DE102013009276A1 - Verfahren zum Betrieb eines Fahrzeugs - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines Fahrzeugs (1), wobei in Abhängigkeit eines vorausliegenden Streckenprofils eine Betriebsstrategie für das Fahrzeug (1) ermittelt wird. Erfindungsgemäß wird bei mehreren möglichen Fahrtrouten für jede Fahrtroute eine prädiktive Betriebsstrategie ermittelt, wobei die prädiktiven Betriebsstrategien zu einer Gesamtbetriebsstrategie kombiniert werden, in welcher in Abhängigkeit einer Wahrscheinlichkeit einer Befahrung einer jeweiligen Fahrtroute die jeweils zu dieser Fahrtroute ermittelte prädiktive Betriebsstrategie gewichtet wird.

Description

• Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines Fahrzeugs, wobei in Abhängigkeit eines vorausliegenden Streckenprofils eine Betriebsstrategie für das Fahrzeug ermittelt wird.
• Aus der DE 10 2008 019 174 A1 sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Betreiben eines ersten Fahrzeugs, bei welchem eine gegenwärtige Fahrzeugposition, Informationen über eine vorliegende Strecke und/oder eine Fahrzeuggeschwindigkeit ermittelt wird, bekannt. Anhand der ermittelten Informationen wird eine Fahrzeuggeschwindigkeit gesteuert und geregelt. Weiterhin werden eine vorgegebene Fahrzeuggeschwindigkeit, eine momentane Fahrstufe, und ein momentanes Antriebs- und Bremsmoment in Abhängigkeit von mindestens einem Parameter der bevorstehenden Strecke und in Abhängigkeit von mindestens einem Parameter eines vorausfahrenden zweiten Fahrzeuges geregelt und gesteuert.
• Auch die DE 10 2009 030 784 A1 beschreibt ein Verfahren zum Steuern eines Betriebs eines Fahrzeugs mit einer Fahrzeug- und Motor- und Getriebesteuerung. Dabei werden mehrere Umgebungsparameter, Fahrzeugparameter, Fahrzeugbetriebsparameter und Streckenparameter erfasst. Für einen vorausliegenden Streckenabschnitt beginnend bei einer gegenwärtigen Fahrzeugposition werden die Fahrzeugbetriebszustände und die zugehörigen Steuerparameter mittels einer Fahrzeugbetriebskostenfunktion ermittelt und in einem Puffer als optimierte Fahrzeugsteuerparameter abgelegt. Die Fahrzeugbetriebskostenfunktion wird anhand eines iterativen numerischen Verfahrens unter Berücksichtigung vom Fahrer vorgebbarer Beschränkungen und Nebenbedingungen für die Fahrzeugbetriebs- und die Fahrzeugsteuerparameter ermittelt.
• Aus der DE 10 2009 040 682 A1 ist ein Verfahren zur Steuerung einer Geschwindigkeitsregelanlage eines Fahrzeugs bekannt, wobei in Abhängigkeit von einer aus Streckenparametern und Fahrzeugparametern ermittelten charakteristischen Fahrzeugsituation anhand mehrerer alternativer Steuervarianten durch eine Steuerung und Regelung eines Antriebsstrangs und einer Bremseinrichtung des Fahrzeugs eine Fahrzeuggeschwindigkeit automatisch eingestellt wird. Die Streckenparameter, welche zumindest Steigungsdaten umfassen, werden aktuell für zumindest einen während einer Fahrt des Fahrzeugs vorausliegenden Streckenabschnitt aus dreidimensionalen Kartendaten einer digitalen Straßenkarte ermittelt, wobei in Abhängigkeit von den Streckenparametern, aktuellen Fahrzeugparametern und prognostizierten Fahrzeugparametern aus einer Mehrzahl der alternativen Steuervarianten eine oder mehrere geeignete Steuervarianten ausgewählt werde. In Anwendungsfällen werden anhand einer Simulation eines Verlaufs der Fahrzeuggeschwindigkeit ein Einfluss der ausgewählten Steuervarianten und deren Eignung zur bedarfsgerechten Steuerung der Geschwindigkeitsregelanlage überprüft und es wird eine geeignete Steuervariante oder werden mehrere geeignete Steuervarianten aktiviert und eine ungeeignete Steuervariante oder mehrere ungeeignete Steuervarianten werden verworfen.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein gegenüber dem Stand der Technik verbessertes Verfahren zum Betrieb eines Fahrzeugs anzugeben.
• Die Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einem Verfahren gelöst, welches die in Anspruch 1 angegebenen Merkmale aufweist.
• Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
• In dem Verfahren zum Betrieb eines Fahrzeugs wird in Abhängigkeit eines vorausliegenden Streckenprofils eine Betriebsstrategie für das Fahrzeug ermittelt.
• Erfindungsgemäß wird bei mehreren möglichen Fahrtrouten für jede Fahrtroute eine prädiktive Betriebsstrategie ermittelt, wobei die prädiktiven Betriebsstrategien zu einer Gesamtbetriebsstrategie kombiniert werden, in welcher in Abhängigkeit einer Wahrscheinlichkeit einer Befahrung einer jeweiligen Fahrtroute die jeweils zu dieser Fahrtroute ermittelte prädiktive Betriebsstrategie gewichtet wird.
• Für eine vorausschauende Betriebsstrategie, beispielsweise für Fahrzeuge mit Hybridantrieben, ist zumindest teilweise ein langer Vorausschauhorizont erforderlich. Je nach Verhältnis einer Kapazität einer Energiespeichereinheit des Fahrzeugs zur Leistung einer als Elektromotor ausgebildeten Antriebseinheit können Längen des Vorausschauhorizonts von mehr als 30 km erforderlich sein. Je länger jedoch ein solcher Vorausschauhorizont wird, desto geringer ist die Wahrscheinlichkeit, dass er in der ursprünglich prädizierten Form auch eintritt, sofern keine Fahrtroute vom Fahrer vorgegeben wurde. Tritt ein Abbruch eines geplanten Vorausschauhorizonts ein, so kann ein mittels der prädizierten Betriebsstrategie erzielbarer optimaler Betrieb des Fahrzeugs nicht erreicht werden. In Abhängigkeit eines Unterschieds zwischen dem geplanten und dem tatsächlich befahrenen Vorausschauhorizont ist ein Verlust von Kraftstoff-Verbrauchsvorteilen oder ein Kraftstoff-Mehrverbrauch gegenüber einer nicht vorausschauenden Betriebsstrategie möglich.
• Mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens werden diese Nachteile überwunden, indem eine Unsicherheit des Vorausschauhorizonts bewertet wird und in Abhängigkeit dieser Bewertung durch geeignete Maßnahmen die Auswirkungen eines Horizontabbruchs aufgrund der Erzeugung der Gesamtbetriebsstrategie durch Kombination der prädiktiven Betriebsstrategien der möglichen Fahrtrouten minimiert werden.
• Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht dabei in besonders vorteilhafter Weise in Abhängigkeit einer Eintrittswahrscheinlichkeit der Befahrung einer jeweiligen Fahrtroute die Erzeugung und Anpassung einer Gesamtbetriebsstrategie, wobei mittels einer solchen Steuerung zumindest gegenüber einem Horizontabbruch ein verbesserter Betrieb des Fahrzeugs realisierbar ist.
• Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand einer Zeichnung näher erläutert.
• Dabei zeigt:
• 1 schematisch ein Blockschaltbild eines Gesamtsystem aus einem Fahrzeug und einer Vorrichtung zum Betrieb eines als Hybridfahrzeug ausgebildeten Fahrzeugs.
• In der einzigen 1 ist ein Gesamtsystem GS aus einem als Hybridfahrzeug ausgebildeten Fahrzeug 1 und einer Vorrichtung 2 zum Betrieb des Fahrzeugs 1 dargestellt.
• Das Fahrzeug 1 umfasst einen Hybridantriebsstrang 3, welcher eine als Verbrennungskraftmaschine ausgebildete erste Antriebseinheit 3.1 und eine als Elektromotor ausgebildete zweite Antriebseinheit 3.2 umfasst. Die erste und zweite Antriebseinheit 3.1, 3.2 sind dabei mittels einer Kupplung 3.3 miteinander koppelbar.
• Zum Betrieb der zweiten Antriebseinheit 3.2 ist diese mit einer Energiespeichereinheit 3.4, beispielsweise einer Hochvolt-Batterie, gekoppelt, welche zumindest durch Rekuperation aufladbar ist.
• Weiterhin umfasst der Hybridantriebsstrang 3 ein Getriebe 3.5, eine beispielsweise als Retarder ausgebildete Dauerbremse 3.6 sowie eine insbesondere als Radbremse ausgebildete Betriebsbremse 3.7.
• Eine Qualität und Genauigkeit einer vorausschauenden Betriebsstrategie für das Fahrzeug 1 ist abhängig von den Kenntnissen der vorausliegenden Strecke und einer Sicherheit, dass diese Strecke oder Fahrtroute auch befahren wird. Es ist jedoch so, dass nicht immer gesicherte Streckeninformationen vorliegen oder das Fahrziel bekannt ist. Aus diesen Gründen ist insbesondere aufgrund von Verkehrseinflüssen und/oder Fahrerentscheidungen eine Änderung der prädizierten Fahrtroute möglich. Daraus resultiert die Gefahr, dass eine für diese Fahrtroute prädizierte optimierte Betriebsstrategie für das Fahrzeug 1 nach der Abänderung der Fahrtroute zu Nachteilen bezüglich einer Steuerung von zu optimierenden Parametern führt. Derartige Steuerungen können neben der im Folgenden beschriebenen Steuerung des Hybridantriebsstrangs 3 zur Minimierung eines Kraftstoffverbrauchs auch eine Steuerung einer Ölkühlung zumindest einer Antriebseinheit 3.1, 3.2 des Fahrzeugs 1 und eine vorausschauende Steuerung einer Rekuperationsbremsung in einer Geschwindigkeitstempomathysterese sein. Weiterhin ist eine derartige Steuerung auch für herkömmliche Fahrzeuge geeignet, welche lediglich eine Antriebseinheit umfassen.
• Eine vorausschauende Betriebsstrategie benötigt für den Fall, dass der Vorausschauhorizont nicht verfügbar oder derart fehlerhaft ist, dass er nicht mehr verwendet werden kann, als Rückfallebene eine instantane, d. h. in einem aktuellen Zeitpunkt durchführbare Betriebstrategie. Dabei muss es möglich sein, von einer vorausschauenden Betriebsstrategie zu einer instantanen Betriebsstrategie zu wechseln.
• Im Unterschied zu einer vorausschauenden Betriebsstrategie wird bei einer instantanen, nicht vorausschauenden Betriebsstrategie im Anwendungsfall der Steuerung des Hybridantriebsstrangs 3 versucht, möglichst schnell in der Energiespeichereinheit 3.4 vorhandene Energie zu verbrauchen und auftretende Rekuperationsphasen sofort intensiv mit höheren Bremsmomenten zu nutzen, da der weitere Topografieverlauf des vorausliegenden Streckenprofils nicht bekannt ist.
• Im Gegensatz dazu werden bei einer vorausschauenden Betriebsstrategie in Rekuperationsphasen die Bremsmomente soweit wie möglich auf die gesamte Rekuperationsphase verteilt und mittels der zweiten Antriebseinheit 3.2 erzeugte elektrische Antriebsmomente werden an den Positionen des Streckenprofils eingesetzt, an welchen diese zu den größten Einspareffekten führen. Diese Vorgänge umfassen im Gegensatz zu der instantanen Betriebsstrategie zumindest teilweise ein längeres Zwischenspeichern der elektrischen Energie in der Energiespeichereinheit 3.4. Dadurch wird die Kraftstoffeinsparung des Hybridantriebs erhöht. Jedoch erhöht sich mit wachsender Länge des Vorausschauhorizonts auch das Risiko der Fehlplanung im Falle eines Horizontabbruchs beim Verlassen der Fahrtroute, welche der Planung in diesem Vorausschauhorizont zu Grunde lag.
• Wird beispielsweise in der prädiktiven Betriebsstrategie eine größere Energiemenge der Energiespeichereinheit 3.4 zur Unterstützung der ersten Antriebseinheit 3.1 durch die zweite Antriebseinheit 3.2 an einer Steigung im Vorausschauhorizont eingeplant und es tritt ein Horizontabbruch unmittelbar vor dieser geplanten Steigung zu einem neuen Streckenprofil mit einem längeren Gefälle ein, wird aufgrund der zur geplanten Unterstützung zurückgehaltenen Energie die auf dem neuen Streckenprofil auftretende ungeplante Rekuperationsphase verhindert oder zumindest eingeschränkt, so dass ein Verbrauchsvorteil des Hybridantriebs deutlich verringert ist.
• Aus diesem Grund sieht das erfindungsgemäße Verfahren zum Betrieb des Fahrzeugs 1 vor, dass bei mehreren möglichen Fahrtrouten für jede Fahrtroute eine prädiktive Betriebsstrategie ermittelt wird, wobei die prädiktiven Betriebsstrategien zu einer Gesamtbetriebsstrategie kombiniert werden, in welcher in Abhängigkeit einer Wahrscheinlichkeit einer Befahrung einer jeweiligen Fahrtroute die jeweils zu dieser Fahrtroute ermittelte prädiktive Betriebsstrategie gewichtet wird.
• Hierzu werden zum einen die Sicherheit der Einhaltung und zum anderen ein Kenntnisstand über die aktuelle Fahrtroute berücksichtigt. Existieren auf der Fahrtroute Straßenabzweigungen und/oder Straßenkreuzungen, an denen eine alternative Fahrtroute vom Fahrzeug 1 eingeschlagen werden kann, wird auch für diese alternative Fahrtroute eine prädizierte, d. h. eine vorausschauende Betriebsstrategie ermittelt und gespeichert.
• Zur Ermittlung der Betriebsstrategien ist die Kenntnis des Streckenprofils der jeweiligen Fahrtrouten erforderlich. Die Informationen über die verschiedenen Streckenprofile der jeweiligen Fahrtrouten werden dabei anhand allgemein bekannter Vorrichtungen und Verfahren, wie beispielsweise anhand von Daten einer Navigationsvorrichtung, Positionsdaten einer satellitengestützten Navigationsvorrichtung, anhand allgemeiner Streckeninformationen, anhand von Informationen auf Hinweis- und Verkehrsschildern, anhand von Kameradaten, einer Fahrzeug-zu-Fahrzeug-Kommunikation, einer Fahrzeug-zu-Infrastruktur-Kommunikation und/oder weiteren Vorrichtungen und Verfahren ermittelt.
• In Abhängigkeit unterschiedlicher Parameter wird dann den verschiedenen Fahrtrouten eine entsprechende Wahrscheinlichkeit zugeordnet, mit der der Fahrer die jeweilige Route einschlagen könnte.
• Diese Parameter umfassen dabei insbesondere Streckenparameter. Diese Streckenparameter umfassen wiederum beispielsweise eine Größe oder Ordnung der befahrenen Straße, die Lage der Straße in einer Ortschaft oder außerhalb einer solchen und eine Streckenführung, bei welcher berücksichtigt wird, ob das Streckenprofil der jeweiligen Fahrtroute kurvig oder gerade ist und wie Steigungen und Gefälle verlaufen.
• Weiterhin umfassen die Parameter Verkehrsdaten, insbesondere eine aktuelle und eine erwartete Verkehrssituation, welche sich aus einem jeweiligen Verkehrsaufkommen ergibt und aussagt, wie hoch eine Verkehrsdichte ist und welche Staugefahr besteht. Hierbei wird auch eine jeweilige Tageszeit und/oder Kalendertag berücksichtigt, da beispielsweise während des Berufsverkehrs eine hohe Verkehrsdichte auftritt und sich damit die Staugefahr erhöht.
• Die Parameter umfassen ferner Wetterdaten, aus welchen eine aktuelle und eine erwartete Wettersituation auf der jeweiligen Fahrtroute ermittelt werden.
• Auch wird bei der Verwendung der Parameter eine Häufigkeit einer Befahrung der Fahrtroute mit dem Fahrzeug berücksichtigt, wobei hierbei vorzugsweise Daten einer Navigationsvorrichtung dahingehend ausgewertet werden, wie häufig die Fahrtroute in der Vergangenheit befahren wurde oder ob sich ein bevorzugtes oder in der Navigationsvorrichtung vom Nutzer gespeichertes Ziel auf einer der möglichen Fahrtrouten befindet.
• Ferner wird bei der Verwendung der Parameter ein Fahrerverhalten berücksichtigt, welches insbesondere wiedergibt, ob der Fahrer das Fahrzeug 1 für gewöhnlich schnell, langsam, komfortabel oder energiesparend bewegt.
• Zusätzlich wird auch eine Entfernung zu einer möglichen Straßenkreuzung oder Straßenabzweigung berücksichtigt, da zum jeweiligen Zeitpunkt aktuell vorliegende Informationen bis zum Erreichen der entsprechenden Straßenkreuzung oder Straßenabzweigung ungültig, d. h. veraltet, sein können. Dadurch ergibt sich, dass sich die ermittelten Wahrscheinlichkeiten bei einer großen Entfernung zu einer solchen möglichen Straßenkreuzung oder Straßenabzweigung angleichen, da die Wahrscheinlichkeit der Befahrung der vorausliegenden Fahrtroute bis zum Erreichen der Straßenkreuzung oder Straßenabzweigung sehr hoch ist.
• Bei einer nah vorausliegenden Straßenkreuzung oder Straßenabzweigung ist dagegen die Wahrscheinlichkeit aufgrund der Aktualität der jeweiligen Informationen, d. h. der oben genannten Parameter, sehr hoch, so dass die Ermittlung der Wahrscheinlichkeit einer möglichen Änderung der Fahrtroute genauer abgeschätzt werden kann.
• Auch ist die Wahrscheinlichkeit der Befahrung einer bestimmten Fahrtroute dann schwer abzuschätzen, wenn mehrere Straßenkreuzungen und/oder Straßenabzweigungen aufeinander folgen und die zu bestimmende Fahrtroute erst nach zumindest einer weiteren Straßenkreuzung oder Straßenabzweigung eingeschlagen werden kann, da ein Erreichen der entsprechenden Straßenkreuzung oder Straßenabzweigung aufgrund der Wahl einer alternativen Fahrtroute an einer vorherigen Straßenkreuzung nicht sicher vorausgesagt werden kann.
• Die Bestimmung der Betriebsstrategien auf den jeweiligen Fahrtrouten erfolgt dabei mittels allgemein bekannter Verfahren und Vorrichtungen. Zusätzlich besteht die Möglichkeit, dass zur Erhöhung der Genauigkeit der Bestimmung und zur Verringerung erforderlicher Rechenleistung für jede Fahrtroute mehrere Vorausschauhorizonte ermittelt werden und/oder ein Vorausschauhorizont in mehrere Vorausschauhorizonte unterteilt wird.
• Bei der Verwendung mehrerer Vorausschauhorizonte werden die Betriebszustände des Fahrzeugs 1 für das Streckenprofil der jeweiligen Fahrtroute für mehrere Vorausschauhorizonte prognostiziert, wobei eine Genauigkeit und/oder Anzahl von Streckeninformationen, Fahrzeuginformationen und/oder Parametern der Betriebszustände vorzugsweise mit wachsender Länge der Vorausschauhorizonte verringert wird. Dadurch werden eine Grob- und Feinplanung realisiert, wodurch ein Rechen- und Speicheraufwand bei der Ermittlung der Vorausschauhorizonte minimiert werden.
• Abhängig von den ermittelten Wahrscheinlichkeiten der Fahrtrouten werden die prädiktiven Betriebsstrategien der einzelnen Fahrtrouten zu der Gesamtbetriebsstrategie kombiniert, in welcher in Abhängigkeit einer Wahrscheinlichkeit einer Befahrung einer jeweiligen Fahrtroute die jeweils zu dieser Fahrtroute ermittelte prädiktive Betriebsstrategie gewichtet wird. Somit ergibt sich eine allgemeine Gesamtbetriebsstrategie für alle möglichen Fahrtrouten, welche zwar nicht für jede einzelne Fahrtroute optimiert ist, jedoch die bereits beschriebenen Nachteile überwindet, dass aufgrund nur einer prädizierten Betriebsstrategie bei einer Änderung der Fahrtroute der Betrieb des Fahrzeugs 1 negativ beeinflusst wird und Potenziale des Fahrzeugs 1 nicht genutzt werden können.
• Besonders vorteilhaft ist dieses Verfahren dann anwendbar, wenn für die vorausliegende Fahrstrecke kein Ziel und/oder die Topographie nicht vollständig oder nicht bekannt sind.
• Mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es gegenüber dem Stand der Technik, bei welchem ohne die Kenntnis eines Fahrziels, beispielsweise aufgrund einer fehlenden Zieleingabe in der Navigationsvorrichtung des Fahrzeugs 1, keine Fahrtroute prognostiziert werden kann, in besonders vorteilhafter Weise möglich, auch ohne genaue Kenntnis des Fahrziels und damit der Fahrtroute eine optimierte vorausschauende Betriebsstrategie für das Fahrzeug 1 zu entwickeln, da alle möglichen Fahrtrouten mit ihrer entsprechenden Eintrittswahrscheinlichkeit berücksichtigt werden.
• Werden für zwei oder mehr mögliche Fahrtrouten sehr ähnliche Betriebsstrategien bestimmt, wie beispielsweise dann, wenn an einer Straßenkreuzung mehrere Fahrtrouten zur Verfügung stehen, um einen Berg zu befahren, dann ergibt sich bei der Kombination der einzelnen Betriebsstrategien entsprechend der Wahrscheinlichkeiten der Fahrtrouten eine resultierende Gesamtbetriebsstrategie, welche eine große Ähnlichkeit zu den einzelnen Betriebsstrategien aufweist.
• Wenn jedoch an einer Straßenkreuzung für zwei oder mehr Fahrtrouten sehr unterschiedliche Betriebsstrategien bestimmt werden, beispielsweise dann, wenn eine Fahrtroute einen Berg hinauf und eine andere Fahrtroute einen Berg hinab führt, ergibt sich bei der Kombination der einzelnen Betriebsstrategien je nach Wahrscheinlichkeit der Befahrung der einzelnen Fahrtrouten eine von den einzelnen Betriebsstrategien insbesondere wesentlich abweichende Gesamtbetriebsstrategie. Eine einzelne Betriebsstrategie für eine Bergauffahrt eines Hybridfahrzeugs würde dabei einen Puffer von zusätzlicher elektrischer Energie in der Energiespeichereinheit 3.4 zum so genannten Boosten oder Overboosten der ersten Antriebseinheit 3.1 mittels der zweiten Antriebseinheit 3.2 vorsehen, wohingegen bei einer Bergabfahrt eines Hybridfahrzeugs eine zumindest teilentleerte Energiespeichereinheit 3.4 von Vorteil ist, um mittels Rekuperation erzeugte elektrische Energie zu speichern. Somit sind beide einzelnen Betriebsstrategien gegenläufig.
• Ohne das erfindungsgemäße Verfahren wären bei einer Planung nur einer Fahrtroute und einer zugehörigen Betriebsstrategie und bei einer Änderung auf die andere Fahrtroute die durch die ursprünglich geplante Betriebsstrategie geschaffenen Bedingungen für die neue Fahrtroute nachteilig bzw. negativ, da bei einer leeren Energiespeichereinheit 3.4 bei der Bergauffahrt nicht geboostet bzw. bei einer vollen Energiespeichereinheit 3.4 bei der Bergabfahrt nicht rekuperiert werden könnte.
• Die Eintrittswahrscheinlichkeit der beiden sehr unterschiedlichen Fahrtrouten ist zwar in der Anwendung des Verfahrens selten gleich, aber im Falle der Gleichheit würden dann beide einzelnen Betriebsstrategien beispielsweise derart kombiniert, dass der Ladezustand der Energiespeichereinheit 3.4 ”halbvoll” ist, damit sowohl beim Eintritt der Bergauffahrt zumindest teilweise geboostet als auch beim Eintritt der Bergabfahrt zumindest teilweise rekuperiert werden kann. Diese Gesamtbetriebsstrategie ist zwar nicht für jede Fahrtroute optimiert, ergibt aber global eine gemittelte Betriebsstrategie, welche für alle Fahrtrouten besser ist, als würde die falsche Betriebsstrategie angewendet.
• Entsprechend der verteilten Wahrscheinlichkeiten erfolgt die Kombination der Betriebsstrategien dann von 0% bis 100% zur Gesamtbetriebsstrategie, so dass auch Straßenkreuzungen und Straßenabzweigungen mit gesicherter Fahrtroute und ohne Abzweigwahrscheinlichkeit durch eine 100%ige Wahrscheinlichkeit der einen Fahrtroute dargestellt werden können. Somit ist auch die Berücksichtigung nur einer einzelnen Betriebsstrategie zur Bildung der Gesamtbetriebsstrategie möglich.
• In diesem Sonderfall, dass eine mögliche Fahrtroute zu 100% gesichert ist oder mit einer sehr hohen Wahrscheinlichkeit, beispielsweise über 90%, eingeschlagen wird, kann vorteilhaft auf die Bestimmung der Mittelung oder Gewichtung und somit auf die Bestimmung der Betriebsstrategien der alternativen Fahrtrouten verzichtet werden. Daraus resultiert wiederum eine Einsparung von Rechenleistung, wobei mittels der dadurch freien Kapazitäten an Rechenleistung eine Optimierung der gewählten Betriebsstrategie, beispielsweise durch Verwendung längerer Vorausschauhorizonte und/oder einer detaillierteren Ermittlung des zumindest einen Vorausschauhorizonts, realisiert werden kann. Dies ist insbesondere dann von großem Vorteil, wenn der Abstand zu vorausliegenden Straßenkreuzungen oder Straßenabzweigungen sehr gering ist.
• Weiterhin besteht daneben die Möglichkeit, bei einer hohen Wahrscheinlichkeit des Horizontabbruchs die prädizierte Betriebsstrategie zugunsten einer instantanen Strategie abzuschwächen oder im Extremfall komplett auf eine instantane Betriebsstrategie zurückzufallen.
• Sind die Positionen der Straßenkreuzungen und/oder Straßenabzweigungen und damit die daraus resultierenden Unsicherheiten nicht bekannt, sondern existiert nur eine pauschale Bewertung des gesamten Vorausschauhorizonts, so kann die prädiktive Betriebsstrategie mithilfe eines Unsicherheitsfaktors verändert werden. Hierbei wird bei einer Planung der Rekuperationsphasen nicht mehr auf die volle Länge der Gefällstrecken ausgeplant, sondern die Rekuperation wird durch Erhöhung von Ladeströmen der Energiespeichereinheit 3.4 insbesondere durch Erhöhung von Bremsmomenten der zweiten Antriebseinheit 3.2 verkürzt. Bei einem maximalen Unsicherheitsfaktor wird auf für eine instantane Betriebsstrategie festgelegte Rekuperationsmomente zurückgegriffen.
• Weiterhin wird bei der Planung von mittels der zweiten Antriebseinheit 3.2 erzeugten positiven Antriebsmomenten durch Entladung der Energiespeichereinheit 3.4 mit zunehmender Unsicherheit immer mehr Energie instantan. Das heißt, die in der Energiespeichereinheit 3.4 gespeicherte Energie wird sofort bei Auftreten einer Lastphase mit insgesamt positivem Antriebsmoment verwendet und entsprechend weniger für in der Zukunft liegende mögliche Anwendungsfälle mit höherer Rentabilität gespeichert. Im Extremfall bei maximaler Unsicherheit wird auf die instantane Betriebsstrategie zurückgegriffen, die mit fest vorgegebenen Schwellen bei auftretendem Lastbetrieb die gespeicherte Energie ohne Nutzung der Vorausschauinformation einsetzt.
• Wird die Position einer Straßenkreuzung und/oder Straßenabzweigung mit höherer Unsicherheit im Vorausschauhorizont erkannt und mit der gesamten Vorausschauhorizontinformation an die prädiktive Betriebsstrategie übermittelt, kann eine exaktere Reaktion erfolgen. Dann kann die prädiktive Betriebsstrategie mit einem vorgegebenen Ladezustand der Energiespeichereinheit 3.4 (im Englischen: state of charge – SOC) an einer unsicheren Verzweigung der Straße planen und eine prädiktive Betriebsstrategie bis zum ersten möglichen Verzweigungspunkt durchführen. Anschließend ist ein Betrieb mit einer abgeschwächten Gesamtbetriebsstrategie oder bei großer Unsicherheit mit der instantanen Betriebsstrategie möglich. Der vorgegebene Ladezustand der Energiespeichereinheit 3.4 einschließlich sämtlicher anderer Belastungswerte, wie beispielsweise thermische Belastungsgrößen oder ein so genannter 12T-Begrenzungswert, liegen für den Fall, dass nichts über die Alternativrouten bekannt ist, vorzugsweise im mittleren Wertebereich von beispielsweise 50%. Somit ist sichergestellt, dass unabhängig von einer eintretenden Topografie der Hybridantriebsstrang 3 effizient betrieben werden kann, ohne dass große Verluste hinsichtlich des Kraftstoffverbrauches auftreten.
• Die Genauigkeit erhöht sich – wie bereits beschrieben – weiter, wenn die Alternativfahrtrouten detaillierter ausgewertet und deren Topografieverläufe miteinander verglichen werden. Hierzu wird beispielsweise ein Rechenkriterium eingesetzt, welches Unterschiede des Topografieverlaufes zwischen zwei oder mehreren Alternativrouten numerisch bewertet. Ist der Unterschied zwischen zwei Alternativrouten hoch, dominiert beispielsweise ein Gefälle bei der einen Fahrtroute und eine Steigung bei der anderen Fahrtroute, ist ein mittlerer Planwert für den Ladezustand der Energiespeichereinheit 3.4 an der Verzweigung die beste Option. Ähneln sich dagegen beide Fahrtrouten sehr, beispielsweise dominiert bei beiden Fahrtrouten ein Gefälle, so kann ein mittlerer Planwert für den Ladezustand der Energiespeichereinheit 3.4 an der Verzweigung von mittleren Werten abweichen. Damit können die Verluste durch einen unsicheren Vorausschauhorizont statistisch über die gesamte Nutzungsdauer so klein wie möglich gehalten werden.
• Noch genauer, aber mit deutlich mehr Einsatz von Rechenleistung, ist die gleichzeitige Berechnung der prädiktiven Betriebsstrategie auf zwei oder mehreren alternativen Fahrtrouten möglich. Hieraus ergibt sich, dass an den Verzweigungspunkten ein bestmöglicher Ladezustand der Energiespeichereinheit 3.4 bestimmbar ist, der in Relation zu den ermittelten Eintrittswahrscheinlichkeiten der Fahrtrouten die auf diesen Fahrtrouten auftretenden Streckenprofile abdeckt.
• Im Folgenden wird ein möglicher Ablauf eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens beschrieben, wobei die Steuerung des Hybridantriebsstrangs 3 des Fahrzeugs 1 mittels der Vorrichtung 2 erfolgt.
• Hierzu umfasst die Vorrichtung 2 eine Ermittlungseinheit 2.1 zur Ermittlung von Vorausschauhorizonten, wobei die Ermittlungseinheit 2.1 in nicht näher dargestellter Weise eine Positionserfassungseinheit zur Erfassung einer Position des Fahrzeugs 1, beispielsweise anhand von GPS-Daten, und Speichereinheit zur Speicherung digitaler Kartendaten umfasst. Weiterhin ist in ebenfalls nicht näher dargestellter Weise ein Berechnungsmodul zur Berechnung der Vorausschauhorizonte anhand der Position des Fahrzeugs 1 und dem zumindest aus den digitalen Kartendaten ermittelten Streckenprofil vorgesehen. Die Vorausschauhorizonte umfassen dabei ein Steigungs- oder Krümmungsprofil über die gewählte Horizontlänge. Weiterhin werden anhand der Ermittlungseinheit 2.1 die Informationen über die Eintrittswahrscheinlichkeiten der möglichen Fahrtrouten sowie der zugehörigen Vorausschauhorizonte und über die Eintrittswahrscheinlichkeiten und Positionen der Verzweigungen auf den Fahrtrouten ermittelt und bereitgestellt.
• Weiterhin umfasst die Vorrichtung 2 ein Betriebsstrategiemodul 2.2, mittels welchem die jeweilige Betriebsstrategie für das Fahrzeug 1 ermittelt und zur Verfügung gestellt wird. Das Betriebsstrategiemodul 2.2 umfasst Mittel zur Erzeugung der prädiktiven Hybridbetriebsstrategie.
• Diese Hybridbetriebsstrategie wird vom Betriebsstrategiemodul 2.2 an eine erste Steuereinheit 2.3, welche auch als zentrales Antriebsstrangsteuermodul bezeichnet wird, übertragen, welche zur Steuerung des Hybridantriebsstrangs 3 vorgesehen ist und hierzu ein Geschwindigkeitsregelmodul 2.3.1 zur Ausführung einer Geschwindigkeitsregelfunktion, ein Schaltstrategiemodul 2.3.2 zur Ausführung einer Gangermittlungsfunktion zur automatischen Gangvorgabe und ein Momentenaufteilungs- und -verwaltungsmodul 2.3.3 umfasst.
• Mittels des Geschwindigkeitsregelmoduls 2.3.1 wird eine vom Fahrer vorgegebene Sollgeschwindigkeit geregelt, über einen veränderbaren Unschärfebereich über die vorausschauende Fahrstrategie beeinflusst und ein gesamtes erforderliches Antriebs- und/oder Bremsmoment ermittelt.
• Mittels des Schaltstrategiemoduls 2.3.2 wird ein optimaler Gang des Getriebes 3.5 eingestellt, wobei das Schaltstrategiemodul 2.3.2 dabei gegebenenfalls von der vorausschauenden Betriebsstrategie beeinflusst wird. Der vom Schaltstrategiemodul 2.3.2 ermittelte Gang wird an eine Getriebeelektronik 2.4 übermittelt.
• Mittels des Momentenaufteilungs- und -verwaltungsmoduls 2.3.3 werden aus den Vorgaben sämtlicher Regelfunktionen die Soll-Momente für die erste Antriebseinheit 3.1, die zweite Antriebseinheit 3.2, von Dauer- und Betriebsbremsen 3.6, 3.7 ermittelt, wobei eine Momentenverteilung zwischen der ersten und zweiten Antriebseinheit 3.1, 3.2 von der prädiktiven Hybridbetriebsstrategie der ersten Steuereinheit 2.3 beeinflusst wird.
• Weiterhin umfasst die Vorrichtung 2 eine zweite Steuereinheit 2.5 zur Steuerung der Energiespeichereinheit 3.4, wobei die zweite Steuereinheit 2.5 in nicht näher dargestellter Weise ein Überwachungsmodul umfasst, welches den Beladungs- und Belastungszustand der Energiespeichereinheit 3.4 erfasst und diesen an die erste Steuereinheit 2.3 meldet.
• Weiterhin umfasst die Vorrichtung 2 eine Motorelektronik 2.6 der ersten Antriebseinheit 3.1, eine Steuerungselektronik 2.7 für die zweite Antriebseinheit 3.2, die Getriebeelektronik 2.4, eine Dauerbremselektronik 2.8 zur Steuerung der Dauerbremsen 3.6, beispielsweise eines Retarders, und eine Betriebsbremselektronik 2.9 zur Steuerung der Betriebsbremsen 3.7 des Fahrzeugs 1. Diese Komponenten sind mit der ersten Steuereinheit 2.3 gekoppelt und werden in Abhängigkeit der für die Vorausschauhorizonte ermittelten Betriebsstrategie des Fahrzeugs 1 betrieben und gesteuert.
• Zunächst werden mittels der Vorrichtung die Unsicherheiten im Vorausschauhorizont, verursacht durch die Straßenkreuzungen und/oder Straßenabzweigungen, ermittelt und bewertet. Daraus wird eine Eintrittswahrscheinlichkeit eines gewählten Pfades, d. h. der jeweiligen Fahrtroute, ermittelt, wobei diese Eintrittswahrscheinlichkeit an das Betriebsstrategiemodul 2.2 übermittelt wird. Dieses gibt entsprechend der gewichteten Wahrscheinlichkeiten die zu verwendende Betriebsstrategie vor, wobei je nach Gewichtung zwischen einer prädiktiven und einer instantanen Betriebsstrategie hin- und hergeschaltet werden kann.
• Zur Ermittlung der Unsicherheiten wird beispielsweise ein kompletter Entscheidungsbaum verwendet, bei dem für jede Kante eine Befahrungswahrscheinlichkeit vermerkt wird, die entweder mit einem heuristischen Verfahren oder auf Basis von gelernten Abbiegevorgängen berechnet wurde. In diesem Entscheidungsbaum werden alle Pfade mit Befahrungswahrscheinlichkeiten größer einem vorgegebenen Schwellwert markiert. Für diese wahrscheinlichen Pfade bzw. Fahrtrouten werden ein oder mehrere Topologiekennwerte, welche z. B. Steigungswerte und Geschwindigkeitswerte umfassen, berechnet und auf Ähnlichkeit oder Unterschiedlichkeit verglichen. Die wahrscheinlichen Pfade werden dann in Ähnlichkeitsklassen gruppiert und werden als Eingangsgrößen für die vorausschauende Betriebsstrategie verwendet. Für die einzelnen Ähnlichkeitsklassen werden die prädiktiven Betriebsstrategien bewertet und abhängig von der Wahrscheinlichkeit ausgewählt.
• Wird die nächste Straßenabzweigung mit einer hohen Abbiegewahrscheinlichkeit im Vorausschauhorizont erkannt, wird deren Position und Abbiegewahrscheinlichkeit an das Betriebsstrategiemodul 2.2 übermittelt und die prädiktive Betriebsstrategie wird mit einem vorgegebenen Zielwert des Ladezustands der Energiespeichereinheit 3.4 an der ermittelten Verzweigung berechnet.
• Werden alternative Fahrtrouten an der nächsten Verzweigung mit hoher Unsicherheit ermittelt, werden deren Unterschiede bezüglich der Topografie der Streckenprofile bewertet, damit der Ladezustand der Energiespeichereinheit 3.4 an der ermittelten Verzweigung ermittelt werden kann. Dies erfolgt in Abhängigkeit davon, wie unterschiedlich oder ähnlich die topografischen Verhältnisse der verschiedenen Fahrtrouten sind.
• Werden die alternativen Routen an der nächsten Verzweigung mit hoher Unsicherheit ermittelt, kann alternativ oder zusätzlich eine komplette prädiktive Betriebsstrategie für jede Alternative mit einer hohen Eintrittswahrscheinlichkeit berechnet werden, wodurch eine Bestimmung des bestmöglichen Ladezustands der Energiespeichereinheit 3.4 an der Verzweigung unter Berücksichtigung der jeweiligen Eintrittswahrscheinlichkeiten durchgeführt werden kann.
• Werden die alternativen Routen an der nächsten Verzweigung mit hoher Unsicherheit ermittelt ist es zusätzlich oder alternativ möglich, dass der Fahrer beispielsweise über eine Anzeigeeinheit gefragt wird, in welche Richtung weitergefahren wird. Bei entsprechend vorhandener Rechenleistung wird diese Frage nur dann gestellt, wenn sich auch die Betriebsstrategien für die beiden möglichen Fahrtrouten stark voneinander unterscheiden.
• Wie bereits erläutert, kann die Information über alternative Fahrtrouten nicht nur für die prädiktive Steuerung des Hybridantriebsstrangs 3, sondern auch für andere prädiktive Techniken eingesetzt werden. Bei der prädiktiven Getriebe- und Geschwindigkeitssteuerung kann beispielsweise eine Bergrollphase verkürzt oder weggelassen werden, wenn auf einem wahrscheinlichen Alternativpfad statt einer Kuppe eine weitere Steigung vorliegt.
• Bezugszeichenliste

1

Fahrzeug

2

Vorrichtung

2.1

Ermittlungseinheit

2.2

Betriebsstrategiemodul

2.3

erste Steuereinheit

2.3.1

Geschwindigkeitsregelmodul

2.3.2

Schaltstrategiemodul

2.3.3

Momentenaufteilungs- und verwaltungsmodul

2.4

Getriebeelektronik

2.5

zweite Steuereinheit

2.6

Motorelektronik

2.7

Steuerungselektronik

2.8

Dauerbremselektronik

2.9

Betriebsbremselektronik

3

Hybridantriebsstrang

3.1

erste Antriebseinheit

3.2

zweite Antriebseinheit

3.3

Kupplung

3.4

Energiespeichereinheit

3.5

Getriebe

3.6

Dauerbremse

3.7

Betriebsbremse

GS

Gesamtsystem

• 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 102008019174 A1 [0002]
• DE 102009030784 A1 [0003]
• DE 102009040682 A1 [0004]

Claims (4)

1. Verfahren zum Betrieb eines Fahrzeugs (1), wobei in Abhängigkeit eines vorausliegenden Streckenprofils eine Betriebsstrategie für das Fahrzeug (1) ermittelt wird, dadurch gekennzeichnet, dass bei mehreren möglichen Fahrtrouten für jede Fahrtroute eine prädiktive Betriebsstrategie ermittelt wird, wobei die prädiktiven Betriebsstrategien zu einer Gesamtbetriebsstrategie kombiniert werden, in welcher in Abhängigkeit einer Wahrscheinlichkeit einer Befahrung einer jeweiligen Fahrtroute die jeweils zu dieser Fahrtroute ermittelte prädiktive Betriebsstrategie gewichtet wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in Abhängigkeit der Wahrscheinlichkeiten der Befahrung der Fahrtrouten ein Vorausschauhorizont bei der Ermittlung und der Ausführung der Gesamtbetriebsstrategie eingestellt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer großen Unsicherheit bei der Voraussage, welche Fahrtroute zukünftig befahren wird, die Gesamtbetriebsstrategie als instantane Betriebsstrategie ausgeführt wird.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wahrscheinlichkeit der Befahrung der jeweiligen Fahrtroute anhand von Streckenparametern, Verkehrsdaten, Wetterdaten, einer Häufigkeit einer Befahrung der Fahrtroute mit dem Fahrzeug (1), eines Fahrerverhaltens und/oder anhand einer Entfernung zu einer Straßenkreuzung oder Straßenabzweigung ermittelt wird.

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