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Die Erfindung betrifft das Gebiet der Antriebsstrangsteuerung von Fahrzeugen.
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Hintergrund der Erfindung
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Die Energieeffizienz von Kraftfahrzeugen (hier kurz: Fahrzeugen) kann etwa durch eine Optimierung des Verbrennungsprozesses oder durch Aufladung eines Verbrennungsmotors verbessert werden. Maßnahmen, die einfacher umzusetzen sind und gleichermaßen wirksam sind, betreffen den Fahrstil bzw. die Betriebsstrategie des Fahrzeugs. Durch die Vermeidung von Abbremsungen bzw. von unnötigen Beschleunigungen kann die Energieeffizenz, welche die Traktion des Fahrzeugs betrifft, signifikant verbessert werden.
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Insbesondere bei Hybridfahrzeugen ist es möglich, durch die hohe Anzahl an Freiheitsgraden eine Optimierung der Energieeffizienz zu betreiben. Hybridfahrzeuge sind Fahrzeuge mit mehreren Antriebskomponenten, etwa mit einem Verbrennungsmotor und einer elektrischen Maschine als Antrieb. Die elektrische Maschine kann ferner zur Rekuperation verwendet werden, um kinetische Energie des Fahrzeugs in elektrische Energie zu wandeln, so dass diese in einem elektrischen Speicher gespeichert werden kann.
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Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine Möglichkeit zur weiteren oder alternativen Effizienzsteigerung vorzusehen.
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Abriss der Erfindung
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Ein Ziel der Erfindung ist es, ein Fahrzeug von dem Zustand der Geschwindigkeitsüberschreitung (z.B. hinsichtlich Tempolimit) möglichst effizient in ein entsprechend geringeres (zulässiges) Geschwindigkeitsniveau zu überführen. Effizient bedeutet, dass das Fahrzeug möglichst wenig Energie verliert (etwa bezüglich der Summe aller Energiespeicher wie Tank und Batterie, gegebenenfalls auch unter Berücksichtigung der kinetischen Energie des Fahrzeugs). Ferner sollten technisch nicht nutzbare Energiewandlungen wie Reibbremsen oder Schleppen des Verbrennungsmotors vermieden werden. Dabei sollen zahlreiche und vorzugsweise alle verfügbaren Informationen ins Auto geholt werden, z.B. die Daten von Verkehrsleitzentralen von Autobahnen oder Kommunen und Städten, oder von Verkehrsdiensten und ähnlichem. Diese liefern immer aktuelle Daten über neue, zeitlich befristete Tempolimits (durch Baustellen, verkehrsflussoptimierende Geschwindigkeitsbegrenzungen, Unfälle, Gefahrenzonen durch Glatteis oder allg. Witterungseinflüsse, rote Ampeln, Stopschilder oder andere temporäre oder statische Verkehrszeichen oder Verkehrssituationen.
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Ein Vorteil besteht darin, dass auch bei nur zeitlich begrenzten Regelungen immer ein aktueller Kartenstand zur Verfügung steht, etwa wenn Navigations- bzw. Kartendaten mit den genannten Informationen kombiniert werden. Gerade Tempolimits durch Baustellen sind zum Beispiel zeitlich befristet und zahlreich, was bei Unachtsamkeit häufig eine Geldbuße oder Verlust des Führerscheins nach sich zieht. Diese Informationen werden georeferenziert in einer digitalen, dynamischen Karte eingetragen im Backend, d.h. in einer stationären Datenbank. Diese Datenbank ist von Fahrzeugen aus zugreifbar ausgestaltet. Die Datenbank selbst kann eine zentrale Datenbank sein oder im Sinne einer "Cloud" als Dienst zentral oder dezentral in einem Datennetz, etwa dem Internet, implementiert sein.
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Es kann sich bei Verkehrssituationen auch um bewegte Objekte wie landwirtschaftliche Fahrzeuge und Radfahrer handeln. Die Verkehrszeichen und die Verkehrssituationen sind allgemein mit einem Abbremsvorgang bzw. mit einer Geschwindigkeitsbegrenzung verknüpft, welche wiederum bei einer Geschwindigkeit größer als die Begrenzung zu einem Abbremsvorgang führt. Die erfassten Daten, welche Verkehrszeichen und/oder Verkehrssituationen wiedergeben, werden letztlich im Fahrzeug der Antriebsstrang-Steuereinheit ("Connected Powertrain Supervisor") bereitgestellt. Die Antriebsstrang-Steuereinheit steuert die Antriebskomponenten des Antriebsstrangs an und gibt insbesondere den Betriebsmodus vor. Die Antriebsstrang-Steuereinheit kann ferner die Rückstellkraft eines Fahr- oder Bremspedals ansteuern, um dem Fahrer eine (hinsichtlich Energieeffizienz) optimierte Bremsverzögerung übermitteln zu können und/oder kann gegebenenfalls auch die Fahrzeuglängsgeschwindigkeit selbsttätig einstellen, d.h. ohne Ausgabe eines entsprechenden Signals an dem Pedal.
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Es wird ein Verfahren zur Steuerung eines Antriebsstrangs eines Fahrzeugs. Dieses umfasst ein Ermitteln einer vorausliegenden Route, insbesondere mittels eines Navigationssystems. Es kann ein Zielpunkt eingegeben werden, aufgrund dessen das Navigationssystems zumindest eine Route ermittelt und dem Fahrer anzeigt.
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Das Verfahren sieht ferner vor, ein temporäres oder statisches Verkehrszeichen oder eine Verkehrssituation zu erfassen. Das Verkehrszeichen bzw. die Verkehrssituation liegt auf der Route. Das Verkehrszeichen bzw. die Verkehrssituation ist mit einer zukünftigen Fahrgeschwindigkeitsreduktion des Fahrzeugs verknüpft. Das Verkehrszeichen kann daher eine einzuhaltende Höchstgeschwindigkeit wiedergeben. Die Verkehrssituation kann eine Situation wiedergeben (Unfall, Fahrradfahrer, Stau, ...), bei der eine Fahrgeschwindigkeitsreduktion auftritt, wenn der Fahrer die Verkehrssituation passiert oder erreicht.
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Gemäß dem Verfahren wird ferner eine Betriebsstrategie zur Fahrgeschwindigkeitsreduktion des Fahrzeugs ermittelt, wobei die Betriebsstrategie optimiert ist mit dem Ziel der Minimierung des Energieverbrauchs des Fahrzeugs. Als Betriebsstrategie wird sowohl die individuelle Aktivierung oder Deaktivierung von Antriebskomponenten bezeichnet (entsprechend rein elektrisches Fahren, hybrides Fahren, Segeln, ...) als auch der Betrieb des Fahrzeugs mit spezifischen Betriebsparametern (etwa Antriebsleistung Verbrennungsmotor, Antriebsleistung elektrische Maschine bzw. Elektromotor oder generatorische Leistung der elektrischen Maschine, die als Generator betrieben wird, oder auch der Betrag von Leistungsflüssen zwischen elektrischer Maschine, elektrischem Energiespeicher und ggf. Lichtmaschine bzw. Starter-Generator).
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Zudem sieht das Verfahren vor, die Betriebsstrategie innerhalb des Fahrzeugs umzusetzen. Die Betriebsstrategie wird umgesetzt, wenn sich das Fahrzeug vor oder an dem Verkehrszeichen oder vor oder an der Verkehrssituation befindet. Die Umsetzung ist vollautomatisch, halbautomatisch, wobei die Umsetzung abhängig vom Empfang einer Nutzerbestätigung (selbsttätig) ausgeführt wird, oder wird dadurch ausgelöst, dass dem Nutzer des Fahrzeugs die Betriebsstrategie zu Umsetzung signalisiert wird.
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Die ermittelte Betriebsstrategie und/oder die damit verknüpfte Fahrgeschwindigkeitsreduktion kann mittels einer Bedienerschnittstelle ausgegeben werden. Als Bedienerschnittstelle kann ein Pedal (Bremspedal oder vorzugsweise Fahrpedal) mit einstellbarer Rückstellkraft, eine Anzeige, etwa ein berührungsempfindlicher Bildschirm, eine Vorrichtung zur Abgabe akustischer oder insbesondere verbaler Signale, oder ein Lenkrad mit einstellbarer Rückstellkraft verwendet werden. Die Rückstellkraft bzw. die Anzeige gibt Signale oder Zeichen wieder, die die ermittelte Betriebsstrategie oder damit verknüpfte Stellgrößen wiedergeben. Der Schritt des Umsetzens kann nach (und abhängig von) dem Erfassen einer entsprechenden Bestätigung mittels einer Eingabeschnittstelle (etwa ein Taster oder ein Hebel) oder mittels der Bedienerschnittstelle (etwa der berührungsempfindliche Bildschirm) durchgeführt werden.
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Eine mit dem temporären oder statischen Verkehrszeichens oder mit der Verkehrssituation verknüpfte Geschwindigkeitsbegrenzung bzw. notwendigen Geschwindigkeitsreduktion kann eingegeben werden durch Erfassen eines Auslösesignals einer Eingabeschnittstelle. Hierbei kann der Fahrer an einer Eingabeschnittstelle (etwa ein Taster oder ein Hebel) ein Auslöse- bzw. Triggersignal eingeben. Dadurch wird die Ermittlung der aktuellen Fahrzeuggeschwindigkeit ausgelöst. Diese kann (insbesondere als Soll-Geschwindigkeit), vorzugsweise zusammen mit einer Ortsangabe (die den Aufenthaltsort des Fahrzeugs zum Auftrittszeitpunkt des Auslösesignals wiedergibt) aufgezeichnet werden, entweder in einem Speicher innerhalb des Fahrzeugs oder kann zur Erfassung und ggf. Speicherung an eine anderes Fahrzeug oder an eine stationäre Datenbank übermittelt werden. Die Fahrzeuggeschwindigkeit, mit der das Fahrzeug zum Zeitpunkt der Abgabe des Auslösesignals fährt, als Soll-Geschwindigkeit übermittelt bzw. gesendet werden. Dadurch wird etwa eine temporäre Geschwindigkeitsbegrenzung durch andere nutzbar bzw. kann beim nochmaligen Befahren durch das Fahrzeug berücksichtigt werden.
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Das Übermitteln der Soll-Geschwindigkeit kann beispielsweise wie folgt realisiert werden. Es kann die Soll-Geschwindigkeit an einen Speicher einer Antriebsstrang-Steuereinheit innerhalb des Fahrzeugs übermittelt werden. Diese Soll-Geschwindigkeit kann in dem Speicher abgelegt werden. Ferner kann die Soll-Geschwindigkeit an zumindest ein weiteres Fahrzeug mittels Car-to-Car-Kommunikation (etwa gemäß IEEE 802.11p) übermittelt werden. Dort kann die Soll-Geschwindigkeit in einem Speicher abgelegt werden.
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Die Soll-Geschwindigkeit kann zudem an eine stationäre, für mehrere Fahrzeuge bereitstehende Datenbank übermittelt werden. Es kann die Soll-Geschwindigkeit in der Datenbank abrufbar hinterlegt werden. Insbesondere kann die Soll-Geschwindigkeit derart hinterlegt werden, dass nur das Fahrzeug, von dem die Soll-Geschwindigkeit stammt, die Soll-Geschwindigkeit wieder abrufen. Dies entspricht einer Hinterlegung in einer privaten Datenbank bzw. "Cloud". Alternativ kann die Soll-Geschwindigkeit für andere Fahrzeuge abrufbar hinterlegt werden (im Sinne einer öffentlichen Datenbank). Dadurch haben nach dem Hinterlegen durch ein Fahrzeug auch andere Fahrzeuge Zugriff auf die Soll-Geschwindigkeit. Wie erwähnt wird die Soll-Geschwindigkeit vorzugsweise mit einer Ortsangabe hinterlegt, die den Ort angibt, an der die Soll-Geschwindigkeit (als Begrenzung oder als Verkehrshindernis) auftritt.
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Das Erfassen des temporären oder statischen Verkehrszeichens oder der Verkehrssituation kann vorzugsweise mit zumindest einer der folgenden Möglichkeiten umgesetzt werden. Es kann das (statische oder dynamische) Verkehrszeichen mittels einer Kamera des Fahrzeugs erfasst werden. Die Kameradaten werden von einer Bildverarbeitungseinheit bearbeitet, um die Grenzgeschwindigkeit der Geschwindigkeitsbegrenzung zu ermitteln.
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Ferner kann die Verkehrssituation mittels einer Kamera, mittels eines LIDAR-Systems, mittels eines Radar-Systems oder mittels eines Ultraschall-Abstanderfassungssystems des Fahrzeugs ermittelt werden. In diesem Fall wird der vorausfahrende Verkehr betrachtet um zu ermitteln, ob sich dieser mit einer geringeren Geschwindigkeit als das Fahrzeug fortbewegt, entsprechend der Erfassung eines sich verringernden Abstands zum Vordermann. Mittels der genannten Vorrichtungen kann ermittelt werden, ob und wie stark das Fahrzeug zur Vermeidung eines Auffahrunfalls auf den vorausfahrenden Verkehr abbremsen sollte. Diese Erfassung ist insbesondere eine (wiederholte) Messung des Abstands oder der Relativgeschwindigkeit zum vorausfahrenden Fahrzeug.
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Zudem kann das temporäre Verkehrszeichen (etwa eine variable Maximalgeschwindigkeitsanzeige in Form eines Verkehrsschilds einer Verkehrssteuerungsanlage oder in Form eines Gefahrenhinweises auf eine Baustelle) oder das statische Verkehrszeichen (ein Verkehrsschild, das eine Geschwindigkeitsbegrenzung darstellt) oder die Verkehrssituation (Stau, langsamer Vordermann, Objekte auf der Fahrbahn, Verkehrsbehinderungen) bzw. dessen Inhalt oder Bedeutung für das Fahrzeug ermittelt werden mittels Abrufen der Soll-Geschwindigkeit von einem Speicher. Dieser Speicher kann der Speicher einer Antriebsstrang-Steuereinheit sein. Ferner kann die betreffende Information von einem Navigationssystems innerhalb des Fahrzeugs abgerufen werden (bzw. das Navigationssystem gibt eine entsprechende Information ab). Es kann eine Soll-Geschwindigkeit von einem vorausfahrenden Fahrzeug zum Zwecke der Ermittlung abgerufen werden. Alternativ oder in Kombination hiermit kann die Soll-Geschwindigkeit von der (privaten oder öffentlichen) Datenbank abgerufen werden.
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Zudem kann zum Ermitteln einer Soll-Geschwindigkeit oder einer Information, aus der diese abgeleitet werden kann, bzw. zum Erfassen eines temporären oder statischen Verkehrszeichens oder der Verkehrssituation eine Nachricht eines Verkehrsdienstes, einer Verkehrsleitzentrale, und/oder eines Wetterdienstes empfangen werden. Berichtet der Verkehrsdienst über einen Stau, so kann von einer geringen Soll-Geschwindigkeit ausgegangen werden. Leitet die Verkehrsleitzentrale eine Geschwindigkeitsbegrenzung an einer bestimmten Strecke weiter, so entspricht diese Geschwindigkeitsbegrenzung der Soll-Geschwindigkeit. Wird von einem Wetterdienst ein Schlechtwettergebiet (Hagel, Nebel, Glatteis, ...) übermittelt, so kann ebenso eine geringe, vorgegebene Soll-Geschwindigkeit angenommen werden. Hierbei wird die Soll-Geschwindigkeit aus dem Nachrichteninhalt geschätzt bzw. mittels einer (annähernden) vorgegebenen Abbildung ermittelt, die einem (Verkehrs- oder Wetter-)Zustand, etwa zähfließender Verkehr, Objekte auf der Fahrbahn oder starker Regen, Glatteis, ..., eine individuelle, vorgegebene Soll-Geschwindigkeit zuordnet.
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Anstatt eines einzelnen Soll-Geschwindigkeitswerts für einen bestimmten Ort können auch mehrere Soll-Geschwindigkeitswerte für eine Strecke ermittelt werden, etwa im Sinne eines Soll-Geschwindigkeitsprofils oder Soll-Geschwindigkeitsverlaufs. Daher kann ein Soll-Geschwindigkeitsverlauf, der in einem Speicher der Antriebsstrang-Steuereinheit des Fahrzeugs oder in einer stationären Datenbank hinterlegt ist, abgerufen werden, um so entsprechende Soll-Geschwindigkeitsdaten zu ermitteln. Diese Art von Ermittlung entspricht einer Abfrage.
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Als Verkehrszeichen kann der Zustand eines temporären Fahrverbots für eine geplante Route vor Aktivierung des Antriebsstrangs erfasst werden. Bei einem bestehenden Fahrverbot wird der Antriebsstrang automatisch gesperrt, insbesondere von einer Sicherungseinheit des Fahrzeugs oder von der Antriebsstrang-Steuereinheit. Bei einem aufgehobenen (bzw. nicht vorliegendem) Fahrverbot wird der Antriebsstrang bzw. das Fahrzeug zur Aktivierung durch den Nutzer freigeben. In dem letztgenannten Zustand kann der Nutzer das Fahrzeug starten, im erstgenannten Zustand (gesperrt) kann der Nutzer das Fahrzeug (noch) nicht starten.
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Ein weiterer Aspekt ist die Berücksichtigung von Energieverbrauch, der nicht durch die Fortbewegung des Fahrzeugs direkt entsteht. Etwa Komfortverbraucher wie Klimatisierungseinrichtungen oder andere Verbraucher wie Fahrzeugbeleuchtung oder Enteisungsanlage werden vorzugsweise bei der Optimierung der Betriebsstrategie mit berücksichtigt. Es wird eine Verbrauchsenergiemenge (im Sinne des genannten Energieverbrauchs) für die Route ermittelt. Bei dem Ermitteln der Betriebsstrategie wird die Verbrauchsenergiemenge berücksichtigt, welche mit dem Betrieb von elektrischen Verbrauchern außerhalb des Antriebsstrangs des Fahrzeugs verknüpft ist. Die Verbrauchsenergiemenge betrifft eine Menge elektrischer Energie. Die Verbrauchsenergiemenge kann etwa aus historischen Daten geschätzt werden, die beispielsweise im Fahrzeug hinterlegt sind. Ferner kann die Verbrauchsenergiemenge etwa aus Wetter- oder Verkehrsinformationen geschätzt werden: Scheint entlang der Strecke besonders stark die Sonne, so ist von einem geringeren Verbrauch durch einen elektrischen Klimakompressor auszugehen, als bei im Vergleich hierzu geringerem Sonnenschein. Es wird daher die Wetterinformation hinsichtlich Sonneneinstrahlung oder Temperatur oder Niederschlag ausgewertet. Bei geringer Temperatur oder bei Niederschlag wird von einem höheren (elektrischen) Heizbedarf ausgegangen als bei im Vergleich hierzu höheren Temperaturen oder bei nicht vorhandenem Niederschlag.
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Zudem können bei der Optimierung Betriebsparameter eines Energiespeichers (vorzugsweise elektrisch) berücksichtigt werden. Es kann daher bei dem Ermitteln der Betriebsstrategie eine Maximalladeleistung, ein Alterungszustand, eine Temperatur, ein Ladezustand, und/oder ein Maximalladestrom eines Traktionsspeichers des Antriebsstrangs des als Hybridfahrzeug ausgebildeten Fahrzeugs berücksichtigt werden. Der Traktionsspeichers des Antriebsstrangs dient zur Erzeugung von Energie, die von einem Elektromotor des Antriebs zur Traktion des Hybridfahrzeugs verwendet wird. Der Traktionsspeicher ist insbesondere ein Akkumulator innerhalb des Antriebsstrangs des Hybridfahrzeugs, etwa ein Hochvoltspeicher.
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Das Ermitteln der Betriebsstrategie wird vorzugsweise mit zumindest einem der folgenden Optimierungsziele bzw. Randbedingungen ausgeführt:
- (a) Maximieren von Segelphasen,
- (b) Maximieren von Rekuperationsenergie,
- (c) Minimieren von Emissionen zumindest für einen Abschnitt der Route,
- (d) Minimieren von Abbremsungen durch Reibbremsen,
- (e) Minimieren einer Alterung eines Traktionsspeichers des Antriebsstrangs, und
- (f) Überschreiten von durch Verkehrszeichen vorgegebenen Geschwindigkeitsbeschränkungen um nicht mehr als eine vorgegebene zusätzliche Geschwindigkeitsmarge oder für nicht mehr als eine vorgegebene Wegstrecke.
Hierbei sind (a)–(e) Optimierungsziele, die gemäß einer Gewichtung bei der gemeinsamen Optimierung berücksichtigt werden. Die Gewichtung ist vorzugsweise einstellbar. Es können auch nur ein, zwei, drei oder vier der Optimierungsziele herangezogen werden, wobei bei zwei oder mehr Optimierungszielen diese wie erwähnt gewichtet sein können. Die Gewichtung kann (zunächst) vorgegeben sein.
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Alternativ kann anstatt einer Minimierung von Emissionen zumindest für einen Abschnitt der Route auch eine Minimierung der Emissionen zumindest für einen Abschnitt auf null vorgesehen sein, wobei dies als Randbedingung vorgesehen sein kann. Auch der Punkt (f) kann als Randbedingung vorgesehen sein, wobei gegebenenfalls dies mit einem vorgegebenen Toleranzband für die Geschwindigkeitsbeschränkung (beispielsweise +5% oder +10 %) als Randbedingung angesehen werden kann.
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Weiterhin können zur Ausführung des Verfahrens ein Navigationssystem, eine Telematikeinheit, eine Benutzerschnittstelle, eine Eingabeschnittstelle, ein Gateway, eine Antriebstrang-Steuereinheit, ein Datenbus, und/oder zumindest ein Stellglied des Antriebsstrangs (insbesondere ein Verbrennungsmotor-Steuergerät und/oder ein Elektromotor-Steuergerät) verwendet werden.
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Das Ermitteln der vorausliegenden Route kann von einem Navigationssystem einer Telematikeinheit des Fahrzeugs gemäß einer Nutzereingabe ermittelt werden. Die Nutzereingabe wird von einer Benutzerschnittstelle der Telematikeinheit erfasst.
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Das Erfassen des temporären oder statischen Verkehrszeichens oder der Verkehrssituation kann realisiert werden durch Empfangen eines Signals, welches das Verkehrszeichen und/oder die Verkehrssituation wiedergibt, mittels eines Gateways innerhalb des Fahrzeugs. Dieser Gateway umfasst insbesondere eine drahtlose Datenschnittstelle, insbesondere eine Funk-Empfangsschnittstelle.
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Der Gateway kann ferner zur Übermittlung der Soll-Geschwindigkeit (etwa vom Nutzer eingegeben) ausgestattet sein, insbesondere per Funk. Die Soll-Geschwindigkeit wird vorzugsweise zusammen mit einer Ortsangabe (betreffend die Soll-Geschwindigkeit) übermittelt. Der Gateway ist insbesondere zur Kommunikation mit einer stationären Datenbank und/oder mit einem anderen Fahrzeug ausgestattet, etwa mittels einer Funkschnittstelle. Der Gateway kann eingerichtet sein, Signale gemäß dem TCP/IP zu übermitteln und/oder zu empfangen.
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Das Ermitteln der Betriebsstrategie kann umfassen: Übertragen eines Geschwindigkeitssignals und/oder eines Beschleunigungssignals von einem Datenbus des Fahrzeugs (etwa ein CAN-Bus) an eine Antriebstrang-Steuereinheit des Fahrzeugs.
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Die Betriebsstrategie kann innerhalb der Antriebstrang-Steuereinheit optimiert werden. Alternativ wird diese in einer stationären Einheit optimiert, etwa eine Einheit, die mit der stationären (verteilten oder zentralen) Datenbank verbunden ist. Diese Einheit optimiert vorzugsweise kontinuierlich und insbesondere streckenbezogen. Dadurch kann für eine Strecke immer eine aktuelle Soll-Geschwindigkeit oder ein aktueller Soll-Geschwindigkeitsverlauf bereit gestellt werden. Die Soll-Geschwindigkeit oder der Soll-Geschwindigkeitsverlauf sind insbesondere anhand der Verkehrssituation bzw. der Verkehrszeichen optimiert. Spezifische Eigenschaften des Antriebsstrangs des Fahrzeugs sind insbesondere hierbei nicht berücksichtigt, wobei jedoch die Soll-Geschwindigkeit oder der Soll-Geschwindigkeitsverlauf auch spezifisch für mehrere Fahrzeugtypen optimiert sein können.
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Die Betriebsstrategie wird vorzugsweise umgesetzt durch Übermitteln von Steuerbefehlen, die die umzusetzende Betriebsstrategie wiedergeben, von der Antriebstrang-Steuereinheit an zumindest eine Stellglied des Antriebsstrangs, insbesondere an ein Verbrennungsmotor-Steuergerät und/oder an ein Elektromotor-Steuergerät.
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Als Soll-Geschwindigkeitsverlauf kann insbesondere ein vorgefertigter Fahrplan sein, mit dem das Fahrzeug automatisch oder assistiert an ein gewünschtes Ziel fährt. In einer einfachen Umsetzung erinnert ein Pedal (Fahrpedal), dessen Rückstellkraft einstellbar ist, an Geschwindigkeitsreduzierungen. Ein derartiges Pedal hat eine Rückstellkraft, die mittels eines (elektrischen) Signals eingestellt werden kann.
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Eine Effizienzsteigerung kann dadurch erreicht werden, indem verschiedene Antriebstrangfunktionen optimal aktiviert werden. Dies können Funktionen wie Deaktivieren des Verbrennungsmotors, Segeln und Rekuperation sein. Möglich ist damit auch eine Kohlendioxid minimierte Fahrstrategie eines konventionellen Antriebsstranges. Diese Funktionen sind mit zusätzlichen Funktionen steigerbar in ihrer Effizienz. Das sind allgemein Funktionen zur Verzögerung, aber auch zum Beschleunigen und zum Geschwindigkeit halten sein, da alle Wandlung von Energien Verluste bedeuten, insbesondere auch Wandlungen der Lageenergie, wenn das Fahrzeug ein Gefälle befährt.
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So wie individuelle Fahrprofile in einer stationären Datenbank, die mit dem Fahrzeug verbunden ist, (d.h. im "Backend") vorliegen für bestimmte Strecken und Fahrzeuge, insbesondere nach persönlichen Vorlieben bzw. Fahrstilen gewonnen oder gewählt), können diese auch explizit auf einen minimalen Energieverbrauch ausgerichtet sein. Diese Fahrprofile können insbesondere gekauft werden, d.h. in einem Speicher des Fahrzeugs oder in einer Datenbank nach erfolgreichem Kaufvorgang hinterlegt werden, um das Fahrprofil zum Zwecke der Optimierung abrufen zu können. Bei Fahrzeugen mit Handschaltgetriebe können auch Schaltpunkte im Sinne von Fahrprofilen käuflich sein, die zu entsprechenden Anweisungen für den Fahrer führen. Eine entsprechende Schaltpunktkarte kann in einer Datenbank oder einem Speicher des Fahrzeugs zum Zwecke der Optimierung hinterlegt sein.
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Diese Profile werden entweder algorithmisch berechnet auch aus der Vorschau auf die Strecke oder empirisch, d.h. mit "crowd data", d.h. Daten, die von anderen Fahrzeugen stammen (und die gleiche Strecke oder den gleichen Ort betreffen). Es kann das Geschwindigkeitsprofil mit dem praktisch niedrigsten Energieverbrauch laufend am "Backend" (d.h. von einer stationären Einheit) ermittelt und zur Verfügung gestellt werden.
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Es ist ferner die Minimierung von Emissionen mit dem hier beschriebenen Ansatz möglich und kann auch primäres Ziel sein, insbesondere im Sinne einer Randbedingung der Optimierung. Es können Geschwindigkeitsprofile im Rahmen der Optimierung insbesondere für dieses Ziel bzw. für diese Randbedingung berechnet werden und zur Verfügung gestellt werden.
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Die Daten über Soll-Geschwindigkeiten können vom Fahrer in den einen Antriebsstrang-Steuereinheit (Connected Powertrain Supervisor, cPS) eingegeben werden. Die Eingabe kann mit einem Taster oder einem Hebel oder einer anderen Bedienschnittstelle durchgeführt werden, wobei insbesondere eine Vorrichtung verwendet werden kann wie sie auch bei Geschwindigkeitsregelanlagen zum Einsatz kommt. Die Eingabe kann mittels einer Schnittstelle vorgesehen werden, über die auch Eingaben für eine Geschwindigkeitsregelanlage des Fahrzeugs eingegeben werden.
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Die Antriebsstrang-Steuereinheit ist vorzugsweise zur Kommunikation insbesondere mit anderen Fahrzeugen oder einer stationären Einheit eingerichtet, etwa mittels einer drahtlosen Datenübertragungsschnittstelle, die vorzugsweise internettauglich ist. Die ermittelten bzw. eingegebenen Daten werden in einer Telemetrieeinheit oder einem (vorzugsweise erweiterten) Navigationssystem kombiniert, insbesondere in eine eHorizon-Anlage, wie sie von dem Continental Konzern angeboten wird. Eine derartige Anlage, die als "eHorizon Reconstructor" bezeichnet werden kann, umfasst Kartendaten, Routendaten, sowie aktuelle Informationen über den Zustand der Route (Zustand der Fahrbahn, Baustellen, Wetterverhältnisse, ...), Verkehrsdaten (Staus, Geschwindigkeitsbegrenzungen, ...) und/oder Daten vorausfahrender Fahrzeuge der Route.
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Die Anlage ist insbesondere internetfähig bzw. weist eine internetfähige Schnittstelle zur drahtlosen Kommunikation auf. Die Ergebnisse dieser Anlage bzw. der Antriebsstrang-Steuereinheit können an ein Karosseriesteuergerät ("Body Control Unit") des Fahrzeugs, an ein vorzugsweise integriertes Navigationssystem ("Telematics Control Unit") des Fahrzeugs bzw. an ein Gateway übertragen werden. Das Gateway bildet eine drahtlose Datenschnittstelle und ist vorzugsweise zur gesicherten Kommunikation, insbesondere basierend auf einem Internet-Datenübertragungsprotokoll, eingerichtet.
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Zur Absicherung der Kommunikation kann ein abgesicherter Internetzugang verwendet werden, wobei beispielsweise Kryptographiemechanismen zur Datenverschlüsselung und/oder Zertifikate und/oder eine Einschränkung der Kommunikation nur auf Zertifikat-gesicherte IP-Adressen) verwendet wird. Die Kommunikation findet mit einer stationären Einheit bzw. mit einer stationären Datenbank statt, wobei die Einheit bzw. die Datenbank eine Dienstleister-Entität darstellt.
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In der Datenbank werden die Soll-Geschwindigkeitsdaten individuell und kartenreferenziert abgespeichert, vorzugsweise in einen Bereich, der mittels einer Zugangssicherung nur den Zugriff durch eine definierte Gruppe von Nutzern (oder nur durch einen Nutzer) erlaubt und andere Zugriffe unterdrückt. Es ergeben sich individuelle Daten, die stationär gespeichert werden. Es können auch Daten wie Energieverbrauch durch Fahrzeugbewegung, Komfortverbrauch (d.h. Energieverbrauch durch elektrische Komfortlasten wie Klimatisierung und ähnliches) in der Datenbank abgespeichert werden.
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Ferner kann der Dienstleister (d.h. die stationäre Einheit oder die stationäre Datenbank) auch (evtl. käufliche) Sollgeschwindigkeitsdaten bereitstellen oder auch aktuelle Tempolimitdaten. Diese können von einem weiteren Dienstleister stammen, etwa Signale von Verkehrssignalanlagen, von Verkehrsdiensten oder Wetterdiensten. Hierin kann eine Verkehrssignalanlage, die Daten über ihren Zustand abgibt, im Weiteren Sinne als Verkehrsdienst aufgefasst werden. Die Antriebsstrang-Steuereinheit (Connected Powertrain Supervisor, cPS) kann alle Daten verarbeiten im Sinne des hier beschriebenen Verfahrens und alle Antriebe koordinieren und steuern. Hierbei werden vorzugsweise die Standards der funktionalen Sicherheit eingehalten (z.B. ASIL C nach ISO26262). Die Kommunikation mit dem Karosseriesteuergerät (Body Control Unit) bzw. mit dem Navigationssystem (Telematics Control Unit) bzw. mit dem Gateway wird über Protokolle wie TCP/IP oder UDP durchgeführt.
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Vorzugsweise werden alle Daten werden von der Antriebsstrang-Steuereinheit (Connected Powertrain Supervisor, cPS) bei der Optimierung bzw. Ermittlung der Antriebsstrategie oder Fahrstrategie (allgemein: Betriebsstrategie) genutzt, insbesondere für die Effizienzverbesserung der Funktionen wie Rekuperation, Engine-off-Segeln (d.h. Segeln mit deaktiviertem Verbrennungsmotor), Gangauswahl, Stop-Start, elektrisches Fahren, hybridisches Fahren etc.; insbesondere auch zur Längsgeschwindigkeitsführung. Der (Connected Powertrain Supervisor, cPS) kann auch in der Motorsteuerung des Verbrennungsmotors (ECU) untergebracht sein bzw. zusammen mit dieser als eine Vorrichtung ausgeführt sein. Hierbei werden insbesondere zumindest ein Prozesser und/oder Datenschnittstellen von der Motorsteuerungsfunktion sowie zur Ausführung des hier beschriebenen Verfahrens verwendet.
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Die 1 zeigt ein System in schematischer Weise zur näheren Erläuterung von Aspekten der hier beschriebenen Vorgehensweise.
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Ein Antriebsstrang ASTR umfasst einen Antrieb AN, etwa Räder und ggf. ein Getriebe. Der Antrieb AN ist einer Verbrennungsmaschine ICE nachgeschaltet. Ferner umfasst der Antriebsstrang ASTR ein Antriebssteuergerät TCU (etwa zur Gangwahl) und ein Motorsteuergerät ECU für die Verbrennungsmaschine ICE. An der Verbrennungsmaschine ICE sind (mechanisch) ein Starter S und ein Starter-Generator BSG angeschlossen. Der Starter-Generator BSG ist ein Riemen-Starter-Generator. Der Starter-Generator BSG wird von einem Inverter Inv angesteuert. Ein 48 Volt-Stromversorgungsbus 48V-Bus versorgt den Inverter und ist mit einer DC/DC-Wandler DC/DC sowie mit einer 48 Volt-Batterie 48V Batt (die als Traktionsbatterie dienen kann) verbunden. DC/DC-Wandler DC/DC verbindet (mittels Spannungswandlung) den 48 Volt-Stromversorgungsbus 48V-Bus mit einem 12 Volt-Stromversorgungsbus 12V-Bus. An dem 12 Volt-Stromversorgungsbus 12V-Bus ist eine 12 Volt-Batterie 12V Batt angeschlossen. Die an dem 48 Volt-Stromversorgungsbus 48V-Bus angeschlossenen Komponenten sind mit einem Datenbus 48V-CAN verbunden, der dem CAN-Übertragungsprotokoll entspricht.
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Eine Antriebsstrang-Steuereinheit cPS ist mit einem Datenbus P-CAN verbunden, an den auch das Antriebssteuergerät TCU und das Motorsteuergerät ECU angeschlossen sind. An den Datenbus P-CAN ist ferner der Starter-Generator BSG (über den Inverter Inv) angeschlossen.
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Die Antriebsstrang-Steuereinheit cPS ist ferner ansteuernd mit einer Bedienerschnittstelle BSS verbunden, die etwa als Fahrpedal mit steuerbarer Rückstellkraft ausgebildet ist. Ferner ist die Antriebsstrang-Steuereinheit cPS einer Eingabeschnittstelle ESS nachgeschaltet. Von dieser erhält die Antriebsstrang-Steuereinheit cPS eine Sollgeschwindigkeit bzw. ein Triggersignal, um bei Erfassung des Triggersignals die aktuelle Geschwindigkeit als Soll-Geschwindigkeit zu erfassen, vorzugsweise zusammen mit einer aktuellen Positions- bzw. Ortsinformation des Fahrzeugs.
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Die Schnittstellen BSS, ESS sind vorzugsweise außerhalb des Antriebsstrangs ASTR, wobei der Antriebsstrangs ASTR Anschlüsse zur datenübertragenenden Anbindung der Schnittstellen BSS, ESS aufweisen kann.
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Die Antriebsstrang-Steuereinheit cPS ist ferner an einen Datenbus Eth.-Bus angeschlossen, der insbesondere gemäß einem Datenübertragungsprotokoll TCP/IP ausgebildet ist.
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Es besteht eine Verbindung der Antriebsstrang-Steuereinheit cPS über den Datenbus Eth.-Bus mit einer kombinierten Einheit K, in der sich ein Karosseriesteuergerät BCU ("Body Control Unit"), ein integriertes Navigationssystem TCU ("Telematics Control Unit", Telematiksteuereinheit) und ein Gateway G befinden. Diese sind an den Datenbus Eth.-Bus angebunden, an den auch die Antriebsstrang-Steuereinheit cPS des Anstriebsstrangs ASTR angeschlossen ist. Über eine Funkschnittstelle FSS der kombinierten Einheit K, die mit dem Karosseriesteuergerät BCU, dem integrierten Navigationssystem TCU und dem Gateway G (über das Gateway) verbunden ist, können Daten mit einem stationären System (Backend, Cloud) Back/cld drahtlos ausgetauscht werden. Der Datenaustausch ist vorzugsweise geschützt. Die Funkschnittstelle FSS ist gemäß einem Mobilfunk-Datenübertragungsprotokoll ausgebildet, etwa LTE, HSDPA, GPRS oder ähnliches. Die Funkschnittstelle FSS ist ferner in der Lage, Positionssignale von einem Ortungssystem (etwa ein satellitengestütztes Positionsbestimmungs- bzw. Ortungssystem wie GPS, Glonass, Galileo oder Beidou) zu erfassen, um diese Signale an das Navigationssystem TCU ("Telematics Control Unit", Telematiksteuereinheit) zu übertragen. Dadurch kann das Navigationssystem TCU den Ort bestimmen und ggf. an das stationäre System (Backend, Cloud) Back/cld zu senden.
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Das stationäre System (Backend, Cloud) Back/cld umfasst einen Dienstleister D, der mit der kombinierten Einheit K kommunizieren kann. Der Dienstleister ist mit einer Datenbank DB verbunden (oder umfasst diese, nicht dargestellt). In der Datenbank sind Daten über temporäre oder statische Verkehrszeichen (Tempolimit, Baustellenschild, ...) und/oder über eine Verkehrssituation (Stau, Unwetter, Straßenverhältnisse) hinterlegt. Ein Verkehrszeichendienst, Verkehrsdienst oder ein Wetterdienst oder ein Dienst VAD, der von Fahrzeugen Daten über den Verkehrsfluss bzw. Verkehrszeichen oder ähnliches empfängt, speist die Datenbank DB mit entsprechenden Daten.
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Es können ferner auch zugehörige dynamische (d.h. aktualisierte) Kartendaten (zusammen mit den vorangehend genannten Daten) hinterlegt sein. Auf diese Daten kann die kombinierten Einheit K zugreifen bzw. die kombinierten Einheit K kann Daten über den Dienstleister D dort hinterlegen. Die Datenbank DB kann ferner mit einem Speicher Ind.-D für individuelle (und vorzugsweise geschützte) Daten und mit einem Speicher Prof für Fahrprofile (im Sinne von einer Menge von Soll-Geschwindigkeiten bzw. einem Soll-Geschwindigkeitenverlauf) verbunden sein. Insbesondere in dem Speicher Ind.-D für individuelle Daten werden über die Schnittstelle FSS und den Provider Daten (insbesondere eingegebene Soll-Geschwindigkeiten) individuell hinterlegt, indem der Antriebsstrang bzw. die kombinierten Einheit K entsprechende Daten (von der Schnittstelle ESS erfasst) über den Dienst D in dem Speicher Ind.-D hinterlegt.
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Der Speicher Speicher Ind.-D kann auch als individuelle Datenbank aufgefasst werden. Der Speicher Prof kann als Datenbank für Fahrprofile angesehen werden, wobei der Dienst D einen Zugriff abhängig von einem erfolgreichen Kaufprozess oder Authentifizierungsprozess den Zugriff auf zumindest eines der Fahrprofile durch den Antriebsstrang ASTR bzw. die kombinierte Einheit K ermöglicht.
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Der Dienst D kann ferner in der Lage sein, die Betriebsstrategie zu optimieren bzw. zu optimieren. In dem dargestellten Beispiel wird in stationäre System (Backend, Cloud) Back/cld (etwa von dem Dienst D) vorzugsweise regelmäßig oder kontinuierlich eine optimierte Betriebsstrategie B errechnet. Die optimierte Betriebsstrategie B errechnet wird unter Berücksichtigung von temporären oder statischen Verkehrszeichen oder einer Verkehrssituation oder entsprechenden Daten ermittelt. Die Betriebsstrategie B wird in diesem Beispiel an den Antriebsstrang ASTR (über die Funkschnittestelle FSS) übertragen. Alterativ wird die Betriebsstrategie in dem Fahrzeug selbst errechnet, wobei die von dem Dienst D übermittelten Daten (betreffend Verkehrszeichen, Verkehrssituationen, Wetter, Fahrbahnzustände, ...) bei der Ermittlung der Betriebsstrategie als Eingabe dienen bzw. die Optimierung diese Daten berücksichtigt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- IEEE 802.11p [0014]
- ISO26262 [0043]
