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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung einer hochwertigen Verbrauchsmatrix für Fahrzeuge, bei welchem die Verbrauchsmatrix auf Basis einer Geschwindigkeit und einer Beschleunigung des Fahrzeuges erstellt wird und aus welcher ein Kraftstoff- oder Energieverbrauch des Fahrzeuges ermittelt wird.
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Die Bestimmung der Reichweite eines Fahrzeuges gewinnt insbesondere seit der Einführung von Elektrofahrzeugen immer mehr an Bedeutung. Aus der
DE 10 2014 002 998 A1 ist ein Verfahren zur Ermittlung der Reichweite eines Kraftfahrzeuges bekannt, bei welchem eine in wenigstens einem Energiespeicher befindliche Kraftstoff- oder Energiemenge bestimmt wird, und anhand von Fahrzeugparametern ein Energieverbrauch des Kraftfahrzeuges ermittelt wird. Bei einer Routenbestimmung, entlang derer das Kraftfahrzeug fahren soll, wird der Einfluss des vor dem Kraftfahrzeug auf der Route liegenden Verkehrsflusses auf den Energieverbrauch in die Berechnung der Reichweite einbezogen. Dabei wird eine auf das Fahrzeug bezogene Verbrauchsmatrix in Abhängigkeit von Geschwindigkeit und/oder Beschleunigung des Fahrzeuges zur Berechnung des zu erwartenden Energieverbrauchs verwendet.
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Aus einer noch unveröffentlichten Patentanmeldung des Anmelders ist es bekannt, verkehrsunabhängige makroskopische Energieverbräuche über die Daten eines Verkehrsdienstleisters zu bestimmen. Dabei ist ein Verfahren zur verbrauchsoptimalen Routenberechnung für ein Fahrzeug bekannt, bei welchem eine mittlere Geschwindigkeit und eine kumulierte Beschleunigung von mehreren, auf Strecken eines Straßennetzes fahrenden Fahrzeugen bestimmt wird. Aus der mittleren Geschwindigkeit und der kumulierten Beschleunigung wird mittels einer fahrzeugspezifischen relativen Verbrauchsmatrix, welche einen relativen Energie- und/oder Kraftstoffverbrauch als Funktion der mittleren Geschwindigkeit und der kumulierten Beschleunigung wiedergibt, aus mehreren alternativen Routen des Straßennetzes eine verbrauchsoptimale Route für das Fahrzeug ermittelt. Da die Nutzung von Verbrauchsinformationen in einem Navigationssystem bzw. in einem Motormanagementsystem des Fahrzeuges eine solche Verbrauchsmatrix voraussetzt, muss eine gute Qualität einer solchen Verbrauchsmatrix garantiert sein. Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Erzeugung einer hochwertigen Verbrauchsmatrix für Fahrzeuge anzugeben, bei welcher die Verbrauchsmatrix eine gute Qualität aufweist, so dass durch weitere Messungen die Eigenschaften der Verbrauchsmatrix nicht verändert werden.
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Die Erfindung ergibt sich aus den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche. Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche. Weitere Merkmale, Anwendungsmöglichkeiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, sowie der Erläuterung von Ausführungsbeispielen der Erfindung, die in den Figuren dargestellt sind.
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Die Aufgabe ist mit einem Verfahren dadurch gelöst, dass vor der Anwendung der Verbrauchsmatrix im Fahrzeug eine Qualitätsprüfung der Verbrauchsmatrix durchgeführt wird. Das hat den Vorteil, dass nur solche Verbrauchsmatrices für die Bestimmung eines Kraftstoff- oder Energieverbrauchs in Fahrzeugen zugelassen werden, die sich in der Qualitätsprüfung als zuverlässig erwiesen haben.
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Vorteilhafterweise wird die Qualitätsprüfung mehrstufig durchgeführt. Durch die mehrstufige Ausführung wird die statistische Wahrscheinlichkeit erhöht, dass die geprüfte Verbrauchsmatrix den Qualitätsanforderungen an eine zuverlässige Bestimmung des Energie- bzw. Kraftstoffverbrauches des Fahrzeuges erfüllt.
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In einer Ausgestaltung werden bei der mehrstufigen Qualitätsprüfung einzelne Elemente der Verbrauchsmatrix und anschließend die gesamte Verbrauchsmatrix geprüft. Dadurch wird gewährleistet, dass sowohl die einzelnen Elemente aussagekräftige Informationen über den Energieverbrauch liefern als auch die gesamte Verbrauchsmatrix.
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In einer Variante besteht das Element der Verbrauchsmatrix die Qualitätsprüfung, wenn eine parametrierbare Anzahl von Verbrauchsmessungen in das Element eingeflossen ist. Dabei wird davon ausgegangen, dass die Aussagefähigkeit der Verbrauchsmatrix sich nur noch unwesentlich ändert, wenn eine vorgegebene Anzahl von Messungen bei der Ermittlung des Elementes der Verbrauchsmatrix berücksichtigt wurde.
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In einer Alternative besteht das Element der Verbrauchsmatrix die Qualitätsprüfung, wenn alle Messungen des Elementes normal verteilt sind. Dabei wird davon ausgegangen, dass bei einer Normalverteilung der Messungen eine statistisch zuverlässige Aussage möglich ist. In einer Ausführungsform besteht die gesamte Verbrauchsmatrix die Qualitätsprüfung, wenn eine vorgegebene Anzahl von Messwerten in gemischten Verkehrssituationen und/oder einer gemischten Verkehrsführung ermittelt wurde. Unter einer gemischten Verkehrssituation soll dabei verstanden werden, dass bei der Erstellung der Verbrauchsmatrix Messungen während sowohl eines frei rollenden Verkehrs und als auch eines Staus berücksichtigt wurden. Auch werden bei dem gemischten Verkehr Stadtstraßen genauso berücksichtigt wie Autobahnen. Dadurch entsteht eine Auswertung, die alle möglichen, während der Fahrt des Fahrzeuges auftretenden Verkehrsbedingungen berücksichtigt.
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In einer Alternative besteht die gesamte Verbrauchsmatrix die Qualitätsprüfung, wenn bei einer vorgegebenen Geschwindigkeitsauflösung und/oder einer vorgegebenen Beschleunigungsauflösung jedes Element der Verbrauchsmatrix eine definierte Anzahl von Messpunkten und/oder eine definierte Verteilung der Messpunkte aufweist. Auch hier ist die Qualität der Verbrauchsmatrix umso größer, je mehr Messpunkte berücksichtigt werden und je näher die Verteilung der Messpunkte an eine vorgegebene Verteilung, beispielsweise eine Gaussverteilung, herankommen.
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In einer Ausgestaltung wird von einer Vollständigkeit der Verbrauchsmatrix bei der vorgegebenen Geschwindigkeitsauflösung und/oder der vorgegebenen Beschleunigungsauflösung ausgegangen, wenn weniger als 50% der Elemente der Verbrauchsmatrix ausgewertet sind. Die Erkenntnis, dass schon bei einer Befüllung der Verbrauchsmatrix mit einer begrenzten Anzahl von Elementen sich die Eigenschaften der Verbrauchsmatrix durch weitere Messungen nicht mehr ändern, reduziert den Rechenaufwand bei der Erstellung der Verbrauchsmatrix.
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Vorteilhafterweise erfolgt die Qualitätsprüfung der Verbrauchsmatrix während einer Fahrzeugfahrt, wobei ein während der Fahrt gemessener Kraftstoff- oder Energieverbrauch mit dem aus der Verbrauchsmatrix berechneten Kraftstoff- oder Energieverbrauch verglichen wird, wobei die Verbrauchsmatrix die Qualitätsprüfung besteht, wenn die Abweichung zwischen dem gemessenen Kraftstoff- oder Energieverbrauch und dem aus der Verbrauchsmatrix berechneten Kraftstoff- oder Energieverbrauch einen vorgegebenen Schwellwert unterschreitet. Dadurch wird sichergestellt, dass der errechnete Kraftstoff- oder Energieverbrauch aus der Verbrauchsmatrix anwendungsrelevant ist und für weitere Fahrzeuge eingesetzt werden kann.
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In einer Variante wird die Qualitätsprüfung der Verbrauchsmatrix für Fahrzeuge aller Antriebsarten eingesetzt. Dabei ist es egal, ob das Fahrzeug mittels eines Verbrennungsmotors, eines Elektromotors oder einer Brennstoffzelle angetrieben wird. Die Verbrauchsmatrix sowie die Qualitätsprüfung sind für alle Antriebsarten geeignet und somit vielseitig verwendbar.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der – gegebenenfalls unter Bezug auf die Zeichnung – zumindest ein Ausführungsbeispiel im Einzelnen beschrieben ist. Beschriebene und/oder bildlich dargestellte Merkmale können für sich oder in beliebiger, sinnvoller Kombination den Gegenstand der Erfindung bilden, gegebenenfalls auch unabhängig von den Ansprüchen, und können insbesondere zusätzlich auch Gegenstand einer oder mehrerer separater Anmeldung/en sein. Gleiche, ähnliche und/oder funktionsgleiche Teile sind mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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Es zeigen:
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1 ein Ausführungsbeispiel für eine mikroskopische Verbrauchsmatrix,
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2 ein Ausführungsbeispiel für eine makroskopische Verbrauchsmatrix,
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3 ein Ausführungsbeispiel für eine Erreichung der Sättigung bei der Erzeugung einer Verbrauchsmatrix,
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4 Ausführungsbeispiele zur Verteilung von Messpunkten eines Elementes der Verbrauchsmatrix bei unterschiedlichen Geschwindigkeiten und Beschleunigungen,
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5 Ausführungsbeispiele für den Sättigungsgrad der Befüllung der Verbrauchsmatrix.
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In 1 ist eine mikroskopische Verbrauchsmatrix dargestellt, bei welcher die Beschleunigung über der Geschwindigkeit eines Fahrzeuges angegeben ist. In Abhängigkeit von momentaner Beschleunigung und momentaner Fahrzeuggeschwindigkeit kann der Kraftstoff- oder Energieverbrauch eines Fahrzeuges ermittelt werden. Diese mikroskopische Verbrauchsmatrix besteht dabei aus einer Vielzahl von einzelnen Elementen.
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In 2 ist eine makroskopische Verbrauchsmatrix dargestellt, welche von einer zentralen Einheit beispielsweise eines Verkehrsdienstleisters durch eine flächendeckende Auswertung von Daten von Fahrzeugen ermittelt wird, die auf einem vorgegebenen Streckenabschnitt eines Straßennetzes fahren. Die makroskopische Verbrauchsmatrix gibt einen mittleren Energie- oder Kraftstoffverbrauch der Fahrzeuge an, wobei der ermittelte Kraftstoff- und Energieverbrauch bei einer Routenplanung eines einzelnen Fahrzeuges berücksichtigt wird. Eine solche Verbrauchsmatrix ermöglicht die Bestimmung einer Fahrtroute von einem Startpunkt zu einem, von dem Fahrer des Fahrzeuges eingegebenen Ziel, wobei die Fahrtroute ausgesucht wird, welche den geringsten Energie- oder Kraftstoffverbrauch benötigt. In dieser makroskopischen Verbrauchsmatrix erkennt man, dass die höheren relativen Mehrverbräuche bei steigenden kumulierten Beschleunigungen und die steigenden relativen Mehrverbräuche bei geringeren mittleren Geschwindigkeiten und gleichbleibenden kumulierten Beschleunigungen auftreten. Eine solche makroskopische Verbrauchsmatrix ist streckenunabhängig und kann zu jedem Zeitpunkt in einem Online-System befüllt werden.
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Sowohl die makroskopische als auch die mikroskopische Verbrauchsmatrix wird vor dem Einsatz in einem Fahrzeug auf ihre Qualität hin geprüft. Bei der mikroskopischen Verbrauchsmatrix erfolgt die Qualitätsprüfung mehrstufig, wobei einzelne Elemente der Verbrauchsmatrix zunächst geprüft werden und anschließend die mikroskopische Verbrauchsmatrix insgesamt geprüft wird, bevor sie für fahrzeuginterne Anwendungen freigegeben wird.
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Dabei gibt es verschiedene Möglichkeiten der Qualitätsprüfung. Ein Element der mikroskopischen Verbrauchsmatrix, welches einen Kraftstoff- oder Energieverbrauchswert in einem Geschwindigkeits- und Beschleunigungsintervall darstellt, besteht die Qualitätsprüfung, wenn eine parametrierbare Anzahl von Verbrauchsmessungen in das Element der mikroskopischen Verbrauchsmatrix eingeflossen ist und dort ausgewertet wurde. Alternativ dazu besteht ein Element der mikroskopischen Verbrauchsmatrix die Qualitätsprüfung, wenn alle Messungen des Elementes der Verbrauchsmatrix normal verteilt sind. Dies ist erfolgt, wenn beispielsweise die Breite der Normalverteilung σ, wie sie in 4 dargestellt ist, einen parametrierbaren Schwellwert von beispielsweise 1 nicht überschreitet.
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Zur Verbesserung der Qualitätsprüfung der mikroskopischen Verbrauchsmatrix werden gemischte Verkehrssituationen, wie beispielsweise Stauphasen und frei fließender Verkehr, wie auch gemischte Straßenverhältnisse, wie Stadtstraßen und Autobahnen, berücksichtigt. Dabei werden mindestens 90.000 Sekunden-Werte, was aber auch einer gefahrenen Wegstrecke von ca. 1.000 km entspricht, von Geschwindigkeit, Beschleunigung und sekündlichem Energie- oder Kraftstoffverbrauch gemessen und verarbeitet, was in 3 dargestellt ist. Die Lösung ist aber nicht auf 90 Sekunden-Werte oder 25 Betriebsstunden begrenzt, sondern kann beliebig parametriert werden. Bei einer Auflösung der Geschwindigkeit von 2 km/h und einem Beschleunigungsintervall von 0,05 m/s2, weist jedes Element der mikroskopischen Verbrauchsmatrix mindestens 5 Messpunkte auf.
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Auch kann durch die Qualitätsprüfung eine Verteilung der Messpunkte des Elementes der Verbrauchsmatrix vorgegeben werde, wie es in 4 gezeigt ist. Die Schwellwerte sind dabei ebenfalls parametrierbar. Bei der genannten Auflösung von 2 km/h und 0,05 m/s2 wird eine Sättigung der Vollständigkeit der mikroskopischen Verbrauchsmatrix bei etwa 30% der Elemente der Verbrauchsmatrix erreicht, was für alle Arten von Antrieben der Fahrzeuge gilt (5). 5a zeigt den Füllgrad bei 10,75% von Messpunkten, während 5b den Füllgrad bei 32,45% der Messpunkte zeigt.
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Die Prüfung einer mikroskopischen Verbrauchsmatrix erfolgt mit einer Fahrzeugfahrt, wobei der direkt während der Fahrzeugfahrt gemessene Kraftstoff- oder Energieverbrauch mit dem aus der mikroskopischen Verbrauchsmatrix errechneten Kraftstoff- oder Energieverbrauch verglichen wird. Die mikroskopische Verbrauchsmatrix weist dabei eine besonders hohe Qualität auf, wenn die Abweichung der gemessenen Kraftstoff- oder Energieverbräuche während einer Fahrt und der aus der Verbrauchsmatrix errechneten unter einem vorgegebenen Schwellwert, beispielsweise 10%, liegen. Die parametrierten Schwellwerte können dabei von einem Server des Dienstleisters, der diese Verbrauchsmatrix erstellt und anbietet, vorgegeben werden.
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Auch die makroskopische Verbrauchsmatrix gemäß 2 wird in einer Anwendung geprüft, indem eine Fahrzeugfahrt mit sekündlichen Beschleunigungen und Geschwindigkeiten aufgezeichnet wird, wobei mit den Geschwindigkeits- und Beschleunigungsmessungen aus der makroskopischen Verbrauchsmatrix ein Mehrverbrauch an Energie bzw. Kraftstoff ermittelt wird und gleichzeitig für Streckenabschnitte die kumulierte Beschleunigung und eine mittlere Geschwindigkeit aus der Verbrauchsfahrt errechnet werden. Der Mehrverbrauch von Energie bzw. Kraftstoff wird aus der makroskopischen Verbrauchsmatrix abgelesen und mit dem tatsächlichen Verbrauch von Energie bzw. Kraftstoff verglichen. Bei einer mittleren Geschwindigkeit von 5–10 km/h und kumulierter Beschleunigung im Intervall 200–240 in der Einheit 1/h wird ein Mehrverbrauchsfaktor von 4 ermittelt. Die makroskopische Verbrauchsmatrix hat eine besonders gute Qualität, wenn die Abweichung der Mehrverbräuche unter einem parametrierbaren Prozentsatz liegt, welcher beispielsweise 10% betragen kann. Die Qualitätsprüfung kann dabei im Fahrzeug selbst vorgenommen werden. Dabei wird eine Kombination mit einem Vehicle-Backend vorgenommen, wobei die mikroskopische Verbrauchsmatrix im Fahrzeug abgelegt ist, während von dem Vehicle-Backend Verbrauchswerte und Auswertungen übertragen werden. Zusätzlich kann eine Datenübertragung der Sekundenwerte von Geschwindigkeiten, Beschleunigungen und Verbrauchswerten auch nur von dem Vehicle-Backend erfolgen.
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Die Qualitätsprüfung erfolgt sowohl bei der mikroskopischen Verbrauchsmatrix als auch der makroskopischen Verbrauchsmatrix regelmäßig, beispielsweise in Abständen von einem Jahr. Ein Vergleich der unterschiedlichen Qualitätsmerkmale von Verbrauchsmatrices verschiedener Antriebsarten, wie mit Verbrennungsmotor, Elektromotor, Brennstoffzelle oder Hybridmodell, kann auf dem Vehicle-Backend durchgeführt werden. Für unterschiedliche Anwendungen im Fahrzeug können unterschiedliche Qualitäten als Mindestvoraussetzungen gelten. Für eine genaue Verbrauchsvorhersage eines einzelnen Fahrzeuges können höhere Qualitätsanforderungen definiert werden als für ein verbrauchsabhängiges Routing.
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Obwohl die Erfindung im Detail durch bevorzugte Ausführungsbeispiele näher illustriert und erläutert wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen. Es ist daher klar, dass eine Vielzahl von Variationsmöglichkeiten existiert. Es ist ebenfalls klar, dass beispielhaft genannte Ausführungsformen wirklich nur Beispiele darstellen, die nicht in irgendeiner Weise als Begrenzung etwa des Schutzbereichs, der Anwendungsmöglichkeiten oder der Konfiguration der Erfindung aufzufassen sind. Vielmehr versetzen die vorhergehende Beschreibung und die Figurenbeschreibung den Fachmann in die Lage, die beispielhaften Ausführungsformen konkret umzusetzen, wobei der Fachmann in Kenntnis des offenbarten Erfindungsgedankens vielfältige Änderungen beispielsweise hinsichtlich der Funktion oder der Anordnung einzelner, in einer beispielhaften Ausführungsform genannter Elemente vornehmen kann, ohne den Schutzbereich zu verlassen, der durch die Ansprüche und deren rechtliche Entsprechungen, wie etwa weitergehenden Erläuterungen in der Beschreibung, definiert wird.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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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.
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102014002998 A1 [0002]
