Verfahren ist in der Lage, neben den Fahrzeugsteuerparametern MM und MB, auch das Übersetzungsverhältnis iT durch Wahl eines Gangs G automatisch zu steuern. Das Übersetzungsverhältnis iT ist also als weiterer Fahrzeugsteuerparameter ausgebildet. Für die Berechnung von Ableitungen des Fahrzeug- und Straßenmodells wird das Übersetzungsverhältnis iT als kontinuierliche Größe angesehen.
  • Die optimierte Steuerung eines Systems erfordert zunächst die Aufstellung eines Optimalitätskriteriums. Zu diesem Zweck wird eine Kosten- bzw. Ertragsfunktion definiert, welche zu minimieren bzw. zu maximieren ist. Eine Abfolge von Steuerparametern wird dann optimiert genannt, wenn ihre Anwendung auf das zu steuernde System zu einer Kosten- bzw. Ertragsfunktion minimalen bzw. maximalen Werts führt.
  • Die Ausgestaltung der Kostenfunktion beeinflusst dabei das spätere Verhalten des optimiert gesteuerten Systems entscheidend. Ziele des optimierten Betriebs des vorliegenden Verfahrens sind die Verringerung des Kraftstoffverbrauchs, eine verringerte Beanspruchung der Bremsen, das Beibehalten einer vorgeschriebenen Fahrzeuggeschwindigkeit, die Verbesserung des Fahrkomforts, sowie ein individuelle Gewichtung der vier Ziele gegeneinander.
  • Der noch vorzustellende numerische Algorithmus zur Lösung der entstehenden Optimalsteuerungsprobleme stellt weitere Anforderungen mathematischer Natur an die Fahrzeugbetriebskostenfunktion.
  • Eine Anforderung ist eine zweifache stetige Differenzierbarkeit, d. h. die Fahrzeugbetriebskostenfunktion soll mindestens zwei Mal nach den zu optimierenden Fahrzeugsteuerparametern sowie nach den Fahrzeugbetriebszuständen ableitbar sein und die erhaltenen partiellen zweiten Ableitungen sollen zusätzlich stetige Funktionen dieser Größen sein.
  • Eine weitere Anforderung ist eine leichte Auswertbarkeit, d. h. eine häufige Auswertung der Fahrzeugbetriebskostenfunktion sowie ihrer Ableitungen durch einen Computer oder ein Steuergerät soll möglich sein.
  • Der Kraftstoffverbrauch Q pro Sekunde ist durch ein in 7 beispielhaft dargestelltes Kennfeld in Abhängigkeit vom induzierten Motormoment MInd sowie der Drehzahl nMot gegeben. Er wird durch ein in Gleichung 14 dargestelltes Polynom hinreichend hohen Grads angenähert, wobei die Koeffizienten bj im Sinne der Methode der kleinsten Fehlerquadrate optimal an das Kennfeld angepasst werden:
    Figure 00140001
  • Der zugehörige Ausdruck für die Kostenfunktion ist in Gleichung 15 dargestellt, wobei S0 die aktuelle Position des Fahrzeugs, H die Länge des Voraussagehorizont in Metern, und λKraftstoff ein Gewichtungsfaktor ist.
  • Figure 00140002
  • Um den Einsatz der Fahrzeugbremse zu verringern wird ein Zielfunktional entsprechend Gleichung 16 eingesetzt, wobei λBremse ein Gewichtungsfaktor ist:
    Figure 00140003
  • Das Ziel des automatischen Haltens einer eingestellten Geschwindigkeit vWunsch, beispielsweise mittels eines Tempomats, wird durch ein Kostenfunktional nach Gleichung 17 erreicht, welches Abweichungen von dieser Geschwindigkeit mit ansteigenden Kosten bestraft, wobei λGeschwindigkeit ein Gewichtungsfaktor ist:
    Figure 00140004
  • Der Fahrkomfort wird durch schnelle Änderungen des induzierten Motormoments MInd bzw. des Bremsmoments MBremse, welche zu als unangenehm empfundenen Beschleunigungs- bzw. Abbremseffekten führen, beeinträchtigt. Ein Zielfunktional wie in Gleichung 18 dargestellt, bestraft solche schnellen Änderungen mit ansteigenden Kosten, wobei λKomfort ein Gewichtungsfaktor ist, welcher im Vergleich zu anderen Gewichtungsfaktoren klein gewählt werden sollte, um das Verfahren nicht in seiner Reaktionsfähigkeit zu beeinträchtigen.
  • Figure 00150001
  • Durch Summation über die vorgestellten Kostenfunktionen wird eine kombinierte Kostenfunktion nach Gleichung 19 ermittelt, welche durch eine Optimierung zu minimieren ist: J = JKraftstoff + JBremse + JGeschwindigkeit + JKomfort [19]
  • Durch entsprechende Wahl der jeweiligen Gewichtungsfaktoren λ können vom Fahrer ausgewählte Optimierungsziele hervorgehoben bzw. in den Hintergrund gestellt oder ganz abgeschaltet (λ = 0) werden.
  • So kann beispielsweise mit J =JKraftstoff eine rein energieoptimale Fahrweise eingestellt werden.
  • Mit J = JGeschwindigkeit kann die Fahrweise eines herkömmlichen Tempomats nachgebildet werden, der lediglich eine vorgegebene Geschwindigkeit hält.
  • Die in der praktischen Anwendung benötigte diskretisierte Kostenfunktion wird durch Anwendung des in Gleichung 11 beschriebenen Runge-Kutta-Verfahrens auf die Gleichung 19 ermittelt.
  • Für das Verfahren hat die Begrenzung der Motordrehzahl nMot eine zentrale Bedeutung. Über das mit Gleichung 7 definierte Verhältnis zwischen Motordrehzahl nMot und Fahrzeuggeschwindigkeit v kann die Vorrichtung 2 durch Wahl des Gangs G und damit des Übersetzungsverhältnisses iT die Motordrehzahl nMot in Grenzen frei einstellen. So ist eine optimierte Wahl der Motordrehzahl nMot im Hinblick auf den Kraftstoffverbrauch Q nach Gleichung 14 bei Beschleunigungsvorgängen bzw. die Motorreibung nach Gleichung 8 bei Bremsvorgängen möglich. Die Ungleichungsbeschränkung 20 verhindert die Wahl eines Gangs G, der zu einer unzulässig hoch- oder niedertouriger Fahrweise führen würde: nMot,min ≤ nMot ≤ nMot,max [20]
  • Neben der angestrebten Wunschgeschwindigkeit vWunsch, welche in der Kostenfunktion der Optimierung mit Gleichung 17 berücksichtig ist, von welcher aber zu Gunsten anderer Anteile an der kombinierten Kostenfunktion nach Gleichung 19 abgewichen werden darf, gibt es auch Nebenbedingungen an die Fahrzeuggeschwindigkeit v, welche nicht verletzt werden dürfen. Dazu gehört beispielsweise die gesetzlich zulässige Höchstgeschwindigkeit vGesetz, welche mit der Ungleichungsbedingung 21 berücksichtigt wird: ν ≤ νGesetz [21]
  • Um ein seitliches Überschlagen des Fahrzeugs 5 bei der Kurvendurchfahrt zu vermeiden, wird aus der im Rahmen der Straßeninformationen der Straßenkarte 6 verfügbaren Kurvenkrümmung κ eine zulässige Kurvenhöchstgeschwindigkeit vKurve entsprechend der charakteristischen Kurve aus 8 ermittelt und durch die Ungleichungsnebenbedingung 22 berücksichtigt: ν ≤ νKurve(κ) [22]
  • Die Fahrzeugsteuerparameter als Ergebnisse der Optimierung unterliegen ebenfalls physikalischen und mechanischen Beschränkungen, welche durch die Ungleichungsnebenbedingungen 23 berücksichtigt werden: 0 ≤ MInd ≤ MInd,max(nMot) MBremse,max(nMot) ≤ MBremse ≤ 0 iT,min ≤ iT ≤ iT,max [23]
  • Es ist notwendig, eine Abfolge von Fahrzeugsteuerparametern auf dem Voraussagehorizont zu bestimmen, welche zu einem vom Fahrzeugmodell nach Gleichung 11 vorhergesagten Verhalten des Fahrzeugs führt, welches die durch die Kostenfunktion nach Gleichung 19 bestimmten Kosten minimiert.
  • Dabei sollen alle aufgeführten Ungleichungsbeschränkungen 20 bis 23 eingehalten werden. Derartige Probleme können im Allgemeinen nicht analytisch gelöst werden.
  • Zur Lösung werden daher iterative numerische Verfahren eingesetzt.
  • Das vorliegende Verfahren setzt zur Lösung des aufgestellten Optimalsteuerungsproblems Bocks direkte Mehrzielmethoden zur Lösung von gleichungs- und ungleichungsbeschränkten Optimalsteuerungsproblemen ein, deren Anwendung auf das Optimalsteuerungsproblem des vorliegenden Verfahrens im Folgenden beschrieben wird.
  • Ein Voraussagehorizont mit der Länge H, beginnend an der aktuellen Fahrzeugposition S0 wird in N Mehrzielintervalle aufgeteilt, begrenzt von N + 1 Mehrzielknoten. Zu jedem Mehrzielknoten i gehört ein Fahrzeugbetriebszustand si welcher mindestens die Fahrzeuggeschwindigkeit v an der Position ti beinhaltet. Zu jedem Mehrzielintervall i gehört ein Fahrzeugsteuerparameter pi welcher mindestens das induzierte Motormoment MInd, das Bremsmoment MBremse, sowie das Übersetzungsverhältnis iT auf dem Streckenabschnitt (S0 + i·H, S0 + (i + 1)·H) beinhaltet (9).
  • Auf jedem Mehrzielintervall i wird eine Voraussage des Fahrzeugverhaltens unter Annahme des Betriebszustands si und der Fahrzeugsteuerparameter pi durch Lösung von Gleichung 11 berechnet.
  • Zusätzlich wird durch Einführen der Gleichheitsnebenbedingung 24 erzwungen, dass in der optimierten Lösung über alle N Mehrzielintervalle hinweg ein stetiger Verlauf der Fahrzeugbetriebszustände vorliegt. xi(ti+1; ti, si, pi) = si+1 [24]
  • Dabei bezeichnet xi(ti+1; ti, si, pi) die Lösung der Fahrzeugdynamik nach Gleichung 11 am Ende des Mehrzielintervalls i unter Annahme des Betriebszustands si und der Fahrzeugsteuerparameter pi.
  • Beschränkungen werden nur an denjenigen Streckenpunkten geprüft, an welche Mehrzielknoten gesetzt werden. Die praktische Erfahrung zeigt, dass die Nebenbedingungen in diesem Fall auch auf dem gesamten Voraussagehorizont mit zufrieden stellender Genauigkeit erfüllt sind.
  • In einer allgemeinen Form ist das Optimalsteuerungsproblem nach Anwendung der Mehrzieldiskretisierung in Gleichung 25 dargestellt:
    Figure 00180001
  • Das Fahrzeug- und Straßenmodell 7 ist durch die Funktion f wiedergegeben, die Funktionen req und rin beschreiben Gleichungs- und Ungleichungsbeschränkungen an die Fahrzeugbetriebszustände und die Fahrzeugsteuerparameter. Ein solches Optimalsteuerungsproblem kann mit Methoden der Nichtlinearen Programmierung (NLP) effizient gelöst werden.
  • Die Methoden der nichtlinearen Programmierung dienen dem Auffinden eines stationären Punkts, welcher ein zulässiges Minimum der Kostenfunktion ist. Es ist dabei nützlich, die Lagrangefunktion L nach Gleichung 26 einzuführen: L(w, λ, μ) = J(w) – λTg(w) – μTh(w) [26]
  • Hierbei ist w* = (s*, p*), s* der Vektor optimaler Betriebszustände auf dem Voraussagehorizont, p* der Vektor zugehöriger optimaler Fahrzeugsteuerparameter, sowie λ* und μ* die Vektoren der zu den Gleichheits- und Ungleichheitsnebenbedingungen gehörigen Lagrangemultiplikatoren. Die Funktionen g und h enthalten dabei alle Gleichheits- bzw. Ungleichheitsnebenbedingungen aus Gleichung 25. Ein stationärer Punkt (w*, λ*, μ*) ist durch Gleichung 27 definiert:
    Figure 00190001
  • Die Funktion h stellt dabei die Einschränkung der Funktion h auf diejenigen Ungleichungen dar, welche nicht zur Gleichheit erfüllt sind.
  • Die Gleichung 27 kann so verstanden werden, dass der Punkt w* alle in Gleichung 25 aufgestellten Nebenbedingungen erfüllt und die partielle Ableitung der Lagrangefunktion nach w Null ist, der Punkt also stationär und ein Minimum der Kostenfunktion ist. Weitere Eigenschaften des Algorithmus sichern ab, dass der gefundene stationäre Punkt w* tatsächlich das niedrigste Minimum ist und die Lagrangemultiplikatoren μ der Ungleichheitsnebenbedingungen nicht negativ sind und die Lagrangemultiplikatoren μ derjenigen Ungleichheitsnebenbedingungen, welche nicht zur Gleichheit erfüllt sind, genau Null sind.
  • Mit der Methode der Sequentiell-Quadratischen Programmierung (SQP) steht eine Klasse effizienter Verfahren zum Auffinden stationärer Punkte nichtlinearer Probleme der dargestellten Struktur zur Verfügung. Der eingesetzte Algorithmus wird in den folgenden Schritten ausgeführt:
    In einem ersten Schritte wird ein Vektor von Betriebszuständen s und Steuerparametern p ermittelt.
  • In einem zweiten Schritt wird mittels des Verfahrens aus Gleichung 12 die Bewegungsgleichung 11 der Fahrzeugdynamik auf allen Mehrzielintervallen i berechnet und die Ableitungen werden mit der Gleichung 13 ermittelt.
  • In einem dritten Schritt werden die Werte der Kostenfunktion und die Nebenbedingungen sowie deren partielle Ableitungen ausgewertet. Daraus werden die Lagrangefunktion der Gleichung 26, deren partielle Ableitung, sowie eine Näherung B der Matrix ihrer partiellen zweiten Ableitungen ermittelt.
  • In einem vierten Schritt wird ein quadratisches Subproblem der in Gleichung 28 abgebildeten Form gelöst, um einen Schritt Δw = (Δs, Δp) zur Verbesserung des Punkts w zu erhalten:
    Figure 00200001
  • In einem fünften Schritt wird eine optimale Schrittlänge α zwischen 0 und 1 bestimmt.
  • In einem sechsten Schritt wird Punkt w nach Gleichung 29 verbessert: w = w + αΔw λ = (1 – α)λ + αΔλ μ = (1 – α)μ + αΔμ [29]
  • In einem siebten Schritt wird das berechnete optimierte Übersetzungsverhältnis iT für das Mehrzielintervall i mit Index 0 (Bestandteil des Steuerparametervektors p welcher in w enthalten ist) auf eines der beiden nächsten benachbarten, mit einem wählbaren Gang verbundenen, Übersetzungsverhältnisse gerundet.
  • In einem achten Schritt werden die Schritte 2 bis 7 bis zur gewünschten Genauigkeit bzw. bis zum Erreichen der gewünschten Iterationsanzahl wiederholt.
  • Für einen Streckenabschnitt beginnend bei der gegenwärtigen Fahrzeugposition S0 (Voraussagehorizont) werden die optimalen Fahrzeugbetriebszustände (mindestens die Geschwindigkeit v) und die zugehörigen optimalen Steuerparameter (mindestens das induzierte Moment MInd, das Bremsmoment MBremse, und das Übersetzungsverhältnis iT) berechnet und in einem Puffer 3 abgelegt. Die Länge dieses Puffers 3 entspricht der Anzahl der Mehrzielintervalle i und beeinflusst die Rechenzeiten des Algorithmus. Typische Größen sind 10 bis 30 Intervalle. Die Länge eines Mehrzielintervalls i in Metern ist frei wählbar und beeinflusst die Feinheit der Auflösung des berechneten optimalen Steuerprofils, nicht aber die Rechenzeit. Typische Größen sind 20 bis 50 Meter pro Mehrzielintervall i. Die Ausgangswerte des Verfahrens sind jeweils die zum Mehrzielintervall i mit Index 0 gespeicherten optimalen Fahrzeugsteuerparameter.
  • Die im Puffer 3 gespeicherten Werte werden jeweils online berechnet, d. h. während sich das Fahrzeug 5 entlang der Fahrtstrecke bewegt. Eine solche Berechnung passt die Steuerparameter im Puffer 3 während der Fahrt an die jeweils aktuelle Fahrsituation an, in dem die gegenwärtige Fahrzeuggeschwindigkeit v sowie die sich mit der Fahrzeugposition ändernden Informationen aus der dreidimensionalen digitalen Straßenkarte 6 in der Fahrzeugbetriebskostenfunktion berücksichtigt werden.
  • Vorteilhafterweise ist im Vergleich zu einer herkömmlichen offline Berechnung eines optimalen Steuerungsprofils für die gesamte zurückzulegende Strecke weniger Speicher für den die Steuerparameter enthaltenden Puffer 3 erforderlich.
  • Die ununterbrochene Berechnung der im Puffer 3 gespeicherten Werte eröffnet die Möglichkeit, die Strecke während der Fahrt beispielsweise in Reaktion auf die aktuelle Verkehrssituation anzupassen, ohne eine Neuberechnung des optimalen Steuerungsprofils für die gesamte Reststrecke abwarten zu müssen, welche unter Umständen in einem herkömmlichen Verfahren beträchtliche Zeit in Anspruch nehmen kann.
  • Wenn die Betriebszustände des Fahrzeugs 5 von denen des bereits berechneten optimalen Zustandsprofils im Puffer 3 abweichen, ist eine unmittelbare und optimale Reaktion darauf möglich. Die weiteren im Puffer 3 abgelegten Zustände und Steuerungen sind angesichts des abweichenden Fahrzeugbetriebszustands nicht länger optimal, werden aber durch die ununterbrochene Berechnung unmittelbar in der nächsten Iteration des Algorithmus wieder angepasst. Diese Eigenschaft ist auch im Hinblick auf die Reaktionsfähigkeit des Verfahrens auf Fahrereingriffe bzw. unvorhersehbare Ereignisse des Verkehrsgeschehens von großem Vorteil.
  • Veränderungen wesentlicher Umwelt- und Fahrzeugparameter (Modellparameter) wie beispielsweise der Fahrzeugmasse aufgrund von Be- oder Entladung werden, sofern sie von der Vorrichtung 2 mittels entsprechender Sensorik ermittelt werden, ohne weiteren Aufwand direkt in der Fahrzeugbetriebskostenfunktion berücksichtigt. Eine optimierte Anpassung der berechneten Steuerprofile unter sich ändernden Außenbedingungen ist somit ermöglicht.
  • Es ist daher wichtig, den Optimierungsalgorithmus der Fahrzeugbetriebskostenfunktion in einer Weise auszuführen, die eine ständige Aktualisierung der Steuerparameter im Puffer 3 ermöglicht. Da jeweils nur der zum Mehrzielintervall i mit Index 0 gehörige Steuerparameter als Ausgabesignal des Verfahrens fungiert, muss der Optimierungsalgorithmus mindestens eine Iteration abschließen können, bevor das Fahrzeug 5 eine dem ersten Mehrzielintervall i entsprechende Distanz zurückgelegt hat. Diese Bedingung findet bei der Wahl der Länge der Mehrzielintervalle i in Metern Berücksichtigung und koppelt die zur Ausführung des Optimierungsalgorithmus verfügbare Rechenleistung direkt an die erreichbare Feinheit der Auflösung des Steuerungsprofils.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • - DE 10345319 A1 [0002]

Claims (7)

  1. Verfahren zum Steuern des Betriebs eines Fahrzeugs (5) mit einer Fahrzeug- und Motor- und/oder Getriebesteuerung (4), wobei mehrere Umgebungsparameter, Fahrzeugparameter, Fahrzeugbetriebsparameter und/oder Streckenparameter erfasst werden und für einen voraus liegenden Streckenabschnitt beginnend bei einer gegenwärtigen Fahrzeugposition die Fahrzeugbetriebszustände und die zugehörigen Steuerparameter mittels einer Fahrzeugbetriebskostenfunktion ermittelt und in einem Puffer (3) als optimierte Fahrzeugsteuerparameter abgelegt werden, dadurch gekennzeichnet, dass die Fahrzeugbetriebskostenfunktion anhand eines iterativen numerischen Verfahrens unter Berücksichtigung vom Fahrer vorgebbarer Beschränkungen und/oder Nebenbedingungen für die Fahrzeugbetriebs- und/oder die Fahrzeugsteuerparameter ermittelt wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als ein Fahrzeugsteuerparameter eine Gangwahl (G) und/oder ein induziertes Motormoment (MInd) der Fahrzeug- und Motor- und/oder Getriebesteuerung (4) ermittelt wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Fahrzeugbetriebskostenfunktion mit der Methode der Sequentiell-Quadratischen Programmierung ermittelt wird.
  4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein gegenwärtiger Fahrzeugbetrieb auf der Basis der im Puffer (3) abgelegten optimierten Fahrzeugsteuerparameter gesteuert und/oder geregelt wird.
  5. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die im Puffer (3) abgelegten Fahrzeugsteuerparameter während des Betriebs des Fahrzeugs (5) und unter Berücksichtigung des jeweils aktuellen Betriebszustands ununterbrochen ermittelt werden, während sich das Fahrzeug (5) entlang der Strecke bewegt.
  6. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Fahrzeugbetriebskostenfunktion auf der Basis einer Vorhersage des Fahrzeugverhaltens anhand eines mathematischen Modells der Fahrzeugdynamik für ein auf einer Straße fahrendes Fahrzeug (5) beruht.
  7. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Fahrzeug (5) ein adaptives Tempomatsystem aufweist und das als Fahrzeugsteuerparameter zumindest eine gewünschte Fahrzeuggeschwindigkeit (v) ermittelt wird und die Fahrzeugsteuerparameter zum Steuern des Fahrzeugbetriebs in das adaptive Tempomatsystem übertragen werden.
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