DE102016202836B4

DE102016202836B4 - Fahrzeugenergiemanagementvorrichtung

Info

Publication number: DE102016202836B4
Application number: DE102016202836.7A
Authority: DE
Inventors: Akinobu Sugiyama; Atsushi Yoshikawa; Yoichi Okubo; Masataka SHIROZONO; Nobutaka Nakamura
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2015-04-17
Filing date: 2016-02-24
Publication date: 2023-08-31
Anticipated expiration: 2036-02-25
Also published as: CN106064614A; CN106064614B; DE102016202836A9; DE102016202836A1; JP6180458B2; US10457269B2; JP2016203706A; US20160304080A1

Abstract

Eine Fahrzeugenergiemanagementvorrichtung, welche an einem Elektrofahrzeug angebracht ist und ein Energiemanagement des Elektrofahrzeugs ausführt, wobei das Elektrofahrzeug umfassteinen Elektromotor (9) und einen Verbrennungsmotor (10), welche das Elektrofahrzeug antreiben,einen Generator (11), welcher elektrische Energie durch Verwenden einer Drehkraft des Verbrennungsmotors erzeugt und elektrische Energie erzeugt, wenn das Elektrofahrzeug durch den Elektromotor gebremst wird, undeine Batterie, welche elektrische Energie zum Antreiben des Elektromotors zuführt und durch den Generator erzeugte elektrische Energie speichert, wobei die Fahrzeugenergiemanagementvorrichtung umfasst:eine Fahrzeuginformationen-Erfassungseinheit (2) zum Erfassen von Fahrzeuginformationen, umfassend zumindest Informationen über eine Fahrzeuggeschwindigkeit des Elektrofahrzeugs und Informationen über einen Ladezustand der Batterie;eine Routeninformationen-Erfassungseinheit (3) zum Erfassen von Routeninformationen zu einem Ziel;eine Automatik-Fahrtsektion-Bestimmungseinheit (4) zum Bestimmen einer Automatik-Fahrtsektion auf der Route zu dem Ziel auf der Basis der Routeninformationen,eine Geschwindigkeitsbereich-Berechnungseinheit (5) zum Berechnen eines auf einer Route zu dem Ziel zulässigen Geschwindigkeitsbereichs auf der Basis der Routeninformationen, wobei der Geschwindigkeitsbereich ebenso in einer durch die Automatik-Fahrtsektion-Bestimmungseinheit bestimmten Automatik-Fahrtsektion umfassenden Sektion berechnet wird, und zwar derart, dass ein Umfang des Geschwindigkeitsbereichs in einer Sektion außer der Automatik-Fahrtsektion enger als der in der Automatik-Fahrtsektion ist;eine Optimalplan-Berechnungseinheit (7) zum Erstellen eines Zielfahrzeuggeschwindigkeitsplans für das Ziel und eines Antriebsnotwendigkeitsplans für den Elektromotor, den Verbrennungsmotor und den Generator auf der Basis der Routeninformationen und der Fahrzeuginformationen; undeine Fahrzeugsteueranweisungseinheit (8) zum Steuern des Elektromotors, des Verbrennungsmotors und des Generators auf der Basis des durch die Optimalplan-Berechnungseinheit erstellten Antriebsnotwendigkeitsplans,wobei die Optimalplan-Berechnungseinheit den Antriebsnotwendigkeitsplan und den Zielfahrzeuggeschwindigkeitsplan, umfassend ebenso den durch die Geschwindigkeitsbereich-Berechnungseinheit berechneten Geschwindigkeitsbereich, durch Berechnen eines Optimierungsproblems mit zumindest den Routeninformationen und den Fahrzeuginformationen als Beschränkungsbedingungen durch Verwenden des Kraftstoffverbrauchs, welcher benötigt wird, um zu dem Ziel zu gelangen, als eine objektive Funktion derart erstellt, dass ein Kraftstoffverbrauch, welcher benötigt wird, um zu dem Ziel zu gelangen, minimiert wird, auf der Basis der Routeninformationen und der Fahrzeuginformationen, unddie Fahrzeugsteueranweisungseinheit den Elektromotor, den Verbrennungsmotor und den Generator entsprechend zumindest dem Antriebsnotwendigkeitsplan steuert.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Fahrzeugenergiemanagementvorrichtung und insbesondere eine Fahrzeugenergiemanagementvorrichtung, welche ein Energiemanagement eines Hybrid-Fahrzeugs oder eines Plug-in-Hybrid-Fahrzeugs ausführt.
BESCHREIBUNG DES STANDES DER TECHNIK
Ein Elektrofahrzeug wie beispielsweise ein Hybrid-Fahrzeug oder Ähnliches, welches mit einem Verbrennungsmotor und einem Elektromotor als Antriebsquelle versehen ist, ist mit einer Fahrzeugenergiemanagementvorrichtung ausgestattet, welche einen Antriebsplan des Verbrennungsmotors und des Elektromotors derart einstellt, dass ein Kraftstoffverbrauch minimiert werden kann, entsprechend Routeninformationen zu einem Ziel und Antriebsinformationen eines vorausfahrenden Fahrzeugs.
In der japanischen Patentanmeldung-Offenlegungsschrift JP 2010 - 132 241 A wird beispielsweise eine Antriebsunterstützungsvorrichtung für ein Hybrid-Fahrzeug beschrieben, welche ein Fahrzeuggeschwindigkeitsmuster auf der Basis von Routeninformationen zu einem Ziel und Antriebsinformationen eines vorausfahrenden Fahrzeugs abschätzt und dann einen Antriebsplan eines Verbrennungsmotors und eines Elektromotors derart einstellt, dass ein Kraftstoffverbrauch, welcher benötigt wird, um zu dem Ziel zu gelangen, auf der Basis eines durch eine Berechnung von dem Fahrzeuggeschwindigkeitsmuster erhaltenen Verbrauchsenergie minimiert werden kann.
Da die Antriebsunterstützungsvorrichtung, beschrieben in der japanischen Patentanmeldung-Offenlegungsschrift JP 2010 - 132 241 A das Fahrzeuggeschwindigkeitsmuster auf der Basis der Routeninformationen zu einem Ziel und der Antriebsinformationen eines vorausfahrenden Fahrzeugs abschätzt und dann den Antriebsplan eines Verbrennungsmotors und eines Elektromotors derart einstellt, dass der Kraftstoffverbrauch, welcher benötigt wird, um zu dem Ziel zu gelangen, auf der Basis des durch Berechnung von dem Fahrzeuggeschwindigkeitsmuster erhaltenen Energieverbrauchs minimiert werden kann, gibt es, wenn das abgeschätzte Fahrzeuggeschwindigkeitsmuster ein Muster ist, welches eine Verbrennungsmotor-Leistung (Betriebspunkt) einer schlechten Energieerzeugungseffizienz zur Folge hat, ein Problem darin, dass der Kraftstoffverbrauch, welcher benötigt wird, um zu dem Ziel zu gelangen, nicht immer minimiert werden kann, wenn nur der Antriebsplan des Verbrennungsmotors und des Elektromotors optimiert wird.
DE 10 2013 016 569 A1 beschreibt ein Betriebsverfahren für einen Hybridantrieb eines Kraftfahrzeugs, insbesondere eines Plug-In-Hybrid- oder Range-Extender-Fahrzeugs, der mit mehreren Betriebsmodi betrieben werden kann. Dies betrifft insbesondere ein Betriebsverfahren zur Auswahl optimaler Betriebsmodi des Hybridantriebs entlang einer Fahrtroute. Das Betriebsverfahren umfasst die Schritte Aufteilen einer Fahrtroute in eine Abfolge von Streckenabschnitten; Bestimmen wenigstens einer prädizierten Zielgröße für jeden der Betriebsmodi des Hybridantriebs auf jedem Streckenabschnitt entlang der Fahrtroute; Bestimmen eines optimalen Pfades für die Fahrtroute, wobei ein Pfad eine Abfolge von Betriebsmodi entlang der Fahrtroute ist, derart, dass jedem Streckenabschnitt ein Betriebsmodus zugeordnet ist und der optimale Pfad derjenige ist, der einen optimalen Wert für die mindestens eine Zielgröße aufweist.
DE 10 2013 220 935 A1 beschreibt ein Verfahren zur Anpassung einer Betriebsstrategie in einem Hybridfahrzeug, wobei die Anpassung einer vorausschauenden Betriebsstrategie aufgrund ökologischer und/oder ökonomischer Merkmale der zur Verfügung stehenden Energieformen zum Antrieb des Hybridfahrzeugs erfolgt, dadurch gekennzeichnet, dass den zur Verfügung stehenden Energieformen jeweils wenigstens ein Äquivalenzfaktor zur Umrechnung unterschiedlicher Energieformen ineinander zugeordnet wird.
DE 10 2011 078 498 A1 beschreibt ein Verfahren zum Betreiben eines Fahrzeugantriebsstrangs, umfassend das Antreiben von ersten Rädern unter Verwendung eines Elektromotors, das Starten einer Maschine, das Verwenden eines zweiten Elektromotors, der durch die Maschine angetrieben wird, um eine synchrone Drehzahl an einem Eingang eines Getriebes mit einem gewünschten eingelegten Gang zu erzeugen, das Einrücken einer Kupplung, die den Eingang und die Maschine verbindet, und das Verwenden der Maschine und des Getriebes, um zweite Räder anzutreiben.
US 2015 / 0 046 132 A1 beschreibt ein Verfahren und eine Vorrichtung, die eine Vorhersagequalität für einen vorhergesagten Energieverbrauch eines Kraftfahrzeugs bestimmen. Durch die Ermittlung einer Prognosequalität wird zusätzlich zum prognostizierten Fahrprofil ein Toleranzband berechnet. Die Vorhersagequalität sieht eine Aussage über die gesamte Strecke vor, ob ein Fahrer in einem Toleranzband bleibt, das auf einer stochastischen Auswertung beruht und natürlich vorkommt. Solange der Fahrer während der realen Fahrt im vorhergesagten Toleranzband des Fahrprofils bleibt, ist keine Neuberechnung oder Änderung der Betriebsstrategie notwendig. Der Kraftstoffverbrauch wird mit Hilfe der prädiktiven Betriebsstrategie auf der bestimmten Strecke minimiert.
DE 10 2008 015 046 A1 beschreibt ein Verfahren zur prädiktiven Steuerung und/oder Regelung eines Hybridantriebs in einem Kraftfahrzeug. Die Steuerung und/oder Regelung erfolgt über eine Auswahl der Betriebsstrategie. Bei der Auswahl der Betriebsstrategie wird mindestens eine kommunikationsbasierte Information berücksichtigt, die mittels einer Kommunikation des Kraftfahrzeugs mit ortsfesten und/oder sich bewegenden Gegenstellen erzeugt wird, beispielsweise mittels einer Fahrzeug-zu-Fahrzeug- oder einer Fahrzeug-zu-Infrastruktur-Kommunikation.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Fahrzeugenergiemanagementvorrichtung bereitzustellen, welche geeignet ist, einen Kraftstoffverbrauch, welcher benötigt wird, um zu einem Ziel zu gelangen, zu minimieren.
Das obige Problem wird durch den Gegenstand des unabhängigen Anspruchs gelöst. Beispiele und technische Beschreibungen von Vorrichtungen, Produkten und/oder Verfahren in der Beschreibung und/oder den Zeichnungen, die nicht unter die Ansprüche fallen, werden nicht als Ausführungsformen der Erfindung dargestellt, sondern als Hintergrundwissen oder Beispiele, die für das Verständnis der Erfindung nützlich sind.
Entsprechend der vorliegenden Erfindung ist es möglich eine Fahrzeugenergiemanagementvorrichtung zu erhalten, welche geeignet ist zum Minimieren eines Kraftstoffverbrauchs, welche benötigt wird, um zu einem Ziel zu gelangen.
Diese und andere Aufgaben, Merkmale, Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden deutlicher aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung der vorliegenden Erfindung, wenn diese zusammen mit den beigefügten Figuren betrachtet wird.
Figurenliste

1 ist ein Blockdiagramm, welches einen Aufbau einer Fahrzeugenergiemanagementvorrichtung entsprechend einer ersten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
2 ist eine Ansicht, welche ein Beispiel eines Zielfahrzeuggeschwindigkeitsplans und eines Antriebsnotwendigkeitsplans für einen Antriebsstrangdomain-Stellmotor, welche durch eine Optimalplan-Berechnungseinheit erstellt werden, zeigt;
3 ist ein Flussdiagramm, welches einen Betriebsfluss für eine Optimierung unter Verwendung eines genetischen Algorithmus zeigt;
4 ist eine Ansicht, welche eine Technik zur Optimierung unter Verwendung des genetischen Algorithmus schematisch zeigt
5 ist ein Flussdiagramm, welches einen Betrieb der Fahrzeugenergiemanagementvorrichtung entsprechend der ersten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
6 ist ein Blockdiagramm, welches einen Aufbau einer Fahrzeugenergiemanagementvorrichtung entsprechend einer zweiten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
7 ist eine Ansicht, welche ein Beispiel eines Zielfahrzeuggeschwindigkeitsplans und eines Antriebsnotwendigkeitsplans für einen Antriebsstrang-Stellmotor, welche durch eine Optimalplan-Berechnungseinheit erstellt werden, zeigt; und
8 ist ein Flussdiagramm, welches einen Betrieb der Fahrzeugenergiemanagementvorrichtung entsprechend der zweiten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
<Die Erste Bevorzugte Ausführungsform>
<Systemkonfiguration>
1 ist ein Blockdiagramm, welches einen Aufbau einer Fahrzeugenergiemanagementvorrichtung 100 entsprechend der ersten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. Wie in 1 gezeigt, umfasst die Fahrzeugenergiemanagementvorrichtung 100 eine Fahrzeuginformationen-Erfassungseinheit 2 zum Erfassen von Fahrzeuginformationen wie beispielsweise eine aktuelle Position eines Fahrzeugs, eine Fahrzeuggeschwindigkeit, einen Ladezustand (Ladungsrestbetrag) einer nicht-gezeigten Batterie (Sekundärbatterie) und Ähnliches, eine Routeninformationen-Erfassungseinheit 3 zum Erfassen von Routeninformationen von einem Abfahrtsort zu einem Ziel, das heißt, Informationen über eine Reiseroute, einen Fahrbahnsteigung, einen Straßentyp und Ähnliches, eine Automatik-Fahrtsektion-Bestimmungseinheit 4 zum Bestimmen einer Automatik-Fahrtsektion auf der Basis der durch die Routeninformationen-Erfassungseinheit 3 erfassten Routeninformationen, eine Geschwindigkeitsbereich-Berechnungseinheit 5 zum Berechnen eines Geschwindigkeitsbereichs, welcher für das Fahrzeug selbst zu jeder Position oder bei jeder Sektion auf einer Route zu dem Ziel zugelassen ist, auf der Basis der Ausgaben der Routeninformationen-Erfassungseinheit 3 und der Automatik-Fahrtsektion-Bestimmungseinheit 4, und eine Beschleunigungsbereich-Berechnungseinheit 6.
Die Fahrzeugenergiemanagementvorrichtung 100 umfasst weiter eine Optimalplan-Berechnungseinheit 7 zum Erstellen eines Zielfahrzeuggeschwindigkeitsplans zum Minimieren eines Kraftstoffverbrauchs, welcher benötigt wird, um zu dem Ziel zu gelangen, und einen Antriebsnotwendigkeitsplan für einen Antriebsstrang-Stellmotor wie beispielsweise einen Elektromotor, einen Verbrennungsmotor, einen Generator und Ähnliches durch Verwenden der Ausgaben der Fahrzeuginformationen-Erfassungseinheit 2, der Routeninformationen-Erfassungseinheit 3, der Geschwindigkeitsbereich-Berechnungseinheit 5 und der Beschleunigungsbereich-Berechnungseinheit 6 und eine Fahrzeugsteueranweisungseinheit 8 zum Ausgeben einer Steuerungsanweisung an den Antriebsstrang-Stellmotor wie beispielsweise einen Elektromotor 9, einen Verbrennungsmotor 10, einen Generator 11, ein Getriebe 12, eine Kupplung 13 und Ähnliches entsprechend dem Antriebsnotwendigkeitsplan, sodass die Fahrzeuggeschwindigkeit gleich einer Zielfahrzeuggeschwindigkeit an der vorliegenden Position werden kann.
Es wird angenommen, dass die vorliegende Erfindung auf ein Elektrofahrzeug angewendet wird, wie beispielsweise ein Hybrid-Fahrzeug oder Ähnliches mit einer Tempomat-Funktion, zum Ausführen einer Automatik-Fahrt und durch Ausgeben der Steueranweisung an den Antriebsstrang-Stellmotor von der Fahrzeugsteueranweisungseinheit 8 kommt auf der Basis des Zielfahrzeuggeschwindigkeitsplans und des Antriebsnotwendigkeitsplans für den Antriebstrang-Stellmotor, welche durch die Optimalplan-Berechnungseinheit 7 erstellt sind, ist es möglich einen Kraftstoffverbrauch, welcher nicht ausreichend durch die konventionelle ACC (adaptive Cruise Control-adaptiver Tempomat) reduziert werden kann, weiter zu reduzieren.
Die vorliegende Erfindung ist allerdings ebenso effektiv, falls die Automatik-Fahrt nicht ausgeführt wird. Obwohl die Operation zum Auswählen eines Fahrtmodus auf der Basis des Antriebsnotwendigkeitsplans für den Antriebsstrang-Stellmotor, welcher durch die Optimalplan-Berechnungseinheit 7 erstellt ist, die Tempomat-Funktion verwendet, wenn diese nur dazu gedacht ist den durch die Optimalplan-Berechnungseinheit 7 erstellten Zielfahrzeuggeschwindigkeitsplan zu erzielen, kann eine Anweisung für eine Fahrzeuggeschwindigkeit, gegebenenfalls an einen Fahrer ausgegeben werden. Um die Anweisung für eine Fahrzeuggeschwindigkeit auszugeben, kann beispielsweise ein On-Board-Fahrzeugnavigationssystem verwendet werden, um eine Anweisung mit Sprache oder einem Bild auszugeben. Natürlicherweise kann, wenn der Fahrer beabsichtigt die Automatik-Fahrt in einer Automatik-Fahrtsektion auszuführen, die Fahrzeuggeschwindigkeit automatisch eingestellt werden.
Hierbei kann die Routeninformationen-Erfassungseinheit 3 beispielsweise das On-Board-Fahrzeugnavigationssystem verwenden, um die aktuelle Position über einen Empfänger (GPS-Sensor) zum Empfangen einer Positionsinformation von einem Satelliten Positionierungssystem wie beispielsweise einem GPS (globales Positionierungssystem) oder ähnlichem in dem Fahrzeugnavigationssystem zu erfassen und nach Routeninformationen von eingebundenen Kartendaten zu suchen. Weiter kann durch Verbinden eines tragbaren Terminals, eines PDA (persönlicher digitaler Assistent) oder einem Smartphone, mitgeführt durch den Fahrer oder einen Beifahrer, mit der Fahrzeugenergiemanagementvorrichtung 100 eine darin eingebundene Navigationsfunktion (Applikation) als die Routeninformationen-Erfassungseinheit 3 verwendet werden.
Weiter kann die Routeninformationen-Erfassungseinheit 3 eine Kombinationsvorrichtung zum Ausführen einer Kommunikation mit einem Server außerhalb des Fahrzeugs zum Erfassen der vorliegenden Position des Fahrzeugs von der Fahrzeuginformationen-Erfassungseinheit 2 und zum Erfassen der Routeninformationen von einem Infrastrukturserver außerhalb des Fahrzeugs wie beispielsweise einem VICS (Vehicle Information and Communication System-eingetragene Handelsmarke)-Center oder ähnlichem über die Kommunikationsvorrichtung aufweisen. Natürlicherweise kann die Fahrzeugenergiemanagementvorrichtung 100 ein Originalnavigationssystem als die Routeninformationen-Erfassungseinheit 3 zum Erfassen der Routeninformationen aus eingebundenen Kartendaten aufweisen.
Als die Routeninformationen können nicht nur die Reiseroute, der Straßengradient und der Straßentyp sondern auch eine Straßenform wie beispielsweise eine Kreuzung, eine Kurve oder Ähnliches und Straßeninformationen wie beispielsweise ein Ampelzustand, eine Baustelle, ein Unfall, ein Verkehrsstau oder Ähnliches erfasst werden. Manche der Fahrzeugnavigationssysteme aktualisieren diese Informationen in Echtzeit und daher ist es vorteilhaft an diesem Punkt das Fahrzeugnavigationssystem zu verwenden.
Die Fahrzeuginformationen-Erfassungseinheit 2 kann einen Batteriesensor zum Erfassen des Ladezustands der Batterie zum direkten Messen des Restbetrags einer Ladung der Batterie aufweisen oder kann Informationen über den Ladezustand von einer bereits vorhandenen Batteriemanagementeinheit erfassen. Alternativ kann, falls die Fahrzeuginformationen-Erfassungseinheit 2 einen GPS-Sensor aufweist, die Fahrzeuginformationen-Erfassungseinheit 2 die aktuelle Position über den GPS-Sensor erfassen oder, falls die Routeninformationen-Erfassungseinheit 3 ein GPS-Sensor aufweist, kann die Fahrzeuginformationen-Erfassungseinheit 2 Informationen über die aktuelle Position von der Routeninformationen-Erfassungseinheit 3 erfassen.
Die Automatik-Fahrtsektion-Bestimmungseinheit 4 kann eine Sektion, bei welcher der Straßentyp der Route eine Schnellstraße oder eine beschränkte Autobahn ist, als die Automatik-Fahrtsektion bestimmen. Weiter kann in der Zukunft, wenn eine für eine Automatik-Fahrt bestimmte Straße, auf welcher Menschen nicht fahren und nur Automatik-Fahrt-Fahrzeuge betrieben werden, vorgesehen ist, kann die Automatik-Fahrtsektion-Bestimmungseinheit eine Sektion, welche die für eine Automatik-Fahrt bestimmte Straße ist, als die Automatik-Fahrtsektion bestimmen. In einem Fahrzeug mit einer Tempomat-Funktion kann die Automatik-Fahrtsektion-Bestimmungseinheit 4 bestätigen, dass der Fahrer einen Tempomat-Schalter umgelegt, und eine Sektion, bei welcher derselbe Straßentyp (beispielsweise eine Schnellstraße) wie der der Sektion, bei welcher der Fahrer den Tempomat-Schalter umlegt, weitergeht, als die Automatik-Fahrtsektion bestimmen. Durch Bereitstellen der Automatik-Fahrtsektion-Bestimmungseinheit 4 kann eine Zielfahrzeuggeschwindigkeit einer herausragenden Motoreffizienz selbst bei der Automatik-Fahrtsektion eingestellt werden.
Die Geschwindigkeitsbereich-Berechnungseinheit 5 berechnet einen Geschwindigkeitsbereich nicht zum Minimieren des Kraftstoffverbrauchs, sondern berechnet einen Geschwindigkeitsbereich auf der Basis einer erlaubten Geschwindigkeit oder einen Geschwindigkeitsbereich, bei welchem sich der Fahrer nicht irgendwie unwohl oder befremdet fühlt. Auf einer Straße, bei welcher die erlaubte Geschwindigkeit gleich 60 km/h ist, wird beispielsweise der Geschwindigkeitsbereich auf einen Bereich von 60 bis 40 km/h eingestellt und, selbst wenn Motoreigenschaften während eines Betriebs bei 70 km/h gut sind, wird der Geschwindigkeitsbereich nicht auf eine Geschwindigkeit eingestellt, welche die erlaubte Geschwindigkeit überschreitet. Somit wird es ermöglicht zu fahren, während die erlaubte Geschwindigkeit eingehalten wird.
In diesem Fall kann der Geschwindigkeitsbereich, bei welchem sich der Fahrer nicht in irgendeiner Weise unwohl oder befremdet fühlt, auf der Basis einer Datenbank eingestellt werden, in welcher digitalisiertes Unwohlsein oder Befremdetsein mit einer Geschwindigkeit verknüpft ist. Wenn das Fahrzeug bei einer Geschwindigkeit von 20 km/h auf einer Straße betrieben wird, auf welcher die erlaubte Geschwindigkeit gleich 60 km/h ist, fühlt sich der Fahrer, aufgrund der relativen Geschwindigkeit mit Bezug zu umgebenden anderen Fahrzeugen, unwohl oder befremdet. Daher wird der Geschwindigkeitsbereich nicht auf eine Geschwindigkeit eingestellt, welche mit einer Befremdetheit von 100 (Maximalwert) oder Ähnliches in der Datenbank verknüpft ist.
Die obere und untere Grenze des Geschwindigkeitsbereichs kann in Abhängigkeit nicht nur von der erlaubten Geschwindigkeit sondern auch von dem Straßentyp wie beispielsweise einer Schnellstraße, einer allgemeinen Straße, einer Bergstraße oder ähnlichem geändert werden. Beispielsweise kann der Geschwindigkeitsbereich auf einem Bereich von einhundert bis 70 km/h auf der Schnellstraße, auf einem Bereich von 50 bis 20 km/h auf der Bergstraße oder Ähnliches eingestellt werden.
Weiter ist in der Automatik-Fahrtsektion der Fahrzeuggeschwindigkeitsbereich nicht auf eine eingestellte Fahrzeuggeschwindigkeit für eine Automatik-Fahrt festgelegt sondern ein breiter Fahrzeuggeschwindigkeitsbereich wird innerhalb eines die erlaubte Geschwindigkeit nicht überschreitenden Bereichs berechnet, bei welchem der Fahrer sich nicht in irgendeiner Weise befremdet fühlt. Umgekehrt kann außerhalb der Automatik-Fahrtsektion der Fahrzeuggeschwindigkeitsbereich derart berechnet werden, damit dieser enger als der in der Automatik-Fahrtsektion ist.
Durch die Einengung des Fahrzeuggeschwindigkeitsbereichs außerhalb der Automatik-Fahrtsektion kann ein Fahrzeug Geschwindigkeitsbereich eingestellt werden, bei welchem sich der Fahrer nicht in irgendeiner Weise befremdet fühlt.
Die Beschleunigungsbereich-Berechnungseinheit 6 berechnet eine Beschleunigung nicht zum Minimieren des Kraftstoffverbrauchs, sondern berechnet einen Beschleunigungsbereich, bei welchem der Fahrer sich nicht unwohl fühlt. In diesem Fall kann der Beschleunigungsbereich, bei welchem der Fahrer sich nicht unwohl fühlt, auf der Basis einer Datenbank eingestellt werden, in welcher ein digitalisiertes Unwohlsein mit einer Beschleunigung verknüpft ist. Dadurch wird es möglich zu reisen, während nicht zu einem solchen Grad beschleunigt wird, dass der Fahrer sich unwohl fühlt.
Die Beschleunigungsbereich-Berechnungseinheit 6 kann den Beschleunigungsbereich für einen jeden Straßentyp durch Verwenden von Straßentyp-Informationen einstellen, welche die Routeninformationen-Erfassungseinheit 3 aufweist.
Der Antriebsnotwendigkeitsplan für den Antriebsstrang-Stellmotor, welcher durch die Optimalplan-Berechnungseinheit 7 erstellt ist, ist ein Plan zum Bestimmen, ob der Elektromotor 9, der Verbrennungsmotor 10 und der Generator 11 in einer Sektion auf der Route zu dem Ziel zu betreiben oder anzuhalten ist. Falls das Fahrzeug in einem EV-Modus in einer bestimmten Sektion läuft, wird beispielsweise, da der Verbrennungsmotor 10 angehalten ist, der Generator 11 angehalten ist und nur der Elektromotor 9 betrieben wird, die gesamte Fahrtenergie von dem Elektromotor 9 erhalten und daher vermindert sich der Ladungsrestbetrag der Batterie. Weiter, falls das Fahrzeug in einem HEV-Modus in einer anderen Sektion läuft, da der Verbrennungsmotor 10 betrieben wird, der Generator 11 betrieben wird und der Elektromotor 9 ebenso betrieben wird, wird die Fahrtenergie von dem Elektromotor 9 erhalten, während der Generator 11 elektrische Energie durch Verwenden der Leistung des Verbrennungsmotors 10 erzeugt und die Batterie (Speicherbatterie) mit der elektrischen Energie aufgeladen wird, und daher ist es möglich eine Verminderung in dem Ladungsrestbetrag der Batterie zu verhindern. In einem Fahrzeug mit dem Getriebe 12 und der Kupplung 13 umfasst der Antriebsnotwendigkeitsplan ebenso einen Plan für eine Verbindung und ein Loslassen der Kupplung und ein Schalten eines Gangs des Getriebes.
Die Optimalplan-Berechnungseinheit 7 kann den Zielfahrzeuggeschwindigkeitsplan zum Minimieren des Kraftstoffverbrauchs, welcher benötigt wird, um zu dem Ziel zu gelangen, und den Antriebsnotwendigkeitsplan für den Antriebstrang-Stellmotor auf der Basis der Ausgaben der Fahrzeuginformationen-Erfassungseinheit 2 und der Routeninformationen-Erfassungseinheit 3 erstellen oder kann den Zielfahrzeuggeschwindigkeitsplan und den Antriebsnotwendigkeitsplan für den Antriebsstrang-Stellmotor auf der Basis der Ausgaben der Fahrzeuginformationen-Erfassungseinheit 2, der Routeninformationen-Erfassungseinheit 3 und der Geschwindigkeitsbereich-Berechnungseinheit 5 erstellen. In dem ersteren Fall werden, da es keine Bedingung für den Geschwindigkeitsbereich gibt, weniger Beschränkungsbedingungen in den Optimalplan eingegeben und daher vermindert sich die Rechenlast. Im letzteren Fall kann, da der Geschwindigkeitsbereich in der Beschränkungsbedingung umfasst ist, solch eine Zielfahrzeuggeschwindigkeit eingestellt werden, welche die erlaubte Geschwindigkeit beachtet und der Fahrer sich nicht in irgendeiner Weise befremdet fühlt. Die Fahrzeugenergiemanagementvorrichtung 100 erstellt nicht nur den Optimalplan beim Start das Fahrzeug sondern erfasst ebenso verschiedene Informationen, wie es die Umstände verlangen, vom Start bis zur Ankunft an dem Ziel und erstellt den Optimalplan nach Notwendigkeit.
<Optimalplan>
Als Nächstes wird mit Bezug zu 2 ein Beispiel des Zielfahrzeuggeschwindigkeitsplans und des Antriebsnotwendigkeitsplans für den Antriebstrang-Stellmotor beschrieben, welche durch die Optimalplan-Berechnungseinheit 7 erstellt werden.
2 zeigt einen konventionellen ACC-Modus, bei welchem das Fahrzeug bei einer konstanten Geschwindigkeit mit dem konventionellen ACC (adaptive Cruise Control-adaptiver Tempomat) und in einem Zielfahrzeuggeschwindigkeitstypmodus betrieben wird, bei welchem der Zielfahrzeuggeschwindigkeitsplan und der Antriebsnotwendigkeitsplan für den Antriebstrang-Stellmotor zusammen erstellt werden. In 2 ist eine Route von dem Abfahrtsort zu dem Ziel in 10 Sektionen unterteilt und die Fahrbahnsteigung-Informationen, die Fahrzeuggeschwindigkeit und die Motoreffizienz in jeder Sektion sind gezeigt. Mit Bezug zu der Fahrzeuggeschwindigkeit wird der Fahrzeuggeschwindigkeitsbereich durch eine gestrichelte Linie angegeben, die Fahrzeuggeschwindigkeit in dem konventionellen ACC-Modus wird durch eine dünne durchgezogene Linie angegeben und die Zielfahrzeuggeschwindigkeit in dem Zielfahrzeuggeschwindigkeitstypmodus wird durch eine dicke durchgezogene Linie angegeben. Weiter mit Bezug zu der Motoreffizienz wird die Motoreffizienz in dem konventionellen ACC-Modus durch eine dünne durchgezogene Linie angegeben und die Motoreffizienz in dem Zielfahrzeuggeschwindigkeitstypmodus wird durch eine dicke durchgezogene Linie angegeben.
In 2 ist in der Sektion 1 die Zielfahrzeuggeschwindigkeit in dem Zielfahrzeuggeschwindigkeitstypmodus auf dieselbe Geschwindigkeit wie die Fahrzeuggeschwindigkeit in dem konventionellen ACC-Modus eingestellt und das Fahrzeug läuft in dem HEV-Modus, bei welchem sowohl der Verbrennungsmotor als auch der Elektromotor zum Beschleunigen betrieben werden. In dieser Sektion 1 gibt es keinen Unterschied in der Motoreffizienz zwischen den zwei Moden.
In den Sektionen 2 bis 6 läuft, in dem konventionellen ACC-Modus, das Fahrzeug bei der eingestellten konstanten Fahrzeuggeschwindigkeit, aber das Betreiben bei der eingestellten konstanten Fahrzeuggeschwindigkeit ist nicht immer ein Betriebspunkt einer hohen Motoreffizienz und die Motoreffizienz ist geringer als die in dem Zielfahrzeuggeschwindigkeitstypmodus. Andererseits wird in dem Zielfahrzeuggeschwindigkeitstypmodus durch Planen einer Zielfahrzeuggeschwindigkeit, auf welche die Geschwindigkeit erhöht wird, sodass ein Betriebspunkt einer hohen Motoreffizienz erzielt werden kann, der Kraftstoffverbrauch reduziert. In diesem Fall wird die Zielfahrzeuggeschwindigkeit geplant, um innerhalb des durch die gestrichelte Linie angegebenen Fahrzeuggeschwindigkeitsbereichs zu liegen, sodass der Fahrer sich nicht in irgendeiner Weise befremdet fühlt.
Hier wird ein Betriebspunkt einer hohen Motoreffizienz beschrieben. Die Energie (Motorleistung), welche durch den Verbrennungsmotor erzeugt wird, wird als „Verbrennungsmotorleistung = Drehzahl (die Anzahl von Umdrehungen) x Drehmoment“ bestimmt und mit anderen Worten hängt von der Motordrehzahl und dem Drehmoment (Motorlast) ab. Bezüglich eines allgemeinen Trennungsmotors, wenn die Motordrehzahl in gewisser Weise groß ist und die Motorlast ebenso groß ist, wird eine Kraftstoffverbrauchseffizienz hoch. Falls ein Geschwindigkeitsmuster, bei welchem die Fahrzeuggeschwindigkeit geringer ist und keine Beschleunigung ausgeführt wird, da die Fahrtenergie gering ist, wird sowohl die Motordrehzahl als auch die Motorlast gering sein und der Verbrennungsmotor wird bei einem Betriebspunkt (Motorleistung) einer schlechten Motoreffizienz betrieben und daher wird die Kraftstoffeffizienz niedrig. Im Gegensatz dazu wird in dem Zielfahrzeuggeschwindigkeitstypmodus, wie in den Sektionen 2 bis 6 gezeigt, da das Fahrzeuggeschwindigkeitsmuster, bei welchem eine Beschleunigung ausgeführt wird, eingestellt ist, nicht das Fahrzeuggeschwindigkeitsmuster, bei welchem die Fahrzeuggeschwindigkeit gering ist, die Fahrtenergie höher und das Fahrzeug läuft bei einem Betriebspunkt einer hohen Motoreffizienz und daher wird der Kraftstoffverbrauch verbessert. Weiter wird in den Sektionen 2 bis 6, obwohl das Fahrzeug in dem HEV-Modus läuft, der Antriebsnotwendigkeitsplan, bei welchem der Elektromotor nicht betrieben wird, in diesem Fall erstellt und daher kann die Zielfahrzeuggeschwindigkeit unter Berücksichtigung nur der Motoreffizienz geplant werden.
In der Sektion 7, bei welcher es einen steil ansteigenden Gradienten gibt, wird, da das Fahrzeug bei einer konstanten Fahrzeuggeschwindigkeit in dem konventionellen ACC-Modus läuft, obwohl es einen ansteigenden Gradienten gibt, der Verbrennungsmotor in einem hohen Leistungsbereich des hohen Effizienzbereichs des Verbrennungsmotors betrieben. Daher wird die Motoreffizienz weiter niedriger.
In dem Zielfahrzeuggeschwindigkeitstypmodus kann allerdings, da die Fahrzeuggeschwindigkeit bei dem steil ansteigenden Gradienten vermindert wird und solch eine Zielfahrzeuggeschwindigkeit, bei der der Verbrennungsmotor in dem Hocheffizienzbereich des Verbrennungsmotors betrieben wird, eingestellt wird, der Kraftstoffverbrauch während dem Betreiben an einem steilen Gradienten reduziert werden. Weiter kann in der Sektion 7, da das Fahrzeug in dem HEV-Modus betrieben wird, bei welchem der Elektromotor ebenso betrieben wird, die Motoreffizienz weiter erhöht werden.
In den Sektionen 8 und 9, bei welchen es einen abfallenden Gradienten gibt, wird, in dem konventionellen ACC-Modus das Fahrzeug in einem EV-Regenerationsmodus betrieben, sodass die Geschwindigkeit konstant bleibt und die Batterie mit Regenerationsenergie aufgeladen wird. Obwohl die in der Batterie geladene elektrische Energie in dem zukünftigen EV-Betrieb verbraucht wird, um dadurch den Energieverbrauch zu mindern, kann, da es einen Elektromotor-Verlust, einen Inverter-Verlust und einen Energiespeicher-Verlust in der Batterie in dem EV-Regenerationsmodus gibt, nicht 100% der Energie zurückgewonnen werden und es gibt einen Verlust.
Andererseits kann, in dem Zielfahrzeuggeschwindigkeitstypmodus, da weder der Verbrennungsmotor noch der Elektromotor betrieben wird und ein Trägheitsbetrieb (Ausrollen) bei einem abfallenden Gradienten betrieben wird, sodass die Geschwindigkeit innerhalb eines vorab eingestellten Fahrzeuggeschwindigkeitsbereichs liegt, der unwirksame Motor-Verlust, Inverter-verlust und Energiespeicher-Verlust reduziert werden und die potentielle Energie während dem Betreiben bei einem abfallenden Gradienten kann effizient in kinetische Energie umgewandelt werden. Weiter da der Verbrennungsmotor nicht in dem Trägheitsbetrieb verwendet wird, wird die Motoreffizienz nicht berechnet.
Dann gelangt, in Sektion 10, bei welcher es keinen abfallenden Gradienten mehr gibt, das Fahrzeug zu dem Ziel, während die Geschwindigkeit sich wie in dem konventionellen ACC-Modus vermindert. Das Fahrzeug wird in dem EV-Regenerationsmodus betrieben, nur der Elektromotor wird zum Umwandeln der Fahrtenergie in elektrische Energie betrieben und die Batterie wird mit der Regenerationsenergie aufgeladen
Weiter unter der Annahme, dass die Sektionen 1 und 10 Sektionen sind, bei welchen eine normale Fahrt in einem Stadtbereich ausgeführt wird, und die Sektionen 2 bis 9 Automatik-Fahrtsektionen auf der Schnellstraße sind, wird die Fahrzeuggeschwindigkeit entsprechend der Absicht des Fahrers während des normalen Fahrens in dem Stadtbereich geändert, sodass der Fahrer sich nicht in irgendeiner Weise befremdet fühlt, und die Zielfahrzeuggeschwindigkeit wird nur in den Automatik-Fahrtsektionen eingestellt, um dadurch den Kraftstoffverbrauch zu reduzieren.
<Optimierungsproblem>
Der Zielfahrzeuggeschwindigkeitsplan und der Antriebsnotwendigkeitsplan für den Antriebsstrang-Stellmotor in dem Zielfahrzeuggeschwindigkeitstypmodus, oben beschrieben, kann durch Berechnen eines Optimierungsproblems unter Verwendung des Kraftstoffverbrauchs, welcher benötigt wird, um zu dem Ziel zu gelangen, als eine objektive Funktion und der Ausgaben der Fahrzeuginformationen-Erfassungseinheit 2, der Routeninformationen-Erfassungseinheit 3, der Geschwindigkeitsbereich-Berechnungseinheit 5 und der Beschleunigungsbereich-Berechnungseinheit 6 als Beschränkungsbedingungen erstellt werden und eine Minimierung des Kraftstoffverbrauchs kann dadurch erzielt werden.
Insbesondere wird unter der Annahme, dass die objektive Funktion der von dem Abfahrtsort zu dem Ziel benötigte Kraftstoffverbrauch ist, in dem beispielhaften Fall aus 2, die objektive Funktion durch die Gesamtsumme der jeweiligen Kraftstoffverbräuche in den Sektionen 1 bis 10 bestimmt. In diesem Fall wird die Fahrtenergie P durch die nachfolgende Gleichung (1) bestimmt:
[Gleichung (1)] $\begin{matrix} P = (μ_{r o l l} \times m_{w e i g h t} \times g \times cos θ + \frac{1}{2} \times ρ \times C_{D} \times C_{S} \times V_{S}^{2} + m_{w e i g h t} \times \frac{d V_{S}}{d t} \\ + m_{w e i g h t} \times g \times sin θ) \times V_{S} \end{matrix}$
In der obigen Gleichung (1) stellt „µ_roll“ einen Rollwiderstandskoeffizienten dar, „m_Gewicht“ stellt ein Fahrzeuggewicht (kg) dar, „g“ stellt eine Erdbeschleunigung (m/s²) dar, „θ“ stellt einen Fahrbahnsteigung (rad) dar „ρ“ stellt eine Luftdichte (kg/m³) dar, „C_D“ stellt einen Luftwiderstandskoeffizienten dar, „C_S“ stellt einen nach vorne projizierten Bereich (m²) dar und „V_S“ stellt eine Fahrzeuggeschwindigkeit (m/s) dar. Fahrtwiderstandsparameter wie beispielsweise der Rollwiderstandskoeffizient, das Fahrzeuggewicht, der Luftwiderstandkoeffizient, der nach vorne projizierte Bereich und Ähnliches können in einer Datenbank innerhalb der Optimalplan-Berechnungseinheit 7 gehalten werden oder können zusammen mit den Informationen über die Fahrzeuggeschwindigkeit von der Fahrzeuginformationen-Erfassungseinheit 2 erfasst werden. Der Straßengradient kann von der Routeninformationen-Erfassungseinheit 3 erfasst werden.
Als die Beschränkungsbedingungen gibt es:

P < maximale Elektromotorleistung (in dem EV-Modus),
P < maximale Elektromotorleistung + maximale Verbrennungsmotorleistung (in dem HEV-Modus),
Untergrenze des Geschwindigkeitsbereichs < V_S < Obergrenze des Geschwindigkeitsbereichs
Untergrenze des Beschleunigungsbereichs < dVs/dt = Obergrenze des Beschleunigungsbereichs,
Untergrenze eines Ladungsbetrags < Ladungsrestbetrag < Obergrenze eines Ladungsbetrags, Verbrennungsmotor-Drehzahl = Verbrennungsmotor-Drehzahl-Eigenschaften (erfasst aus einer Karte unter Verwendung von P als eine Variable),
Verbrennungsmotor-Drehmoment = Verbrennungsmotor-Drehmoment-Eigenschaften (erfasst aus einer Karte unter Verwendung von P als eine Variable),
Kraftstoffverbrauch = Verbrennungsmotor-Kraftstoff-Eigenschaften (erfasst aus einer Karte unter Verwendung einer Drehzahl und einem Drehmoment als Variablen) und Ähnliches.

Der Optimierungsprozess dient dazu solch eine Zielfahrzeuggeschwindigkeit und einen Fahrtmodus einzustellen, welche den Kraftstoffverbrauch als die objektive Funktion auf der Basis der oben beschriebenen Beschränkungsbedingungen minimieren. Als eine Technik zur Optimierung kann ein dynamisches Programmieren, ein quadratisches Programmieren, ein genetischer Algorithmus und Ähnliches verwendet werden, nur falls die Kombination der Zielfahrzeuggeschwindigkeit und des Fahrtmodus eingestellt werden kann. Nachfolgend wird als eine beispielhafte Technik ein Fall unter Verwendung des genetischen Algorithmus beschrieben.
<Optimierung unter Verwendung eines genetischen Algorithmus>
Der genetische Algorithmus ist eine Optimierungstechnik basierend auf der Evolution von lebendigen Dingen, welches eine Technik ist, wobei das Gen eines Individuums, welches stark ist, welches auf die Umstände angepasst ist, in die nächste Generation überdauert und wiederholt Abkömmlinge durch ein Kreuzen und eine Mutation hinterlässt, um sich dadurch einer optimalen Lösung zu nähern.
Nachfolgend wird mit Bezug zu den 3 und 4 eine Optimierungstechnik unter Verwendung des genetischen Algorithmus beschrieben. 3 ist ein Flussdiagramm, welches einen Betriebsfluss für die Optimierungstechnik unter Verwendung des genetischen Algorithmus zeigt, und 4 ist eine Ansicht, welche die Optimierungstechnik unter Verwendung des genetischen Algorithmus schematisch zeigt. In 4 wird zur Vereinfachung ein Fall beschrieben, bei welchem die Fahrzeuggeschwindigkeit fest ist und die jeweiligen Moden für 4 Sektionen eingestellt werden.
In Schritt S1 aus 3 wird zuerst eine Anfangsgruppe erzeugt. In diesem Schritt, wie in 4 gezeigt, werden 4 Individuen A bis D als die Anfangsgruppe vorbereitet, um eine Kombination von Moden aus zufälligen Kombinationen auszuwählen, um für eine jede Sektion eingestellt zu werden. Insbesondere ist das Individuum A eine Kombination zum Einstellen des EV-Modus für alle 4 Sektionen und das Individuum B eine Kombination zum Einstellen des EV-Modus für die erste und vierte Sektion und zum Einstellen eines serien HV-Modus für alle verbleibenden Sektionen. Das Individuum C ist eine Kombination zum Einstellen des EV-Modus für die erste und zweite Sektion und zum Einstellen eines parallelen HV-Modus für alle verbleibenden Sektionen und das Individuum D ist eine Kombination zum Einstellen des parallelen HV-Modus für die erste und dritte Sektion, zum Einstellen des serien HV-Modus für die zweite Sektion und zum Einstellen des EV-Modus für die vierte Sektion. Die Individuen A bis D, welche somit zufällig erzeugt werden, werden als eine erste Generation bezeichnet.
Hier bezeichnet der serien HV-Modus einen Modus, bei welchem die Kupplung zwischen dem Verbrennungsmotor und Reifen gelöst wird, eine elektrische Energie durch eine Antriebsenergie des Verbrennungsmotors erzeugt wird und mit der erzeugten elektrischen Energie der Elektromotor betrieben wird, um das Fahrzeug fahren zu lassen, und die Batterie aufgeladen wird. Der parallele HV-Modus bezeichnet einen Modus, bei welchem die Kupplung zwischen dem Verbrennungsmotor und den Reifen verbunden ist und das Fahrzeug nur durch die Antriebsenergie des Verbrennungsmotors veranlasst wird zu fahren, allerdings nach Notwendigkeit der Elektromotor durch die elektrische Energie der Batterie betrieben wird und das Fahrzeug durch die Antriebsleistungen sowohl des Verbrennungsmotors als auch des Elektromotors veranlasst wird zu fahren.
Als Nächstes wird Schritt S2 aus 3 eine Stärke (Fitness)-Bewertung ausgeführt. In diesem Schritt wird, wie in einer Tabelle aus 4 gezeigt, welche angibt, ob die Beschränkungsbedingungen mit Bezug zu einem jeden Kraftstoffverbrauch erfüllt ist oder nicht, zuerst der Kraftstoffverbrauch für jedes Individuum A bis D berechnet und dann wird bestimmt, ob die Beschränkungsbedingung mit Bezug zu jedem Kraftstoffverbrauch erfüllt ist oder nicht.
In 4 wird mit Bezug zu dem Individuum A, da nur der EV-Modus für alle Sektionen eingestellt ist, der Kraftstoffverbrauch minimal (0 g), aber, da die Laderestmenge der Batterie als die Beschränkungsbedingungen niedriger ist als die Untergrenze, ist die Beschränkungsbedingung nicht erfüllt (NG) und das Individuum A wird entfernt. Mit Bezug zu den anderen Individuen wird die Beschränkung Bedingung erfüllt (OK), aber das Individuum D wird ausgeschlossen, da der Kraftstoffverbrauch maximal ist (40 g) und die Individuen B und C bleiben bestehen, da die entsprechenden Kraftstoffverbräuche niedrig sind. Somit endet die Selektion in Schritt S3 aus 3.
Als Nächstes werden in Schritt S4 aus 3 die verbleibenden Individuen neu kombiniert zum Veranlassen einer Kreuzung und/oder einer Mutation und Individuen der nächsten Generation werden dadurch erzeugt. Insbesondere werden, wie in 4 gezeigt, die Individuen B und C in einen Satz der ersten und zweiten Sektion und einen Satz der dritten und vierten Sektion der jeweiligen Individuen geteilt und diese Sätze werden neu kombiniert, um dadurch Individuen A1, B1, C1 und D1 als die Individuen der zweiten Generation zu erzeugen. Zu diesem Zeitpunkt werden die jeweiligen dritten und vierten Sektionen der Individuen B und C gekreuzt, um dadurch die Individuen A1 und B1 zu erzeugen. Weiter weisen die Individuen C1 dieselbe Kombination wie die des Individuums B auf und das Individuum D1 weist eine Kombination auf, wobei die dritte Sektion des Individuums B zu dem EV-Modus mutiert ist.
Für die Individuen der nächsten Generation, welche somit erzeugt sind, werden die Stärke-Bewertung in Schritt S2, die Selektion in Schritt S3 und die Neukombination der Individuen in Schritt S4 wiederholt, bis eine vorbestimmte Endbedingung erfüllt ist, und, wenn bestimmt ist im Schritt S5, dass die Endbedingung erfüllt ist, wird das Individuum mit dem niedrigsten Kraftstoffverbrauch zu diesem Zeitpunkt als der optimierte Plan bestimmt. In diesem Fall kann als die vorbestimmte Endbedingung beispielsweise durch Einstellen eines Schwellenwerts für die Anzahl von Wiederholungen der Schritte S2 bis S4 bestimmt werden, dass der Prozess beendet wird, falls die Anzahl von Wiederholungen der Schritte S2 bis S4 den Schwellenwert erreicht, oder durch Einstellen eines Lernende-Schwellenwerts für die objektive Funktion kann bestimmt werden, dass der Prozess beendet wird, falls die objektive Funktion nicht höher als dieser Schwellenwert wird.
Weiter kann, obwohl dieser Fall gezeigt wurde, zur Vereinfachung, wobei die Fahrzeuggeschwindigkeit fest ist und nur der Fahrtmodus in der obigen Beschreibung eingestellt wird, ein Optimalplan der Zielfahrzeuggeschwindigkeit und des Fahrtmodus unter Berücksichtigung der Typen einer Fahrzeuggeschwindigkeit wie beispielsweise der Beschleunigung in dem EV-Modus, keine Geschwindigkeitsänderung in dem EV-Modus, das Abbremsen in dem EV-Modus, das Beschleunigen in dem HEV-Modus, keine Geschwindigkeitsänderung in dem HEV-Modus, dem Abbremsen in dem HEV-Modus und Ähnliches erstellt werden.
Weiterhin kann, obwohl der Kraftstoffverbrauch, welche benötigt wird, um zu dem Ziel zu gelangen, als die objektive Funktion in der oben beschriebenen Beschreibung verwendet wird, ein beliebiger Wert wie beispielsweise die Verbrauchsenergie, die Kraftstoffeffizienz, die Kohlenstoffdioxid (CO2)-Emissionen, die Kraftstoffkosten oder Ähnliches als die objektive Funktion verwendet werden.
Obwohl die Optimierungstechnik unter Verwendung des genetischen Algorithmus oben beschrieben wurde, kann die Optimierung durch Verwenden des dynamischen Programmierens oder des quadratischen Programmierens ausgeführt werden.
Das dynamische Programmieren ist eine Technik, bei welcher das zu berechnende Optimierungsproblem in eine Vielzahl von Teilproblemen geteilt wird, entsprechende Lösungen der Teilprobleme erhalten werden und eine Kombination, welche die Beschränkungsbedingungen erfüllt und die objektive Funktion minimiert, erhalten wird. Wenn das dynamische Programmieren auf die Fahrzeugenergiemanagementvorrichtung angewendet wird, werden entsprechende Teilprobleme für diese Sektionen bestimmt und Kombinationen der Fahrtmoden und der in den Sektionen zugelassenen Fahrzeuggeschwindigkeiten jeweils erhalten. Dann wird aus diesen Kombinationen eine Lösung, welche die Beschränkungsbedingungen wie beispielsweise die Laderestmenge der Batterie und den Geschwindigkeitsbereich erfüllt und den niedrigsten Kraftstoffverbrauch aufweist, ausgesucht. Im Gegensatz zu dem genetischen Algorithmus erhöht sich die Berechnungsmenge, da fast alle möglichen Kombinationen der Fahrzeuggeschwindigkeiten und der Fahrtmoden erhalten werden.
Das quadratische Programmieren ist eine Technik, wobei alle objektiven Funktionen und Beschränkungsbedingungen durch quadratische Ausdrücke und/oder lineare Ausdrücke bestimmt werden und eine optimale Lösung auf der Basis der Gleichungen erhalten wird. Da alle Gleichungen durch quadratische Ausdrücke und/oder lineare Ausdrücke ausgedrückt werden und der lokale Maximalwert und der lokale Minimalwert gefunden werden, wobei die Ableitung beim Ableiten gleich 0 ist, kann die optimale Lösung durch ein Lösen von Differenzialgleichungen erhalten werden.
<Hinzufügen eines Strafterms>
Obwohl der Fall gezeigt wurde, bei welchem der von dem Abfahrtsort zu dem Ziel benötigte Kraftstoffverbrauch als die objektive Funktion verwendet wird und die Lösung des Optimierungsproblems erhalten wird, sodass der Kraftstoffverbrauch in der obigen Beschreibung minimiert werden kann, können nicht nur die Pläne, bei welchen der Kraftstoffverbrauch der niedrigste ist, sondern auch Pläne, bei welchen die Fahrzeuggeschwindigkeit außerhalb des Fahrzeuggeschwindigkeitsbereichs oder die Beschleunigung außerhalb des Beschleunigungsbereichs ist, als Strafterme hinzugefügt werden. Durch Hinzufügen der Strafterme ist es möglich den Optimalplan nicht nur zum Minimieren des Kraftstoffverbrauchs sondern auf der Basis eines Wohlbefindens des Fahrers und verschiedenen Bewertungsindizes zu erstellen.
Beispielsweise ist die objektive Funktion durch die nachfolgende Gleichung (2) bestimmt:
[Gleichung (2)] $\begin{matrix} von Abfahrtsort zu Ziel ben \ddot{o} tigter Kraftstoffveerbrauch \\ + Strafterm außerhalb Fahrzeuggeschwindigkeitsbereich \\ + Strafterm außerhalb Beschleuinfigungbereich \\ = Kraftstoffverbrauch von Sektion 1 + ... + Kraftstoffverbrauch \\ von Sektion 10 \\ + Fahrzeuggeschwindikeit - Straffaktor von Sektion 1 \times \\ Abweichungsbetrag von Fahrzeuggeschwindigkeitsbereich von \\ Sektion 1 + ... \\ + Fahrzeuggschwindigkeit - Straffaktor von Sektion 10 \times \\ Abweichungsbetrag von Fahrzeuggeschwindigkeitsbereich von \\ Sektion 10 \\ + Beschleunigunsstraffaktor von Sektion 1 \times \\ Abweichungsbetrag von Beschleuingungsbereich von Sektion 1 + ... \\ + Beschleuingungsstraffaktor von Sektion 10 \times \\ Abweichungsbetrag von Beschleuigungsbereich von Sektion 10 \end{matrix}$
Wie oben beschrieben kann, falls die Beschränkungsbedingungen des Optimierungsproblems die Bedingungen des Fahrzeuggeschwindigkeitsbereichs und des Beschleunigungsbereichs umfassen, wenn die Beschränkung Bedingungen nicht erfüllt sind, die Lösung nicht erhalten werden. Falls die Beschränkungsbedingung streng ist, wie beispielsweise wenn der Geschwindigkeitsbereich einer Sektion eng ist oder Ähnliches, besteht die Möglichkeit, dass die Lösung nicht erhalten werden kann, selbst wenn die Optimierungstechnik verwendet wird. Dann tritt durch Umfassen des Geschwindigkeitsbereichs, welcher die Beschränkungsbedingungen in der objektiven Funktion ist, der Geschwindigkeitsbereich aus der Beschränkungsbedingung in dem Optimierungsproblem heraus und es wird einfacher die optimale Lösung zu erhalten.
Um zu verhindern, dass die Lösung außerhalb des Geschwindigkeitsbereichs erhalten wird, wird allerdings, wie in Gleichung (2) gezeigt, die Gleichung erstellt, sodass die objektive Funktion sich entsprechend dem Abweichungsbetrag von dem Geschwindigkeitsbereich erhöht, um dadurch eine Lösung nicht außerhalb des Geschwindigkeitsbereichs zu erhalten, selbst falls die objektive Funktion das Minimum ist.
<Vorrichtungsbetrieb>
Als Nächstes wird mit Bezug zu dem Flussdiagramm aus 5 ein Betrieb der Fahrzeugenergiemanagementvorrichtung 100 entsprechend der ersten bevorzugten Ausführungsform beschrieben.
Zuerst verwendet die Fahrzeugenergiemanagementvorrichtung 100 die Fahrzeuginformationen-Erfassungseinheit 2 zum Erfassen der Fahrzeuginformationen wie beispielsweise die aktuelle Position, die Fahrzeuggeschwindigkeit, den Ladezustand der Batterie und/oder Ähnliches (Schritt S101).
Nachfolgend erfasst die Routeninformationen-Erfassungseinheit 3 die Routeninformationen wie beispielsweise die Reiseroute zu dem Ziel, den Gradienten, den Straßentyp und/oder Ähnliches (Schritt S102) .
Als Nächstes bestimmt die Automatik-Fahrtsektion-Bestimmungseinheit 4 eine Automatik-Fahrtsektion in der Route (Schritt S103) .
Weiter als Nächstes berechnet die Geschwindigkeitsbereich-Berechnungseinheit 5 den Geschwindigkeitsbereich (Schritt S104) .
Nachfolgend berechnet die Beschleunigungsbereich-Berechnungseinheit 6 den Beschleunigungsbereich (Schritt S105) .
Als Nächstes bestimmt die Optimalplan-Berechnungseinheit, ob die Berechnung des Optimalplans notwendig ist oder nicht (Schritt S106), und, wenn bestimmt wird, dass die Berechnung des Optimalplans notwendig ist, fährt der Prozess mit Schritt S108 fort. In Schritt S106 wird bestimmt, dass die Berechnung des Optimalplans notwendig ist, falls die durch die Fahrzeuginformationen-Erfassungseinheit 2 erfasste Fahrzeuggeschwindigkeit von der Zielfahrzeuggeschwindigkeit um einen bestimmten Schwellenwert oder mehr abweicht, wobei die Reiseroute geändert wird, wenn der Fahrer den Tempomat-Schalter ein oder ausschaltet, und Ähnliches. Durch bestimmen, ob die Berechnung des Optimalplans notwendig ist oder nicht, ist es möglich die Anzahl von Berechnungen des Optimalplans zu reduzieren und die Rechenlast zu vermindern.
Wenn bestimmt wird, dass die Berechnung des Optimalplans notwendig ist, in Schritt S106, erstellt die Optimalplan-Berechnungseinheit 7 den Antriebsnotwendigkeitsplan für den Antriebsstrang-Stellmotor und den Zielfahrzeuggeschwindigkeitsplan (Schritt S107).
Nachfolgend gibt die Fahrzeugsteueranweisungseinheit 8 die Steuerungsanweisung an den Antriebsstrang-Stellmotor wie beispielsweise den Elektromotor, den Verbrennungsmotor, den Generator und Ähnliches derart aus, dass die Fahrzeuggeschwindigkeit die Zielfahrzeuggeschwindigkeit an der aktuellen Position werden kann, entsprechend dem Antriebsnotwendigkeitsplan für den Stellmotor (Schritt S108).
Als Nächstes wird überprüft, ob das Fahrzeug das Ziel erreicht hat oder nicht. Falls das Fahrzeug das Ziel erreicht hat, ist das Energiemanagement beendet und, falls das Fahrzeug das Ziel noch nicht erreicht hat, werden die Prozessschritte S101 bis S109 wiederholt (Schritt S109).
<Die zweite Bevorzugte Ausführungsform>
<Systemkonfiguration>
6 ist ein Blockdiagramm, welches einen Aufbau einer Fahrzeugenergiemanagementvorrichtung 200 entsprechend der zweiten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. Wie in 6 gezeigt umfasst die Fahrzeugenergiemanagementvorrichtung 200 nicht die Automatik-Fahrtsektion-Bestimmungseinheit 4 oder die Beschleunigungsbereich-Berechnungseinheit 6, welche in der Fahrzeugenergiemanagementvorrichtung 100 der mit Bezug zu 1 beschriebenen ersten bevorzugten Ausführungsform umfasst sind, sondern umfasst eine Vorausfahrendes-Fahrzeug-Informationen-Erfassungseinheit 14 zum Erfassen von Vorausfahrendes-Fahrzeug-Informationen wie beispielsweise eine Route, einen Fahrtgeschwindigkeitsplan und Ähnliches eines vorausfahrenden Fahrzeugs und eine Zwischenfahrzeug-Abstandsbereich-Berechnungseinheit 15 zum Berechnen eines Zwischenfahrzeug-Abstandsbereichs zwischen dem Fahrzeug selbst und dem vorausfahrenden Fahrzeug auf der Basis der Ausgabe der Vorausfahrendes-Fahrzeug-Informationen-Erfassungseinheit 14.
Weiter berechnet die Geschwindigkeitsbereich-Berechnungseinheit 5 einen für das Fahrzeug selbst zulässigen Fahrzeuggeschwindigkeitsbereich auf der Basis der Ausgaben der Routeninformationen-Erfassungseinheit 3 und der Vorausfahrendes-Fahrzeug-Informationen-Erfassungseinheit 14. Die Optimalplan-Berechnungseinheit 7 erstellt den Zielfahrzeuggeschwindigkeitsplan zum Minimieren des Kraftstoffverbrauchs, welche benötigt wird, um zu dem Ziel zu gelangen, und den Antriebnotwendigkeitsplan für den Antriebsstrang-Stellmotor wie beispielsweise den Elektromotor, den Verbrennungsmotor, den Generator und Ähnlichem durch Verwenden der Ausgaben der Fahrzeuginformationen-Erfassungseinheit 2, der Routeninformationen-Erfassungseinheit 3, der Geschwindigkeitsbereich-Berechnungseinheit 5 und der Zwischenfahrzeug-Abstandsbereich-Berechnungseinheit 15. Da die Fahrzeuginformationen-Erfassungseinheit 2, die Routeninformationen-Erfassungseinheit 3 und die Fahrzeugsteueranweisungseinheit 8 identisch zu denen in der Fahrzeugenergiemanagementvorrichtung 100 der ersten bevorzugten Ausführungsform sind, wird die Beschreibungen davon ausgelassen.
Die Vorausfahrendes-Fahrzeug-Informationen-Erfassungseinheit 14 kann die Vorausfahrendes-Fahrzeug-Informationen durch eine Zwischenfahrzeug-Kommunikation mit dem vorausfahrenden Fahrzeug erfassen oder kann die Vorausfahrendes-Fahrzeug-Informationen durch eine Kommunikation mit einem Infrastrukturserver wie beispielsweise dem VICS (eingetragene Handelsmarke) oder Ähnlichem erfassen.
Weiter kann es mit Bezug zu der Route des vorausfahrenden Fahrzeugs der Fall sein, dass die Route des vorausfahrenden Fahrzeugs mit der Route des Fahrzeugs selbst verglichen wird, welche durch die Routeninformationen-Erfassungseinheit 3 erfasst wird, und nur die Sektionen, bei welchen die beiden Routen über miteinander übereinstimmen, als die Route des vorausfahrenden Fahrzeugs bestimmt wird. Die Vorausfahrendes-Fahrzeug-Informationen können nur Informationen eines unmittelbar vorausfahrenden Fahrzeugs umfassen oder können Informationen einer Vielzahl von vorausfahrenden Fahrzeugen, welche innerhalb eines vorbestimmten Bereichs von dem Fahrzeug selbst fahren, umfassen.
Die Geschwindigkeitsbereich-Berechnungseinheit 5 berechnet einen Geschwindigkeitsbereich nicht zum minimieren des Kraftstoffverbrauchs, sondern berechnet einen Geschwindigkeitsbereich auf der Basis einer erlaubten Geschwindigkeit oder einen Geschwindigkeitsbereich, bei welchem der Fahrer sich nicht in irgendeiner Weise unwohl oder befremdet fühlt, und in einer Sektion, bei der es ein vorausfahrendes Fahrzeug gibt, fixiert die Geschwindigkeitsbereich-Berechnungseinheit 5 einen Geschwindigkeitsbereich nicht entsprechend dem Fahrtgeschwindigkeitsplan des vorausfahrenden Fahrzeugs, sondern berechnet einen Geschwindigkeitsbereich, welcher erzielt werden kann, selbst wenn es ein vorausfahrendes Fahrzeug gibt. Insbesondere, wenn das Fahrzeug entsprechend dem Fahrtgeschwindigkeitsplan des vorausfahrenden Fahrzeugs betrieben wird, falls das Fahrzeuggeschwindigkeitsmuster in dem Fahrtgeschwindigkeitsplan des vorausfahrenden Fahrzeugs ein Muster einer schlechten Motoreffizienz ist, wird die Motoreffizienz des Fahrzeugs selbst ebenso schlecht und daher ist der Geschwindigkeitsbereich nicht entsprechend dem Fahrtgeschwindigkeitsplan des vorausfahrenden Fahrzeugs fixiert. In der Sektion, bei welcher es ein vorausfahrendes Fahrzeug gibt, werden allerdings der obere Grenzwert und der untere Grenzwert niedriger als diejenigen in der Sektion, bei der es kein vorausfahrendes Fahrzeug gibt, eingestellt, sodass das Fahrzeug nicht zu nahe an das vorausfahrende Fahrzeug kommt.
Daher kann die Zielfahrzeuggeschwindigkeit einer hohen Motoreffizienz eingestellt werden, selbst wenn es ein vorausfahrendes Fahrzeug gibt, und der Kraftstoffverbrauch, welcher benötigt wird, um zu dem Ziel zu gelangen, kann dadurch reduziert werden.
Die Zwischenfahrzeug-Abstandsbereich-Berechnungseinheit 15 berechnet keinen festen Zwischenfahrzeug-Abstand im Gegensatz zu der konventionellen Tempomat-Steuerung, sondern berechnet einen Zwischenfahrzeug-Abstandsbereich, welcher innerhalb eines vorbestimmten Bereichs von dem Fahrzeug selbst ist. Falls beispielsweise eine Route des vorausfahrenden Fahrzeugs aus den durch die Vorausfahrendes-Fahrzeug-Informationen-Erfassungseinheit 14 erfassten Vorausfahrendes-Fahrzeug-Informationen gefunden wird, wird die Route mit der Route des Fahrzeugs selbst verglichen und in der Sektion, bei welcher die beiden Routen miteinander übereinstimmen, wird der Zwischenfahrzeug-Abstandsbereich zwischen dem Fahrzeug selbst und dem vorausfahrenden Fahrzeug innerhalb eines vorbestimmten Bereichs eingestellt.
In diesem Fall erstellt die Optimalplan-Berechnungseinheit 7 den Zielfahrzeuggeschwindigkeitsplan und den Antriebsnotwendigkeitsplan für den Antriebstrang-Stellmotor wie beispielsweise den Elektromotor, den Verbrennungsmotor, den Generator und Ähnlichem durch Lösen des Optimierungsproblems mit einer Minimierung des Kraftstoffverbrauchs, welcher benötigt wird, um zu dem Ziel zu gelangen, als die objektive Funktion und mit den Ausgaben der Fahrzeuginformationen-Erfassungseinheit 2, der Routeninformationen-Erfassungseinheit 3, der Geschwindigkeitsbereich-Berechnungseinheit 5 und der Zwischenfahrzeug-Abstandsbereich-Berechnungseinheit 15 als die Beschränkungsbedingungen.
<Optimalplan>
Als Nächstes wird mit Bezug zu 7 ein Beispiel eines Fahrtmodus beschrieben, welcher auf der Basis des Zielfahrzeuggeschwindigkeitsplans und des Antriebsnotwendigkeitsplans für den Antriebstrang-Stellmotor eingestellt wird, welche durch die Optimalplan-Berechnungseinheit 7 erstellt werden.
7 zeigt einen Fahrtmodus, bei welchem das vorausfahrende Fahrzeug mit einer konstanten Geschwindigkeit mit der konventionellen ACC betrieben wird, und einen Zielfahrzeuggeschwindigkeitstypmodus, bei welchem der Zielfahrzeuggeschwindigkeitsplan und der Antriebsnotwendigkeitsplan für den Antriebsstrang-Stellmotor zusammen unter Berücksichtigung des Zwischenfahrzeug-Abstands zu dem vorausfahrenden Fahrzeug erstellt werden. In 7 wird eine Route von dem Abfahrtsorts zu dem Ziel in 10 Sektionen geteilt und die Straßengradient-Informationen, die Fahrzeuggeschwindigkeit, der Zwischenfahrzeug-Abstand und die Motoreffizienz in jeder Sektion sind gezeigt. Mit Bezug zu dem Zwischenfahrzeug-Abstand sind ein unterer Grenzwert DL und ein oberer Grenzwert UL des Zwischenfahrzeug-Abstands durch eine gestrichelte Linie angegeben und mit Bezug zu der Fahrzeuggeschwindigkeit ist die Fahrzeuggeschwindigkeit des vorausfahrenden Fahrzeugs in dem konventionellen ACC-Modus durch eine dünne durchgezogene Linie angegeben und die Zielfahrzeuggeschwindigkeit des Fahrzeugs selbst ist durch eine dicke durchgezogene Linie angegeben. Weiter ist mit Bezug zu der Motoreffizienz die Motoreffizienz des vorausfahrenden Fahrzeugs durch eine dünne durchgezogene Linie angegeben und die Motoreffizienz des Fahrzeugs selbst durch eine dicke durchgezogene Linie angegeben.
In 7 erhöht das vorausfahrende Fahrzeug eine Geschwindigkeit, um eine konstante Geschwindigkeit, welche in der ACC in der Sektion 1 eingestellt ist, zu erreichen und fährt bei der konstanten Geschwindigkeit in den Sektionen 2 bis 9. Das vorausfahrende Fahrzeug wählt den HEV-Modus aus, wenn der verbleibende Ladungsbetrags der Batterie niedrig wird, und wählt den EV-Modus aus, wenn der verbleibende Ladungsbetrags wiederhergestellt ist.
Andererseits, da das Fahrzeug selbst in dem Zielfahrzeuggeschwindigkeitstypmodus eine Geschwindigkeit erhöht, sodass der Zwischenfahrzeug-Abstand zu dem vorausfahrenden Fahrzeug innerhalb des Zwischenfahrzeug-Abstandsbereichs (zwischen dem unteren Grenzwert DL und dem oberen Grenzwert UL) fällt, welche durch die Zwischenfahrzeug-Abstandsbereich-Berechnungseinheit 15 berechnet ist, bleibt die Erhöhung der Geschwindigkeit von der Sektion 1 bis zu der Sektion 7 erhalten. Aus diesem Grund vermindert sich der Zwischenfahrzeug-Abstand, wenn die Geschwindigkeit des Fahrzeugs selbst näher an die des vorausfahrenden Fahrzeugs kommt, und kommt näher an den unteren Grenzwert DL und der Zwischenfahrzeug-Abstand erhöht sich, wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit sich vermindert, sodass der Zwischenfahrzeug-Abstand nicht unterhalb des unteren Grenzwerts DL kommt.
Weiter, da die Motoreffizienz bei einer niedrigen Geschwindigkeit schlecht ist und daher der EV-Modus in den Sektionen 1 und 2 ausgewählt ist, ist die Motoreffizienz in diesen Sektionen nicht angezeigt.
Das Fahrzeug selbst läuft in dem HEV-Modus in Sektionen 3 bis 7, um dadurch die Motoreffizienz zu erhöhen, und führt ein Ausrollen aus, um die Geschwindigkeit in den Sektionen 8 bis 10, welche nahe dem Ziel sind, zu vermindern, um dadurch das Ziel zu erreichen, ohne einen Elektromotor-Verlust oder einen Inverter-Verlust.
Durch Erstellen eines solchen Zielfahrzeuggeschwindigkeitsplans und eines Antriebsnotwendigkeitsplans ist es möglich zu fahren, während der Kraftstoffverbrauch reduziert wird, selbst wenn ein vorausfahrendes Fahrzeug vorhanden ist.
Die Optimalplan-Berechnungseinheit 7 verwendet eine Minimierung des Kraftstoffverbrauchs, welcher benötigt wird, um zu dem Ziel zu gelangen, als die objektive Funktion und die Fahrtwiderstandsparameter wie beispielsweise der Rollwiderstandskoeffizient, das Fahrzeuggewicht, der Luftwiderstandskoeffizient, der nach vorne projizierte Bereich und Ähnliches, welche zum Berechnen des als die objektive Funktion dienenden Kraftstoffverbrauchs benötigt werden, können in der Datenbank innerhalb der Optimalplan-Berechnungseinheit 7 gehalten werden oder können zusammen mit den Informationen über die Fahrzeuggeschwindigkeit von der Fahrzeuginformationen-Erfassungseinheit 2 erfasst werden.
Weiter kann als eine Technik zur Optimierung der genetische Algorithmus, das dynamische Programmieren oder das quadratische Programmieren verwendet werden und ein beliebiger Wert außer dem Kraftstoffverbrauch, welcher benötigt wird, um zu dem Ziel zu gelangen, wie beispielsweise die Verbrauchsenergie, die Kraftstoffeffizienz, die Kohlendioxid (CO2)-Emissionen, die Kraftstoffkosten oder Ähnliches kann als die objektive Funktion verwendet werden.
Weiterhin können die Pläne, bei welchen die Fahrzeuggeschwindigkeit außerhalb des Fahrzeuggeschwindigkeitsbereichs oder die Beschleunigung außerhalb des Beschleunigungsbereichs ist, als Strafterme zu der objektiven Funktion hinzugefügt werden. Durch Hinzufügen der Strafterme ist es möglich den Optimalplan nicht nur zum Minimieren des Kraftstoffverbrauchs zu erstellen, sondern auch auf der Basis eines Wohlbefindens des Fahrers und verschiedenen Bewertungsindices.
<Vorrichtungsbetrieb>
Als Nächstes wird mit Bezug zu dem Flussdiagramm aus 8 ein Betrieb der Fahrzeugenergiemanagementvorrichtung 200 entsprechend der zweiten bevorzugten Ausführungsform beschrieben.
Zuerst verwendet die Fahrzeugenergiemanagementvorrichtung 200 die Fahrzeuginformationen-Erfassungseinheit 2 zum Erfassen der Fahrzeuginformationen wie beispielsweise der aktuellen Position, der Fahrzeuggeschwindigkeit, den Ladezustand der Batterie und/oder Ähnliches (Schritt S201) .
Nachfolgend erfasst die Routeninformationen-Erfassungseinheit 3 die Routeninformationen wie beispielsweise die Reiseroute zu dem Ziel, den Gradienten, den Straßentyp und/oder Ähnliches (Schritt S202) .
Als Nächstes erfasst die Vorausfahrendes-Fahrzeug-Informationen-Erfassungseinheit 14 die Informationen über ein vorausfahrendes Fahrzeug (Schritt S203) .
Weiter als Nächstes berechnet die Geschwindigkeitsbereich-Berechnungseinheit 5 den Geschwindigkeitsbereich (Schritt S204) .
Nachfolgend berechnet die Zwischenfahrzeug-Abstandsbereich-Berechnung 115 den Zwischenfahrzeug-Abstandsbereich (Schritt S205) .
Als Nächstes bestimmt die Optimalplan-Berechnungseinheit 7, ob die Berechnung des Optimalplans notwendig ist oder nicht (Schritt S206), und, wenn bestimmt ist, dass die Berechnung des Optimalplans nicht notwendig ist, fährt der Prozess mit Schritt S208 fort. In Schritt S206 wird bestimmt, dass die Berechnung des Optimalplans notwendig ist, falls die durch die Fahrzeuginformationen-Erfassungseinheit 2 erfasste Fahrzeuggeschwindigkeit von der Zielfahrzeuggeschwindigkeit um einen bestimmten Schwellenwert oder mehr abweicht, wobei die Reiseroute geändert wird, wenn die Route des vorausfahrenden Fahrzeugs und/oder der Fahrtgeschwindigkeitsplan des vorausfahrenden Fahrzeugs geändert wird und Ähnliches. Durch Bestimmen, ob die Berechnung des Optimalplans notwendig ist oder nicht, ist es möglich die Anzahl von Berechnungen des Optimalplans zu reduzieren und die Rechenlast zu vermindern.
Wenn bestimmt ist, dass die Berechnung des Optimalplans in Schritt S206 notwendig ist, erstellt die Optimalplan-Berechnungseinheit 7 den Antriebsnotwendigkeitsplan für den Antriebsstrang-Stellmotor und den Zielfahrzeuggeschwindigkeitsplan (Schritt S207).
Nachfolgend gibt die Fahrzeugsteueranweisungseinheit 8 die Steuerungsanweisungen an den Antriebsstrang-Stellmotor wie beispielsweise der Elektromotor, den Verbrennungsmotor, den Generator und Ähnliches aus, sodass die Fahrzeuggeschwindigkeit gleich der Zielfahrzeuggeschwindigkeit bei der aktuellen Position werden kann, entsprechend dem Antriebsnotwendigkeitsplan für den Stellmotor (Schritt S208).
Als Nächstes wird überprüft, ob das Fahrzeug das Ziel erreicht hat oder nicht. Falls das Fahrzeug das Ziel erreicht hat, ist das Energiemanagement beendet und, falls das Fahrzeug das Ziel noch nicht erreicht hat, werden die Prozessschritte S201 bis S209 wiederholt (Schritt S209).

Claims

Eine Fahrzeugenergiemanagementvorrichtung, welche an einem Elektrofahrzeug angebracht ist und ein Energiemanagement des Elektrofahrzeugs ausführt, wobei das Elektrofahrzeug umfasst einen Elektromotor (9) und einen Verbrennungsmotor (10), welche das Elektrofahrzeug antreiben, einen Generator (11), welcher elektrische Energie durch Verwenden einer Drehkraft des Verbrennungsmotors erzeugt und elektrische Energie erzeugt, wenn das Elektrofahrzeug durch den Elektromotor gebremst wird, und eine Batterie, welche elektrische Energie zum Antreiben des Elektromotors zuführt und durch den Generator erzeugte elektrische Energie speichert, wobei die Fahrzeugenergiemanagementvorrichtung umfasst: eine Fahrzeuginformationen-Erfassungseinheit (2) zum Erfassen von Fahrzeuginformationen, umfassend zumindest Informationen über eine Fahrzeuggeschwindigkeit des Elektrofahrzeugs und Informationen über einen Ladezustand der Batterie; eine Routeninformationen-Erfassungseinheit (3) zum Erfassen von Routeninformationen zu einem Ziel; eine Automatik-Fahrtsektion-Bestimmungseinheit (4) zum Bestimmen einer Automatik-Fahrtsektion auf der Route zu dem Ziel auf der Basis der Routeninformationen, eine Geschwindigkeitsbereich-Berechnungseinheit (5) zum Berechnen eines auf einer Route zu dem Ziel zulässigen Geschwindigkeitsbereichs auf der Basis der Routeninformationen, wobei der Geschwindigkeitsbereich ebenso in einer durch die Automatik-Fahrtsektion-Bestimmungseinheit bestimmten Automatik-Fahrtsektion umfassenden Sektion berechnet wird, und zwar derart, dass ein Umfang des Geschwindigkeitsbereichs in einer Sektion außer der Automatik-Fahrtsektion enger als der in der Automatik-Fahrtsektion ist; eine Optimalplan-Berechnungseinheit (7) zum Erstellen eines Zielfahrzeuggeschwindigkeitsplans für das Ziel und eines Antriebsnotwendigkeitsplans für den Elektromotor, den Verbrennungsmotor und den Generator auf der Basis der Routeninformationen und der Fahrzeuginformationen; und eine Fahrzeugsteueranweisungseinheit (8) zum Steuern des Elektromotors, des Verbrennungsmotors und des Generators auf der Basis des durch die Optimalplan-Berechnungseinheit erstellten Antriebsnotwendigkeitsplans, wobei die Optimalplan-Berechnungseinheit den Antriebsnotwendigkeitsplan und den Zielfahrzeuggeschwindigkeitsplan, umfassend ebenso den durch die Geschwindigkeitsbereich-Berechnungseinheit berechneten Geschwindigkeitsbereich, durch Berechnen eines Optimierungsproblems mit zumindest den Routeninformationen und den Fahrzeuginformationen als Beschränkungsbedingungen durch Verwenden des Kraftstoffverbrauchs, welcher benötigt wird, um zu dem Ziel zu gelangen, als eine objektive Funktion derart erstellt, dass ein Kraftstoffverbrauch, welcher benötigt wird, um zu dem Ziel zu gelangen, minimiert wird, auf der Basis der Routeninformationen und der Fahrzeuginformationen, und die Fahrzeugsteueranweisungseinheit den Elektromotor, den Verbrennungsmotor und den Generator entsprechend zumindest dem Antriebsnotwendigkeitsplan steuert.
Fahrzeugenergiemanagementvorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei der Geschwindigkeitsbereich auf einen eine gesetzlich erlaubte Geschwindigkeit nicht überschreitenden Bereich eingestellt ist.
Fahrzeugenergiemanagementvorrichtung gemäß Anspruch 2, weiter umfassend: eine Beschleunigungsbereich-Berechnungseinheit (6) zum Berechnen eines auf der Route zu dem Ziel zugelassenen Beschleunigungsbereichs auf der Basis der Routeninformationen, wobei die Optimalplan-Berechnungseinheit den Antriebnotwendigkeitsplan und den Zielfahrzeuggeschwindigkeitsplan, umfassend ebenso den durch die Beschleunigungsbereich-Berechnungseinheit berechneten Beschleunigungsbereich, erstellt.
Fahrzeugenergiemanagementvorrichtung gemäß Anspruch 3, wobei der Beschleunigungsbereich auf einen Bereich auf der Basis einer Datenbank eingestellt ist, in welcher digitalisiertes Unwohlsein mit einer Geschwindigkeit oder Beschleunigung verknüpft ist.
Fahrzeugenergiemanagementvorrichtung gemäß Anspruch 1, umfassend eine Vorausfahrendes-Fahrzeug-Informationen-Erfassungseinheit (14) zum Erfassen von Vorausfahrendes-Fahrzeug-Informationen, umfassend eine Route und einen Fahrtgeschwindigkeitsplan eines vorausfahrenden Fahrzeugs, wobei die Geschwindigkeitsbereich-Berechnungseinheit den Geschwindigkeitsbereich auf der Basis der Routeninformationen und der Vorausfahrendes-Fahrzeug-Informationen berechnet, und der Geschwindigkeitsbereich in einer Sektion, bei welcher das vorausfahrende Fahrzeug vorhanden ist, auf einen Bereich unterschiedlich zu dem in einer Sektion, bei welchem das vorausfahrende Fahrzeug nicht vorhanden ist, eingestellt ist.
Fahrzeugenergiemanagementvorrichtung gemäß Anspruch 5, umfassend eine Zwischenfahrzeug-Abstandsbereich-Berechnungseinheit (15) zum Berechnen eines Zwischenfahrzeug-Abstandsbereichs zwischen dem Elektrofahrzeug und dem vorausfahrenden Fahrzeug auf der Basis der Vorausfahrendes-Fahrzeug-Informationen, wobei die Optimalplan-Berechnungseinheit den Antriebnotwendigkeitsplan und den Zielfahrzeuggeschwindigkeitsplan, umfassend den durch die die Zwischenfahrzeug-Abstandsbereich-Berechnungseinheit berechneten Zwischenfahrzeug-Abstandsbereich, berechnet.
Fahrzeugenergiemanagementvorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei die Routeninformationen zumindest Fahrbahnsteigung-Informationen umfassen.