DE102016224786A1

DE102016224786A1 - Reisezeitoptimierung für ein Fahrzeug mit elektrischem Antrieb

Info

Publication number: DE102016224786A1
Application number: DE102016224786.7A
Authority: DE
Inventors: Hajo Meinert; Jürgen Hildinger
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2016-12-13
Filing date: 2016-12-13
Publication date: 2018-06-14

Abstract

Die Erfindung betriff ein Verfahren zur Reisezeitoptimierung für ein Fahrzeugs mit elektrischem Antrieb, wobei eine Strecke von einem Start zu einem Ziel bestimmt wird, und für die Strecke abhängig von verschiedenen Geschwindigkeiten eine Ladezeitdauer zum Laden eines Energiespeichers des Fahrzeugs und eine Fahrzeit für ein Zurücklegen der Strecke bestimmt wird, wobei ein Einfluss der Ladezeitdauer auf die Reisezeit in Abhängigkeit von den verschiedenen Geschwindigkeiten optimiert wird, und wobei ein die Optimierung betreffendes Signal ausgegeben wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Reisezeitoptimierung für ein Fahrzeugs mit elektrischem Antrieb, eine Steuereinheit zur Ausführung des Verfahrens sowie ein Fahrzeug mit einer solchen Steuereinheit.
Bei Fahrzeugen mit konventionellem Antrieb, d.h. insbesondere mit Verbrennungsmotor, wird eine Fahrt gelegentlich durch Tankaufenthalte unterbrochen. Bei einem Fahrzeug mit konventionellem Antrieb haben diese vor allem bei langen Strecken keinen wesentlichen Einfluss auf die Gesamtfahrzeit. Obwohl der Treibstoffverbrauch abhängig von einer Geschwindigkeit ausfällt, weichen Zeiten zum Befüllen eines Fahrzeugtanks normalerweise nur unwesentlich ab, z.B. in einem einstelligen Minutenbereich.
Bei Fahrzeugen mit elektrischem Antrieb hat hingegen ein Ladeaufenthalt zum Wiederaufladen eines Energiespeichers für elektrische Energie einen großen Einfluss auf die Reisezeit, da das Laden des Energiespeichers wesentlich mehr Zeit in Anspruch nimmt, und sich auch die Ladedauer stark mit einem Entladungsgrad des Energiespeichers ändert.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Reisezeit, die für ein Zurücklegen einer Strecke mit einem Fahrzeug mit elektrischem Antrieb benötigt wird, hinsichtlich einer Reisegeschwindigkeit und Ladestopps zu optimieren.
Die Erfindung stellt daher ein Verfahren, eine Steuereinheit und ein Fahrzeug gemäß der unabhängigen Ansprüche bereit. Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
In einem ersten Aspekt wird ein Verfahren zur Optimierung einer Reisezeit für ein Fahrzeug mit elektrischem Antrieb bereitgestellt, wobei eine Strecke von einem Start zu einem Ziel bestimmt wird, und für die Strecke abhängig von verschiedenen Geschwindigkeiten eine Ladezeitdauer zum Laden eines Energiespeichers des Fahrzeugs und eine Fahrzeit für ein Zurücklegen der Strecke bestimmt wird, wobei die Reisezeit, die die Ladezeitdauer und die Fahrzeit umfasst, dahingehend optimiert wird, dass ein Einfluss der Ladezeitdauer auf die Reisezeit in Abhängigkeit von den verschiedenen Geschwindigkeiten optimiert wird, und ein die Optimierung betreffendes Signal ausgegeben wird. Die Bestimmungen, Ermittlungen und Berechnungen werden bevorzugt von einer Steuereinheit ausgeführt, insbesondere von einer integrierten Schaltung (ASIC, IC) und/oder einem Mikrocontroller (µC), der mit einem flüchtigen und/oder nichtflüchtigen Speicher verbunden ist.
Wenigstens eine Ladestation kann entlang der Strecke bestimmt werden und die Ladezeitdauer zum Laden kann für einen Ladestopp an der wenigstens einen Ladestation ermittelt werden. Das Signal kann die Anzahl der Ladestopps, die Ladezeitdauer, die Reisezeit und/oder den Einfluss der Ladezeitdauer auf die Reisezeit in Abhängigkeit von den verschiedenen Geschwindigkeiten anzeigen. Die Anzeige kann eine optische und/oder akustische Anzeige sein. Das Signal kann an eine Fahrzeugsteuereinheit und/oder eine Anzeigeeinheit ausgegeben werden.
Der Einfluss der Ladezeitdauer auf die Reisezeit kann optimiert und vorzugsweise minimiert werden. Ein Minimum der Reisezeit in Abhängigkeit von einer Geschwindigkeit und/oder der Ladezeitdauer kann bestimmt werden. Die Reisezeit kann dahingehend optimiert werden, dass der Einfluss der Ladezeitdauer die Reisezeit möglichst gering, die Geschwindigkeit jedoch möglichst hoch ist.
Die Anzahl der benötigten Ladestopps kann in Abhängigkeit einer Kapazität eines Energiespeichers des Fahrzeugs bestimmt werden. Die wenigstens eine Ladestation kann in einem zeitlichen und/oder räumlichen Bereich um die Strecke ermittelt werden.
Die Ladezeitdauer für einen Ladestopp kann eine Zeit für eine Anfahrt an die Ladestation, eine Zeit für ein Laden an der Ladestation und eine Zeit für eine Abfahrt von der Ladestation umfassen. Die Zeit für die Anfahrt an die Ladestation und/oder die Abfahrt von der Ladestation kann auf Basis von Verkehrsinformationen, vorzugsweise Echtzeit-Verkehrsinformationen, und/oder Navigationsdaten bestimmt werden. Alternativ oder zusätzlich kann die Ladezeitdauer statistisch, heuristisch bestimmt, konfiguriert und/oder vorgegeben werden.
Es kann eine Restenergie des Energiespeichers des Fahrzeugs konfigurierbar sein. Insbesondere steht die Restenergie für ein Zurücklegen der Strecke und insbesondere einer letzten Teilstrecke der Strecke nicht zur Verfügung. Die Restenergie kann zusätzlich zu einer Reserveenergie des Energiespeichers vorgesehen sein. Bei Erreichen der Restenergie und/oder der Reserveenergie wird insbesondere ein Signal ausgegeben und/oder Fahrparameter des Fahrzeugs verändert. Insbesondere kann eine maximal abrufbare Geschwindigkeit bzw. Leistung festgelegt werden. Insbesondere wird die Rest- und/oder Reservekapazität nicht in der Optimierung berücksichtigt, sondern lediglich die Energie in dem Energiespeicher ohne die Rest- bzw. Reservekapazität.
Ein Beginn einer Anfahrt an die Ladestation kann durch Auswertung von Positionsdaten erkannt werden, insbesondere durch ein Abweichen von der bestimmten Strecke. Ein Ende der Anfahrt an die Ladestation kann durch Auswertung von Positionsdaten erkannt werden, vorzugsweise dadurch, dass die Auswertung der Positionsdaten eine Unterschreitung eines Abstands zu der Ladestation ergibt. Der Beginn einer Abfahrt von der Ladestation kann durch Auswertung von Positionsdaten erkannt werden, vorzugsweise dadurch, dass durch Auswertung der Positionsdaten eine Überschreitung eines Abstands zu der Ladestation erkannt wird. Ein Ende der Abfahrt von der Ladestation kann durch Auswertung der Positionsdaten erkannt werden, insbesondere dadurch, dass die bestimmte Strecke wieder erreicht wird. Der Bereich um eine Ladestation kann vorgegeben, konfigurierbar oder durch Navigationsdaten bestimmt sein.
Die Berechnung der Reisezeit und/oder der Fahrzeit kann auf Basis eines Luftwiderstands, eines Fahrwiderstands, insbesondere einer Luftwiderstandskraft, einer Luftdichte, einer Stirnfläche, eines von der Form des Fahrzeugs abhängigen Strömungswiderstandskoeffizienten, eines Rollwiderstandes, einer Masse des Fahrzeugs, einer Schwerebeschleunigung und/oder eines Wirkungsgrades des elektrischen Antriebs bestimmt werden. Insbesondere kann die Berechnung der Reisezeit durch eine Antriebsleistung und/oder eines Steigungswiderstands erfolgen.
Die Ladezeitdauer für die Reisezeit kann sich aus der Anzahl von Ladestopps, dem Energieverbrauch, der von einer Geschwindigkeit abhängig ist, Ladeleistung der Ladestation, und der Anfahrtszeit zu und/oder der Abfahrtszeit von der Ladestation zusammensetzen. Die Fahrzeit für die Strecke kann aus der Streckenlänge und einer Geschwindigkeit zusammengesetzt sein. Die Fahrzeit kann für wenigstens eine Teilstrecke, insbesondere abhängig von wenigstens einer Geschwindigkeitsbeschränkung auf der wenigstens einen Teilstrecke, bestimmt werden.
Für eine Geschwindigkeit kann eine Energie bestimmt werden, die für das Zurücklegen der Strecke dieser Geschwindigkeit benötigt wird. Die Fahrzeit für die Strecke kann in Abhängigkeit von der zur Verfügung stehenden Kapazität des Energiespeichers bestimmt werden. Die Fahrzeit kann aus der Fahrtdauer und der Geschwindigkeit für die zurücklegbare Strecke ermittelt werden. Daraus kann ein Ladebedarf und/oder die Anzahl der benötigten Ladestopps für eine Geschwindigkeit mit Bezug auf die Strecke ermittelt werden.
Aus dem Ladebedarf, der Ladezeit und der Anfahrt zu und/oder Abfahrt von der Ladestation kann die Ladezeitdauer bestimmt werden. Die Ladezeit kann mit der Fahrzeit für die Strecke die Reisezeit ergeben, wobei ein Energiebedarf für verschiedene Geschwindigkeiten berechnet und ausgegeben werden kann. Die Reisezeit kann sich aus der Ladezeitdauer für die Ladestopps und der Fahrzeit für die Strecke bestimmen.
Die Reisezeit kann in Abhängigkeit von verschiedenen Geschwindigkeiten, insbesondere mit Bezug auf eine Anzahl von Ladestopps und/oder wenigstens eine Ladezeitdauer, ausgegeben werden, insbesondere als optisches und/oder akustisches Signal.
Das Fahrzeug kann ein autonomes Fahrzeug sein.
In einem weiteren Aspekt wird eine Steuereinheit bereitgestellt, die ein Verfahren, wie es hierin beschrieben ist, ausführen kann.
In noch einem weiteren Aspekt wird das Fahrzeug mit einer solchen Steuereinheit bereitgestellt, wobei das Fahrzeug eine Anzeigeeinheit aufweist oder funktional damit verbunden ist, die zur Anzeige einer die Optimierung betreffenden Ausgabe eingerichtet ist.
Die Erfindung wird nunmehr auch mit Blick auf die Figuren beschrieben. Es zeigen:

1 schematisch und exemplarisch eine Illustration des erfindungsgemäßen Verfahrens,
2 eine graphische Darstellung eines exemplarischen Ergebnisses der Optimierung gemäß der Erfindung anhand eines konkreten Anwendungsfalls,
3 eine tabellarische Ansicht der Darstellung aus 2,
4 Parameter, die für die Optimierung verwendet werden können,
5 schematisch ein Fahrzeug gemäß der Erfindung, und
6 einen Verfahrensablauf.

Bei dem Betrieb eines Fahrzeugs mit elektrischem Antrieb führt eine Erhöhung der Fahrtgeschwindigkeit oder einer mittleren Geschwindigkeit dazu, dass einerseits eine Strecke schneller zurückgelegt werden kann. Andererseits entsteht dann ein größerer Ladebedarf, der zu zusätzlichen Ladestopps und/oder längeren Ladezeitdauern bzw. Ladezeiten, d.h. Zeiten, in der das Fahrzeug mit der Ladestation zum Laden gekoppelt ist, führt. Wenn überhaupt kann ein Nutzer bisher nur erfahrungsbasiert eine optimale Reisegeschwindigkeit für eine Strecke wählen, um einen Ladestopp an einer Ladestation zu vermeiden oder die Anzahl der Ladestopps möglichst gering zu halten.
Um dem Nutzer eine optimale Reisegeschwindigkeit vorzugeben, wird nun berechnet, wie die Strecke (inkl. Ladezeitdauer) in einer minimalen Reisezeit zurückgelegt werden kann. Es wird ein Energieverbrauch des Fahrzeugs bei verschiedenen Geschwindigkeiten und eine Ladezeitdauer bestimmt. Die Ladezeitdauer kann eine Anfahrt zu einer Ladestation, die Ladezeit an der Ladestation und eine Abfahrt von der Ladestation umfassen. Strecken und insbesondere Teilstrecken der Strecke, für die Geschwindigkeitsbeschränkungen bestehen und auf denen eine Fahrgeschwindigkeit nicht frei wählbar ist, können hierbei berücksichtigt werden. Informationen hierzu können z.B. aus Navigationsdaten eines Navigationssystems abgeleitet werden.
Auch eine Anzahl und/oder Verteilung von Ladestationen entlang der bestimmten Strecke kann bei der Optimierung berücksichtigt werden. Dabei kann z.B. in einem zeitlichen und/oder räumlichen Bereich um die Strecke konfigurierbar sein, in dem die Ladestationen berücksichtigt werden sollen. Es kann so definiert werden, dass beispielsweise eine Ladestation innerhalb von 10 Minuten oder 3 Kilometern um die Strecke liegen soll, die Ladestation also in maximal 10 Minuten oder nach zurücklegen von maximal 3 Kilometern erreicht werden kann. Dabei kann der Bereich auch dynamisch, z.B. abhängig von einer Verkehrssituation, vorzugsweise auf Basis von Echtzeit-Verkehrsinformationen angepasst werden.
Die Geschwindigkeit des Fahrzeugs kann abhängig von einer Lage der Ladestationen zueinander gewählt werden. Liegen Ladestationen an der Strecke näher beieinander, so kann für eine Strecke zwischen den Ladestationen eine höhere Geschwindigkeit gewählt werden, da die Energie rasch nachgeladen werden kann, als wenn die Ladestationen weiter auseinander liegen. Zudem kann eine aktuelle Verfügbarkeit, eine Ladeleistung und/oder eine Belegung der Ladestationen abgefragt werden, um eine Ladestopp-Planung durchzuführen. Daten dazu können z.B. durch eine Steuereinheit des Fahrzeugs abgerufen werden (z.B. bei einem externen Dienstleister wie z.B. ladenetz.de).
Es kann auch eine Berechnung der Reisezeit für die Strecke mit verschiedenen Eingangsparametern bestimmt werden, z.B. für unterschiedliche Geschwindigkeiten, für einen Ladestand des Energiespeichers, und/oder für wenigstens eine Vorgabe einer Rest- und/oder Reserveenergie. Die optimale Geschwindigkeit für das Zurücklegen der Strecke kann dann einem Nutzer, insbesondere in dem Fahrzeug, angezeigt werden, bspw. auf einer Anzeigeeinheit eines Navigations-/Informationssystems und/oder einer Head-Up-Display-Einheit und alternativ oder zusätzlich auf einer Anzeigeeinheit eines Telekommunikationsendgerätes. Die optimale Geschwindigkeit für die Strecke kann Fahrerassistenzsystemen, wie einer Geschwindigkeitsregeleinheit, einem Tempomat, einer (abstandsabhängigen) Geschwindigkeitsregelung (engl.: Active Cruise Control, ACC), einem Geschwindigkeitsbegrenzer, usw. zugeführt werden. Es wird also vorzugsweise ein Energiebedarf für das Zurücklegen der Strecke oder wenigstens einer Teilstrecke für verschiedene Geschwindigkeiten bestimmt.
Die Restenergie kann dafür vorgesehen sein, dass bei Erreichung eines Navigations-Ziels noch genügend Energie für eine Weiterfahrt zur Verfügung steht. Ist also ein Netz von Ladestationen nicht engmaschig genug, kann an dem Navigations-Ziel eine Mobilität zugesichert werden, bspw. um mit der Restenergie in dem Energiespeicher in einem Bereich ohne Ladestation fahren zu können. Beispielsweise kann so noch eine Ladestation am Ende der Strecke, z.B. an einer Ausfahrt einer Autobahn, genutzt werden, um die Restenergie bereitzustellen. Das Fahrzeug kann dann die Restenergie für eine Fahrt an einem Ziel nutzen und dann, nach Verbrauch der Restenergie und/oder bei Erreichen einer Reserveenergie, ein Signal ausgeben, dass nun eine Ladestation aufzusuchen ist.
Letztendlich kann durch das erfindungsgemäße Optimierungsverfahren eine Geschwindigkeit für eine optimale Reisezeit errechnet werden. Dabei können verschiedene Optimierungsziele verfolgt werden: Bei kurzen Strecken soll möglichst ein Laden und damit ein Stillstand des Fahrzeugs vermieden werden. Bei längeren Strecken soll indessen ein Optimum zwischen hoher Geschwindigkeit und Ladezeitdauer für die Strecke bestimmt werden. Dabei ist zu beachten, dass eine schnelle Fahrt mit dem Fahrzeug zwar Zeit gewinnt, jedoch eine längere Ladezeit an der Ladestation zu erwarten ist, je schneller die Fahrt war, womit wieder Zeit verloren geht.
Insbesondere kann die Ladezeitdauer für die Strecke wie folgt berechnet werden: $L a d e z e i t d a u e r = A n z a h l L a d e v o r g ä n g e \cdot (\frac{E n e r g i e v e r b r a u c h}{L a d e l e i s t u n g} + (A n f a h r t s z e i t + A b f a h r t s z e i t))$
Beispielsweise ergibt sich bei zwei Ladestopps, einem Energieverbrauch 40 Kilowattstunden (kWh), einer Ladeleistung von 80 kW, und einer Anfahrts- und/oder Abfahrtszeit von 15 Minuten, eine Ladezeitdauer von 1,5 Stunden. Es kann auch lediglich eine Zeit als Kombination von Anfahrts- und Abfahrtszeit addiert werden, z.B. zweimal die Anfahrtszeit, wenn Anfahrts- und Abfahrtszeit im Wesentlichen gleich sind.
Die Fahrzeit, die auch für Teilstrecken berechnet werden kann, bspw. bei Strecken auf denen unterschiedliche Geschwindigkeitsbegrenzungen bzw. Tempolimits bestehen, kann wie folgt berechnet werden: $F a h r z e i t = \frac{F a h r s t r e c k e}{G e s c h w i n d i g k e i t}$
Für eine Fahrstrecke von 600 km und eine Geschwindigkeit von 150 km/h kann also eine Fahrzeit von 4 Stunden berechnet werden.
Das Verfahren minimiert nun die Reisezeit, die sich insbesondere aus einer Addition der Fahrzeit und der Ladezeitdauer ergibt. $G e s a m t r e i s e z e i t = F a h r z e i t + L a d e z e i t d a u e r$
Sowohl die Fahrzeit ist dabei abhängig von der Geschwindigkeit, als auch die Ladezeitdauer, da der Energieverbrauch aus dem Energiespeicher insbesondere geschwindigkeitsabhängig ist.
Besonders für automatische oder zumindest teilweise autonome Fahrzeuge, bei denen ein Nutzer des Fahrzeugs zumindest zeitweise das Fahrgeschehen nicht aktiv beeinflussen muss, kann folglich eine optimale Geschwindigkeit für das Zurücklegen der Strecke bestimmt und so die kürzeste Reisezeit unter Berücksichtigung der Ladestopps und der Geschwindigkeit bzw. des Energieverbrauchs ermittelt werden.
Anhand von 1 soll nun das erfindungsgemäße Verfahren beschrieben werden. Zunächst bestimmt bspw. eine Navigationseinheit eine Strecke 10 von einem Start 11 zu einem Ziel 12. Im dargestellten Beispiel wird bspw. eine Strecke 10 bzw. eine Route von München nach Hamburg von ca. 780 km bestimmt. Entlang der Strecke 10 wird eine Anzahl von Ladestationen 13 ermittelt, die für Ladestopps zur Verfügung stehen. Diese befinden sich insbesondere in einem Korridor 14 um die Strecke 10. Der Korridor kann dabei durch eine räumliche oder zeitliche Distanz um die Strecke 10 bestimmt werden. Insbesondere kann der Korridor 14 einen Bereich um die Strecke 10 definieren, in dem Stationen 13 für Stopps berücksichtigt werden. Das heißt, es wird eine Maximalzeit vorgegeben oder für das Fahrzeug hinterlegt, innerhalb der eine Ladestation 13 von der Strecke 10 aus erreicht werden soll. Alternativ oder zusätzlich kann eine Distanz bzw. eine maximale Distanz vorgegeben oder konfigurierbar sein, die eine Ladestation 13 maximal von der Strecke 10 entfernt sein darf.
Es kann dann ein Signal ausgegeben werden, das die Optimierung betrifft. Das Signal kann eine Anzahl von Ladestopps, eine Ladezeitdauer für eine zurückzulegende Strecke 10, die Reisezeit und/oder den Einfluss der Ladezeitdauer auf die Reisezeit in Abhängigkeit von verschiedenen Geschwindigkeiten anzeigen. Das Signal kann im Wege einer optischen und/oder akustischen Anzeige ausgegeben werden, z.B. auf einer Anzeigeeinheit des Fahrzeugs und/oder eines Telekommunikationsendgeräts, wie einem stationären oder mobilen Rechner, z.B. Smartphone, Handy, Tablet, PC, ...
Die Reisezeit kann für die Strecke 10 in Abhängigkeit von mehreren Geschwindigkeiten von einer Steuereinheit berechnet werden, der die Strecke 10 und Fahrzeugparameter, wie sie im Folgenden beschrieben werden, bekannt sind, oder der diese Parameter zugeführt werden.
2 zeigt in einem exemplarischen Diagramm die wesentlichen Einflussgrößen für die Optimierung und graphisch ein Ergebnis einer Optimierung. Wie in 2 dargestellt, ist auf der Hochwertachse die Zeit in Minuten, und auf der Rechtswertachse die Geschwindigkeit in Kilometern pro Stunde (km/h) angegeben. Wie in der Legende angeführt, wird in dem dargestellten Beispiel die Strecke 10 mit 780 km angenommen. Für eine Anfahrt und/oder Abfahrt zu einer Ladestation 13 werden 10 Minuten angenommen. Als durchschnittliche Ladezeit an der Ladestation 13 wird exemplarisch eine Zeit von ca. 30 Minuten angenommen.
Die Reisezeit ist dabei in einer Kurve dargestellt, die im Diagramm oben liegt, und auf der an verschiedenen Stützwerte, insbesondere verschiedene Geschwindigkeiten in einem 10 km/h Abstand, als Quadrate gekennzeichnet sind. Die Ladezeitdauer ist durch die im Diagramm unten liegende Kurve veranschaulicht, wobei an den verschiedenen Geschwindigkeiten diskrete Werte der Kurve durch Rauten dargestellt sind.
Klar zu erkennen ist, dass sich bei Wahl einer sehr geringen Geschwindigkeit, bspw. von 50 km/h, eine sehr lange Reisezeit, bspw. von 960 Minuten bzw. 16 Stunden ergibt. Bei Wahl einer solchen Geschwindigkeit hat die Ladezeitdauer, von bspw. ca. 24 Minuten einen relativ geringen Einfluss auf die Reisezeit. Werden jedoch höhere Geschwindigkeiten betrachtet, so ist zu erkennen, dass die Reisezeit insgesamt bei höheren Geschwindigkeiten abnimmt. Jedoch wird bei höheren Geschwindigkeiten auch mehr Energie verbraucht, was zu längeren Ladezeiten führt, womit also auch der Anteil der Ladezeitdauer an der Reisezeit kontinuierlich steigt.
Für eine Geschwindigkeit, die im Diagramm mit einem Pfeil markiert ist und im dargestellten Beispiel bei ca. 160 km/h liegt, ist dann die Reisezeit unter Berücksichtigung der Ladezeitdauer am geringsten, womit das Optimum erreicht ist. Diese Geschwindigkeit ist optimal, da bei einer Verringerung der Geschwindigkeit die längere Fahrzeit für die Reisezeit insgesamt stärker ins Gewicht fällt als die Ladezeitdauer. Wird indessen eine höhere Geschwindigkeit, bspw. 170 km/h gewählt, so wirkt sich die Ladezeitdauer für das Laden des Energiespeichers stärker aus. Somit wird ein möglicher Vorteil einer Zeitersparnis aus der höheren Geschwindigkeit durch die längere Ladezeitdauer wieder zumindest aufgehoben. Bei noch höheren Geschwindigkeiten steigt der Einfluss der Ladezeitdauer stetig. Daher ist das Optimum für die Reisezeit dann erreicht, wenn ein Minimum der Kurve für die Reisezeit erreicht ist.
Selbstverständlich ist es auch möglich, dass abhängig von den gewählten Parametern mehrere Geschwindigkeiten zu der gleichen Reisezeit führen und sich im Bereich des Minimums der Kurve für die Reisezeit ein Plateau ergibt. Die Ergebnisse der Optimierung für die optimale Reisezeit können dann an einen Nutzer ausgegeben werden. Der Nutzer kann dann auswählen, ob er, bei im Wesentlichen gleicher Reisezeit, eine höhere Geschwindigkeit oder geringere Ladezeitdauer bevorzugt. Insbesondere kann das Signal die optimale Geschwindigkeit anzeigen.
Dem Nutzer kann dann auch eine Information bzgl. der Anzahl der Ladestopps, der Ladezeitdauer, der Fahrzeit, der Reisezeit und andere Information angezeigt werden. Der Nutzer kann dann eine bevorzugte Geschwindigkeit basierend darauf treffen. Der Nutzer kann bspw. eine Anzahl von Ladestopps und Aufhalten an Ladestationen 13 festlegen, die maximal absolviert werden sollen. Abhängig davon wird dann die entsprechende Geschwindigkeit festgelegt. Die optimale oder festgelegte Geschwindigkeit kann dann an ein Fahrerassistenzsystem und insbesondere an einen Geschwindigkeitsbegrenzer ausgegeben werden. Ebenso kann an einem Tempomaten die optimale oder gewählte Geschwindigkeit automatisch eingestellt werden.
In 3 ist tabellarisch die Basis für das in 2 exemplarisch dargestellte Diagramm gezeigt. Die Tabelle führt dabei für verschiedene Geschwindigkeiten auf, wie viel Leistung aus dem Speicher für die Strecke 10 bei der entsprechenden Geschwindigkeit entnommen wird. Weiter ist angezeigt, wie hoch die mögliche Fahrzeit für den Speicherinhalt des Energiespeichers ist, wie lange also bei der jeweiligen Geschwindigkeit mit dem Speicherinhalt gefahren werden kann. Die mögliche Fahrzeit ist hier lediglich beispielhaft in Stunden angegeben.
Weiter ist die mögliche Strecke 10, die mit dem Speicherinhalt des Energiespeichers zurücklegbar ist, angegeben. Für die dargestellte exemplarische Tabelle ist die Gesamtkapazität des Energiespeichers des Fahrzeugs mit 100 Kilowattstunden (kWh) angenommen, während eine vorgegebene bzw. konfigurierbare Reserve bzw. Restenergie des Energiespeichers mit 30 kWh definiert ist. Der für die Optimierung nutzbare Energiegehalt des Energiespeichers beträgt somit 70 kWh. Bei einer Geschwindigkeit von 50 km/h ist in 10,6 Stunden mit einem Verbrauch von 5,1 kW eine Strecke 10 von 530 Kilometern zurücklegbar. Bei einer Strecke 10 von 780 Kilometern ist folglich ein Ladestopp einzuplanen.
Ebenso lässt sich ein Ladebedarf berechnen, mit dem die Ladezeitdauer ermittelbar ist. Abhängig vom Ladebedarf wird die Zeit für eine Ladung an der Ladestation 13, die im Beispiel 30 Minuten beträgt mit dem Ladebedarf multipliziert, womit sich eine Ladezeitdauer (d.h. Anfahrt an und/oder Abfahrt von der Ladestation 13, sowie das Laden an der Ladestation 13) ergibt. Diese ergibt dann mit der Fahrzeit für die Geschwindigkeit die Reisezeit.
Wie in der Tabelle gezeigt ist, liegt die optimale Geschwindigkeit für das Beispiel bei 160 km/h, da hier die Reisezeit mit 439,9 Minuten bzw. 7,3 Stunden am geringsten ist, und sich somit der Einfluss der Ladezeitdauer nicht dominant auswirkt. Einem Nutzer des Fahrzeugs kann indessen lediglich eine Teilmenge der verfügbaren Informationen angezeigt werden, bspw. eine Information zu Geschwindigkeiten, die über dem Optimum liegen (mit „a“ bezeichneter Bereich der Tabelle).
Insbesondere kann lediglich eine Kombination oder eine Teilmenge der in der letzten Zeile der Tabelle mit „x“ bezeichneten Informationen dargestellt werden. Zudem kann lediglich eine Auswahl von Daten dargestellt werden, bspw. lediglich Daten, bei denen sich die Reisezeit um mehr als eine halbe Stunde verlängert. Diese Zeilen der Tabelle sind in der Tabelle mit einem Punktmuster hinterlegt. Der Benutzer erhält dann eine Information darüber, welche Geschwindigkeit welche Reisezeitdauer zur Folge hat. Er kann dann auch entscheiden, ob er gegebenenfalls eine höhere Geschwindigkeit wählt und damit eine längere Ladezeitdauer und somit eine längere Reisezeit in Kauf nimmt. Andererseits kann selbstverständlich auch eine Information darüber erfolgen, dass bei geringeren Geschwindigkeiten zwar eine längere Fahrzeit, dafür aber eine geringere Ladezeitdauer zu erwarten ist.
Der Nutzer kann eine Auswahl über eine mittlere Geschwindigkeit treffen. So kann an dem Tempomaten oder an einem Geschwindigkeitsbegrenzer eine Information ausgegeben werden, welche mittlere Geschwindigkeit eingestellt werden soll. Beispielsweise kann ein Benutzer so festlegen, dass er gerne im Mittel 230 km/h fahren möchte und somit acht Ladestopps bzw. eine Ladezeitdauer von 304,77 Minuten in Kauf nimmt. Andererseits kann der Nutzer bspw. festlegen, dass maximal zwei Ladestopps erfolgen sollen und somit eine maximale Geschwindigkeit von 120 km/h gewählt werden soll. Besonders für autonome Fahrzeuge kann dies sinnvoll sein, da eine kontinuierliche Fahrt des Fahrzeugs von dem Benutzer als angenehmer empfunden wird, als Unterbrechungen zum Zweck des Ladens des Energiespeichers.
Sollte die sich für die Reisezeit bei der Optimierung im Bereich des Minimums ein Plateau ergeben, so kann dem Nutzer auch vorgeschlagen werden, die höchstmögliche Geschwindigkeit im Bereich des Plateaus für das Zurücklegen der Strecke 10 zu wählen. Insgesamt kann ein Nutzer so wählen, ob er schneller fahren und somit länger laden oder langsamer fahren und somit kürzer laden will.
3 zeigt tabellarisch Daten, die für die Berechnungen in dem dargestellten Beispiel verwendet wurden. Insbesondere wurde ein Strömungswiderstandskoeffizient cx mit 0,33 angenommen. Die Fläche des Fahrzeugs wurde mit 2,75 m² angenommen, während ein Rollwiderstandskoeffizient des Fahrzeugs 0,01 angesetzt wurde. Die Fahrzeugmasse wurde mit 2,3 Tonnen bzw. 2.300 Kilogramm angenommen, während die Luftdichte mit 1,2 kg/m³ angesetzt wurde. Die Schwerebeschleunigung wurde mit 9,81 m/sec² definiert, während der Wirkungsgrad des elektrischen Antriebs, der effektiv an den Rädern ankommt und für den Vortrieb zur Verfügung steht, mit 90 % angenommen wurde. Als Gesamtkapazität für den Energiespeicher wurden 100 kWh festgelegt. Für den Energiespeicher kann die Reserve bzw. Restkapazität definiert sein, die im Beispiel mit 30 kWh gewählt wurde. Hierbei ist zu beachten, dass für das Fahrzeug eine Reservekapazität vorgegeben sein kann. Eine Restkapazität kann durch den Nutzer zusätzlich zu der Reservekapazität vorgebbar sein. Die angegeben Restkapazität enthält im Beispiel die Reservekapazität.
Als Ladezeit für das Laden an einer Ladestation 13 wird im Mittel eine Zeit von 30 Minuten angenommen. Insgesamt wird ein Bordnetzverbrauch von Verbrauchern an Bord des Fahrzeugs z.B. mit 1,5 kW angenommen. Wie bereits dargelegt, ist im Beispiel eine Strecke 10 von 780 km definiert, während für die Anfahrt und Abfahrt von einer Ladestation 13 eine Zeit von 10 Minuten angenommen wird.
Dabei ist zu bemerken, dass die Ladezeit für das Laden an der Ladestation 13 bzw. eine Anfahrt an bzw. eine Abfahrt von der Ladestation 13 auch konfigurierbar sein kann und insbesondere auf Basis einer statistischen Auswertung oder einer Heuristik bestimmt wird. Es kann statistisch ausgewertet werden, wie lange eine Anfahrt an eine Ladestation 13 bzw. eine Abfahrt von einer Ladestation 13 dauert, und somit ein Mittelwert für die Dauer für eine Anfahrt und eine Abfahrt definiert werden. Zudem können vorzugsweise Echtzeitverkehrsinformationen und Navigationsdaten, die bspw. Aufschluss über gesperrte oder eingeschränkt befahrbare Straßen und Geschwindigkeitsbegrenzungen geben, eingesetzt werden, um einerseits die Fahrzeitdauer als auch die Anfahrt und Abfahrt an bzw. von der Ladestation 13 zu bestimmen.
Auch die Ladezeitdauer an der Ladestation 13 kann ermittelt werden. Hierzu kann bspw. der Zeitpunkt erfasst werden, an dem das Fahrzeug mit der Ladestation 13 gekoppelt wird, ebenso wie der Zeitpunkt zu dem diese Kopplung getrennt wird. Ebenso ist es möglich, durch Zugriff auf einen Speicher Informationen über Parameter einer Ladestation 13 zu ermitteln bspw. eine Ladespannung, um so die Ladezeitdauer bzw. die Zeit für ein Laden an der Station entsprechend anzupassen (höhere Ladespannung kann eine geringere Ladezeit bedeuten, während eine geringere Ladespannung eine längere Ladezeit an der Ladestation 13 erfordert). Der Speicher kann hier ein entfernter Speicher sein, auf den über ein (drahtloses) Kommunikationsnetzwerk zugegriffen wird.
Eine Anfahrt an die Ladestation 13 kann genauso wie eine Abfahrt von der Ladestation 13 bspw. durch die Auswertung von Positionsdaten eines Positionierungssystems (z.B. GPS, Galileo, GLONASS, ...) erfolgen. Insbesondere kann erkannt werden, wann das Fahrzeug von der Strecke 10 abweicht und, insbesondere in einem vorbestimmten Zeitraum einen Abstand zu einer Ladestation 13 unterschreitet. Folgt weiter nach Unterschreiten des Abstands zur Ladestation 13 innerhalb wiederum eines, bspw. vorgegebenen oder statistisch bestimmten, Zeitraums eine Kopplung mit der Ladestation 13, so wird die Zeit der Abweichung von der Strecke 10 bis zum Beginn des Ladens bzw. bis zum Unterschreiten des Abstandes zur Ladestation 13 als Anfahrt an die Ladestation 13 gewertet.
Andrerseits kann die Abfahrt von der Ladestation 13 bei Überschreiten eines Abstandes zu einer Ladestation 13 nach einem Laden erkannt werden und als Start der Abfahrt von einer Ladestation 13 ausgewertet werden, wenn insbesondere innerhalb eines bestimmten Zeitraumes auf die bestimmte Strecke 10 zurückgekehrt wird. Die Zeiträume können hierbei wiederum vorgegeben sein und/oder statistisch bestimmt werden.
Eine Ausgabe von Informationen für den Nutzer kann nicht nur in dem Fahrzeug, sondern bspw. auch auf einem Telekommunikationsendgerät erfolgen, das mit dem Fahrzeug gekoppelt ist, oder dem die Daten des Fahrzeugs zugänglich sind.
Beispielsweise kann eine Applikation des mobilen Kommunikationsendgerätes die Fahrzeugdaten von einer entfernten Datenbank abfragen. Auf dem Navigationsendgerät kann dann eine Routenplanung bzw. Berechnung der Strecke 10 erfolgen und so bereits ermittelt werden, welche Reisezeit und welche Durchschnittsgeschwindigkeit bzw. Geschwindigkeit für die Strecke 10 als optimal angesehen wird. Diese optimale Reisegeschwindigkeit bzw. eine vom Benutzer gewählte Geschwindigkeit kann dann an das Fahrzeug bspw. durch drahtlose Kommunikation übermittelt werden.
5 zeigt nun schematisch ein Fahrzeug F, das eine Steuereinheit SE aufweist, die zur Ausführung des beschriebenen Verfahrens ausgebildet ist. Insbesondere werden der Steuereinheit SE Eingangsparameter E zugeführt, die sich insbesondere aus den Fahrzeugdaten oder Fahrdynamikdaten, aber auch Navigationsdaten ergeben. Ebenso werden Informationen über einen Energiespeicher ES ermittelt, z.B. Ladegrad, Temperatur, Kapazität, .... Die Steuereinheit SE gibt dann entsprechend ein Signal S aus, insbesondere eine Anzeige AN einer die Optimierung betreffenden Ausgabe. Es kann darauf basierend eine Auswahlmöglichkeit für den Nutzer angezeigt werden. Die Anzeigeeinheit kann dabei funktional mit dem Fahrzeug und insbesondere mit einem entfernten Rechensystem verbunden sein und direkt oder indirekt drahtlos mit dem Fahrzeug kommunizieren. Das Fahrzeug F kann einen Speicher SP aufweisen, in dem Fahrzeugparameter, die wenigstens einer der 2-4 gezeigt sind, abgelegt sind. Zudem kann das Fahrzeug F eine Positionierungseinheit PE aufweisen. Die Positionierungseinheit PE kann eine Positionsinformation als einen der Eingangsparameter E für die Steuereinheit SE bereitstellen. Die Steuereinheit SE kann mittels der Positionsinformation eine Position des Fahrzeugs F bestimmen. In Navigations- und/oder Informationssystem, das insbesondere weitere Daten für die Steuereinheit SE bereitstellen kann, vorzugsweise Kartendaten und/oder Verkehrsinformationen, ist nicht separat dargestellt. Die Steuereinheit SE kann ein Navigations- und/oder Informationssystem oder ein Teil davon sein.
Statt einer Restenergie kann auch eine Restreichweite festgelegt werden. Ein exemplarischer Verfahrensablauf ist in 6 gezeigt. In Schritt S10 wird die Strecke 10 bestimmt. In Schritt S11 wird abhängig von verschiedenen Geschwindigkeiten eine Ladezeitdauer und eine Fahrzeit für die Strecke 10 bestimmt. Die Optimierung des Einflusses der Ladezeitdauer auf die Reisezeit in Abhängigkeit von einer Geschwindigkeit erfolgt in Schritt S12. In Schritt S13 wird das die Optimierung betreffendes Signal S ausgegeben.

Claims

Verfahren zur Reisezeitoptimierung für ein Fahrzeugs (F) mit elektrischem Antrieb, wobei eine Steuereinheit (SE) - eine Strecke (10) von einem Start (11) zu einem Ziel (12) und für die Strecke (10) abhängig von verschiedenen Geschwindigkeiten eine Ladezeitdauer zum Laden eines Energiespeichers (ES) des Fahrzeugs (F) und eine Fahrzeit für ein Zurücklegen der Strecke (10) bestimmt, - einen Einfluss der Ladezeitdauer auf die Reisezeit in Abhängigkeit von den verschiedenen Geschwindigkeiten optimiert, und wobei ein die Optimierung betreffendes Signal ausgibt.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Steuereinheit (SE) wenigstens eine Ladestation (13) entlang der Strecke (10) und die Ladezeitdauer zum Laden für einen Ladestopp an der wenigstens einen Ladestation (13) ermittelt, und/oder wobei das Signal die Anzahl der Ladestopps, die Ladezeitdauer, die Reisezeit und/oder den Einfluss der Ladezeitdauer auf die Reisezeit in Abhängigkeit von den verschiedenen Geschwindigkeiten anzeigt, wobei die Anzeige eine optische und/oder akustische Anzeige ist, und wobei das Signal an eine Fahrzeugsteuereinheit und/oder eine Anzeigeeinheit (AN) ausgegeben wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Steuereinheit (SE) den Einfluss der Ladezeitdauer minimiert und/oder ein Minimum der Reisezeit in Abhängigkeit von den verschiedenen Geschwindigkeiten bestimmt, und/oder die Reisezeit dahingehend optimiert, dass der Einfluss der Ladezeitdauer auf die Reisezeit möglichst gering, die Geschwindigkeit jedoch möglichst hoch ist.
Verfahren nach einem der vorgehenden Ansprüche, wobei die Ladezeitdauer und/oder die Anzahl der benötigten Ladestopps in Abhängigkeit einer Kapazität des Energiespeichers (ES) des Fahrzeugs (F) bestimmt wird, und/oder wobei die wenigstens eine Ladestation (13) in einem zeitlichen und/oder räumlichen Bereich um die Strecke ermittelt werden.
Verfahren nach einem der vorgehenden Ansprüche, wobei die Ladezeitdauer für einen Ladestopp eine Zeit für eine Anfahrt an die Ladestation (13), eine Zeit für ein Laden an der Ladestation (13) und eine Zeit für eine Abfahrt von der Ladestation (13) umfasst, wobei die Steuereinheit (SE) die Zeit für die Anfahrt an die Ladestation (13) und/oder die Abfahrt von der Ladestation (13) auf Basis von Verkehrsinformationen, vorzugsweise Echtzeit-Verkehrsinformationen, und/oder Navigationsdaten bestimmt und/oder die Ladezeitdauer statistisch oder heuristisch bestimmt, und/oder wobei die Ladezeitdauer konfigurierbar und/oder fest vorgebbar ist.
Verfahren nach einem der vorgehenden Ansprüche, wobei eine Restenergie des Energiespeichers (ES) des Fahrzeugs (F) konfigurierbar ist, die insbesondere für ein Zurücklegen der Strecke (10), und insbesondere einer letzten Teilstrecke der Strecke (10), nicht zur Verfügung steht, und insbesondere zusätzlich zu einer Reserveenergie des Energiespeichers (ES) vorgesehen ist.
Verfahren nach einem der vorgehenden Ansprüche, wobei die Steuereinheit (SE) einen Beginn der Anfahrt an die Ladestation (13) durch Auswertung von Positionsdaten erkennt, insbesondere durch ein Abweichen von der bestimmten Strecke (10), und ein Ende der Anfahrt an die Ladestation (13) durch Auswertung von Positionsdaten erkennt, vorzugsweise dadurch, dass durch Auswertung der Positionsdaten eine Unterschreitung eines Abstandes zu der Ladestation (13) erkannt wird, und/oder wobei die Steuereinheit (SE) einen Beginn der Abfahrt von der Ladestation (13) durch Auswertung von Positionsdaten erkennt, vorzugsweise dadurch, dass durch Auswertung der Positionsdaten eine Überschreitung eines Abstandes zu der Ladestation (13) erkannt wird, wobei ein Ende der Abfahrt von der Ladestation (13) durch Auswertung von Positionsdaten erkannt wird insbesondere durch erreichen der bestimmten Strecke (10).
Verfahren nach einem der vorgehenden Ansprüche, wobei die Berechnung der Reisezeit durch die Steuereinheit (SE) auf Basis eines Luftwiderstands, eines Fahrwiderstands, einer Luftdichte, einer Stirnfläche, eines Strömungswiderstandskoeffizienten, eines Rollwiderstands, einer Masse des Fahrzeugs (F), einer Schwerebeschleunigung und/oder eines Wirkungsgrads des elektrischen Antriebs bestimmt wird, und insbesondere abhängig von einer Antriebsleistung und/oder einem Steigungswiderstand.
Verfahren nach einem der vorgehenden Ansprüche, wobei die Steuereinheit (SE) die Ladezeitdauer für die Reisezeit aus der Anzahl von Ladestopps, dem Energieverbrauch, der Ladeleistung der Ladestation (13), und der Anfahrtszeit zu und/oder der Abfahrtszeit von der Ladestation (13) ermittelt, und/oder wobei sie die Fahrzeit für die Strecke (10) aus der Strecke (10) und einer Geschwindigkeit ermittelt, wobei die Fahrzeit für die wenigstens eine Teilstrecke, insbesondere abhängig von wenigstens einer Geschwindigkeitsbeschränkung auf der wenigstens einen Teilstrecke, bestimmt wird.
Verfahren nach einem der vorgehenden Ansprüche, wobei die Steuereinheit (SE) für eine Geschwindigkeit die Energie bestimmt, die für ein Zurücklegen der Strecke (10) bei dieser Geschwindigkeit benötigt wird, wobei die Fahrzeit für die Strecke (10) in Abhängigkeit von der zur Verfügung stehenden Kapazität des Energiespeichers (ES) bestimmt wird, aus der Fahrdauer und der Geschwindigkeit die zurücklegbare Strecke (10) ermittelt wird und daraus ein Ladebedarf und/oder die Anzahl der benötigten Ladestopps für die Geschwindigkeit mit Bezug auf die Strecke (10) ermittelt wird.
Verfahren nach einem der vorgehenden Ansprüche, wobei aus dem Ladebedarf, der Ladezeit und der Anfahrt zu und/oder Abfahrt von der Ladestation (13) die Ladezeitdauer bestimmt wird, wobei die Ladezeit mit der Fahrzeit für die Strecke (10) die Reisezeit ergibt, wobei ein Energiebedarf für verschiedene Geschwindigkeiten berechnet und ausgegeben wird, und/oder wobei sich die Reisezeit aus der Ladezeitdauer für die Ladestopps und der Fahrzeit für die Strecke (10) bestimmt.
Verfahren nach einem der vorgehenden Ansprüche, wobei die Steuereinheit (SE) die Reisezeit in Abhängigkeit von verschiedenen Geschwindigkeiten, insbesondere mit Bezug auf eine Anzahl von Ladestopps und/oder wenigstens eine Ladezeitdauer ausgibt, und insbesondere als optisches und/oder akustisches Signal.
Verfahren nach einem der vorgehenden Ansprüche, wobei das Fahrzeug (F) ein wenigstes teilweise autonomes Fahrzeug (F) ist.
Steuereinheit (SE), die dazu eingerichtet ist, ein Verfahren zur Reisezeitoptimierung nach einem der vorgehenden Ansprüche auszuführen.
Fahrzeug mit einer Steuereinheit (SE) nach Anspruch 14, wobei das Fahrzeug (F) eine Anzeigeeinheit (AN) aufweist oder funktional damit verbunden ist, die zur Anzeige einer die Optimierung betreffende Ausgabe eingerichtet ist.