DE102011106351A1 - Ermittlung einer Reichweite eines Kraftfahrzeugs - Google Patents
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Abstract
Bei einem Verfahren zur Ermittlung einer Reichweite (R) eines Kraftfahrzeugs mit zumindest einer elektrischen Antriebseinheit unter Berücksichtigung eines prognostizierten Fahrverlaufs werden erfindungsgemäß in einem ersten Verfahrensschritt (1) aus historischen Fahrdaten (HF) normalisierte Fahrdaten (NF) bestimmt. Die historischen Fahrdaten (HF) charakterisieren zumindest einen vergangenen Energieverbrauch des Kraftfahrzeugs. Ein Einfluss eines vergangenen Fahrverlaufs wird bei der Normalisierung zumindest reduziert. In einem zweiten Verfahrensschritt (2) werden prognostizierte Fahrdaten (PF), welche den prognostizierten Fahrverlauf charakterisieren, bestimmt. In einem dritten Verfahrensschritt (3) werden die normalisierten Fahrdaten (NF) mit den prognostizierten Fahrdaten (PF) zur Ermittlung der Reichweite (R) des Kraftfahrzeugs kombiniert.
Description
- Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ermittlung einer Reichweite eines Kraftfahrzeugs mit zumindest einer elektrischen Antriebseinheit nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
- Aus dem Stand der Technik sind Verfahren bekannt, mittels derer die verbleibende Reichweite, welches ein Kraftfahrzeug mit Hybrid- oder Elektroantrieb ausgehend vom gegenwärtigen Standort zurücklegen kann, ermittelt wird.
- So ist beispielsweise aus der
DE 10 2010 007 851 A1 ein Verfahren bekannt, bei dem eine Restreichweite eines Kraftfahrzeugs unter Zuhilfenahme von Energieparametern des Kraftfahrzeugs, Routenparametern, welche eine prognostizierte Fahrstrecke charakterisieren, und zuvor abgespeicherten Fahrweisenparametern ermittelt wird. Die ermittelte Reichweite wird mittels einer entsprechenden Ausgabeeinheit ausgegeben. - Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein verbessertes Verfahren zur Ermittlung einer Reichweite eines Kraftfahrzeugs anzugeben, welches eine genaue Vorhersage der verbleibenden Rechweite sicherstellt.
- Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren zur Ermittlung einer Reichweite eines Kraftfahrzeugs mit den charakteristischen Merkmalen des Patentanspruchs 1.
- Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
- Bei einem Verfahren zur Ermittlung einer Reichweite eines Kraftfahrzeugs mit zumindest einer elektrischen Antriebseinheit unter Berücksichtigung eines prognostizierten Fahrverlaufs werden erfindungsgemäß in einem ersten Verfahrensschritt aus historischen Fahrdaten normalisierte Fahrdaten bestimmt. Die historischen Fahrdaten charakterisieren zumindest einen vergangenen Energieverbrauch des Kraftfahrzeugs. Ein Einfluss eines vergangenen Fahrverlaufs wird bei der Normalisierung zumindest reduziert. In einem zweiten Verfahrensschritt werden prognostizierte Fahrdaten, welche den prognostizierten Fahrverlauf charakterisieren, bestimmt. In einem dritten Verfahrensschritt werden die normalisierten Fahrdaten mit den prognostizierten Fahrdaten zur Ermittlung der Reichweite des Kraftfahrzeugs kombiniert.
- Das Verfahren kombiniert auf besonders vorteilhafte Weise historische Fahrparameter, welche kontinuierlich während der Fahrt erfasst werden können, mit prognostizierten Fahrdaten, welche beispielsweise aus einer digitalen Karte ausgelesen werden können, um die Genauigkeit der Reichweitenbestimmung zu verbessern. Die historischen Fahrparameter spiegeln insbesondere den historischen Energieverbrauch des Kraftfahrzeugs wider. Das Verfahren kann von einer entsprechenden Auswerteeinheit in Echtzeit ausgewertet werden und ist somit besonders zur Implementierung in einem Fahrassistenzsystem geeignet. Vorzugsweise wird eine Vorhersage über eine Vielzahl von prognostizierten Fahrstrecken generiert.
- In einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel wird bei der Normalisierung der Einfluss eines vergangenen ersten Steigungsprofils weitestgehend eliminiert und durch ein prognostiziertes zweites Steigungsprofil des prognostizierten Fahrverlaufs ersetzt, so dass die verbleibende Reichweite des Kraftfahrzeugs besonders genau vorherbestimmt werden kann.
- Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand von Zeichnungen näher erläutert.
- Dabei zeigen:
-
1 schematisch den Aufbau eines Verfahrens zur Ermittlung einer Reichweite eines Kraftfahrzeugs in einem Flussdiagramm, -
2 schematisch die Reichweite des Kraftfahrzeugs ohne Berücksichtigung eines Höhen- bzw. Steigungsprofils von prognostizierten Fahrverläufen anhand eines Kartenausschnitts, -
3 schematisch die Reichweite des Kraftfahrzeugs mit Berücksichtigung des Höhen- bzw. Steigungsprofils der prognostizierten Fahrverläufe anhand des Kartenausschnitts und -
4 schematisch eine aufzuwendende prognostizierte Gesamtleistung des Kraftfahrzeugs für verschiedene prognostizierte Fahrverläufe anhand entsprechender Graphen und eines entsprechenden Kartenausschnitts. - Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
-
1 zeigt in einem Flussdiagramm schematisch einen Aufbau eines Verfahrens zur Ermittlung einer Reichweite R für ein Kraftfahrzeug. Das Verfahren ist dazu geeignet, die Reichweite R von Kraftfahrzeugen zu ermitteln, welche zumindest eine elektrische Antriebseinheit aufweisen. Gemäß bevorzugten Ausbildungsbeispielen kann das Kraftfahrzeug als Hybridfahrzeug oder als Elektrofahrzeug ausgeführt sein. - Als Ausgangspunkt des Verfahrens zur Ermittlung der Reichweite R dienen zuvor erfasste, historische Fahrdaten HF, welche den Energieverbrauch des Kraftfahrzeugs charakterisieren. Beispielsweise können als historische Fahrdaten HF vergangene Ladungszustände einer Fahrzeugbatterie erfasst werden. Bei dem hier vorgestellten Verfahren wird angenommen, dass der historische Energieverbrauch Rückschlüsse auf den zukünftigen Energieverbrauch des Kraftfahrzeugs erlaubt. Allerdings entspricht ein zuvor zurückgelegter, vergangener Fahrverlauf im Normalfall nicht einem zukünftigen bzw. prognostizierten Fahrverlauf des Kraftfahrzeugs. Insbesondere können entsprechende Höhen- bzw. Steigungsprofile der Fahrverläufe erheblich voneinander abweichen, was zu erheblichen Fehlern in der Reichweitenbestimmung führen würde.
- Daher werden die historischen Fahrdaten HF in einem ersten Verfahrensschritt
1 normalisiert und entsprechende normalisierte Fahrdaten NF bestimmt. Dabei wird ein Einfluss eines zu dem vergangenen Fahrverlauf korrespondierenden ersten Steigungsprofils und/oder eines ersten Geschwindigkeitsprofils des Kraftfahrzeugs zumindest reduziert. Im Idealfall wird der Einfluss des ersten Steigungsprofils auf die normalisierten Fahrdaten NF weitestgehend eliminiert. Die normalisierten Fahrdaten NF werden dem weiteren Verfahren zur Ermittlung der Reichweite R zu Grunde gelegt. - Zur genauen Ermittlung der Reichweite R müssen für die zukünftigen, prognostizierten Fahrverläufe entsprechende prognostizierte Fahrstrecken St bestimmt werden. Der zukünftige Energieverbrauch des Kraftfahrzeugs wird maßgeblich durch zweite Geschwindigkeitsprofile bzw. zweite Steigungsprofile, welche den zukünftigen prognostizierten Fahrverlauf charakterisieren, bestimmt sein. Daher müssen das zum prognostizierten Fahrverlauf entsprechende zweite Geschwindigkeitsprofil bzw. die zu den prognostizierten Fahrstrecken St korrespondierenden zweiten Steigungsprofile bestimmt werden und bei der Ermittlung der Reichweite R berücksichtigt werden.
- Als Beispiel kann ein Kraftfahrzeug betrachtet werden, welches zunächst durch eine ebene Region fährt und sich später einem Bergpass annähert. Falls eine Reichweitenbestimmung des Kraftfahrzeugs beispielsweise nur einen jüngeren historischen Stromverbrauch des Kraftfahrzeugs berücksichtigen würde und Informationen über die bevorstehende Steigung unberücksichtigt blieben, so würde die verbleibende Reichweite überschätzt werden.
- Dieser Effekt ist beispielhaft in
2 und3 dargestellt.2 und3 zeigen einen Kartenausschnitt K der Umgebung des Kraftfahrzeugs. Westlich des Standorts SO des Kraftfahrzeugs erhebt sich ein Gebirgszug.2 zeigt eine fehlerhaft bestimmte erste Reichweite R1, wobei bei der Reichweitenbestimmung die Erhebung des Gebirgszugs nicht berücksichtigt wurde. Entsprechend wurden die zweiten Steigungsprofile, welche die prognostizierten Fahrvstrecken St charakterisieren, vernachlässigt. -
3 zeigt den Kartenausschnitt K und die ermittelte Reichweite R des Kraftfahrzeugs, wobei bei der Ermittlung der Reichweite R das zweite Steigungsprofil der prognostizierten Fahrstrecken St berücksichtigt wurde. Dies ermöglicht eine wesentlich genauere Vorhersage der verbleibenden Reichweite R des Kraftfahrzeugs. Daher wird in einem zweiten Verfahrensschritt die Höheninformationen berücksichtigt und für alle prognostizierten Fahrstrecken St, welche das Kraftfahrzeug möglicherweise befahren könnte, zweite Steigungsprofile ermittelt bzw. berechnet. Gemäß einem bevorzugten Ausbildungsbeispiel werden die dazu notwendigen Höheninformationen aus einer digitalen Karte, die beispielsweise in einem vorhandenen Fahrassistenzsystem implementiert ist, entnommen.3 spiegelt somit den Einfluss des westlich vom Standort SO erstreckenden Gebirgszugs auf die Reichweite R des Kraftfahrzeugs wider. Ein Vergleich von2 und3 zeigt, dass die Reichweite R entlang prognostizierter Fahrstrecken St, welche sich nördlich, östlich oder südlich vom Standort SO erstrecken, in den Norden, Osten und Süden nicht wesentlich beeinflusst wird, da hier eine relativ flache Topographie vorliegt. - In dem zweiten Verfahrensschritt
2 wird, wie in1 schematisch dargestellt, ausgehend von dem gegenwärtigen Standort SO des Kraftfahrzeugs, eine Vielzahl von möglichen prognostizierten Fahrstrecken St bestimmt. Für die prognostizierten Fahrstrecken St werden entsprechende prognostizierte Fahrdaten PF ermittelt, welche das zweite Geschwindigkeitsprofil und/oder das zweite Steigungsprofil der prognostizierten Fahrverläufe des Kraftfahrzeugs beinhalten. - Die normalisierten Fahrdaten NF werden mit den prognostizierten Fahrdaten PF in einem dritten Verfahrensschritt
3 zur Reichweitenbestimmung kombiniert. Dazu kann beispielsweise eine prognostizierte Gesamtleistung Pp des Kraftfahrzeugs bestimmt werden. - In einem vierten Verfahrensschritt
4 wird ein zukünftiger Energieverbrauch des Kraftfahrzeugs für den prognostizierten Fahrverlauf aus der Kombination der normalisierten Fahrdaten NF und der prognostizierten Fahrdaten PF ermittelt. Dies kann beispielsweise über eine numerische Integration der prognostizierten Gesamtleistung Pp erfolgen. - In einem fünften Verfahrensschritt
5 wird die Reichweite R des Kraftfahrzeugs aus dem prognostizierten Energieverbrauch ermittelt. Dazu wird ein Restenergiegehalt einer Speichereinheit der elektrischen Antriebseinheit, welche beispielsweise eine oder mehrere Batterien oder Brennstoffzellen umfasst, erfasst. Aus dem zuvor abgeschätzten zukünftigen Energieverbrauch wird die Reichweite R dann unter Berücksichtigung des Restenergiegehalts der Speichereinheit ermittelt. - Im Folgenden werden die in den Verfahrensschritten
1 bis3 notwendigen Berechnungen zur Ermittlung der Reichweite R anhand eines besonders bevorzugten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Als Grundlage wird zunächst als historische Fahrdaten HF eine aufgewendete Gesamtleitung PGesamt des Kraftfahrzeugs erfasst. - Die Gesamtleistung PGesamt lässt sich wie folgt parametrisieren (aus Gillerspie, Thomas D., "Fundamentals of Vehicle Dynamics", Warrendale: Society of Automotive Engineers, Inc. 1992):
PGesamt = V|Mvg(frcosθ + sinθ) + 1 / 2ρaV2CDA + Mv dV / dt [1] - Dabei beschreibt V eine Fahrzeuggeschwindigkeit, Mv eine Masse des Kraftfahrzeugs, g die Erdbeschleunigung, fr einen Rollwiderstandkoeffizient, θ einen Steigungswinkel einer Fahrbahn, ρa eine Luftdichte, CD einen Luftwiderstandswert des Kraftfahrzeugs, A eine Frontalfläche des Kraftfahrzeugs, und dV/dt eine Beschleunigung des Kraftfahrzeugs.
- Die Gesamtleistung PGesamt lässt sich als Summe von drei Termen gemäß
PGesamt = PRR + PAero + PBeschl [2] - Die entsprechenden Terme sind gemäß [1] gegeben als
PRR = VMvg(frcosθ + sinθ) [3] PAero = 1 / 2ρaV3CDA [4] PBesch = MvV dV / dt. [5] - Typischer Weise weisen Fahrbahnen, bzw. Straßenverläufe eine Steigung kleiner 10% auf, so dass eine Kleinwinkelnäherung für den Steigungswinkel θ angenommen werden kann. Damit ergibt sich Gleichung [3] näherungsweise zu
PRR ≅ VMvg(fr + sinθ). [6] - Gleichung [6] lässt sich dann schreiben als
PRR = PRR,Flach + PRR,Steigung ≅ VMvgfr + VMvgsinθ, [7] PGesamt ≅ VMvgfr + VMvgfrsinθ + 1 / 2ρaV3CDA + MvV dV / dt. [8] - Der zweite Term auf der rechten Seite von Gleichung [8] beschreibt den Einfluss der Fahrbahnsteigung. Die historischen Fahrdaten HF beinhalten zumindest die Gesamtleistung PGesamt, so dass der Einfluss des zuvor zurückgelegten ersten Steigungsprofils bei der Normalisierung im Wesentlichen eliminiert werden kann, indem der entsprechende Term abgezogen wird. Die zu den normalisierten Fahrdaten NF korrespondierende normalisierte Leistung PNorm lässt sich somit gemäß
PNorm = PGesamt – PRR,Steigung = PGesamt – VMvgsinθ [9] - Im ersten Verfahrensschritt
1 wird somit die normalisierte Leistung PNorm gemäß Gleichung [9] berechnet. Als Eingangsgröße wird als historische Fahrdaten HF die Gesamtleistung mittels einer Strom-Spannungsmessung erfasst, welche bei bekannter Stromstarke IBatt und Spannung UBatt gemäßPGesamt = IBattVBatt [10] PNorm = IBattVBatt – VMvgsinθ [11] - Die so ermittelte normalisierte Leistung wird zusätzlich noch über ein vorgebbares Streckenintervall gemittelt, um eine normalisierte und gemittelte Leistung PNorm,gem zu erhalten. Diese normalisierte und gemittelte Leistung PNorm,gem wird später im dritten Verfahrensschritt
3 mit den prognostizierten Fahrdaten PF kombiniert. - Nachdem die Steigungskomponente aus den historischen Fahrdaten HF im ersten Verfahrensschritt
1 eliminiert worden ist, werden im zweiten Verfahrensschritt2 zweite Steigungsprofile für alle möglichen prognostizierten Fahrstrecken St generiert. Diese können beispielsweise aus entsprechenden digitalen Karten ausgelesen werden. Zusätzlich werden zweite Geschwindigkeitsprofile bestimmt, welche zu den prognostizieren Fahrverläufen korrespondieren. Aus den zweiten Steigungsprofilen und den zweiten Geschwindigkeitsprofilen sind prognostiziere Steigungswinkel θprog und prognostizierte Fahrzeuggeschwindigkeiten Vprog zu entnehmen. Als prognostizierte Fahrdaten PF wird dann im zweiten Verfahrensschritt2 eine prognostizierte Verlustleistung PRR,prog, welche zu dem steigungsabhängigen Anteil des Rollwiderstands korrespondiert, gemäßPRR,prog = VprogMvgsinθprog [12] - Im dritten Verfahrensschritt
3 werden die normalisierten Fahrdaten NF und die prognostizierten Fahrdaten PF miteinander kombiniert, um ein entsprechendes Gesamtleistungsprofil für alle prognostizierten Fahrstrecken St zu ermitteln. Dazu wird die im ersten Verfahrensschritt1 bestimmte normalisierte und gemittelte Leistung PNorm,gem zu der gemäß Gleichung [12] ermittelten prognostizierte Verlustleistung PRR,prog addiert:PGesamt,prog = PNorm,gem + VprogMvgsinθprog [13] - In den anschließenden vierten und fünften Verfahrensschritt
4 ,5 wird aus der prognostizierten Gesamtleistung PGesamt,prog ein zukünftiger Energieverbrauch des Kraftfahrzeugs mittels bekannter Verfahren ermittelt, aus denen die Reichweite R des Kraftfahrzeugs unter Berücksichtigung des Restenergiegehalt der Speichereinheit ermittelt wird. -
4 zeigt nochmals einen Kartenausschnitt K, wobei die verbleibende Reichweite R des Kraftfahrzeugs als schraffierter Bereich eingezeichnet ist. Darüber hinaus sind für zwei exemplarisch ausgewählte prognostizierte Fahrstrecken St Graphen gezeigt, welche den Verlauf der im ersten Verfahrensschritt1 ermittelten, normalisierten und gemittelten Leistung PNorm,gem über die Strecke x zeigen. Des Weiteren ist entsprechend der Verlauf der prognostizierten Verlustleistung PRR,prog, welche den steigungsabhängigen Anteil des Rollwiderstands subsumiert, über die Strecke x gezeigt. Die Kombination der gemittelten Leistung PNorm,gem und der prognostizierten Verlustleistung PRR,prog ergibt die prognostizierte Gesamtleistung Pp für die entsprechende prognostizierte Fahrstrecke St. Der resultierende Verlauf der prognostizierten Gesamtleistung Pp entlang der Strecke x ist ebenfalls in4 graphisch illustriert. - Bezugszeichenliste
-
- 1
- erster Verfahrensschritt
- 2
- zweiter Verfahrensschritt
- 3
- dritter Verfahrensschritt
- 4
- vierter Verfahrensschritt
- 5
- fünfter Verfahrensschritt
- HF
- historische Fahrdaten
- K
- Kartenausschnitt
- NF
- normalisierte Fahrdaten
- PF
- prognostizierte Fahrdaten
- R
- Reichweite
- R1
- erste Reichweite
- SO
- Standort
- St
- prognostizierte Fahrstrecke
- x
- Strecke
- PNorm,gem
- normalisierte und gemittelte Leistung
- Pp
- prognostizierte Gesamtleistung
- PRR,prog
- prognostizierte Verlustleistung des Rollwiderstands
- 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 102010007851 A1 [0003]
- Zitierte Nicht-Patentliteratur
-
- Gillerspie, Thomas D., ”Fundamentals of Vehicle Dynamics”, Warrendale: Society of Automotive Engineers, Inc. 1992 [0029]
Claims (8)
- Verfahren zur Ermittlung einer Reichweite (R) eines Kraftfahrzeugs mit zumindest einer elektrischen Antriebseinheit unter Berücksichtigung eines prognostizierten Fahrverlaufs, dadurch gekennzeichnet, dass in einem ersten Verfahrensschritt (
1 ) aus historischen Fahrdaten (HF), welche zumindest einen vergangenen Energieverbrauch des Kraftfahrzeugs charakterisieren, normalisierte Fahrdaten (NF) bestimmt werden, bei denen ein Einfluss eines vergangenen Fahrverlaufs zumindest reduziert ist, in einem zweiten Verfahrensschritt (2 ) prognostizierte Fahrdaten (PF), welche den prognostizierten Fahrverlauf charakterisieren, bestimmt werden und in einem dritten Verfahrensschritt (3 ) die normalisierten Fahrdaten (NF) mit den prognostizierten Fahrdaten (PF) zur Ermittlung der Reichweite (R) des Kraftfahrzeugs kombiniert werden. - Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass als historische Fahrdaten (HF) zumindest eine vom Kraftfahrzeug aufgewendete Gesamtleistung erfasst wird.
- Verfahren nach Anspruch 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet, dass bei der Normalisierung der historischen Fahrdaten (HF) der Einfluss eines ersten Steigungsprofils und/oder eines ersten Geschwindigkeitsprofils des vergangenen Fahrverlaufs reduziert wird.
- Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Bestimmung der prognostizierten Fahrdaten (PF) ein zweites Steigungsprofil und/oder ein zweites Geschwindigkeitsprofil des prognostizierten Fahrverlaufs bestimmt wird.
- Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass im zweiten Verfahrensschritt (
2 ) die prognostizierten Fahrdaten (PF) für eine Vielzahl von prognostizierten Fahrstrecken bestimmt werden. - Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die normalisierten Fahrdaten (NF) über ein vorgebbares Zeitintervall gemittelt werden.
- Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Ermittlung der Reichweite (R) in einem vierten Verfahrensschritt (
4 ) ein zukünftiger Energieverbrauch für den prognostizierten Fahrverlauf aus der Kombination der normalisierten Fahrdaten (NF) und der prognostizierten Fahrdaten (PF) ermittelt wird. - Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass in einem fünften Verfahrensschritt (
5 ) die Reichweite (R) des Kraftfahrzeugs aus dem zukünftigen Energieverbrauch unter Berücksichtigung eines Restenergiegehalts einer Speichereinheit der elektrischen Antriebseinheit ermittelt wird.
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