DE102012216498A1

DE102012216498A1 - Analysator des persönlichen Nutzens eines Elektrofahrzeugs

Info

Publication number: DE102012216498A1
Application number: DE102012216498A
Authority: DE
Inventors: Chris C. Gearhart; Michael A. Tamor; Ciro A. Soto
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2011-09-21
Filing date: 2012-09-17
Publication date: 2013-03-21
Also published as: CN103021042A; CN103021042B; US20130073267A1

Abstract

Ein Nutzenanalysesystem erlaubt es einem Benutzer, den Energieverbrauch zwischen einem ersten Elektrofahrzeug und einem zweiten Fahrzeug zu vergleichen. Ein Datensammler empfängt Benutzerfahrcharakteristiken. Ein Parameterberechnungsmodul bestimmt einen Spitzenparameter, einen Breitenparameter, einen Gewichtungsfaktor, einen Skalierungsfaktor und einen Häufigkeitsparameter als Antwort auf die Benutzerfahrcharakteristiken. Ein Analysator reagiert auf die Parameter von dem Parameterberechnungsmodul, um jeweilige Energieverbrauchsresultate für das erste und das zweite Fahrzeug zu erzeugen. Der Analysator stellt eine persönliche Fahrtenkettenverteilung als eine zusammengesetzte Funktion dar, die eine gewöhnliche Komponente, die von dem Spitzenparameter und dem Breitenparameter definiert ist, und eine nicht gewöhnliche Komponente, die von dem Skalierungsfaktor definiert ist, aufweist. Die zusammengesetzte Funktion kombiniert die gewöhnliche Komponente und die nicht gewöhnliche Komponente gemäß dem Gewichtungsfaktor. Der Analysator bestimmt die Energieverbrauchsresultate als Antwort auf die persönlichen Fahrtenkettenverteilungen.

Description

STAND DER TECHNIK
Die vorliegende Erfindung betrifft im Allgemeinen elektrisch angetriebene Fahrzeuge und insbesondere ein Tool zum Analysieren der potentiellen Kostenvorzüge, die von einem einzelnen Fahrer erzielt würden, falls er ein bestimmtes Elektrofahrzeug kauft. Das Tool kann auch verwendet werden, um Anleitung und Empfehlungen zu dem Typ der Stromversorgung des Fahrzeugs zu erhalten, der für den betreffenden Kunden am besten geeignet ist, wie zum Beispiel Empfehlen eines hybriden elektrischen im Vergleich zu einem Plugin-Hybridfahrzeug oder eines Plugin-Hybridfahrzeugs im Vergleich zu einem Elektrofahrzeug mit Batterie usw.
Elektrisch angetriebene Fahrzeuge werden aufgrund der verringerten Energiekosten und verringerten Schadstoffemissionen beliebt. Die ursprünglichen Kosten des Erhaltenes eines Elektrofahrzeugs sind jedoch im Vergleich zu einem Fahrzeug mit Verbrennungsmotor (der einen Kraftstoff, wie zum Beispiel Benzin, Diesel, Erdgas, Propan, Ethanol, Wasserstoff oder Butanol verwendet) hoch. Die Verbraucher müssen daher in der Lage sein, die Verringerung der Betriebskosten, die sie erwarten können, wenn sie ein Elektrofahrzeug besitzen, abzuschätzen, um zu entscheiden, ob ein ausreichender Vorteil hinsichtlich der Kosten erzielt würde, um eine bestimmte Auswahl zu rechtfertigen.
Die Entscheidung des Benutzers wird durch die Verfügbarkeit verschiedener Typen von Elektrofahrzeugen komplizierter gestaltet. Ein voll elektrisches Fahrzeug oder Batterie-Elektrofahrzeug (BEV), kann an das Stromnetz zum Aufladen der Batterien angeschlossen werden, die dann die gesamte Leistung zum Fahren des Fahrzeugs bereitstellen. Ein Hybridelektrofahrzeug (HEV) kombiniert den Batterie- und Elektroantriebsstrang eines BEV mit einem Verbrennungsmotor. Der mit Benzin betriebene Motor kann verwendet werden, um je nach dem Typ des HEV die Batterie aufzuladen, oder um Antriebskraft für den Antriebsstrang bereitzustellen. Bei einem Plugin-Hybridfahrzeug (PHEV) können die Batterien auch durch Anschließen an das Stromnetz aufgeladen werden.
Bei einem voll elektrischen Fahrzeug sind die Kosten für Benzin oder einen anderen Kraftstoff der auf dem Fahrzeug mitgeführt wird, immer gleich null, aber das Fahrzeug hat eine beschränkte Reichweite, die auf seiner Batteriekapazität basiert. Wenn eine beschränkte Reichweite besteht, will der Verbraucher wissen, wie oft er typisch in eine Fahrtenkette geraten würde, die den Bereich überschreitet. Bei einem Hybridfahrzeug besteht die Reichweiteneinschränkung nicht, aber wenn der Benzinmotor verwendet wird, steigen die Betriebskosten. Beim Schätzen der Energiekosten ist es erforderlich, die Häufigkeit zu schätzen, mit der der Benzinmotor basierend auf den gefahrenen Entfernungen und Aufladegelegenheiten unter Berücksichtigung aller Fahrtenketten, die der jeweilige Fahrer wahrscheinlich machen würde, verwendet würde.
Der Hersteller oder Verkäufer eines Elektrofahrzeugs kann den Energieverbrauch und die Kosten für jedes Fahrzeug je nachdem berechnen und vergleichen, wie das Fahrzeug verwendet wird. Unter Einsatz der Daten aus tatsächlichen Fahrschemata oder Statistiken von großen Gruppen von Fahrern, können Vergleiche zwischen dem je nach den verschiedenen Fahrzeugen erwarteten Energieverbrauch angestellt werden. Dem potentiellen Kunden können Daten präsentiert werden, die die Vergleiche auf der Grundlage der tatsächlichen oder angenommenen Fahrschemata zeigen. Die Vorschriften fordern, dass der Energieverbrauch in Übereinstimmung mit bestimmten festgelegten Fahrschemata (auch Fahrzyklen genannt) angegeben wird. Es ist jedoch für einen einzelnen Verbraucher schwierig zu bestimmen, wie viel Energienutzen er auf der Grundlage seines eigenen Fahrtenschemas langfristig erzielen würde.
KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Ein statistisches Modell individueller Fahrschemata wird verwendet, um die Veränderlichkeit bei täglichen Fahrtenkettenlängen eines einzelnen Fahrers zu berücksichtigen. Es existieren Modelle mit zwei Komponenten: Eines, das das gewöhnliche Fahrverhalten berücksichtigt, wie zum Beispiel Pendeln, und eines, das weniger voraussagbaren Fahrzeuggebrauch berücksichtigt. Die gewöhnliche Komponente wird mit Normalverteilung modelliert, und die Zufallskomponente wird mit einer Exponentialverteilung modelliert. Die Parameter, die die genaue Form dieser Verteilungen definieren, sind von Person zu Person unterschiedlich. Die Werte der Parameter werden als Antwort auf die Antworten eingestellt, die eine Person auf eine Reihe spezifischer Fragen in Zusammenhang mit dem Fahrzeuggebrauch bereitstellt. Unter Nutzung der Verteilung mit den persönlichen Parametern werden der typische Kraftstoffverbrauch und der typische Stromverbrauch für verschiedene zu vergleichende Fahrzeuge berechnet (zum Beispiel PHEVs, BEV und nur Benzin). Unter Einsatz dieser Verteilung werden geschätzte Fahrtenketten erzeugt, die als Grundlage für die Berechnung persönlicher Ergebnisse für den Gesamtenergieverbrauch, den Stromverbrauch, den Benzin- oder anderen Kraftstoffverbrauch dienen, und der Anteil der Fahrtenketten, der komplett elektrisch erfolgen könnte (das heißt ohne Verbrauch von Benzin oder einem anderen verwendeten Kraftstoff) für BEVs und PHEVs. Diese Ergebnisse werden den potentiellen Verbrauchern unter Einsatz einer Vielzahl von Plattformen mitgeteilt, darunter aber nicht beschränkt auf Tabellenkalkulationsprogramme, Kalkulatoren, die auf Internet basieren, und Kiosks bei Konzessionären oder Autoausstellungen. Andere Anwendungen dieses „Erzeugers persönlicher Fahrtenkettenverteilung“ sind möglich, wie zum Beispiel persönliche Schätzungen der Kraftstoffeinsparung basierend auf einer Analyse des Fahrens im Stadtverkehr im Vergleich zum Fahren auf Autobahnen, abgeleitet von der Verteilung, und die Anzahl der Kaltstartvorgänge in Zusammenhang mit einer gegebenen summierten Reiseentfernung.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird ein Nutzenanalysesystem bereitgestellt, bei dem ein Benutzer den Energieverbrauch zwischen einem ersten Elektrofahrzeug und einem zweiten Fahrzeug vergleicht. Ein Datensammler empfängt Benutzerfahrcharakteristiken, die aus einer Pendelentfernung, einer Pendelwiederholung, einer Langzeit-Gesamtfahrentfernung und einer täglichen Nutzungsrate bestehen. Ein Parameterberechnungsmodul empfängt die Benutzerfahrcharakteristiken, wobei das Parameterberechnungsmodul einen Spitzenparameter, einen Breitenparameter, einen Gewichtungsfaktor, einen Skalierungsfaktor und einen Häufigkeitsparameter als Antwort auf die Benutzerfahrcharakteristiken bestimmt. Der Analysator reagiert auf die Parameter von dem Parameterberechnungsmodul, um jeweilige Energieverbrauchsresultate für das erste und das zweite Fahrzeug zu erzeugen. Der Analysator stellt eine persönliche Fahrtenkettenverteilung als eine zusammengesetzte Funktion dar, die eine gewöhnliche Komponente aufweist, die durch den Spitzenparameter und den Breitenparameter definiert ist, und eine nicht gewöhnliche Komponente, die durch den Skalierungsfaktor definiert ist. Die zusammengesetzte Funktion kombiniert die gewöhnliche Komponente und die nicht gewöhnliche Komponente gemäß dem Gewichtungsfaktor. Der Analysator bestimmt die Energieverbrauchsresultate als Antwort auf die persönlichen Fahrtenkettenverteilungen.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist ein Blockschaltbild einer bevorzugten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Nutzenanalysesystems.
2 ist ein Diagramm, das ein bevorzugtes Gerät zum Umsetzen des Systems der 1 zeigt.
3 veranschaulicht eine Tabellenkalkulatorumsetzung des Systems der 1.
4 zeigt ein Benutzerdisplay gemäß einer beispielhaften Ausführungsform.
5 ist eine Grafik, die Nutzungsdaten zeigt, wie sie für einen repräsentativen Fahrer gemessen werden.
6 ist eine Diagrammdarstellung, die Funktionen zum Modellieren gewöhnlicher und nicht gewöhnlicher Elemente der persönlichen Fahrtenketten für einen beliebigen Fahrer zeigt.
7 ist eine Diagrammdarstellung, die eine zusammengesetzte Funktion zeigt, die durch Addieren der Funktionen, die in 6 gezeigt sind, erzielt wird.
8 ist eine Diagrammdarstellung, die die zusammengesetzten Funktionen der 6 und 7 zeigt.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSFORMEN
Unter Bezugnahme auf 1, umfasst eine bevorzugte Ausführungsform des Geräts zum Umsetzen der Erfindung einen Datensammler 10, der mit einem Parameterrechner 11 gekoppelt ist. Ein Analysator 12 empfängt Parameter von dem Parameterrechner 11 und erzeugt Energievergleichsresultate und andere persönliche Daten zum Bereitstellen für einen Benutzer, wie zum Beispiel für einen potentiellen Fahrzeugkunden. Der Analysator 11 umfasst ein Modell 13 und einen Energierechner 14. Das Model 13 enthält zusammengesetzte Funktionen, um die erwarteten Entfernungen und Häufigkeit von Fahrtenketten zu charakterisieren, die vom Benutzer wie unten beschrieben ausgeführt werden sollen.
Die Energievergleichsresultate entsprechen vorzugsweise einem persönlichen Kraftstoff-Offset, das die Person erzielt, wenn sie von einem benzinbetriebenen Fahrzeug auf ein Elektrofahrzeug, wie zum Beispiel ein PHEV umwechselt. Der Benutzer gibt Daten in den Datensammler 10 ein, die den Fahrcharakteristiken des Benutzers entsprechen, wobei die Daten vorzugsweise eine Pendelentfernung, eine Pendelwiederholung, eine Langzeit-Gesamtfahrentfernung und eine tägliche Nutzungsrate umfassen. Der Parameterrechner 11 empfängt die Benutzerfahrcharakteristiken und bestimmt einen Spitzenparameter, einen Breitenparameter, einen Gewichtungsfaktor, einen Skalierungsfaktor und einen Häufigkeitsparameter als Antwort auf die Benutzerfahrcharakteristiken, die in dem Modell 13 wie unten beschrieben zu verwenden sind. Der Energierechner 14 erzeugt jeweilige Energieverbrauchsresultate für verschiedene zu vergleichende Fahrzeuge. Das Modell stellt eine persönliche Fahrtenkettenverteilung (ITCD) als eine zusammengesetzte Funktion dar, die eine gewöhnliche Komponente enthält, die von dem Spitzenparameter und dem Breitenparameter definiert wird, und eine nicht gewöhnliche Komponente, die von dem Skalierungsfaktor definiert wird. Die zusammengesetzte Funktion kombiniert die gewöhnliche Komponente und die nicht gewöhnliche Komponente in Übereinstimmung mit dem Gewichtungsfaktor. Der Energierechner 14 bestimmt Energieverbrauchsresultate als Antwort auf die persönlichen Fahrtenkettenverteilungen.
Wie in 2 gezeigt, kann ein Standard-PC verwendet werden, um die Funktionen, die in 1 gezeigt sind, umzusetzen. Daher umfasst ein Computer 15 die CPU 16, Tastatur 17, Computermaus 18 und einen Bildschirm 20. Die Datensammlung erfolgt über die Tastatur 17 und die Computermaus 18. Die Parameterberechnung, das Modellieren und die Energieberechnungen werden innerhalb der CPU 16 ausgeführt und die Energievergleichsresultate werden auf dem Bildschirm 20 angezeigt. Wie in 3 gezeigt, kann die Erfindung als eine Tabellenkalkulation 21 umgesetzt werden, die Benutzerdaten als eine Eingabe erhält und angezeigte oder ausgedruckte Energievergleichsresultate als einen Ausgang bereitstellt. Viele andere Typen von Hardware und/oder Software könnten ebenfalls verwendet werden, um die Erfindung umzusetzen, wie zum Beispiel ein Smartphone, ein Tablet-Computer oder eine dedizierte elektronische Vorrichtung, die eine unten beschriebene Analyse ausführen können.
Eine Bildschirmanzeige gemäß einer beispielhaften Ausführungsform ist in 4 gezeigt. Ein Tabellenkalkulationsfenster 25 enthält eine Vielzahl von Zellen zum Aufnehmen von Text- und Zahlendaten. In einer Zelle 30 gibt der Benutzer Zahlendaten als Antwort auf die Frage: „Wie viele Tage pro Woche pendeln Sie im Durchschnitt?“ In einer Zelle 31 gibt der Benutzer eine Zahlenantwort als Antwort auf die Frage: „Wie lang ist die Rundfahrtentfernung Ihrer Pendelstrecke?“ Als Antwort auf die Frage „wie viele Kilometer fahren Sie jährlich insgesamt“, gibt der Benutzer eine Zahlenantwort in eine Zelle 32 ein. In eine Zelle 33 gibt der Benutzer seine geschätzte Anzahl von Tagen, an welchen er pro Jahr sein Fahrzeug fährt, ein. Der Tabellenkalkulator berechnet die mittlere jährliche Pendelentfernung des Benutzers, indem er die Anzahl Tage pro Woche aus Zelle 30 mit der Anzahl von Kilometern aus Zelle 31 multipliziert und mit der Anzahl von Wochen in einem Jahr multipliziert und zeigt das Ergebnis in Zelle 34 an. Diese Information dient als Kreuzsicherung für den Benutzer, um zu helfen sicherzustellen, dass die Daten, die er eingegeben hat, selbstkonsistent sind.
Die Zellen 35 und 36 enthalten Dropdown-Listen, die es dem Benutzer erlauben, Elektrofahrzeugmodelle, die in dem Energievergleich zu analysieren sind, auszuwählen. In dem gezeigten Beispiel hat der Benutzer ein Plugin-Hybridfahrzeug und ein Nicht-Plugin-Hybridfahrzeug zum Vergleich ausgewählt.
Der Tabellenkalkulator verwendet ein Modell und dazugehörende Berechnungen, die unten ausführlicher beschrieben sind, um einen Kraftstoffverbrauch für das Standard-Hybridfahrzeug in Zelle 37 und einen Kraftstoffverbrauch für das Plugin-Hybridfahrzeug in Zelle 38 zu bestimmen. Der Unterschied im Kraftstoffverbrauch ergibt einen Kraftstoffeinsparungswert, der in Zelle 39 angezeigt wird. Die als ein Prozentsatz gezeigten Einsparungen werden in Zelle 40 angezeigt.
Zusätzliche Informationen und/oder Vergleiche können automatisch in dem Tabellenkalkulator berechnet und angezeigt werden, wie zum Beispiel ein Vergleich zwischen dem ausgewählten Plugin-Hybridfahrzeug und einem Nicht-Elektrofahrzeug mit vergleichbarem Karosseriestil. Basierend auf den Fahrcharakteristiken des Benutzers, wird daher der Kraftstoffverbrauch für ein mit Kraftstoff angetriebenes Fahrzeug in Zelle 41 gezeigt. Der Kraftstoffverbrauch bei dem PHEV und die relativen Kraftstoffeinsparungen im Vergleich zu dem Nicht-Elektrofahrzeug sind in den Zellen 42 bis 44 gezeigt. Basierend auf den Benutzerfahrcharakteristiken können andere berechnete Informationen, wie zum Beispiel eine Schätzung der Häufigkeit der Tage, an welchen die gefahrene Entfernung die elektrische Reichweite des Fahrzeugs überschreitet (das heißt die Betriebstage, die nicht für alle Fahrtenketten komplett elektrisch erfolgen), oder andere Berechnungen, wie zum Beispiel die Kosten des Stromverbrauchs zum Aufladen gezeigt werden. Interaktive Features könnten ebenfalls verwendet werden, wobei der Benutzer seine Antworten optimieren kann (zum Beispiel, um festzustellen, wie sich eine unterschiedliche Pendelentfernung auf die Energieresultate auswirken würde). Eine derartige Sensitivitätsanalyse könnte auch automatisch bereitgestellt werden.
Obwohl ein direkter Fahrzeug-zu-Fahrzeug-Vergleich für zwei von einem Benutzer ausgewählte Fahrzeuge gezeigt ist, könnte die Erfindung auch automatisch einen Vergleich zwischen einer größeren Gruppe von Fahrzeugen, die für den Benutzer potenziell von Interesse sind, erzeugen. Der Vergleich könnte zum Beispiel ein „Basisfahrzeug“ (zum Beispiel ein nicht hybrides Benzinfahrzeug in einer bestimmten Größe) mit allen elektrischen und/oder Hybridfahrzeugen der gleichen oder einer ähnlichen Größe vergleichen).
Das Modell der vorliegenden Erfindung verwendet das Konzept einer persönlichen Fahrtenkettenverteilung (ITCD), die ein Maß dafür ist, wie weit das Fahrzeug zwischen Auflademöglichkeiten gefahren wird. Eine Fahrtenkette kann daher eine Vielzahl tatsächlicher „Fahrten“ aufweisen, bei welchen der Benutzer das Fahrzeug startet, zu einem Zielort fährt, das Fahrzeug verlässt, sich wieder in das Fahrzeug setzt und zu einem anderen Zielort fährt (das heißt, dass die Fahrtenkette mehr als ein Fahrereignis umfasst, so dass die Fahrtenkette an einer Auflademöglichkeit beginnt und endet). An einem bestimmten Tag kann ein Benutzer zum Beispiel zwischen verschiedenen Auflademöglichkeiten zur Arbeit und zurück nach Hause fahren und/oder sich auf eine Einkaufsfahrt und/oder andere Fahrt begeben. Eine Auflademöglichkeit kann jede Gelegenheit sein, wenn das Fahrzeug während mindestens einer vorbestimmten Mindestdauer, wie zum Beispiel vier Stunden, zu Hause oder an einem anderen Ort, wo eine Stromquelle zum Aufladen verfügbar ist, abgestellt wird. Während eine Fahrtenkette gewöhnlich innerhalb einer Zeitspanne von 24 h abgeschlossen wird, könnte es auch Gelegenheiten geben, bei welchen der Fahrer zusätzliche Auflademöglichkeiten hat, so dass an einem bestimmten Tag mehr als eine Fahrtenkette auftritt.
Das Modell der vorliegenden Erfindung wurde zum Teil basierend auf einem detaillierten Datensatz abgeleitet, der von einer großen Anzahl von Fahrern über einen großen Teil eines Jahres gesammelt wurde. Fahrtentfernungsdaten für einen Musterfahrer sind in 5 gezeigt. Die Anzahl von Fahrtenketten, die dieser bestimmte Fahrer während der Musterzeitspanne in vorbestimmten Bereichen von Fahrtenentfernungsreichweiten und Kilometer fuhr, ist durch Leisten 50 gezeigt. Jede Leiste 50 zeigt die Gesamtanzahl von Fahrtenketten, die die entsprechende Gestamtfahrtentfernung zwischen Auflademöglichkeiten haben. Basierend auf einer Analyse von Daten für eine große Anzahl von Fahrern, hat sich herausgestellt, dass eine Spitze typisch auftritt, die der normalen Pendelentfernung der Benutzer entspricht, und zwar aufgrund der gewohnten Art des Pendelns. Zusätzlich zeigen nicht gewöhnliche Fahrten Fahrtenkettenverteilungen auf, die am häufigsten bei den geringeren Entfernungen auftreten, mit sinkender Häufigkeit bei größeren Entfernungen. Durch Aggregieren aller Fahrtenkettenverteilungen für eine gesamte Musterbevölkerung, war es möglich, den potentiellen Gesamtnutzen der Annahme unterschiedlicher Elektrofahrzeugtechnologien zu bestimmen. Bei der Beurteilung irgendwelcher individueller Benutzer ohne spezifische Probenahme ihrer eigenen ITCDs, gab es jedoch früher keine Art auszusagen, wie viel des Gebrauchs eines Fahrzeugs eines individuellen Fahrers als gewöhnlich charakterisiert werden könnte und wie viel als nicht gewöhnlich. Die vorliegende Erfindung charakterisiert den Anteil gewöhnlichen Fahrens im Vergleich zu nicht gewöhnlichem Fahren basierend auf den vier Fragen, die dem Benutzer in 4 gestellt werden.
Die vorliegende Erfindung stellt persönliche Fahrtenkettenverteilungen für jeden einzelnen Fahrer als eine zusammengesetzte Funktion mit einer gewöhnlichen Komponente, die vorzugsweise eine Verteilung mit „Spitze“ hat, und einer nicht gewöhnlichen Komponente, die vorzugsweise eine Exponentialverteilung hat, dar. Wie in 6 gezeigt, ist eine Gauß-Funktion 51 oder andere Normalverteilung ein Beispiel einer Verteilung mit Spitze zum Darstellen der gewöhnlichen Komponente. Eine Deltafunktion könnte für die Verteilung mit Spitze ebenfalls verwendet werden. Die Exponentialfunktion 52 stellt die nicht gewöhnliche Komponente dar. Eine zusammengesetzte Funktion 54, die durch Summieren der Funktionen 51 und 52 erzielt wird, stellt ein Modell persönlicher Fahrtenkettenverteilungen mit der in 7 gezeigten Form bereit. Für jeden einzelnen Fahrer wird die Aufgabe die richtige Platzierung relativer Größen der Komponentenfunktionen.
Wie in 6 gezeigt, hat die gewöhnliche Komponente 51 eine Spitze, die in einer Entfernung μ liegt, und eine Breite σ. Die nicht gewöhnliche Komponente 52 wird durch einen Skalierungsfaktor k definiert, so dass die Komponente 52 in 1/k ein Maximum hat. Die relative Bedeutung des gewöhnlichen Fahrens im Vergleich zu dem nicht gewöhnlichen Fahren des einzelnen Fahrers ist durch einen Gewichtungsfaktor w und einen Häufigkeitsparameter λ dargestellt, die verwendet werden, um die gewöhnliche und die nicht gewöhnliche Komponente wie unten beschrieben zu kombinieren. 8 zeigt Komponenten 51 und 52 und die resultierende zusammengesetzte Funktion 54. Sobald die zusammengesetzte Funktion für einen einzelnen Fahrer bestimmt ist, werden direkte Berechnungen verwendet, um den Energieverbrauch für unterschiedliche Szenarien und Fahrzeuge zu bestimmen. Das Modell und die dazu gehörenden Berechnungen werden unten ausführlicher besprochen.
Die Parameter zum Kalibrieren der zusammengesetzten Funktion für die ITCDs eines Benutzers sind der Spitzenparameter μ, der Breitenparameter σ, der Häufigkeitsparameter λ, der Gewichtungsfaktor w und der Skalierungsfaktor k. Die Antwort des Benutzers auf die Frage „wie viele Tage pro Woche pendeln Sie“ wird als Pendelwiederholung X₁ bezeichnet. Die Antwort des Benutzers auf die Frage „wie lange ist die Rundfahrtentfernung Ihrer Pendelstrecke” wird Pendelentfernung X₂ genannt. Die Antwort des Benutzers auf die Frage „wie viele Kilometer fahren Sie jährlich insgesamt“ wird Langzeit-Gesamtfahrentfernung X₃ genannt. Die Antwort des Benutzers auf die Frage „an wie vielen Tagen pro Jahr benutzen Sie Ihr Fahrzeug“ wird tägliche Nutzungsrate X₄ genannt. Die Parameter werden aus den Antworten des Benutzers wie folgt berechnet: μ = X₂ σ = min(X₂/5,7.5) λ = X₄/365 w = (X₃ – 52X₂X₁)/X₃ k = X₃/(365λw) – (1 – w)μ/w
Die Lage der Spitze der gewöhnlichen Komponente wird daher durch die Pendelrundfahrtentfernung bestimmt. Die Breite σ der Spitze wird auf ein Fünftel des Werts von μ gestellt, außer wenn μ größer ist als 37,5, und in diesem Fall wird σ auf 7,5 gestellt, so dass die modellierten ITCDs einen ausreichenden Anteil an gewöhnlichem Fahren behalten.
Genauer genommen sieht eine zusammengesetzte ITCD-Funktion mit der Bezeichnung p(x) wie folgt aus:
Die berechneten Parameter definieren eine zusammengesetzte Funktion für die ITCDs, die das Fahrverhalten des einzelnen Benutzers schätzt. Mit den geschätzten ITCDs können der Brennstoffverbrauch und/oder jeder andere Energieverbrauch basierend auf den Leistungsfähigkeiten und Annahmen in Zusammenhang mit den verschiedenen Fahrzeugmodellen und Typen, die für die Analyse konfiguriert sind, berechnet werden. Im Allgemeinen kann der Energieverbrauch für ein Fahrzeug unter Einsatz der folgenden Gleichungen festgestellt werden.

wobei E ND / F der Kraftstoffenergieverbrauch eines Fahrzeugs ohne eine Erschöpfungsphase ist (das heißt ein Fahrzeug ohne eine Batterie, um Energie für einen Teil oder für den ganzen Antrieb zu liefern), und wobei E_F der Kraftstoffenergieverbrauch eines Fahrzeugs mit einer Erschöpfungsphase ist, die durch eine Erschöpfungsreichweite, die sich auf eine nutzbare Batteriekapazität E bezieht, wie folgt charakterisiert ist:
Die Rate des Kraftstoffenergieverbrauchs für ein bestimmtes Fahrzeug wird während der Batterieerschöpfungsphase γ D / F genannt, und die Rate des elektrischen Energieverbrauchs für das Fahrzeug während der Batterieerschöpfungsphase wird γ D / E genannt. Die Rate des Kraftstoffenergieverbrauchs während einer Erhaltungsphase, in der ein Hybridfahrzeug ohne Nettobeitrag der Batterie funktioniert, wird γ S / F genannt. Diese Raten werden in den Analysator für jedes zu vergleichende Fahrzeug programmiert. Unter Gebrauch der programmierten Raten und der berechneten Parameter werden der jährliche Kraftstoffverbrauch für die ausgewählten Fahrzeuge berechnet und die Kraftstoffersparnisse werden angezeigt.
Ein ausführlicheres alternatives Energieverbrauchsmodell könnte optional verwendet werden, bei dem es zwei grundlegende Arten des Fahrens gibt: Autobahnfahren und Stadtverkehrfahren. Der Anteil des Autobahnfahrens im Vergleich zum Stadtverkehrfahren ist im Allgemeinen eine Funktion der Länge der Fahrt. Kürzere Fahrten tendieren dazu, einen größeren Anteil an Stadtverkehrskilometern zu haben als längere Fahrten. Basierend auf Erfahrungsdaten, kann der Anteil an Autobahnkilometern von null für kurze Fahrten in etwa linear zu bestimmten Fahrtenlängen steigen und dann bei einem mehr oder minder konstanten Anteil an Autobahnkilometern bei etwa 70 % sättigen. Das kann einer abschnittweisen linearen Funktion angenähert werden. Für Fahrtenketten, die kleiner sind als die Sättigungsentfernung (x_s), entspricht der Anteil an Autobahnkilometern φ = xφ₅/X₅. Für Fahrtenketten, die größer sind als die Sättigungsentfernung, entspricht der Anteil an Autobahnkilometern φ = φ₅. Sowohl für den Stadtverkehrszyklus als auch für den Autobahnzyklus erfordert das Fahrzeug eine bestimmte Menge an Energie, um den Zyklus aufrechtzuerhalten. Die zum Autobahnfahren erforderliche Energie ist ε H / veh und die für den Stadtverkehr ist ε C / veh. Die Menge an Energie, die ein Fahrzeug erfordert, ist davon unabhängig, ob diese Energie von mitgeführtem Kraftstoff oder von Elektrizität aus der Batterie geliefert wird. Was sich beim Umstellen von Kraftstoffenergie auf elektrische Energie ändert, ist die Effizienz des Antriebssystems beim Umwandeln der gespeicherten Energie in kinetische Energie für das Fahrzeug. Die Effizienz des Umwandelns von Kraftstoffenergie in kinetische Energie ist η_F und die Effizienz des Umwandelns von in der Batterie gespeicherter Energie in kinetische Energie ist η_E.
Jede Fahrtenkette ist in zwei Segmente geteilt. Das erste Segment ist die Erschöpfungsphase. Während dieser Phase verwendet das Fahrzeug Plugin-Energie, die, wenn möglich, in der Batterie gespeichert ist. Aufgrund unterschiedlicher Konzeptionsauflagen in dem Fahrzeug, ist es eventuell nicht möglich, einen rein elektrischen Antrieb während der Erschöpfungsphase zu verwenden. Wenn das der Fall ist, funktioniert das Fahrzeug in einer gemischten Betriebsart, bei der ein Anteil der Fahrzeugenergie von elektrischer Energie und der Rest durch Kraftstoff bereitgestellt wird. Dieser Anteil wird Elektrifizierungsanteil genannt. Im Allgemeinen gibt es einen unterschiedlichen Elektrifizierungsanteil für Stadtverkehr (f_CE) und Autobahnverkehr (f_HE).
Wenn eine Fahrtenkette lang genug ist, wird die Batterieladung bis zu dem Punkt erschöpft, in dem es nicht mehr möglich ist, Energie von der Batterie zu benutzen. Sobald die Batterie erschöpft wurde, schaltet das Fahrzeug auf einen Ladungserhaltungsmodus um. In diesem Modus stammt die ganze Energie von Kraftstoff. Zum Berechnen der mittleren Kraftstoffenergie und elektrischen Energie, die über eine Verteilung von Fahrtentfernungen verbraucht wird, benötigt man die Energieverbrauchsrate des Fahrzeugs während dieser zwei Phasen. Für die Ladungserhaltungsphase benötigt man eine Kraftstoffverbrauchszahl für Stadtverkehr und Autobahnverkehr. Für die Erschöpfungsphase benötigt man den Kraftstoffverbrauch und den Stromverbrauch sowohl für Stadtverkehr als auch für Autobahnverkehr. Eine Annäherung dieser Beziehung wird gegeben durch:
Die Entfernung, die das Fahrzeug während der Erschöpfungsphase zurücklegen kann, wird Plugin-Reichweite des Fahrzeugs genannt. Wenn E_PI die in einer voll aufgeladenen Batterie verfügbare Energie ist, wird die Plugin-Reichweite (R) durch Einstellen des elektrischen Energieverbrauchs gleich E_PI und Lösen von R bestimmt. Das ergibt die folgenden zwei Gleichungen:
Bei Fahrtenketten, die länger sind als die Erschöpfungsreichweite, ist die pro gefahrener Entfernungseinheit verbrauchte Energie der Energieverbrauch des Ladungserhaltungsmodus abzüglich des Energie-Offsets während des Ladungserhaltungsmodus geteilt durch die Gesamtlänge der Fahrtenkette. Daher ist der Kraftstoffenergieverbrauch pro gefahrener Entfernungseinheit für Fahrtenketten, die kürzer sind als die Plugin-Reichweite, ε_F(x) = γ D / HFϕ(x) + γ D / CF(1 – φ(x)), und für Fahrtenketten, die länger sind als die Plugin-Reichweite, ist der Energieverbrauch
Der Stromverbrauch für Fahrtenketten, die kürzer sind als die Plugin-Reichweite, ist ε_E(x) = γ D / HEϕ(x) + γ D / CE(1 – φ(x)). Für Fahrtenketten, die länger sind als die Plugin-Reichweite, ist die pro gefahrener Entfernungseinheit verbrauchte elektrische Energie die nutzbare Kapazität der Batterie geteilt durch die Länge der Fahrtenkette, nämlich ε_E(x) = E_PI/x.
Zum Berechnen des Kraftstoff-Offsets aufgrund des ladungserschöpfenden Betriebs, wird die Menge an Kraftstoff, die Fahrzeuge verbrauchen, die nur im Ladungserhaltungsmodus funktionieren, zuerst berechnet. Dann wird die Kraftstoffenergie berechnet, die verbraucht wird, wenn das Fahrzeug Energie aus der Batterie in einem Ladungserschöpfungsmodus benutzt. Ausgehend von diesen zwei Zahlen wird der Prozentsatz an Kraftstoffenergie bestimmt, der mit dem Plugin-Betrieb ausgeglichen wird. Der Vollständigkeit halber wird eine Berechnung der verbrauchten elektrischen Energie ausgeführt.
Die mittlere Kraftstoffenergie, die pro Fahrtenkette bei Fehlen eines Ladungserschöpfungsmodus verbraucht wird, ist:
Zum Berechnen des Energieverbrauchs mit Erschöpfung, wird es erforderlich, zwei Fälle zu berücksichtigen: Der Fall, in dem die Plugin-Reichweite des Fahrzeugs größer ist als die Entfernung, bei der der Autobahn-Fahranteil sättigt, und der Fall, bei dem die Plugin-Reichweite kleiner ist als die Sättigungsentfernung. In der Praxis ist die Plugin-Reichweite so gut wie sicher kleiner als die Sättigungsentfernung. Der Vollständigkeit halber werden beide Fälle besprochen.
In dem Fall, in dem R < x_s, ist, beträgt die durchschnittliche Kraftstoffenergie, die in einem Ladungserschöpfungsmodus verbraucht wird:
In Gleichung 8 ist der erste Term das Integral bis zu der Plugin-Reichweite des Fahrzeugs. In diesem Term kann der Kraftstoffenergieverbrauch für die Ladungserschöpfung beim Stadt- und Autobahnfahren gemittelt werden. In dem zweiten Term geht die Integration von der Plugin-Reichweite bis zu der Sättigungsentfernung. In diesem Term wird der Kraftstoffenergieverbrauch auf Ladungserhaltungswerte umgestellt, während weiterhin ein linear steigender Ausdruck für den Anteil der gefahrenen Autobahnkilometer verwendet wird. Das dritte Integral stellt den Ladungserhaltungsbetrieb oberhalb der Sättigungsentfernung dar. In diesem Term werden die Ladungserhaltungs-Kraftstoffverbrauchszahlen und ein konstanter Anteil an gefahrenen Autobahnkilometern verwendet. Der vierte Term ist ein Energie-Offset aufgrund des Erschöpfens der Batterie.
In dem Fall, in dem R > x_s ist, beträgt die mittlere in Ladungserschöpfung verbrauchte Kraftstoffenergie:
In Gleichung 9 besteht der Unterschied im Vergleich zu Gleichung 8 im Umstellen von einem linear zunehmenden Anteil an gefahrenen Autobahnkilometern auf einen konstanten Anteil von Autobahnkilometern für das dritte Integral, das den Ladungserhaltungsbetrieb darstellt.
Zum Berechnen der mittleren verbrauchten elektrischen Energie ist zu bemerken, dass die elektrische Energie für den Antrieb nur bis zu der Elektrifizierungsreichweite des Fahrzeugs verbraucht wird. Für jede Fahrtenkette, die größer ist als diese Reichweite, wird die gesamte Plugin-Kapazität der Batterie (E_PI) verwendet. Für Fahrtenketten, die größer sind als die Plugin-Reichweite, ist die Stromnetzenergie, die pro gefahrener Entfernungseinheit verbraucht wird, die Kapazität der Batterie geteilt durch die Länge der Fahrtenkette.
In diesem Sinne beträgt die pro gefahrener Entfernungseinheit verbrauchte mittlere Netzstromenergie in dem Fall, in dem R < x_s:
Die verbrauchte mittlere Netzstromenergie in dem Fall, in dem R > x_s, beträgt:
In dem Fall eines voll elektrischen Fahrzeugs ist die Fahrtreichweite ausreichend groß, so dass das von der Entfernung abhängende Mischen des Stadtverkehr- und Autobahnfahrens nicht gilt, und eine einzige Energieverbrauchsrate kann verwendet werden. Bei einer gegebenen brauchbaren Batterieenergie wird die elektrische Reichweite dann durch Gleichung 4 gegeben. Für eine gegebene elektrische Reichweite und die Parameter, die aus dem Fragebogen extrahiert werden, wird die Anzahl der Tage pro Jahr, an welchen die Reichweite R ungeeignet ist, um die gewünschte Fahrtenkette abzuschließen, gegeben von:
Die Energievergleichsresultate können vorzugsweise diese Anzahl von Tagen für den Benutzer angeben, wenn ein Fahrzeug, das verglichen wird, ein voll elektrisches nicht hybrides Fahrzeug ist.

Claims

Nutzenanalysesystem, bei dem ein Benutzer den Energieverbrauch zwischen einem ersten Elektrofahrzeug und einem zweiten Fahrzeug vergleicht, aufweisend: einen Datensammler, der Benutzerfahrcharakteristiken, die aus einer Pendelentfernung, einer Pendelwiederholung, einer Langzeit-Gesamtfahrentfernung und einer täglichen Nutzungsrate bestehen, empfängt; ein Parameterberechnungsmodul, das die Benutzerfahrcharakteristiken empfängt, wobei das Parameterberechnungsmodul einen Spitzenparameter, einen Breitenparameter, einen Gewichtungsfaktor, einen Skalierungsfaktor und einen Häufigkeitsparameter als Antwort auf die Benutzerfahrcharakteristiken bestimmt, und einen Analysator, der auf die Parameter von dem Parameterberechnungsmodul reagiert, um jeweilige Energieverbrauchsresultate für das erste und das zweite Fahrzeug zu erzeugen, wobei der Analysator eine persönliche Fahrtenkettenverteilung als eine zusammengesetzte Funktion darstellt, die eine gewöhnliche Komponente aufweist, die durch den Spitzenparameter und den Breitenparameter definiert ist, und eine nicht gewöhnliche Komponente, die durch den Skalierungsfaktor definiert ist, wobei die zusammengesetzte Funktion die gewöhnliche Komponente und die nicht gewöhnliche Komponente gemäß dem Gewichtungsfaktor kombiniert, und wobei der Analysator die Energieverbrauchsresultate als Antwort auf die persönlichen Fahrtenkettenverteilungen bestimmt.
System nach Anspruch 1, wobei der Spitzenparameter anteilmäßig ist zu der Pendelentfernung, wobei der Breitenparameter anteilmäßig ist zu der Pendelentfernung, wobei der Häufigkeitsparameter anteilmäßig ist zu der täglichen Nutzungsrate, wobei der Gewichtungsfaktor als Antwort auf die Pendelentfernung, die Pendelwiederholung und die Langzeit-Gesamtfahrentfernung bestimmt wird, und wobei der Skalierungsfaktor als Antwort auf die Pendelentfernung, die Pendelwiederholung, die Langzeit-Gesamtfahrentfernung und die tägliche Nutzungsrate bestimmt wird.
System nach Anspruch 2, wobei die Parameter wie folgt bestimmt werden: μ = X₂ σ = min(X₂/5,7.5) λ = X₄/365 w = (X₃ – 52X₂X₁)/X₃ k = X₃/(365λw) – (1 – w)μ/w wobei μ der Spitzenparameter, σ der Breitenparameter, λ der Häufigkeitsparameter, w der Gewichtungsfaktor, k der Skalierungsfaktor, X₁ die Pendelentfernung, X₂ die Pendelwiederholung, X₃ die Langzeit-Gesamtfahrentfernung und X₄ die tägliche Nutzungsrate ist.
System nach Anspruch 1, wobei die persönliche Fahrtenkettenverteilung p(x) dargestellt ist durch:
System nach Anspruch 1, wobei die gewöhnliche Komponente aus einer Normalverteilung und die nicht gewöhnliche Komponente aus einer Exponentialverteilung bestehen.
System nach Anspruch 1, wobei das zweite Fahrzeug durch einen Verbrennungsmotor angetrieben wird.
System nach Anspruch 1, wobei das erste und das zweite Fahrzeug Elektrofahrzeuge, die von einer jeweiligen Batterie angetrieben werden, sind.
System nach Anspruch 1, wobei das erste Fahrzeug ein elektrisches Hybridfahrzeug ist, das sowohl von einem Verbrennungsmotor als auch von einer Batterie angetrieben wird.
System nach Anspruch 8, wobei das zweite Fahrzeug ein elektrisches Hybridfahrzeug ist, das sowohl von einem Verbrennungsmotor als auch von einer Batterie angetrieben wird.
System nach Anspruch 1, wobei die Energieverbrauchsresultate aus einer jährlichen Kraftstoffeinsparung entweder des ersten oder des zweiten Fahrzeugs im Vergleich zu dem anderen bestehen.
System nach Anspruch 1, wobei die Energieverbrauchsresultate eine Anzahl von Tagen enthalten, für die eine persönliche Fahrtenkettenverteilung eine elektrische Reichweite entweder des ersten oder des zweiten Fahrzeugs überschreitet.