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Elektrofahrzeuge weisen zumindest zurzeit aufgrund begrenzter Batteriekapazität eine geringere Reichweite als konventionelle Brennkraftfahrzeuge auf. Damit ein Fahrzeug während der Fahrt nicht unerwartet liegenbleibt, ist deswegen eine möglichst genaue Ermittlung der Reichweite eines Elektrofahrzeuges von großer Bedeutung. Der Fahrer kann mithilfe einer Reichweitenprognose frühzeitig erkennen, ob der Energiespeicher nachgeladen oder nachgefüllt werden muss. Für die Reichweitenermittlung von Elektrofahrzeugen sind ein Ladezustand der Batterie sowie Information über den Energieverbrauch vonnöten.
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Die benötige Antriebsenergie eines Fahrzeuges ist von verschiedenen Parametern abhängig, vor allem dem Beschleunigungs-, Steigungs-, Luft- und Rollwiderstand. Ferner spielt beispielsweise die Effizienz des Motors beim Energieverbrauch eine Rolle. Im Stand der Technik sind Verfahren bekannt, die die genannten Parameter möglichst genau zu bestimmen versuchen, um so die Reichweite möglichst präzise zu ermitteln.
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Bei Brennkraftfahrzeugen funktionieren diese Verfahren bisweilen relativ gut, weil hier der Zusammenhang zwischen verbrauchter Energie und zurückgelegter Strecke annähernd linear ist. Bei Elektro- und Hybridfahrzeugen, wobei letztere einen elektrischen Antrieb und eine Brennkraftmaschine als Antriebseinrichtung umfassen, besteht jedoch ein komplexer Zusammenhang zwischen Energieverbrauch und zurückgelegter Wegstrecke. Dies liegt unter anderem daran, dass der Energiespeicher beim Bremsen wieder geladen werden kann (Rekuperation). Ferner kann beim Bergabfahren ein Teil der potentiellen Energie, die beim Bergauffahren verbraucht wurde, um auf den Berg zu gelangen, zurückgewonnen werden.
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Die Ermittlung der Reichweite eines Hybrid- oder Elektrofahrzeuges hängt also von vielen Faktoren ab. Verschiedene Faktoren können mittels geeigneter Fahrzeugsensoren oder Fahrzeuginformationssysteme erfasst werden und ein Bordcomputer des Fahrzeugs kann mithilfe der bestimmten Faktoren die Reichweite abschätzen.
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Verfahren zur Ermittlung der Reichweite eines Fahrzeuges sind aus dem Stand der Technik bekannt. Zum Beispiel ist in der
DE 103 02 504 A1 ein Verfahren zum Ermitteln der Reichweite eines Elektrofahrzeuges offenbart, bei dem fahrzeug-, fahrstrecken- und/oder umweltbezogene Informationen über das Fahrzeug und eine geplante oder eine aktuell zu befahrene Fahrstrecke von einem Fahrzeugcomputer mittels geeigneter Informationsgeräte erfasst und verarbeitet werden können. Zum Beispiel werden in dieser Druckschrift Informationen von Verkehrsampeln, Navigationssatelliten und Straßenkarten, aber auch ein Fahrstil des Fahrers für die Reichweitenbestimmung genutzt.
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Ferner ist in der
DE 10 2010 003 760 A1 ein Verfahren für ein Reichweitenmanagement eines Fahrzeuges mit elektromotorischem Antrieb erläutert, das auf einem Energieverbrauchsmodell des Fahrzeugs, einer zur Verfügung stehenden Energiemenge und einer Straßendatenbasis basiert.
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Allerdings gibt es Faktoren, die die Reichweite eines Fahrzeuges beeinflussen und im Stand der Technik bisher nicht oder nicht hinreichend berücksichtigt wurden.
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Es gibt also ein Bedürfnis zur Verbesserung hinsichtlich der Bestimmung der Reichweite. Die in dieser Anmeldung verwendete Begriffe Ermittlung oder Bestimmung einer Reichweite sind als verbesserte Schätzung einer Reichweite zu verstehen.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es deshalb, ein verbessertes Verfahren zum Bestimmen der Reichweite eines Fahrzeuges sowie eine Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens bereitzustellen.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren, eine Vorrichtung und ein Computerprogramm nach den unabhängigen Ansprüchen gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
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Das erfindungsgemäße Verfahren zum Ermitteln einer Reichweite eines Fahrzeugs basiert auf einem von mindestens einem Parameter abhängigen Energieverbrauchsmodell. Während einer Fahrt wird ein Gewicht des Fahrzeuges bestimmt und dieses bei der Ermittlung der Reichweite durch das Energieverbrauchsmodell als Parameter berücksichtigt. Ein Gewicht des Fahrzeuges bezeichnet hierbei das Gewicht von Fahrzeug einschließlich eventueller Beladung und Fahrzeuginsassen. Des Weiteren bezeichnet eine Fahrt hierbei ein Starten, Fahren, Anhalten, Stoppen und Parken des Fahrzeuges. Der Start erfolgt durch Starten des Fahrzeugmotors. Beim Parken wird die Fahrt beendet und der Motor abgestellt. Mit „während einer Fahrt“ ist ein Zeitintervall ab dem Starten bis einschließlich des Parkens des Fahrzeuges zu verstehen. Das Fahrzeug ist vorzugsweise ein Kraftfahrzeug.
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Das Gewicht des Fahrzeuges hat einen großen Einfluss auf den Energieverbrauch. Eine Gewichtsänderung macht sich deshalb beim Energieverbrauch des Fahrzeuges bemerkbar. Im Stand der Technik wird für das Gewicht des Fahrzeuges ein konstanter Wert benutzt, meistens ein feststehendes Gewicht des Fahrzeuges plus etwa 100 kg für den Fahrer und Beladung. Dies kann zu einer systematischen Unter- oder Überschätzung der Reichweite führen, die mit der vorliegenden Erfindung effektiv vermieden werden kann.
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Da das Gewicht mit dem vorliegenden Verfahren zumindest einmal während der Fahrt bestimmt wird, kann das Gewicht je Fahrt neu gemessen werden und als Parameter in das Energieverbrauchsmodell einfließen, um so eine aktuelle Reichweite des Fahrzeuges zu ermitteln.
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Diese Gewichtsbestimmung während der Fahrt ist insbesondere bei Kraftfahrzeugen von Vorteil, die während einer Fahrt ständig beladen oder entladen werden. Als Beispiele seien hier Lieferwagen, Müllwagen, Transporter, Umzugswagen, Krankenwagen, Taxis usw. erwähnt. Aber auch in herkömmlichen Kraftfahrzeugen, die mittels einer Brennkraftmaschine (z. B. eines Ottomotors) angetrieben werden, ändert sich das Gewicht des Fahrzeuges während der Fahrt kontinuierlich mit der Entleerung des Kraftstofftanks.
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In einer Ausgestaltung des Verfahrens wird das Gewicht des Fahrzeuges periodisch ermittelt. Das Gewicht kann beispielsweise jedes Mal beim Starten des Fahrzeuges bestimmt werden. Eine Änderung des Fahrzeuggewichts ist erfahrungsgemäß beim Starten durch ein Be- oder Entladen des Fahrzeuges und durch das Einsteigen von mindestens einem Fahrzeuginsassen am größten. Wenn das Gewicht, und damit die Reichweite, beim Starten bestimmt wird, kann der Fahrer sich bereits beim Starten entscheiden, zu einer Tankstelle oder einer Ladestation zu fahren, falls sich beim Starten des Fahrzeuges herausstellt, dass die im Energiespeicher vorhandene Energiemenge für die angestrebte Strecke nicht ausreicht.
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Das Gewicht kann auch bei jedem Anhalten des Fahrzeuges einschließlich des Beendens der Fahrt (des Parkens) bestimmt werden. Dies ist insbesondere von Vorteil, wenn sich das Gewicht des Fahrzeuges bei jedem Anhalten durch Be- oder Entladen ändert. Wenn z. B. ein Taxi anhält, um einen Fahrgast mitzunehmen oder abzusetzen, wird sich das Gewicht des Fahrzeugs ändern. Viele andere Beispiele sind denkbar, wo sich das Gewicht des Fahrzeuges beim Anhalten ändert. Das Gewicht eines Müllwagens wird im Betrieb durch Beladen von Müll ständig zunehmen, bis der Müll zu einer Mülldeponie gebracht wird. Falls das Gewicht nur beim Starten des Fahrzeuges bestimmt wird, würde also in diesem Fall eine zu große Reichweite angezeigt. Bei einem Lieferwagen ist hingegen das Gewicht am Anfang der Strecke meistens am größten und nimmt während der Fahrt stetig ab. Falls das Gewicht nur beim Starten ermittelt würde, hätte das eine Unterschätzung der Reichweite zur Folge.
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Es ist auch denkbar, das Gewicht mindestens nach einer vorbestimmten Zeit, z. B. stündlich zu ermitteln. Das Gewicht kann aber auch öfter bestimmt werden, z. B. jede Minute.
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Eine andere Möglichkeit besteht darin, das Gewicht mindestens nach einer vorbestimmten Strecke zu ermitteln. Das Gewicht kann z. B. nach jeweils einer zurückgelegten Strecke von 10 km gemessen werden. Auch hier kann die Messung öfter erfolgen, zum Beispiel nach jeweils jedem gefahrenen Kilometer.
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In einer Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt die Messung des Gewichts nach Über- oder Unterschreiten einer vorbestimmten Geschwindigkeit. Diese Geschwindigkeiten können 100 km/h bzw. 10 km/h betragen. Bei Bedarf können aber auch größere oder kleinere Geschwindigkeiten eingestellt sein.
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Es ist außerdem möglich, die Messung des Gewichts nach Überschreiten oder Unterschreiten einer vorbestimmten Beschleunigung durchzuführen.
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Die genannten periodischen Bestimmungen können allesamt zu einer aktuellen, genauen Bestimmung des Gewichts und somit zu einer verbesserten Reichweitenermittlung führen.
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Um das Gewicht des Fahrzeuges einschließlich möglicher Fahrgäste und Beladung während der Fahrt zu ermitteln, wird in einer Ausführungsform eine Aufstandsfläche (Reifenlatsch, Latschlänge) des Reifens aus einer Verformung des Reifens mittels eines Verformungssensors bestimmt. Bevorzugt wird auch eine Raddrehzahl erfasst, wodurch die Aufstandsfläche genauer bestimmt werden kann. Außerdem werden Temperatur mittels eines Thermometers und Reifendruck mithilfe eines Drucksensors gemessen. Ein entsprechender Algorithmus kann hieraus in Abhängigkeit der Reifenaufstandsfläche, des Reifendrucks und der Temperatur das Gewicht des Fahrzeuges ermitteln. In einer Ausführungsform kann zudem ein Beschleunigungssensor zum Aktivieren der weiteren Sensoren bei einem Berühren einer Straße durch den Reifen vorgesehen sein. Ein Verfahren zur Bestimmung der Reifenaufstandsfläche bzw. des Gewichts ist in der
DE 10 2011 004 028 A1 offenbart.
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Für die Bestimmung der Reifenaufstandsfläche können zusätzliche Parameter, wie z. B. Reifentyp (Sommer-/Winterreifen), Produktionsdatum der Reifen, Straßenverhältnisse und Straßentyp, welche mittels eines Navigationsgeräts bestimmt werden können, herangezogen werden, die eine Genauigkeit dieser Bestimmung erhöhen. Da bereits in vielen Fahrzeugen Reifendrucksensoren vorgesehen sind, kann die Erfindung in vorteilhafter Weise unter Verwendung bereits bestehender Bauteile und Elemente kostengünstig realisiert werden.
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Um die Genauigkeit zu erhöhen, kann der Fahrer auch mittels Eingabe signalisieren, dass sich das Gewicht des Fahrzeuges verändert hat, beispielsweise wenn ein Anhänger oder ein Wohnwagen an das Fahrzeug angehängt wird. Eine Erkennung eines Anhängers kann aber auch automatisch über eine Anhängerkupplung des Fahrzeuges erfolgen. Das Gewicht dieses Anhängers bzw. des Wohnwagens ist meistens nicht direkt mit oben genannten Sensoren des Fahrzeuges messbar. Bevorzugt weisen deshalb auch der Anhänger oder der Wohnwagen eigene Sensoren auf, mittels derer ein Gewicht des Anhängers oder des Wohnwagens bestimmt werden kann.
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Für die Ermittlung der Reichweite wird das Gewicht in einer weiteren Aufführungsform des Verfahrens zur Bestimmung mindestens eines Rollwiderstands, eines Beschleunigungswiderstands, und/oder eines Steigungswiderstands benutzt, welcher für das Energieverbrauchsmodell herangezogen wird. Die genannten Fahrwiderstände sind im Allgemeinen vom Gewicht des Fahrzeuges abhängig. Demzufolge führt eine Bestimmung des Gewichts während der Fahrt zu einer erhöhten Genauigkeit bei der Ermittlung der Fahrwiderstände. Da ein Energiebedarf des Fahrzeuges und folglich das Energieverbrauchsmodell unter anderem stark von den genannten Fahrwiderständen abhängen, kann somit die Reichweite sehr präzise ermittelt werden.
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Das Energieverbrauchsmodell kann ferner von einem Luftwiderstand abhängen. In einer Ausführungsform hängt das Energieverbrauchsmodell zusätzlich von einem Beladungsprofil ab. Optional kann das Beladungsprofil eine künftige und/oder vergangene Gewichtsänderung des Fahrzeuges für die Ermittlung der Reichweite berücksichtigen. Künftig kann hierbei eine verbleibende Zeit der Fahrt, eine kommende Fahrt, aber auch eine nächste Fahrt bezeichnen. Eine vergangene Gewichtsänderung berücksichtigt eine Änderung des Gewichts während früherer Fahrten. Durch die Berücksichtigung der künftigen und/oder vergangenen Gewichtsänderung kann die Reichweitenbestimmung noch genauer erfolgen.
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Es sind je nach Fahrsituation viele Beladungsprofile denkbar. Wenn beispielsweise ein Profil „Waren liefern“ eingestellt ist, wird berücksichtigt, dass für die kommende Fahrt das Gewicht während der Fahrt abnimmt bis auf einen konstanten Wert. Hingegen bei einem Profil „privat“ wird sich das Gewicht des Fahrzeuges im Verlauf der Fahrt nicht signifikant ändern. Bei einem Profil „Busfahrt“ wird berücksichtigt, dass sich das Gewicht des Fahrzeuges stetig ändert. Oft gibt es während einer Busfahrt bestimmte Haltestellen die häufiger frequentiert werden als andere. Anhand der gefahrenen und zu fahrenen Fahrstrecke kann mit einem fahrstreckenbezogenen Beladungsprofil vorausgesagt werden, wann die Wahrscheinlichkeit groß ist, dass viele Fahrgäste einsteigen und, wann somit das Gewicht des Fahrzeuges zunehmen wird. Hieraus resultiert dann eine entsprechende Reichweitenprognose.
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In bevorzugter Weise sind insbesondere mehrere Beladungsprofile in einem Speicher eines Bordcomputers hinterlegt. Ein bestimmtes Profil kann durch den Fahrer aktiviert werden oder durch ein Reichweitenmanagement erkannt werden.
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Die eingangs genannte Aufgabe wird auch gelöst durch eine Vorrichtung zur Ermittlung und Anzeige einer Reichweite eines Fahrzeuges. Die Vorrichtung kann mindestens einen Reifendrucksensor aufweisen, um einen Reifendruck und eine Reifenaufstandsfläche zu ermitteln. Die Vorrichtung kann auch eine Sensorik umfassen, welche einen Drucksensor, ein Thermometer, einen Beschleunigungssensor und/oder einen Verformungssensor aufweist. Die Vorrichtung kann ferner eine Datenverarbeitungseinrichtung umfassen, welche zur Ermittlung und/oder Anzeige der Reichweite gemäß den zuvor genannten Merkmalen konfiguriert ist. In einer Ausgestaltung der Erfindung ist die Datenverarbeitungseinrichtung als Bordcomputer eines Fahrzeuges ausgebildet.
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Zudem wird die eingangs genannte Aufgabe durch ein in einer Datenverarbeitungseinrichtung ladbares und durch diese ausführbares Computerprogramm zur Ermittlung und Anzeige einer Reichweite gemäß den zuvor genannten Merkmalen gelöst.
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Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen mit Bezug auf die beigefügten Figuren weiter beschrieben. Es zeigen:
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1 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zum Ermitteln und zur Anzeige einer Reichweite eines Fahrzeuges und
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2 ein Blockdiagramm einer Ausführungsform des Verfahrens zum Ermitteln einer Reichweite eines Fahrzeuges.
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Merkmale gleicher Funktion und gleicher Wirkung sind figurenübergreifend mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
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In der 1 ist eine schematische Darstellung einer Vorrichtung 1 zum Ermitteln und zur Anzeige einer Reichweite 100 eines Fahrzeuges gezeigt. Gezeigt ist ein Reifen 2, welcher eine Sensorik 3 aufweist. Die Sensorik 3 weist im Ausführungsbeispiel einen Drucksensor, ein Thermometer, und einen Verformungssensor auf, jeweils zum Bestimmen eines Reifendrucks 5, einer Temperatur 6 und einer Reifenaufstandsfläche 7. Die gemessenen Größen 5, 6, 7 werden mittels einer als Bordcomputer 8 ausgebildeten Datenverarbeitungseinrichtung erfasst. Ein in den Bordcomputer 8 ladbares und durch diesen ausführbares Computerprogramm 9 wertet unter anderem die gemessenen Größen 5, 6, 7 aus, um ein Gewicht 10, ein das Gewicht 10 berücksichtigendes Energieverbrauchsmodell 40 und daraus die Reichweite 100 des Fahrzeuges möglichst genau zu bestimmen.
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In der 2 ist ein Blockdiagramm einer Ausführungsform eines Verfahrens zum Bestimmen der Reichweite 100 gezeigt. In der 2 sind neben den gemessenen Größen 5, 6, 7 und dem Bordcomputer 8 ein Gewicht 10, ein Gewichtsprofil 20, Fahrwiderstände 30, ein Energieverbrauchsmodell 40, ein Beladungszustand 50 eines Akkus und die Reichweite 100 des Fahrzeuges gezeigt.
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Mithilfe der gemessenen Größen 5, 6, 7 kann ein aktuelles Fahrzeuggewicht 10 während einer Fahrt sehr genau bestimmt werden. Durch die genaue Bestimmung des Gewichts 10 kann die Reichweite 100 ebenfalls sehr genau erfolgen, wie nachfolgend beschrieben ist. Die Bestimmung des Gewichts 10 erfolgt periodisch, wobei es verschiedene Perioden gibt. Erstens wird das Gewicht 10 beim Starten, bei jedem Anhalten und beim Parken des Fahrzeuges bestimmt. Außerdem wird das Gewicht 10 jede Minute und nach jeweils einer zurückgelegten Strecke von 1 km gemessen. Es ist zudem vorgesehen, dass das Gewicht 10 nach jeweils einem Überschreiten und einem Unterschreiten einer Fahrgeschwindigkeit von 100 km/h bzw. 5 km/h gemessen wird.
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Ferner ist das Beladungsprofil 20 eingestellt, das eine künftige Änderung des Gewichts 10 berücksichtigt. Beispielsweise berücksichtigt das Beladungsprofil 20 eine Gewichtsänderung eines Lieferwagens während einer Fahrt, wodurch eine Änderung des Gewichts vorausgesagt werden kann. Das Beladungsprofil 20 kann vorher vom Fahrer selbst eingegeben werden oder von dem Bordcomputer 8 anhand beispielsweise einer Fahrstrecke und eines Gewichts des Fahrzeuges erkannt werden. Mit dem Beladungsprofil 20 und dem aktuellen Gewicht 10 werden Roll-, Luft-, Steigungs- und Beschleunigungswiderstände ermittelt. Neben dem Gewicht 10 hängen die Fahrwiderstände 30 von anderen Faktoren, wie beispielsweise einem Steigungswinkel und einem Rollwiderstandsbeiwert, ab. Die Bestimmung dieser anderen Faktoren erfolgt mittels Verfahren, die aus dem Stand der Technik bekannt sind. Die genannten Fahrwiderstände 30 werden in dem Energieverbrauchsmodell 40 berücksichtigt und mit diesem Verbrauchsmodell 40 kann aus den gewonnenen Daten eine Distanz pro Energieeinheit bestimmt werden. Die aus dem Energieverbrauchsmodell 40 ermittelte Distanz pro Energieeinheit wird mit der im Akku vorhandenen Energiemenge 50 verglichen, um die Reichweite 100 des Fahrzeuges zu bestimmen. Alternativ ermittelt das Energieverbrauchsmodell 40 die Reichweite 100 direkt, wobei die Energiemenge 50 als Parameter in das Energieverbrauchsmodell einfließt. Aufgrund der genauen und periodischen Bestimmung des Gewichts 10, wird eine präzise Prognose der Reichweite 100 möglich.
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Im Ausführungsbeispiel wird eine Reichweite 100 für ein Elektrofahrzeug mit einem Lithium-Polymer-Akku bestimmt. In einer anderen Ausführungsform ist statt eines elektrischen Antriebs eine Brennkraftmaschine mit einem Kraftstoffspeicher vorgesehen. In dieser Ausführungsform wird statt eines Ladezustandes des Akkus ermittelt, wie viel Kraftstoff sich noch im Kraftstoffspeicher befindet. Aus der Menge des vorhandenen Kraftstoffs wird eine Energiemenge 50 abgeleitet und mit dem Energieverbrauchsmodell 40 verglichen, um die Reichweite 100 zu bestimmen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 10302504 A1 [0005]
- DE 102010003760 A1 [0006]
- DE 102011004028 A1 [0022]
