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Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine entsprechende Zentraleinheit zur Klassifizierung von Abschnitten (z. B. Kanten) eines Straßennetzwerks in Bezug auf das elektrische Fahren.
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Ein Hybrid-Fahrzeug (insbesondere ein PHEV (Plugin-Hybrid Electric Vehicle)) umfasst einen Verbrennungsmotor und eine Elektromaschine zum Antrieb des Fahrzeugs. Des Weiteren umfasst das Hybrid-Fahrzeug einen Energiespeicher (z. B. eine Li-Ionen basierte wiederaufladbare Batterie) zur Speicherung von elektrischer Energie zum Antrieb der Elektromaschine. Das Hybrid-Fahrzeug weist aufgrund der unterschiedlichen Antriebe typischerweise unterschiedliche Fahrmodi auf, mit denen das Fahrzeug betrieben werden kann. Beispielsweise kann das Fahrzeug in einem Fahrmodus rein elektrisch angetrieben werden, während das Fahrzeug in einem weiteren Fahrmodus ausschließlich mit dem Verbrennungsmotor angetrieben werden kann. Des Weiteren sind ein oder mehrere Fahrmodi denkbar, bei denen z. B. die Elektromaschine zur Unterstützung des Verbrennungsmotors eingesetzt wird oder bei denen der Verbrennungsmotor die als Generator betriebene Elektromaschine antreibt, um den Energiespeicher zu laden. Die unterschiedlichen Fahrmodi können sich somit in Bezug auf den Verbrauch an elektrischer Energie für den Antrieb des Fahrzeugs unterscheiden.
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Entlang einer Fahrroute können unterschiedliche Fahrmodi verwendet werden, um das Fahrzeug anzutreiben. Zur Verbesserung der Energiebilanz des Fahrzeugs ist es dabei vorteilhaft, die Nutzung der verfügbaren elektrischen Energie für eine vorausliegende Fahrroute des Fahrzeugs in vorausschauender Weise zu planen. Eine derartige Festlegung von Fahrmodi für eine vorausliegende Fahrroute kann als vorausschauendes Energiemanagement eines Hybrid-Fahrzeugs bezeichnet werden.
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Das vorliegende Dokument befasst sich mit der technischen Aufgabe, ein Verfahren und ein entsprechende Zentraleinheit bereitzustellen, mit denen in präziser und robuster Weise die Eignung von Streckenabschnitten einer vorausliegenden Fahrroute für das elektrische Fahren ermittelt werden können.
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Die Aufgabe wird durch die unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen werden u. a. in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
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Gemäß einem Aspekt wird ein Verfahren zur Ermittlung der Eignung eines Abschnittes eines Straßennetzes für die Verwendung eines elektrischen Antriebs beschrieben. Das Verfahren kann z. B. durch eine Zentraleinheit mit einem Server ausgeführt werden, wobei die Zentraleinheit über eine (ggf. drahtlose) Kommunikationsverbindung mit einer Vielzahl von Fahrzeugen kommunizieren kann. Das Straßennetz kann in Form von digitaler Karteninformation (z. B. für ein Navigationssystem) vorlegen. Das Verfahren kann darauf ausgelegt sein, Attribute für unterschiedliche Abschnitte des Straßennetzes zu ermitteln, die die Eignung der jeweiligen Abschnitte für das elektrische Fahren, d. h. für die Verwendung eines elektrischen Antriebs, insbesondere einer Elektromaschine für den Antrieb, anzeigen.
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Das Verfahren umfasst das Ermitteln von Betriebsdaten (oder einer davon abgeleiteten Größe) einer Vielzahl von Fahrzeugen in einem ersten Abschnitt des Straßennetzes. Dabei können insbesondere die Betriebsdaten von Fahrzeugen mit einem elektrischen Antrieb ermittelt werden (insbesondere die Betriebsdaten der Elektromaschinen von zumindest teilweise elektrisch angetriebenen Fahrzeugen). Alternativ oder ergänzend können Betriebsdaten von Fahrzeugen mit einem verbrennungsmotorischen Antrieb ermittelt werden (insbesondere die Betriebsdaten von Verbrennungsmotoren von zumindest teilweise verbrennungsmotorisch angetriebenen Fahrzeugen). Durch die Berücksichtigung von verbrennungsmotorischen Betriebsdaten kann die Menge an verfügbaren Betriebsdaten aufgrund der höheren Dichte von derartigen Fahrzeugen substantiell erhöht werden.
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Insbesondere können somit unterschiedliche Fahrzeuge bei der Fahrt in dem ersten Abschnitt Betriebsdaten erfassen. Diese Betriebsdaten können in dem Fahrzeug und/oder in der Zentraleinheit ausgewertet werden. Beispielhafte Betriebsdaten eines Fahrzeugs sind: ein durch eine Elektromaschine des Fahrzeugs zum elektrischen Antrieb und/oder ein durch einen Verbrennungsmotor des Fahrzeugs zum Antrieb in dem ersten Abschnitt generiertes Drehmoment (bzw. diesbezügliche Information); eine Drehzahl der Elektromaschine und/oder des Verbrennungsmotors des Fahrzeugs in dem ersten Abschnitt (bzw. diesbezügliche Information); eine Anzahl von Zustart-Vorgängen eines Verbrennungsmotors des Fahrzeugs in dem ersten Abschnitt (bzw. diesbezügliche Information); einen Fahrmodus, in dem das Fahrzeug (insbesondere ein Hybrid-Fahrzeug) in dem ersten Abschnitt betrieben wird (bzw. diesbezügliche Information) und/oder eine Entwicklung eines Ladezustands eines elektrischen Energiespeichers des Fahrzeugs in dem ersten Abschnitt (bzw. diesbezügliche Information). Die Betriebsdaten eines Fahrzeugs können somit die tatsächliche Nutzung des elektrischen Antriebs und/oder des verbrennungsmotorischen Antriebs des Fahrzeugs in dem ersten Abschnitt anzeigen.
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Das Verfahren umfasst weiter das Ermittein, auf Basis der Betriebsdaten (oder einer davon abgeleiteten Größe) der Vielzahl von Fahrzeugen, eines Abschnitt-spezifischen Attributes für den ersten Abschnitt. Dabei zeigt das Abschnitt-spezifische Attribut die Eignung des ersten Abschnittes für die Verwendung eines elektrischen Antriebs an. Beispielsweise kann das Abschnitt-spezifische Attribut einen empfohlenen Grad der Nutzung eines elektrischen Antriebs in dem ersten Abschnitt anzeigen. Der Grad der Nutzung kann dabei z. B. in zwei, drei oder mehr Abstufungen angezeigt werden. Alternativ oder ergänzend kann das Abschnitt-spezifische Attribut direkt einen Fahrmodus anzeigen, mit dem ein Hybrid-Fahrzeug in dem ersten Abschnitt betrieben werden sollte.
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Das Abschnitt-spezifische Attribut wird dabei auf Basis der Betriebsdaten von mehreren Fahrzeugen ermittelt, so dass das Abschnitt-spezifische Attribut auf die Erfahrungen bei der Nutzung des elektrischen Antriebs von mehreren Fahrzeugen zurückgreifen kann. Das Abschnitt-spezifische Attribut stellt somit einen zuverlässigen Indikator für die Eignung eines Abschnitts für das elektrische Fahren dar.
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Beispielsweise kann auf Basis der Betriebsdaten ermittelt werden, dass ein Fahrzeug einen bestimmten Anteil des gesamten Antriebsmoments in dem ersten Abschnitt mittels des elektrischen Antriebs erzeugt hat. Das Abschnitt-spezifische Attribut kann dann den durchschnittlichen Anteil des elektrischen Antriebsmoments am Gesamt-Antriebsmoment für den ersten Abschnitt anzeigen. Ein steigender Anteil des elektrischen Antriebsmoments am Gesamt-Antriebsmoment zeigt dabei eine steigende Eignung des ersten Abschnitts für die Nutzung eines elektrischen Antriebs an.
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Alternativ oder ergänzend kann auf Basis der Betriebsdaten der Vielzahl von Fahrzeugen die durchschnittliche Anzahl von Zustart-Vorgängen eines Verbrennungsmotors in dem ersten Abschnitt ermittelt werden. Dabei zeigt typischerweise eine steigende Anzahl von Zustart-Vorgängen eine sinkende Eignung des ersten Abschnitts für die Nutzung eines elektrischen Antriebs an.
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Alternativ oder ergänzend kann auf Basis der im ersten Abschnitt verwendeten Fahrmodi der Vielzahl von Fahrzeugen eine durchschnittliche Verteilung der verwendeten Fahrmodi für den ersten Abschnitt ermittelt werden. Insbesondere kann ein empfohlener Fahrmodus für den ersten Abschnitt als Abschnitt-spezifisches Attribut ermittelt werden. Dabei zeigt ein Fahrmodus typischerweise einen Grad der Nutzung des elektrischen Antriebs eines Fahrzeugs an, so dass ein empfohlener Fahrmodus für den ersten Abschnitt die Eignung des ersten Abschnitts für die Nutzung eines elektrischen Antriebs anzeigt.
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Alternativ oder ergänzend können die Betriebsdaten eines Fahrzeugs Information in Bezug auf einen Betriebspunkt einer Antriebsmaschine des Fahrzeugs in dem ersten Abschnitt umfassen. Ein Betriebspunkt kann dabei insbesondere eine Kombination aus Drehmoment und Drehzahl umfassen, die eine Antriebsmaschine (insbesondere ein Verbrennungsmotor und/oder eine Elektromaschine) zu ein oder mehreren Zeitpunkten im ersten Abschnitt aufgewiesen haben. Das Ermitteln eines Abschnitt-spezifischen Attributes für den ersten Abschnitt kann dann umfassen, das Vergleichen der Information in Bezug auf den Betriebspunkt einer Antriebsmaschine mit einem Referenz-Betriebspunkt einer Elektromaschine für den elektrischen Antrieb eines Fahrzeugs. Insbesondere kann überprüft werden, ob die von Fahrzeugen in dem ersten Abschnitt verwendeten Betriebspunkte (in energetisch sinnvoller Weise) durch eine Elektromaschine erbracht werden können. Beispielsweise kann eine Elektromaschine eine Referenzkennlinie mit unterschiedlichen Referenz-Betriebspunkten umfassen, und es kann überprüft werden, ob die von Fahrzeugen in dem ersten Abschnitt verwendeten Betriebspunkte mit den unterschiedlichen Referenz-Betriebspunkten korrelieren (z. B. auf oder unterhalb der Referenzkennlinie liegen). Insbesondere kann ein Anteil von Betriebspunkten ermittelt werden, die auf oder unterhalb der Referenzkennlinie liegen. Das Abschnitt-spezifische Attribut kann basierend auf diesem Anteil ermittelt werden, wobei die Eignung des ersten Abschnitts für die Nutzung eines elektrischen Antriebs typischerweise mit steigendem Anteil steigt.
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Das Verfahren kann weiter umfassen, das Bereitstellen des Abschnitt-spezifischen Attributs für den ersten Abschnitt in digitaler Karteninformation bezüglich des Straßennetzes. So kann das Abschnitt-spezifische Attribut in effizienter Weise anderen Fahrzeugen, insbesondere Hybrid-Fahrzeugen, bereitgestellt werden, um ein präzises vorausschauendes Energiemanagement zu ermöglichen.
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Das Verfahren kann umfassen, das Ermitteln, auf Basis der Betriebsdaten eines Fahrzeugs, eines individuellen Attributes für den ersten Abschnitt. Beispielsweise können die Betriebsdaten eines Fahrzeugs von dem Fahrzeug ausgewertet werden, um ein individuelles Attribut für den ersten Abschnitt zu ermitteln. Das individuelle Attribut kann dabei allein auf Basis der in dem jeweiligen Fahrzeug verfügbaren Daten ermittelt werden. Dabei kann ein individuelles Attribut in der gleichen Weise ermittelt werden wie ein Abschnitt-spezifisches Attribut (jedoch ggf. ausschließlich basierende auf den Betriebsdaten eines Fahrzeugs). Das individuelle Attribut kann die Eignung des ersten Abschnittes für die Verwendung des elektrischen Antriebs des jeweiligen Fahrzeugs anzeigen. Die individuellen Attribute der Fahrzeuge können an die Zentraleinheit übermittelt werden. Das Abschnitt-spezifische Attribut kann dann auf Basis einer Vielzahl von individuellen Attributen für die Vielzahl von Fahrzeugen ermittelt werden. Durch die Auswertung der Betriebsdaten in den jeweiligen Fahrzeugen kann die Menge an zu übertragenden Daten reduziert werden.
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Das Ermitteln eines individuellen Attributes eines Fahrzeugs kann umfassen, das Normieren der Betriebsdaten des Fahrzeugs mit Konfigurationsdaten des Fahrzeugs, wobei die Konfigurationsdaten eine Konfiguration bzw. Eigenschaften des Fahrzeugs anzeigen. Beispielhafte Konfigurationsdaten zeigen z. B. das Gewicht des Fahrzeugs und/oder einen Typ des elektrischen Antriebs des Fahrzeugs und/oder eine Kapazität des Energiespeichers des Fahrzeugs an. Durch eine Normierung kann die Abhängigkeit des individuellen Attributes von der Konfiguration bzw. von den Eigenschaften des Fahrzeugs zumindest teilweise kompensiert werden. Insbesondere kann so ein Abschnitt-spezifisches Attribut für den ersten Abschnitt ermittelt werden, das unabhängig von einem bestimmten Fahrzeug-Typ ist.
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Das Verfahren kann umfassen, das Ermitteln einer Fahrroute für ein Hybrid-Fahrzeug, wobei die Fahrroute von einem Anfangspunkt zu einem Endpunkt verläuft. Die Fahrroute kann z. B. auf Basis der digitalen Karteninformation ermittelt werden. Insbesondere umfasst die Fahrroute dabei eine Mehrzahl von Abschnitten des Straßennetzes. Das Verfahren kann weiter umfassen, das Ermitteln der Abschnitt-spezifischen Attribute für die Mehrzahl von Abschnitten.
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Außerdem kann das Verfahren umfassen, das Aufteilen der Fahrroute in eine Sequenz von Segmenten. Die Segmente können in Abhängigkeit von den Abschnitt-spezifischen Attributen für die Mehrzahl von Abschnitten ermittelt werden. Insbesondere können aneinander angrenzende Abschnitte, die ähnliche oder gleiche Abschnitt-spezifische Attribute aufweisen, zu Segmenten zusammengefasst werden. Das Ermitteln der Segmente kann mittels eines Clustering-Algorithmus erfolgen
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Es können dann, auf Basis der Abschnitt-spezifischen Attribute für die Mehrzahl von Abschnitten, Fahrmodi aus einer Mehrzahl von Fahrmodi für die Segmente der Sequenz von Segmenten ausgewählt werden. Insbesondere kann für jedes Segment ein Fahrmodus ausgewählt werden, in dem das Hybrid-Fahrzeug betrieben werden soll. Dabei kann sich die Mehrzahl von unterschiedlichen Fahrmodi in Bezug auf einen Grad der Nutzung des elektrischen Antriebs des Hybrid-Fahrzeugs unterscheiden.
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Das Hybrid-Fahrzeug kann dann auf der Fahrroute in Abhängigkeit von den Fahrmodi betrieben werden. So kann die elektrische Energie des Hybrid-Fahrzeugs in effizienter Weise auf eine vorausliegende Fahrroute aufgeteilt werden.
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Die Mehrzahl von Fahrmodi kann mindestens zwei unterschiedliche Fahrmodi umfassen. Ein beispielhafter Fahrmodus ist ein Fahrmodus, bei dem der Ladezustand des elektrischen Energiespeichers innerhalb eines Segmentes gehalten oder gesteigert werden soll. Ein solcher Fahrmodus wird auch als „Charge Sustain” Fahrmodus bezeichnet. Ein weiterer beispielhafter Fahrmodus ist ein Fahrmodus, bei dem der Ladezustand des elektrischen Energiespeichers innerhalb eines Segmentes reduziert werden soll. Ein solcher Fahrmodus wird auch als „Charge Depletion” Fahrmodus bezeichnet.
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Ein Fahrmodus umfasst bzw. definiert typischerweise ein oder mehrere Kennlinien, die anzeigen, bei welcher Fahrgeschwindigkeit, bei welchem angeforderten Antriebsmoment und/oder bei welchem Ladezustand ein verbrennungsmotorischer Antrieb (d. h. der Verbrennungsmotor) des Hybrid-Fahrzeugs aktiviert wird. Durch die ein oder mehreren Kennlinien kann somit die Verteilung zwischen dem verbrennungsmotorischen Antrieb und dem elektrischen Antrieb des Fahrzeugs definiert werden. Durch eine Verlagerung der Verteilung von dem verbrennungsmotorischen Antrieb zu dem elektrischen Antrieb kann der Verbrauch an elektrischer Energie aus dem elektrischen Energiespeicher erhöht werden.
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Gemäß einem weiteren Aspekt wird eine Zentraleinheit beschrieben, die eingerichtet ist, Betriebsdaten einer Vielzahl von Fahrzeugen (insbesondere mit elektrischem Antrieb und/oder verbrennungsmotorischem Antrieb) für einen ersten Abschnitt eines Straßennetzes zu empfangen. Die Zentraleinheit kann z. B. einen Server umfassen. Ggf. können von den Fahrzeugen bereits ausgewertete Betriebsdaten, insbesondere individuelle Attribute, an die Zentraleinheit gesendet und von dieser empfangen werden.
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Die Zentraleinheit ist weiter eingerichtet, auf Basis der Betriebsdaten der Vielzahl von Fahrzeugen bzw. auf Basis der individuellen Attribute, ein Abschnitt-spezifisches Attribut für den ersten Abschnitt zu ermitteln, wobei das Abschnitt-spezifische Attribut die Eignung des ersten Abschnittes für die Verwendung eines elektrischen Antriebs anzeigt. Außerdem kann die Zentraleinheit eingerichtet sein, das Abschnitt-spezifische Attribut auf Basis von aktuellen Betriebsdaten bzw. von aktuellen individuellen Attributen von ein oder mehreren Fahrzeugen zu aktualisieren. Des Weiteren kann die Zentraleinheit eingerichtet sein, das Abschnitt-spezifische Attribut für den ersten Abschnitt in digitaler Karteninformation bezüglich des Straßennetzes bereitzustellen.
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Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Fahrzeug, mit einem elektrischen und/oder verbrennungsmotorischen Antrieb, (z. B. ein Personenkraftwagen, ein Lastkraftwagen oder ein Motorrad) beschrieben. Das Fahrzeug ist eingerichtet, Betriebsdaten des Fahrzeugs in einem ersten Abschnitt eines Straßennetzes zu ermitteln. Das Fahrzeug ist weiter eingerichtet, ein individuelles Attribut für den ersten Abschnitt zu ermitteln, wobei das individuelle Attribut die Eignung des ersten Abschnittes für die Verwendung des elektrischen Antriebs eines Fahrzeugs anzeigt. Außerdem ist das Fahrzeug eingerichtet, das individuelle Attribut für den ersten Abschnitt an eine Zentraleinheit zu übermitteln, die eingerichtet ist, auf Basis der individuellen Attribute einer Vielzahl von Fahrzeugen ein Abschnitt-spezifisches Attribut für den ersten Abschnitt zu ermitteln.
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Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Software (SW) Programm beschrieben. Das SW Programm kann eingerichtet werden, um auf einem Prozessor ausgeführt zu werden, und um dadurch das in diesem Dokument beschriebene Verfahren auszuführen.
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Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Speichermedium beschrieben. Das Speichermedium kann ein SW Programm umfassen, welches eingerichtet ist, um auf einem Prozessor ausgeführt zu werden, und um dadurch das in diesem Dokument beschriebene Verfahren auszuführen.
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Es ist zu beachten, dass die in diesem Dokument beschriebenen Verfahren, Vorrichtungen und Systeme sowohl alleine, als auch in Kombination mit anderen in diesem Dokument beschriebenen Verfahren, Vorrichtungen und Systemen verwendet werden können. Des Weiteren können jegliche Aspekte der in diesem Dokument beschriebenen Verfahren, Vorrichtungen und Systemen in vielfältiger Weise miteinander kombiniert werden. Insbesondere können die Merkmale der Ansprüche in vielfältiger Weise miteinander kombiniert werden.
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Im Weiteren wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher beschrieben. Dabei zeigen
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1 beispielhafte Komponenten eines Hybrid-Fahrzeugs;
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2 eine beispielhafte Aufteilung einer Fahrroute in Segmente;
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3 ein beispielhaftes Straßennetz;
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4 ein beispielhaftes System zur Ermittlung von Kennzahlen bzw. Attributen bezüglich der Eignung eines Abschnitts eines Straßennetzes für das elektrische Fahren;
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5 ein Ablaufdiagramm eines beispielhaften Verfahrens zur Ermittlung einer Kennzahl bzw. eines Attributs bezüglich der Eignung eines Ausschnitts eines Straßennetzes für das elektrische Fahren; und
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6 eine beispielhafte Menge von Betriebspunkten von Fahrzeugen im Vergleich mit einer beispielhaften Referenzkennlinie eines Elektromotors.
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Wie eingangs dargelegt, befasst sich das vorliegende Dokument mit dem energieeffizienten Betrieb eines Hybrid-Fahrzeugs. In diesem Zusammenhang zeigt 1 beispielhafte Komponenten eines Hybrid-Fahrzeugs 100 (z. B. eines Personenkraftwagens, eines Lastkraftwagens oder eines Motorrads). Das Fahrzeug 100 umfasst eine Fahrerposition 106, die von einem Fahrer des Fahrzeugs 100 eingenommen werden kann, um das Fahrzeug 100 zu steuern. Von der Fahrerposition 106 aus kann beispielsweise ein Bremspedal 103 und/oder Fahrpedal 113 (auch als Gaspedal bezeichnet) betätigt werden, um das Fahrzeug 100 zu verzögern und/oder zu beschleunigen. Alternativ oder ergänzend kann ein Beschleunigungs- bzw. Verzögerungswunsch durch eine Fahrerassistenzfunktion und/oder durch eine automatische Fahrfunktion bewirkt werden. Die Betätigung des Bremspedals 103 führt typischerweise zu einer Betätigung von Radbremsen (auch als Reibbremsen bezeichnet) 110, die eine Reibung an den Rädern 109 des Fahrzeugs 100 verursachen, und dadurch eine Verzögerung des Fahrzeugs 100 bewirken. Alternativ oder ergänzend kann durch die Betätigung des Bremspedals 103 eine Rekuperation von elektrischer Energie über eine Elektromaschine 108 des Fahrzeugs 100 bewirkt werden.
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Des Weiteren umfasst das Fahrzeug 100 einen Verbrennungsmotor 102, der über ein Getriebe 101 eine Radachse 107 des Fahrzeugs 100 und damit Räder 109 des Fahrzeugs 100 antreiben kann. Außerdem umfasst das Fahrzeug 100 eine Elektromaschine 108. In dem dargestellten Beispiel ist die Elektromaschine 108 eingerichtet, die Radachse 107 des Fahrzeugs 100 anzutreiben. Beispielsweise kann bei Betätigung des Gaspedals 113 die Elektromaschine 108 als Elektromotor betrieben werden, um die Radachse 107 anzutreiben. Andererseits kann bei Betätigung des Bremspedals 103 die Elektromaschine 108 als Generator betrieben werden, um kinetische Energie des Fahrzeugs 100 in elektrische Energie umzuwandeln (Rekuperation). Die gewonnene elektrische Energie wird typischerweise in einem Energiespeicher 111 (z. B. in einer Hochvolt-Batterie bei ca. 300 V oder mehr) gespeichert. Durch den Betrieb der Elektromaschine 108 als Generator wird ein Rekuperationsmoment auf der Radachse 107 bewirkt, durch das das Fahrzeug 100 verzögert wird.
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Wie in 1 dargestellt, kann die Elektromaschine 108 ggf. durch eine Kupplung 112 von der Radachse 107 getrennt oder mit der Radachse 107 gekoppelt werden. Durch die Kupplung 112 kann je nach Bedarf das Rekuperationsmoment der Elektromaschine 108 abgeschaltet werden (z. B. um eine Belastung des Verbrennungsmotors 102 bei verbrennungsmotorischem Betrieb des Fahrzeugs 100 zu reduzieren).
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Das Fahrzeug 100 umfasst eine Steuereinheit 105 (z. B. als Teil eines Motorsteuergeräts). Die Steuereinheit 105 ist eingerichtet, ein oder mehrere Steuersignale, z. B. in Bezug auf Steuereingaben durch den Fahrer, zu empfangen. Die ein oder mehreren Steuersignale umfassen z. B. die Betätigung des Bremspedals 103 und/oder die Betätigung des Gaspedals 113. Des Weiteren ist die Steuereinheit 105 eingerichtet, den Verbrennungsmotor 102, das Getriebe 101, die Kupplung 112 und/oder die Elektromaschine 108 in Abhängigkeit von den ein oder mehreren Steuersignalen zu steuern. Insbesondere kann bei Betätigung des Gaspedals 113 die Drehzahl des Verbrennungsmotors 102 und/oder der Elektromaschine 108 erhöht werden, um das Fahrzeug 100 zu beschleunigen. Andererseits kann bei Betätigung des Bremspedals 103 ein Rekuperationsbetrieb der Elektromaschine 108 und/oder eine Betätigung der Reibbremsen 110 veranlasst werden.
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Das Fahrzeug 100 umfasst außerdem einen Positionssensor 104, der eingerichtet ist, Positionsdaten in Bezug auf eine Position des Fahrzeugs 100 (z. B. aktuelle GPS-Koordinaten) zu ermitteln. Des Weiteren kann das Fahrzeug 100 ein oder mehrere Umfeldsensoren 114 umfassen, die eingerichtet sind, Umfelddaten zu erfassen, die Information bezüglich eines Umfelds des Fahrzeugs 100 anzeigen. Die ein oder mehreren Umfeldsensoren 114 können z. B. ein oder mehrere Kameras, ein oder mehrere Radarsensoren, ein oder mehrere LIDAR Sensoren, ein oder mehrere Ultraschallsensoren, etc. umfassen. Die Steuereinheit 105 kann eingerichtet sein, den Verbrennungsmotor 102, das Getriebe 101, die Kupplung 112 und/oder die Elektromaschine 108 in Abhängigkeit von den Positionsdaten und/oder den Umfelddaten anzusteuern.
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Des Weiteren kann das Fahrzeug 100 eine Eingabe/Ausgabe-Einheit 115 umfassen. Ein Nutzer des Fahrzeugs kann über Eingabemittel der Eingabe/Ausgabe-Einheit 115 (z. B. über einen berührungsempfindlichen Bildschirm) eine Einstellung und/oder eine Anweisung für das Fahrzeug 100 generieren. Außerdem kann ein Nutzer des Fahrzeugs über Ausgabemittel (z. B. über einen Bildschirm) der Eingabe/Ausgabe-Einheit 115 Information und/oder Anweisungen in Bezug auf den Betrieb des Fahrzeugs 100 erhalten.
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Ein Nutzer des Fahrzeugs 100 kann z. B. über die Eingabe/Ausgabe-Einheit 115 einen gewünschten Endpunkt 202 einer Fahrroute 200 eingeben (siehe 2). Die Steuereinheit 105 des Fahrzeugs 100 kann dann (z. B. mittels einer Navigations-Anwendung, die auf digitale Karteninformationen zurückgreift) eine Fahrroute 200 von einem (aktuellen) Anfangspunkt 201 zu dem Endpunkt 202 ermitteln. Alternativ oder ergänzend können der Endpunkt 202 und/oder die Fahrroute 200 auf Basis eines regelmäßigen Verhaltens des Fahrers und/oder durch Kopplung mit anderen Systemen (z. B. mit einem Smartphone-Kalender) ermittelt werden.
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Die Steuereinheit 105 kann weiter eingerichtet sein, die Fahrroute 200 in eine Mehrzahl von unterschiedlichen Segmenten 210 (mit jeweiligen Segment-Anfangspunkten 211 und Segment-Endpunkten 212) zu unterteilen. Im Zusammenhang mit der Karteninformation können ein oder mehrere Eigenschaften gespeichert sein (z. B. als Attribute), die unterschiedliche Abschnitte der Fahrroute 200 beschreiben. Beispielsweise kann die Karteninformation anzeigen, ob ein Abschnitt der Fahrroute 200 in einer Stadt, auf einer Landstraße oder auf einer Autobahn liegt. Des Weiteren können Steigungen und Gefälle entlang der Fahrroute 200 angezeigt werden. Auf Basis derartiger Informationen kann die Fahrroute 200 in unterschiedliche Segmente 210 aufgeteilt werden, wobei die Segmente 210 jeweils homogene Eigenschaften aufweisen (im Vergleich zu den Eigenschaften von direkt aneinander angrenzenden Segmenten 210). Aufgrund der relativ homogenen Eigenschaften eines Segments 210 kann es sinnvoll sein, das Fahrzeug 100 innerhalb eines Segments 210 in einem bestimmten Fahrmodus zu betreiben. Andererseits kann es aufgrund der unterschiedlichen Eigenschaften von direkt aneinander angrenzenden Segmenten 210 sinnvoll sein, in den unterschiedlichen Segmenten 210 unterschiedliche Fahrmodi zu verwenden. Beispielsweise kann es sinnvoll sein, das Fahrzeug 100 in der Stadt in einem (ggf. rein) elektrischen Fahrmodus zu betreiben. Andererseits kann es sinnvoll sein, das Fahrzeug 100 auf der Autobahn in einem (ggf. rein) verbrennungsmotorischen Fahrmodus (ggf. mit einer Unterstützung der Elektromaschine 108 für Beschleunigungsvorgänge) zu betreiben.
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In Abhängigkeit von den Eigenschaften bzw. Attributen der jeweiligen Segmente 210 können den Segmenten 210 einer Fahrroute 200 Fahrmodi aus einer Mehrzahl von unterschiedlichen Fahrmodi zugewiesen werden. Für das Fahrzeug 100 können unterschiedliche Fahrmodi mit einem unterschiedlichen Grad an Nutzung von elektrischer Energie für den Antrieb des Fahrzeugs 100 festgelegt werden. Beispielhafte Fahrmodi sind
- • ein erster Fahrmodus, bei dem der Ladezustand des Energiespeichers 111 zumindest gehalten wird, und bei dem mit der als Generator betriebenen Elektromaschine 108 eine maximal mögliche Lastpunktanhebung erfolgt, um möglichst viel elektrische Energie zu erzeugen (die im elektrischen Energiespeicher 111 gespeichert werden kann);
- • ein zweiter Fahrmodus, bei dem der Ladezustand des Energiespeichers 111 zumindest gehalten wird, und bei dem mit der als Generator betriebenen Elektromaschine 108 eine möglichst energieeffiziente Lastpunktanhebung erfolgt, um in möglichst energieeffizienter Weise elektrische Energie zu erzeugen;
- • ein dritter Fahrmodus, bei dem der Ladezustand des Energiespeichers 111 zumindest gehalten wird, und bei dem keine Lastpunktanhebung durch die Elektromaschine 108 erfolgt;
- • ein vierter Fahrmodus, bei dem der Ladezustand des Energiespeichers 111 reduziert wird, um die Elektromaschine 108 für den Antrieb des Fahrzeugs 100 zu nutzen; und/oder
- • ein fünfter Fahrmodus, bei dem der Ladezustand des Energiespeichers 111 durch den Betrieb der Elektromaschine 108 reduziert wird, und bei dem die Elektromaschine 108 zur Unterstützung des Verbrennungsmotors 102 verwendet wird (z. B. um ein zusätzliches Antriebsmoment bereitzustellen).
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Die unterschiedlichen Fahrmodi weisen unterschiedliche Kennlinien auf, wobei eine Kennlinie anzeigen kann, bis zu welchem Antriebsmoment das Fahrzeug 100 rein elektrisch angetrieben wird (z. B. als Funktion der Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs 100). Beispielsweise kann für den ersten Fahrmodus eine Kennlinie definiert sein, die bewirkt, dass bereits bei relativ geringen Antriebsmomenten und/oder bei relativ geringen Fahrgeschwindigkeiten ein Zuschalten des Verbrennungsmotors 102 erfolgt. Andererseits kann für den vierten Fahrmodus eine Kennlinie definiert sein, die bewirkt, dass erste bei relativ hohen Antriebsmomenten und/oder bei relativ hohen Fahrgeschwindigkeiten ein Zuschalten des Verbrennungsmotors 102 erfolgt. Die Kennlinien für die unterschiedlichen Fahrmodi können dabei von dem Ladezustand des Energiespeichers 111 abhängig sein, wobei typischerweise die Wahrscheinlichkeit eines Zustarts des Verbrennungsmotors 102 mit sinkendem Ladezustand (d. h. mit sinkendem State of Charge, SOC) steigt.
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Durch Zuweisen von unterschiedlichen Fahrmodi zu den Segmenten 210 einer Fahrroute 200 kann der Betrieb eines Hybrid-Fahrzeugs 100 entlang der Fahrroute 200 festgelegt werden. Dabei können die Fahrmodi derart den einzelnen Segmenten 210 der Fahrroute 200 zugewiesen werden, dass z. B. der Verbrauch an elektrischer Energie aus dem elektrischen Energiespeicher 111 maximiert wird (ggf. ohne dass dabei ein Ladezustands-Schwellenwert (z. B. von 5% oder mehr) des Energiespeichers 111 unterschritten wird) und/oder dass z. B. der Kraftstoffverbrauch des Fahrzeugs 100 durch optimalen Einsatz der elektrischen Energie aus dem elektrischen Energiespeicher 111 minimiert wird.
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Die Festlegung von Segmenten 210 auf Basis von Kartenattributen, wie z. B. der Steigung einer Straße, ein Tempolimit, und/oder ein Straßentyp, ist meist nicht ausreichend, um in präziser und für einen Fahrer eines Fahrzeugs 100 nachvollziehbaren Weise einen Fahrmodus für das Fahrzeug 100 festzulegen.
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Alternativ oder zusätzlich zu der Berücksichtigung von Kartenattributen können auf Basis realer Betriebsdaten einer Vielzahl von Hybrid-Fahrzeugen 100 Kennzahlen bzw. Attribute für unterschiedliche Abschnitte eines Straßennetzes ermittelt werden. Die Kennzahl (in diesem Dokument auch als Abschnitt-spezifisches Attribut bezeichnet) eines Abschnittes kann anzeigen, inwieweit sich der Abschnitt tatsächlich für den elektrischen Betrieb eines Hybrid-Fahrzeugs 100 eignet. Die Kennzahlen der unterschiedlichen Abschnitte können zusammen mit den digitalen Karteninformationen (z. B. als zusätzliche Attribute der Kanten eines Straßennetzes) gespeichert werden. So können die Kennzahlen von einem Hybrid-Fahrzeug 100 für ein vorausschauendes Energiemanagement für eine vorausliegende Fahrroute 200 verwendet werden.
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3 zeigt ein beispielhaftes Straßennetz 300 mit einer Vielzahl von Knoten 301 (z. B. Kreuzungen, Kreisverkehren, etc.) und einer Vielzahl von Kanten 302 (z. B. Straßen, Autobahnen, Wege, etc.). Bei Kenntnis der Knoten 301 und Kanten 302 eines Straßennetzes 300 kann für ein Fahrzeug 100 eine Fahrroute 200 von einem Anfangspunkt 201 zu einem Endpunkt 202 ermittelt werden, wobei die Fahrroute 200 die ein oder mehreren Kanten 302 und/oder die ein oder mehreren Knoten 301 anzeigt, die den Anfangspunkt 201 mit dem Endpunkt 202 verbinden. In Zusammenhang mit den einzelnen Kanten 302 des Straßennetzes 300 können Kennzahlen (d. h. Abschnitt-spezifische Attribute) gespeichert werden, die die Eignung der Kante 302 zum Fahren eines Hybrid-Fahrzeugs 100 mit einem elektrischen Antrieb anzeigen. Beispielsweise kann für jede Kante 320 eines Straßennetzes 300 eine derartige Kennzahl ermittelt und bereitgestellt werden.
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4 zeigt ein beispielhaftes System 400 zur Ermittlung einer Kennzahl, die die Eignung eines Abschnittes eines Straßennetzes 300, z. B. einer Kante 302 des Straßennetzes 300, für das elektrische Fahren anzeigt. Das System 400 umfasst eine Vielzahl von Hybrid-Fahrzeugen 100, die sich innerhalb des Straßennetzes 300 bewegen und die eingerichtet sind, mit einer Zentraleinheit 401 (z. B. mit einem Server) zu kommunizieren. Während der Fahrt eines Hybrid-Fahrzeugs 100 können Betriebsdaten 411 des Hybrid-Fahrzeugs 100 erfasst und an die Zentraleinheit 401 übermittelt werden. Die Betriebsdaten 411 können sich dabei auf einen bestimmten Abschnitt (z. B. auf eine bestimmte Kante 302) des Straßennetzes 300 beziehen. Beispielhafte Betriebsdaten 411 sind:
- • Information in Bezug auf ein Dreh- bzw. Antriebsmoment der Elektromaschine 108 und/oder des Verbrennungsmotors 102 des Fahrzeugs 100 in dem bestimmten Abschnitt;
- • Information in Bezug auf eine Drehzahl der Elektromaschine 108 und/oder des Verbrennungsmotors 102 des Fahrzeugs 100 in dem bestimmten Abschnitt;
- • Information in Bezug auf einen Betriebspunkt der Elektromaschine 108 und/oder des Verbrennungsmotors 102 des Fahrzeugs 100 in dem bestimmten Abschnitt;
- • Information in Bezug auf eine Veränderung des Ladezustands eines elektrischen Energiespeichers 111 des Fahrzeugs 100 in dem bestimmten Abschnitt;
- • eine Anzahl von Zustarts des Verbrennungsmotors 102 des Fahrzeugs 100 in dem bestimmten Abschnitt; und/oder
- • eine durch das Fahrzeug 100 auf Basis der o. g. Daten ermittelte individuelle Kennzahl (bzw. ein individuelles Attribut) für den bestimmten Abschnitt; diese Kennzahl kann dabei normalisiert worden sein, um Fahrzeug-spezifische Anteile wie z. B. Gewicht, Fahrzeug-Typ, Typ der Elektromaschine 108, etc. zu eliminieren.
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Die Zentraleinheit 401 kann die Betriebsdaten 411 einer Vielzahl von Fahrzeugen 100 für den bestimmten Abschnitt des Straßennetzes 300 sammeln, und basierend darauf eine Abschnitt-spezifische Kennzahl 412 für den bestimmten Abschnitt ermitteln. Diese Kennzahl 412 kann einem Hybrid-Fahrzeug 100 für ein vorausschauendes Energiemanagement bereitgestellt werden.
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Zur Identifikation von Zonen bzw. Segmenten, die zum elektrischen Fahren geeignet sind, können somit Streckenabschnitt-spezifische Kennzahlen (z. B. als zusätzlich gelernte Kartenattribute) bereitgestellt werden. Hybrid-Fahrzeuge 100 können im Betrieb auf Basis von aufgezeichneten und analysierten Drehmoment/Drehzahl-Informationen für jeden zurückgelegten Streckenabschnitt eine Kennzahl ermitteln, die anzeigt, ob sich der Streckenabschnitt für das elektrische Fahren eignet. Diese individuelle Kennzahl kann dann als Betriebsdaten 411 des Fahrzeugs 100 an eine Zentraleinheit 401 gesendet werden. Auf der Zentraleinheit 401 können die Informationen einer Vielzahl von Fahrzeugen 100 gesammelt werden und es kann aus den gesammelten Betriebsdaten 411 für jeden Abschnitt ein entsprechendes Abschnitt-spezifisches Attribut berechnet und laufend aktualisiert werden. Dieses Attribut 412 steht dann für die Identifikation von Fahrmodi für unterschiedliche Segmente 210 einer Fahrroute 200 als (ggf. zusätzliche) Auswahlgröße zur Verfügung.
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6 zeigt eine beispielhafte Menge von Betriebspunkten 603 von Fahrzeugen 100 in einem bestimmten Abschnitt. Dabei zeigt ein Betriebspunkt 603 an, welches Drehmoment 602 und welche Drehzahl 601 (und somit welche Leistung) eine Antriebsmaschine 102, 108 eines Fahrzeugs 100 in dem bestimmten Abschnitt erbracht hat. Es ergibt sich somit eine Wolke von Betriebspunkten 603, die mit einer Referenzkennlinie 604 mit Referenz-Betriebspunkten eines Elektromotors 108 verglichen werden können. Insbesondere kann ermittelt werden, welcher Anteil der tatsächlichen Betriebspunkte 603 auf oder unterhalb der Referenzkennlinie 604 liegt. Basierend auf der Referenzkennlinie 604 und den Betriebspunkten 603 kann somit ein Abschnitt-spezifisches Attribut ermittelt werden. Die Referenzkennlinie kann dabei von einem Typ von Elektromotor 108 abhängen. Das Abschnitt-spezifisches Attribut kann durch Berücksichtigung von unterschiedlichen Referenzkennlinien für unterschiedliche Typen von Elektromotoren 108 anzeigen, für welchen Typ von Elektromotor 108 ein Abschnitt für das elektrische Fahren geeignet ist.
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5 zeigt ein Ablaufdiagramm eines beispielhaften Verfahrens 500 zur Ermittlung der Eignung eines Abschnittes 302 eines Straßennetzes 300 für die Verwendung eines elektrischen Antriebs. Der Abschnitt 302 kann z. B. eine Kante (etwa eine Straße) des Straßennetzes 300 umfassen. Das Straßennetz 300 kann als digitale Karteninformation gespeichert sein. Für die einzelnen Abschnitte 302 können ein oder mehrere Attribute in der digitalen Karteninformation gespeichert sein, um eine Eigenschaft des Abschnitts 302 (z. B. eine Steigung, eine Geschwindigkeitsbegrenzung, etc.) anzuzeigen.
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Das Verfahren 500 umfasst das Ermitteln 501 von Betriebsdaten 411 einer Vielzahl von Fahrzeugen 100 in einem ersten Abschnitt 302 des Straßennetzes 300. Mit anderen Worten, mehrere Fahrzeuge 100 (z. B. 10, 100 oder mehr Fahrzeuge) können Betriebsdaten 411 während einer Fahrt im ersten Abschnitt 302 des Straßennetzes 300 erfassen und bereitstellen. Dabei können die Fahrzeuge 100 einen elektrischen Antrieb, insbesondere eine Elektromaschine 108 für den Antrieb, aufweisen. Die Betriebsdaten 411 eines Fahrzeugs 100 können anzeigen, ob und wie der elektrische Antrieb des Fahrzeugs 100 bei der Fahrt im ersten Abschnitt 302 verwendet wurde. Beispielsweise können die Betriebsdaten 411 das Drehmoment und/oder die Drehzahl der Elektromaschine 108 eines Fahrzeugs 100 bei der Fahrt im ersten Abschnitt 302 anzeigen. In entsprechender Weise können Betriebsdaten 411 für einen Verbrennungsmotor 102 erfasst und bereitgestellt werden.
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Das Verfahren 500 umfasst weiter das Ermitteln 502, auf Basis der Betriebsdaten 411 der Vielzahl von Fahrzeugen 100, eines Abschnitt-spezifischen Attributes 412 für den ersten Abschnitt 302, wobei das Abschnitt-spezifische Attribut 412 die Eignung des ersten Abschnittes 302 für die Verwendung eines elektrischen Antriebs anzeigt. Beispielsweise kann das Abschnitt-spezifische Attribut 412 in mehreren Stufen (z. B. in 3 oder mehr Stufen) anzeigen, wie gut sich der erste Abschnitt 302 für den Antrieb mittels einer Elektromaschine 108 eignet.
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Außerdem umfasst das Verfahren 500 das Bereitstellen 503 des Abschnitt-spezifischen Attributs 412 für den ersten Abschnitt 302 in digitaler Karteninformation bezüglich des Straßennetzes 300. So kann das Abschnitt-spezifische Attribut 412 z. B. durch ein Hybrid-Fahrzeug 100 für das vorausschauende Energiemanagement der in einem Energiespeicher 111 gespeicherten elektrischen Energie und/oder für die Ermittlung von geeigneten Fahrmodi entlang einer Fahrroute 200 verwendet werden.
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Das in diesem Dokument beschriebene Verfahren 500 ermöglicht somit die präzise und robuste Ermittlung von Fahrmodi für eine zukünftige Fahrroute 200 eines Hybrid-Fahrzeugs 100. So kann der Energieverbrauch eines Hybrid-Fahrzeugs 100 reduziert werden.
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Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die gezeigten Ausführungsbeispiele beschränkt. Insbesondere ist zu beachten, dass die Beschreibung und die Figuren nur das Prinzip der vorgeschlagenen Verfahren, Vorrichtungen und Systeme veranschaulichen sollen.
