DE102010048387A1

DE102010048387A1 - Verfahren zum Ermitteln der Reichweite eines Kraftfahrzeugs

Info

Publication number: DE102010048387A1
Application number: DE102010048387A
Authority: DE
Inventors: Josef Mayinger
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2010-10-13
Filing date: 2010-10-13
Publication date: 2012-04-19
Also published as: CN103168211A; EP2627972A1; US20130218447A1; CN103168211B; WO2012048766A1

Abstract

Beim Ermitteln der Reichweite eines Kraftfahrzeugs, insbesondere eines Elektro- oder Hybridfahrzeuges werden die klimatischen Umgebungsbedingungen und die Temperatur oder der physikalische/chemische Zustand zumindest einer vorbestimmten Komponente des Kraftfahrzeugs berücksichtigt, weil sie das Ausmaß an mindestens einem Energieverbraucher bestimmen, wenn dieser Verbraucher zur Herstellung und/oder Aufrechterhaltung der Betriebsfähigkeit des Kraftfahrzeugs bzw. für dessen vorgesehenen Einsatz benötigt wird. Beispielsweise muss der Energiespeicher (Batterie) beheizt oder gekühlt werden, eine Windschutzscheibe muss abgetaut oder von Beschlag freigehalten werden, der Fahrzeuginnenraum muss in einen vorgesehenen Zustand gebracht und erhalten werden. Diese dafür zusätzlich benötigte Energie vermindert die ursprünglich ermittelte Reichweite z. T. nicht unerheblich mit entsprechenden Folgen: Schon lange vor Einsatz eines Fahrzeugs auf einer vorgesehenen Fahrtstrecke kann ermittelt werden, ob das Ziel überhaupt erreicht werden kann, oder nur mit Nachladen des Energiespeichers. Diese Information kann vorzugsweise direkt im Fahrzeug erzeugt werden und dann z. B. über ein Smartphone oder sonstiges mobiles Gerät an den Nutzer oder eine Infozentrale übermittelt werden.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ermitteln der Reichweite eines Kraftfahrzeugs. Die Reichweite ist insbesondere bei Kraftfahrzeugen, die einen elektrischen Antrieb umfassen, also Elektrofahrzeugen oder sog. Hybridfahrzeugen, von Interesse, denn gerade Elektrofahrzeuge haben zumindest zur Zeit nur eine relativ geringe Reichweite; zudem muss bei Kraftfahrzeugen mit elektrischem Antrieb elektrische Energie zur Verfügung gestellt werden, typischerweise in elektro-chemischen Energiespeichern (Batterien), und diese lassen sich nicht so schnell wieder laden, wie ein Kraftstofftank wieder gefüllt werden kann. Die vorliegende Erfindung ist jedoch auch gleichermaßen dann anwendbar, wenn das Kraftfahrzeug ausschließlich über eine Verbrennungskraftmaschine verfügt.
Ein Verfahren zum Ermitteln der Reichweite eines Elektrofahrzeugs ist aus der DE 103 02 504 A1 bekannt. Hierbei werden Fahrzeug-, Fahrstrecken- und/oder umweltbezogene Informationen über das Fahrzeug und eine geplante oder eine aktuell zu befahrende Fahrstrecke von einem Fahrzeugcomputer mittels geeigneter Informationserfassungsgeräte erfasst und verarbeitet. Die Verarbeitung umfasst eine Bewertung einer sich variabel ändernden Fahrzeugbetriebsweise. Diese Druckschrift nennt als zu berücksichtigen auch, ob der Fahrzeugführer gewisse Fahrzeugkomfortfunktionen wie z. B. eine Klimaanlage nutzen möchte. Sollten die vom Fahrer gewünschten Komfortfunktionen den Vorrat an elektrischer Energie zu sehr angreifen, so erhält er eine diesbezügliche Information von dem Fahrzeugcomputer. Ziel ist es, dass er seine Komfortwünsche auf das zur Erreichung des Wegziels notwendige Maß reduzieren kann.
Auch in der DE 100 29 886 C1 ist beschrieben, dass die Reichweite eines Kraftfahrzeugs ermittelt wird und hierbei durch ein Energiemanagementsystem ein Temperaturanstieg im Innenraum des Kraftfahrzeugs ermittelt wird. Es wird hier offensichtlich die Lufttemperatur gemessen. Die Messung erfolgt bereits bei Stillstand des Kraftfahrzeugs, und der Fahrer wird über eine Funkstrecke über den Temperaturzustand im Innenraum des Kraftfahrzeugs in Kenntnis gesetzt und kann mittels eines Steuerbefehls die Klimaanlage einschalten. Dann wird überprüft, ob durch den Betrieb der Klimaanlage ein gewünschtes Ziel, das als Zielort des Navigationssystems eingegeben ist, noch erreicht werden kann.
Insbesondere bei einem Kraftfahrzeug mit elektrischem Antrieb ist nicht unbedingt gewährleistet, dass das Kraftfahrzeug ohne Weiteres betriebsfähig ist: Es kann nicht stets unmittelbar zum Lauf gebracht und in Betrieb gehalten werden. Die Hindernisse gehen über diejenigen auch hinaus, die man von herkömmlichen Kraftfahrzeugen kennt. Zur Beseitigung der Hindernisse muss aus dem Energiespeicher Energie entnommen werden, welche dann für den eigentlichen Bewegungsvorgang nicht mehr zur Verfügung steht. Außerdem muss – ebenso wie bei herkömmlichen Kraftfahrzeugen – für bestimmte Vorgänge/notwendige Abläufe zusätzlich Energie aufgewendet werden, was eine mögliche Reichweite ebenso einschränken wird.
Es ist Aufgabe der Erfindung, diese Hindernisse und Vorgänge beim Ermitteln der Reichweite zu berücksichtigen.
Die Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren werden die gemessenen Umgebungsbedingungen, vorzugsweise aber die über Wetterdaten erhaltenen Klimadaten im Bereich der zu befahrenden Strecke und/oder zumindest die Temperatur zumindest einer vorbestimmten Komponente des Kraftfahrzeugs berücksichtigt. Dann wird das von der zumindest einen erfassten Temperaturgröße abhängige Ausmaß an von zumindest einem elektrischen Verbraucher zu verbrauchender Energie, nämlich zur Herstellung und/oder Aufrechterhaltung der Betriebsfähigkeit des Kraftfahrzeugs, bei der Ermittlung der Reichweite berücksichtigt. Genau so gut kann eine andere Größe gemessen werden, die den physikalischen oder chemischen Zustand zumindest einer Komponente erfasst (z. B. den Ladezustand einer Batterie), sofern durch dieser Größe das Ausmaß zur Herstellung und weiteren Aufrechterhaltung der Betriebsfähigkeit aufzubringender Energie bestimmt werden kann.
Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass Hindernisse, die eine Inbetriebnahme oder ein Inbetriebbleiben des Kraftfahrzeugs verhindern würden, bei bestimmten Temperaturen auftreten und bei anderen nicht oder nur in geringerem Maße auftreten bzw. dass solche Hindernisse an Messwerten einer sonstigen Größe und/oder Wetterdaten erkannt werden können.
Dies gilt z. B., wenn der zumindest eine elektrische Verbraucher auch eine Einrichtung zum Ändern der Temperatur eines elektrochemischen Energiespeichers (der Batterie) zum Betreiben des elektrischen Antriebs umfasst. In diesem Fall beruht die Erfindung auf der Erkenntnis, dass die hauptsächlich verwendeten Batterien für elektrische Antriebe eine vorbestimmte Temperatur haben müssen, um in ausreichendem Maße Energie für einen elektrischen Antrieb bereitstellen zu können. Sie müssen daher vor Inbetriebnahme des Kraftfahrzeugs bei tiefen Temperaturen vorgeheizt werden, bei hohen Temperaturen abgekühlt und auch bei laufendem Betrieb gekühlt werden. Die hierbei aufzubringenden Energie wird im Rahmen der Erfindung beim Ermitteln der Reichweite berücksichtigt, damit die Reichweite möglichst präzise bestimmt wird; denn der o. g. Energieaufwand ist zumindest bei manchen Temperaturen nicht unbeträchtlich.
Bei dieser Ausführungsform ist die vorbestimmte Komponente des Kraftfahrzeugs bevorzugt die Batterie selbst.
Weiterhin trifft die Erkenntnis einer verringerten Reichweite zu, wenn der zumindest eine elektrische Verbraucher eine Vorrichtung zum Befreien einer Fensterscheibe von einem Beschlag (mit Feuchtigkeit etc.) oder einem Belag (mit Eis) umfasst; denn eine Vereisung der Fensterscheibe tritt beispielsweise erst unterhalb einer bestimmten Temperaturgrenze auf. Gegebenenfalls kann zusätzlich die Luftfeuchtigkeit berücksichtigt werden. Die Vorrichtung kann z. B. über ein Heißluftgebläse verfügen, einfach mittels eines Heizdrahtes heizen, oder mit Metalldampf beschichtete und beheizte Scheiben umfassen.
Die Erfindung wird bevorzugt, wie eingangs bereits ausgeführt, bei einem Kraftfahrzeug eingesetzt, das einen elektrischen Antrieb umfasst.
Bei extremeren Umgebungstemperaturen, ob kalt oder warm – noch dazu mit höherer Luftfeuchte und Sonneneinstrahlung und/oder Schadstoffbelastung der Umgebungsluft – kann es notwendig sein, dass mit zusätzlichem Energieeinsatz die Luft im Fahrzeug klimatisch behandelt und/oder von Schadstoffen gereinigt werden muss – und zwar weit über einen reinen Komfortanspruch hinaus gehend, z. B. beim Durchfahren von Smogzonen, oder Transport von temperaturempfindlichen Gegenständen oder Tieren. Bei Nebel, ungünstigen Lichtverhältnissen oder auch wegen gesetzlicher Vorgaben muss mit Beleuchtung gefahren werden. Auch diese zusätzlichen Energieaufwendungen können in eine Reichweitenberechnung mit einfließen. Hier werden dann entsprechende Messdaten zur Außentemperatur benötigt oder zu anderen physikalischen oder chemischen Größen, die bezüglich der Umgebung definiert sind (z. B. Luftfeuchtigkeit, Ozongehalt). Solche Daten können, insbesondere auch über Orte auf einer zu befahrenden (geplanten) Strecke, von einem Wetterdienst drahtlos an das Kraftfahrzeug übermittelt werden.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform wird, da die Temperaturgröße ohnehin gemessen und/oder über Wetterdaten von der zu befahrenden Strecke zur Verfügung steht, im Rahmen der Ermittlung der Reichweite die für ein Bewegen des Kraftfahrzeugs aufzubringende Energie in Abhängigkeit von der entsprechenden Temperaturgröße veranschlagt; denn beispielsweise sind der Rollwiderstand, der innere Reibungswiderstand (z. B. im Antriebsstrang) und auch der Luftwiderstand eines Kraftfahrzeugs abhängig von der Temperatur. In diesem Falle kann das betreffende Bauteil, dessen Temperatur gemessen wird, gleich selbst die vorbestimmte Komponente sein. Gerade bei tieferen Temperaturen ist zur Überwindung dieser o. g. Widerstände ein höherer Energieverbrauch zu berücksichtigen.
Vorzugsweise wird das erfindungsgemäße Verfahren in einer Alternative vor einem Fahrtantritt durchgeführt. Das Ermitteln der Reichweite dient dann dazu, den Fahrzeugführer zu informieren, ob er eine vorgesehene Fahrt – mit gewünschten Reserven – durchführen kann. Die Reichweite wird typischerweise von (bzw. in) dem Kraftfahrzeug selbst ermittelt und dann drahtlos an eine von dem Fahrzeugführer mitgeführte fahrzeugexterne Einrichtung (z. B. ein intelligentes Mobilfunktelefon), oder eine Infozentrale übermittelt. Alternativ oder zusätzlich wird während der Fahrt zu einem vorbestimmten Ziel der tatsächliche Energieverbrauch kontinuierlich ermittelt, mit dem Inhalt des Energiespeichers verglichen, die Reichweitenberechnung ständig aktualisiert und dem Fahrzeugführer oder anderen Fahrzeuginsassen mitgeteilt, ob das vorbestimmte Ziel mit oder ohne eine vorbestimmte Maßnahme erreichbar ist, wobei insbesondere bei einem Elektrofahrzeug oder bei einem Kraftfahrzeug mit Hybridantrieb die vorbestimmte Maßnahme im Nachladen einer Batterie des Kraftfahrzeugs bestehen kann.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert.
Zum Ermitteln der Reichweite eines Kraftfahrzeugs kann an Techniken aus dem Stand der Technik angeknüpft werden. Beispielsweise kann in ein Navigationssystem des Kraftfahrzeugs ein gewünschtes Ziel eingegeben werden, und das Navigationssystem kann dann die vorgeschlagene Fahrtstrecke ermitteln. Zur vorgeschlagenen Fahrtstrecke sind dann der Höhenverlauf, der Rollwiderstand der Fahrbahn und weitere Komponenten bekannt, z. B. Hindernisse wie Ampeln und Bahnübergänge. Bei der Ermittlung der Reichweite kann zudem berücksichtigt werden, ob der Fahrzeugführer bestimmte Komfortwünsche hat, z. B. eine Klimaanlage oder eine Sitzheizung in Betrieb nehmen möchte. Sind die Eigenschaften des Kraftfahrzeugs bekannt, lässt sich dann der Verbrauch an Energie anhand einer Energiebilanz abschätzen.
Bei der Erfindung wird in der Gesamtenergiebilanz Folgendes berücksichtigt:
Es kann sein, dass das Kraftfahrzeug nicht ohne Weiteres betriebsfähig ist. Beispielsweise kann es sein, dass aufgrund einer zu niedrigen Temperatur eine Batterie des Kraftfahrzeugs, wenn es ein Elektrofahrzeug ist, zunächst vorgeheizt werden muss, oder dass sie bei hohen Temperaturen zunächst oder während der gesamten Fahrt gekühlt werden muss. Ebenso muss bei herkömmlichen Fahrzeugen mit Verbrennungskraftmaschine nach einem Kaltstart zusätzliche Energie für die Aufheizung dieses Motors – und zur Überwindung der höheren fahrzeugspezifischen Widerstände – eingesetzt werden, bei heißem Motor kann zusätzliche Energie für eine Kühlung notwendig sein.
Auch kann es sein, dass die Windschutzscheibe und die anderen Scheiben eines Kraftfahrzeugs vereist oder beschlagen sind und aufgeheizt werden müssen, zumindest bei Fahrtantritt und möglicherweise während der gesamten Fahrt. Es kann notwendig sein, dass Energie für Luftreinigungs- und Temperierungssysteme für den Fahrzeuginnenraum benötigt wird. All dieses lässt sich dadurch berechnen, dass die Umgebungsbedingungen (wie z. B. Temperatur, Luftfeuchte, Sonneneinstrahlung oder Schadstoffbelastung der Umgebungsluft) über allgemein verfügbare Wetterdaten erfasst und/oder tatsächlich gemessen werden oder auch über die Temperatur einer vorbestimmten Komponente des Kraftfahrzeugs, wie z. B. der Batterie, der Verbrennungskraftmaschine, des Getriebes, des gesamten Antriebsstranges oder der Windschutzscheibe selbst. Eine intelligente Einheit im Kraftfahrzeug (Datenverarbeitungseinrichtung) kann dann aufgrund der Messwerte entsprechender Sensoren und/oder der Information über Wetterdaten errechnen, wie Fahrwiderstände zu berücksichtigen sind und welche elektrischen Verbraucher zur Herstellung/Aufrechterhaltung der Betriebsfähigkeit eines Kraftfahrzeugs aktiviert werden müssen. Die hierbei zu verbrauchende Energie wird bei der Gesamtenergiebilanz und damit bei der Ermittlung der Reichweite durch eine intelligente Einheit, vorzugsweise im Kraftfahrzeug berücksichtigt. Im Hinblick auf den Energieverbrauch – und somit auch auf die Reichweite eines Fahrzeuges – besteht eine Abhängigkeit von bestimmten Parametern, wie z. B. der Temperatur. Diese Abhängigkeit lässt sich bei der Entwicklung eines neuen Fahrzeuges ermitteln und durch Kennfelder in Datenbanken, z. B. in Steuergeräten ablegen. In diesem Fall kann das entsprechende Serienfahrzeug schon vom ersten Tage an über diese optimierte Reichweitenberechnung verfügen. Es besteht aber auch die Möglichkeit, dass erst beim Betrieb eines Fahrzeuges, die Energiemengen jeweils zusätzlich erfasst werden, die über einen normalen Betrieb hinaus benötigt werden, wobei dieser normale Betrieb definiert wird, z. B. durch Vorgaben, wie sie für eine Typprüfung festgelegt sind. Auch diese Daten können beispielsweise in Steuergeräten abgespeichert und – bei gleichen Randbedingungen – wieder für eine intelligente Reichweitenberechnung zugrunde gelegt werden.
Durch die Erfindung wird die Reichweite besonders präzise berechenbar. Die ermittelte Reichweite kann bereits lange vor Fahrtantritt dem Kraftfahrzeugführer an ein Mobiltelefon, eine andere mobile Einrichtung, oder eine Infozentrale (vernetzter Rechner) übermittelt werden. Während der Fahrt können entsprechende aktualisierte Reichweitenanzeigen oder Hinweise an den Fahrzeugführer, an andere Insassen im Kraftfahrzeug, oder eine Infozentrale erfolgen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 10302504 A1 [0002]
DE 10029886 C1 [0003]

Claims

Verfahren zum Ermitteln der Reichweite eines Kraftfahrzeugs, bei dem als Größe a) die Temperatur zumindest einer vorbestimmten Komponente des Kraftfahrzeugs und/oder b) eine sonstige Größe, die den physikalischen oder chemischen Zustand der Komponente erfasst, und/oder c) eine gemessene oder aus drahtlos übermittelten Wetterdaten bekannte Außentemperatur oder sonstige Umgebungsgröße am Ort des Kraftfahrzeugs und/oder auf einer vorgesehenen Fahrstrecke berücksichtigt werden, und bei dem das von der zumindest einen Größe abhängige Ausmaß an von zumindest einem elektrischen Verbraucher zur Herstellung und/oder Aufrechterhaltung der Betriebsfähigkeit des Kraftfahrzeugs zu verbrauchender Energie bei der Ermittlung der Reichweite berücksichtigt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der zumindest eine elektrische Verbraucher eine Vorrichtung zum Befreien einer Fensterscheibe von einem Beschlag oder Belag umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, eingesetzt bei einem Kraftfahrzeug, welches einen elektrischen Antrieb umfasst.
Verfahren nach Anspruch 3, bei dem der zumindest eine elektrische Verbraucher eine Einrichtung zum Ändern der Temperatur eines elektrochemischen Energiespeichers zum Betreiben des elektrischen Antriebs umfasst.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem im Rahmen der Ermittlung der Reichweite die für eine Bewegen des Kraftfahrzeugs aufzubringende Energie in Abhängigkeit von der gemessenen Temperaturgröße veranschlagt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, durchgeführt vor einem Fahrtantritt, und bei dem die Reichweite von dem Kraftfahrzeug ermittelt und drahtlos an eine fahrzeugexterne Einrichtung übermittelt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, durchgeführt während der Fahrt zu einem vorbestimmten Ziel, und bei dem einem Fahrzeuginsassen durch eine Signalausgabe des Kraftfahrzeugs mitgeteilt wird, ob das vorbestimmte Ziel mit oder ohne eine vorbestimmte Maßnahme, insbesondere mit oder ohne das Nachladen einer Batterie des Kraftfahrzeugs, erreichbar ist.