DE102017201786A1

DE102017201786A1 - Energieeffiziente Navigationsstrecke für elektrische Transportvorrichtungen

Info

Publication number: DE102017201786A1
Application number: DE102017201786.4A
Authority: DE
Inventors: Peggy Wang; Michael O. Harpster; Wenjing Yang; Eric Chen
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2016-02-08
Filing date: 2017-02-03
Publication date: 2017-08-10
Also published as: US20170227369A1; CN107044858A; CN107044858B; US9857189B2

Abstract

Ein Navigationssystem für eine elektrische Transportvorrichtung beinhaltet eine elektrische Energiespeichervorrichtung mit einer derzeit verfügbaren Energie und einer Steuerung. Das Elektrofahrzeug wird mindestens teilweise durch einen Fahrer betätigt. Ein Off-Board Steuermodul ist operativ mit einem Fernserver verbunden, und konfiguriert, um mit der Steuerung zu kommunizieren. Die Steuerung ist mit einem Prozessor und einem physischen, nichtflüchtigen Speicher ausgestattet, in dem Anweisungen zur Ausführung eines Verfahrens zur Bestimmung einer bevorzugten Fahrtroute von einem Startort zu einem Zielort festgehalten sind. Die Steuerung ist zum Beziehen des jeweiligen Energieverbrauchs für jede einer Vielzahl von Routen programmiert, mindestens teilweise basierend auf einem Fahrstilprofil des Fahrers.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die Offenbarung betrifft im Allgemeinen die Auswahl von Navigationsrouten für elektrische Transportvorrichtungen und insbesondere, die Auswahl einer energieeffizienten Navigationsroute für ein elektrisches Fahrzeug.
HINTERGRUND
Elektrische Transportvorrichtungen, wie Elektrofahrzeuge, beziehen in der Regel ihre Energie von einer Batterie. Nach einer bestimmten Nutzungshäufigkeit muss die Batterie wieder aufgeladen werden. Für ausgedehntere Fahrten muss die Batterie eventuell vor dem Erreichen des Zielortes aufgeladen werden.
ZUSAMMENFASSUNG
Ein Navigationssystem für eine elektrische Transportvorrichtung, wie ein Elektrofahrzeug, beinhaltet eine elektrische Energiespeichervorrichtung mit einer derzeit verfügbaren Energie und einer Steuerung. Die elektrische Transportvorrichtung wird mindestens teilweise durch einen Fahrer betätigt. Ein Off-Board Steuermodul ist operativ mit einem Fernserver verbunden und konfiguriert, um mit der Steuerung zu kommunizieren. Das Off-Board Steuermodul ist mit der Steuerung nicht physikalisch verbunden. Die Steuerung ist mit einem Prozessor und einem physischen, nichtflüchtigen Speicher ausgestattet, in dem Anweisungen zur Ausführung eines Verfahrens zur Bestimmung einer bevorzugten Fahrtroute von einem Startort zu einem Zielort festgehalten sind. Anhand der Ausführung der Anweisungen durch den Prozessor erhält die Steuerung eine Vielzahl von Routen vom Startort zum Zielort. Die Steuerung ist zum Beziehen des jeweiligen Energieverbrauchs für jede der Vielzahl von Routen programmiert, mindestens teilweise basierend auf einem Fahrstilprofil des Fahrers.
Wenn der jeweilige Energieverbrauch einer der Vielzahl von Routen größer ist als die derzeit verfügbare Energie, dann ist die Steuerung programmiert, über das Off-Board Steuermodul die Verfügbarkeit von mindestens einer Ladestation auf der einen der Vielzahl von Routen zu ermitteln. Die Steuerung ist zur Auswahl der bevorzugten Route der Vielzahl von Routen, mindestens teilweise basierend auf der Verfügbarkeit der mindestens einen Ladestation und einem niedrigsten Wert des jeweiligen Energieverbrauchs, programmiert.
Die Steuerung ist zur Steuerung von mindestens einem Parameter der elektrischen Transportvorrichtung programmiert, sodass die elektrische Transportvorrichtung an der bevorzugten Route festhält. Eine Vielzahl der Fahrsensoren ist jeweils operativ mit der elektrischen Transportvorrichtung verbunden, und konfiguriert, um die jeweiligen Fahrdaten zu beziehen. Die Fahrsensoren sind zur Übertragung der jeweiligen Fahrdaten an die Steuerung programmiert. Das Off-Board Steuermodul ist programmiert, um den Fahrstil aus den jeweiligen Fahrdaten zu erstellen. Die Fahrsensoren können einen Bremssensor, einen Beschleunigungssensor, einen seitlichen Beschleunigungssensor, einen Rollsensor und einen Nicksensor beinhalten. Das Off-Board Steuermodul ist programmiert, um das Fahrstilprofil aus den jeweiligen Fahrdaten zu erstellen.
Ein Mobiltelefon kann programmiert werden, um die jeweiligen Fahrdaten von der Steuerung zu empfangen, und die jeweiligen Fahrdaten an das Off-Board Steuermodul zu übertragen. Eine Datenübertragungsvorrichtung kann wahlweise mit der Steuerung verbunden sein, und zur Übertragung der jeweiligen Fahrdaten von der Steuerung zum Mobiltelefon programmiert sein. Die Steuerung kann konfiguriert sein, um die jeweiligen Fahrdaten über eine Wi-Fi Verbindung an das Off-Board Steuermodul zu übertragen.
Der Bezug des jeweiligen Energieverbrauchs für jede der Vielzahl von Routen beinhaltet: Aufteilen jeder der Vielzahl von Routen in eine jeweilige Vielzahl von Knoten mit jeweiligen Fahrstrecken (i) mit jeweiligen Streckenlängen (d_i); und Bezug einer erwarteten Geschwindigkeit (S_e,i) für jede der jeweiligen Fahrstrecken (i). Die erwartete Fahrgeschwindigkeit (S_e,i) auf der
Fahrstrecke wird auf Basis einer erwarteten Fahrgeschwindigkeit (S_e,NT) auf der
Fahrstrecke ohne einen Verkehrsfaktor, einer erwarteten Fahrgeschwindigkeit (S_e,T) auf der
Fahrstrecke mit dem Verkehrsfaktor und einem Empfindlichkeitsfaktor (β) ermittelt. Die erwartete Fahrgeschwindigkeit (S_e,i) an der i. Fahrstrecke kann definiert werden als: S_e,i = S_e,NT + F = [S_e,NT + B·(S_e,T – S_e,NT)]. Der Empfindlichkeitsfaktor ist als ein Verhältnis einer Kovarianz und einer Varianz definiert, sodass: β = Kovarianz [S_e,i, S_e,NT]/Varianz [S_e,NT].
Die erwartete Geschwindigkeit (S_e,i) kann mithilfe einer Nachschlagetabelle in eine Energieverbrauchsrate (CR_i) umgewandelt werden. Die Steuerung ist programmiert, um eine jeweilige verbrauchte Wegstrecken-Energie (E_i) zu erhalten, entlang der jeweiligen Wegstrecken (i) als Produkt der Energieverbrauchsrate (CR_i) und der jeweiligen Streckenlängen (d_i), sodass E_i = (CR_i·d_i). Die Steuerung ist programmiert, um den jeweiligen Energieverbrauch entlang jeder der Vielzahl von Routen als Summe der jeweiligen verbrauchten Wegstrecken-Energie (E_i) entlang aller der jeweiligen Fahrstrecken (i) zu erhalten.
Die vorstehend genannten Funktionen und Vorteile sowie andere Funktionen und Vorteile der vorliegenden Offenbarung gehen aus der folgenden ausführlichen Beschreibung der bestmöglichen praktischen Umsetzung der dargestellten Offenbarung in Kommunikation mit den zugehörigen Zeichnungen hervor.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine schematische Darstellung eines Navigationssystems für eine elektrische Transportvorrichtung, gemäß einer ersten Ausführungsform;
2 ist eine schematische Darstellung eines weiteren Navigationssystems für die elektrische Transportvorrichtung, gemäß einer zweiten Ausführungsform;
3 ist ein Flussdiagramm für ein Verfahren zur Bestimmung einer bevorzugten Route aus einer Vielzahl von Routen, um für die Vorrichtung der 1 und 2 von einem Startort zu einem Zielort zu fahren;
4 ist ein Beispiel der Vielzahl von Routen von 3; und
5 ist ein Beispiel einer Kurve, die im Verfahren von 3 verwendet werden kann, und eine Energieverbrauchsrate (Wattstunden pro Meile) in der vertikalen Achse und eine Fahrzeuggeschwindigkeit (mph)) in der horizontalen Achse zeigt.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Unter Bezugnahme auf die Zeichnungen, worin gleiche Referenznummern auf gleiche Komponenten verweisen, zeigt 1 eine schematische Darstellung eines ersten Navigationssystems 10 für eine elektrische Transportvorrichtung 11, gemäß einer ersten Ausführungsform. In den gezeigten Ausführungsformen ist die elektrische Transportvorrichtung 11 ein Elektrofahrzeug 12, aber, es versteht sich, dass die elektrische Transportvorrichtung 11 ein Fahrrad, ein Roboter, ein landwirtschaftliches Gerät, eine Sportausrüstung oder jede andere elektrische Transportvorrichtung sein kann. Das Elektrofahrzeug 12 kann ein Personenkraftfahrzeug, Leistungsfahrzeug, militärisches Fahrzeug oder ein Industriefahrzeug oder jede Art von Fahrzeug sein.
Das Elektrofahrzeug 12 beinhaltet eine elektrische Energiespeichervorrichtung, wie eine Batterie 14, mit einer derzeit verfügbaren Energie und wird mindestens teilweise von einem Fahrer 16 bedient. Das Fahrzeug 12 kann Räder 18 beinhalten. Bezugnehmend auf 1 beinhaltet das Elektrofahrzeug 12 eine Steuerung 20, die mindestens einen Prozessor 22 und mindestens einen Speicher 24 (oder ein anderes nicht flüchtiges, physisches und computerlesbares Speichermedium) beinhaltet, auf dem Anweisungen zur Ausführung des Verfahrens 200, in 3 dargestellt, zur Ermittlung einer bevorzugten Route 302 für die Fahrt von einem Startort 304 zu einem Zielort 306 aufgezeichnet sind. Der Speicher 24 kann von der Steuerung ausführbare Befehlssätze speichern und der Prozessor 22 kann den auf dem Speicher 24 gespeicherten und von der Steuerung ausführbaren Befehlssatz ausführen.
Unter Bezugnahme auf 1 ist ein Off-Board Steuermodul 30 operativ mit einem Fernserver 36 verbunden, und konfiguriert, um mit der Steuerung 20 zu kommunizieren. Das Off-Board Steuermodul 30 ist nicht physikalisch mit der Steuerung 20 verbunden und hat mindestens einen Prozessor 32 und mindestens einen Speicher 34 (oder ein anderes nicht flüchtiges, physisches und computerlesbares Speichermedium). Der Speicher 34 kann von der Steuerung ausführbare Befehlssätze speichern und der Prozessor 32 kann den auf dem Speicher 34 gespeicherten und von der Steuerung ausführbaren Befehlssatz ausführen. Der Fernserver 36 kann eine Zentraleinheit und Datenspeichereinheit beinhalten.
In der Ausführungsform von 1 kann die Steuerung 20 über eine erste mobile Anwendung 38, die auf einer drahtlosen Funkvorrichtung 40 läuft, beispielsweise einem Smartphone 40, mit dem Off-Board Steuermodul 30 kommunizieren. Die Schaltungstechnik und die Komponenten eines Fernservers, einer drahtlosen Funkvorrichtung, mobiler Anwendungen (”Apps”) sind dem Fachmann auf dem Gebiet bekannt. Unter Bezugnahme auf 1 kann eine Datenübertragungsvorrichtung 42 angewendet werden, um an einem Port 44 der Steuerung 20 angeschlossen zu werden und die Fahrzeugdaten – wie Geschwindigkeit, Standort, Zustand der Batterie 14 und Informationen von verschiedenen Sensoren – auszulesen. Eine Datenübertragungsvorrichtung 42 kann wahlweise mit der Steuerung 20 verbunden sein, (d. h. kann verbunden und dann wieder getrennt werden) und speziell zur Übertragung der jeweiligen Fahrdaten von der Steuerung 20 auf ein Mobiltelefon 40 programmiert sein. Die Informationen von verschiedenen Sensoren können auf den Fahrzeugbus übertragen werden. Die Fahrzeugdaten können durch die Datenübertragungsvorrichtung 42 vom Fahrzeugbus ausgelesen werden. Die Datentransfervorrichtung 42 kann jede Hardware oder jeder Universalrechner sein, der speziell zum Abrufen von Daten der Steuerung 20 programmiert wurde, wenn er an Port 44 angeschlossen wird.
Unter Bezugnahme auf 1 kann die Datenübertragungsvorrichtung 42 über eine drahtlose Verbindung 26 Daten auf das Mobiltelefon 40 übertragen. Die Datentransfervorrichtung 40 kann über Bluetooth^TM Verbindungen verfügen und die drahtlose Verbindung 26 kann eine Bluetooth^TM Verbindung sein. Bluetooth^TM ist definiert als eine Kurzstreckenfunkverbindung (oder drahtlose Technik), die die Verbindung zwischen Internetgeräten und zwischen Vorrichtungen und dem Internet vereinfachen soll. Bluetooth^TM ist ein offener, drahtloser Technikstandard zum Übertragen fester und beweglicher elektronischer Daten der Vorrichtung über kurze Strecken und erzeugt persönliche Netzwerke, die innerhalb des 2,4 GHz-Bereichs arbeiten. Jede andere Art der Verbindung kann verwendet werden.
Unter Bezugnahme auf 1 kann das Mobiltelefon 40 die Daten über einen Zugangspunkt 46 und ein drahtloses Netzwerk 48 auf das Off-Board Steuermodul 30 übertragen. Der Zugangspunkt 46 wird zur Abstrahlung eines drahtlosen Signals verwendet, das verschiedene Vorrichtungen erfassen und „abstimmen” kann. Das drahtlose Netzwerk 48 kann ein Drahtloses Lokales Netzwerk (LAN) sein, das mehrere Vorrichtungen unter Verwendung eines drahtlosen Verteilungsverfahrens miteinander verknüpft. Das Funknetz 48 kann ein drahtloses Stadtnetzwerk sein (MAN; Wireless Metropolitan Area Networks), das mehrere drahtlose LANs miteinander verbindet. Das Funknetz 48 kann ein Weitverkehrsnetz (WAN) sein, das große Bereiche, wie benachbarte Orte und Städten abgedeckt.
Unter Bezugnahme auf 1 kann das Mobiltelefon 40 mit einem Netzwerkadapter 50 ausgestattet sein, um den Zugangspunkt 46 und das drahtlose Netzwerk 48 zu verbinden. Der Netzwerkadapter 50 ist mit dem Funknetz 48 verbunden und befindet sich typischerweise auf einer Leiterplatte mit Jumpern. Der Netzwerkadapter 50 kann sich durch eine integrierte oder extern angeschlossene Antenne mit dem Netzwerk verbinden und kann LAN-Protokolle wie TCP/IP unterstützen.
Die Steuerung 20 (aus den 1 und 2) ist konfiguriert, d. h. eigens programmiert, um die Schritte aus Verfahren 200 (unten mit Bezug auf 3 genauer besprochen) auszuführen, und kann Eingaben verschiedener Sensoren empfangen. Bezugnehmend auf 1 ist ein Temperatursensor 60 operativ mit der Steuerung 20 verbunden und so konfiguriert ist, dass er die Umgebungstemperatur erfasst. Unter Bezugnahme auf 1 kann eine Vielzahl von Fahrsensoren 62 in Kommunikation (z. B. elektronischer Verbindung) mit der Steuerung 20 sein, und konfiguriert, dass sie die jeweiligen Fahrdaten erhält. Die Fahrsensoren 62 sind zur Übertragung der jeweiligen Fahrdaten an die Steuerung programmiert. Die Fahrsensoren können einen Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 64, Bremspedalkraftsensor 66, Gaspedalkraftsensor 68, seitlichen Beschleunigungsmesser 70, Längsbeschleunigungsmesser 72 beinhalten. Die Fahrsensoren können einen Lenkradwinkelsensor 74, einen Wanksensor 76 und einen Nicksensor 78 beinhalten. Die jeweiligen Fahrdaten können Fahrereigenschaften beschreiben, einschließlich, jedoch nicht darauf beschränkt: Grad und Häufigkeit von Beschleunigung und Bremsung, Lenksteuerung, Fahrzeuggeschwindigkeit relativ zu einer Grenzgeschwindigkeit, Häufigkeit des Überholens und Häufigkeit von Spurwechsel.
Unter Bezugnahme auf 2 ist ein zweites Navigationssystem 110 für eine elektrische Transportvorrichtung 111 gezeigt, gemäß einer zweiten Ausführungsform. Die elektrische Transportvorrichtung 111 kann ein Elektrofahrzeug 112, wie ein Personenkraftwagen, ein Leistungsfahrzeug, militärisches Fahrzeug oder ein Industriefahrzeug oder ein Fahrrad, ein Roboter, landwirtschaftliches Gerät, Sportausrüstung oder jede andere, elektrische Transportvorrichtung sein. Das zweite Navigationssystem 110 ist in jeder Hinsicht dem ersten Navigationssystem 10 ähnlich, mit Ausnahme der unten beschriebenen Eigenschaften. Zur Vereinfachung sind die Sensoren 62 in 2 nicht dargestellt, jedoch, versteht es sich, dass sie in dem Elektrofahrzeug 112 enthalten sind.
In der Ausführungsform von 2 kann die Steuerung 20 über eine zweite mobile Anwendung 137, die in einem Infotainment-System 139 eingebaut sein kann und auf diesem läuft, mit dem Off-Board Steuermodul 30 kommunizieren. Die zweite mobile Anwendung 137 kann einstückig mit der Steuerung 20, oder mit dieser verbunden sein (z. B. verdrahtet), sodass sie physischen Zugriff auf die Daten in der Steuerung 20 hat. Die Steuerung 20 kann über eine Wi-Fi Verbindung 141 Informationen an das Off-Board Steuermodul 30 übertragen, einschließlich, jedoch nicht beschränkt auf Fahrdaten.
Unter Bezugnahme auf 2, kann die Wi-Fi Verbindung 141 definiert werden als jedes drahtlose lokale Netzwerkprodukt, das auf den 802.11 Normen des IEEE beruht (Institute of Electrical and Electronics Engineers). Die Wi-Fi Verbindung 141 arbeitet ohne physikalische, verdrahtete Verbindung zwischen Sender und Empfänger mithilfe der Hochfrequenz(RF)-Technologie, einer Frequenz innerhalb des elektromagnetischen Spektrums, die mit der Ausbreitung von Funkwellen verbunden ist. Wenn ein HF-Strom in eine Antenne eingespeist wird, dann entsteht ein elektromagnetisches Feld, das sich dann im Raum ausbreiten kann. Eine Routing-Vorrichtung 143 kann angewendet werden, um die Steuerung 20 mit einer verdrahteten Breitbandverbindung 145 und einem drahtlosen Netzwerk 48 zu verbinden. Die Routing-Vorrichtung 143 kann ein Modem oder eine andere, Fachleuten bekannte Vorrichtung sein.
Nun bezugnehmend auf 3 wird ein Flussdiagramm des Verfahrens 200 abgebildet, das auf der Steuerung 20 aus 1–2 gespeichert und von dieser ausgeführt werden kann. Verfahren 200 ist sowohl für das erste als auch für das zweite Navigationssystem 10 und 100 anwendbar. Das Verfahren 200 muss nicht in der bestimmten, hierin genannten Reihenfolge angewendet werden. Darüber hinaus muss beachtet werden, dass einige Schritte eliminiert sein können. Bezugnehmend auf 3 kann das Verfahren 200 mit Block 202 beginnen, wobei die Steuerung 20 programmiert oder konfiguriert ist, um eine Vielzahl von Routen von einem Startort zu einem Zielort zu erhalten. Unter Bezugnahme auf 4 wird eine Vielzahl von Routen 300 vom Startort 302 zum Zielort 304 dargestellt. Der Startort 302 und der Zielort 304 können der Steuerung 20 durch den Fahrer 16 über eine Fahrer-Benutzeroberfläche (nicht dargestellt) mitgeteilt werden. Unter Bezugnahme auf 4 kann die Vielzahl von Routen 300 eine erste, zweite und dritte Routen 308, 310, 312 beinhalten.
In Block 204 von 3 ist die Steuerung 20 programmiert, um jede der Vielzahl von Routen 300 in eine jeweilige Vielzahl von Knoten mit jeweiligen Fahrstrecken (i) mit jeweiligen Streckenlängen (d_i) zu unterteilen. Unter Bezugnahme auf das in 4 gezeigte Beispiel, kann sich die erste Route 308 in Teilstrecken 314A und 314B aufteilen, die durch einen ersten Knoten 316 voneinander getrennt sind. Die zweite Route 310 kann sich in die Teilstrecken 318A und 318B aufteilen, die durch einen zweiten Knoten 320 voneinander getrennt sind. Die dritte Route 312 kann sich in die Teilstrecken 322A und 322B aufteilen, die durch einen dritten Knoten 324 voneinander getrennt sind. Dijkstra's Algorithmus A* (A Stern) oder jedes andere Verfahren, das Fachleuten bekannt ist, kann eingesetzt werden.
In Block 206 aus 3, ist die Steuerung 20 programmiert, um eine erwartete Geschwindigkeit (S_e,i) für jede der jeweiligen Teilstrecken (i) zu erhalten. Die erwartete Fahrgeschwindigkeit (S_e,i an der i. Fahrstrecke wird auf der Basis einer erwarteten Fahrgeschwindigkeit (S_e,NT) an der i. Fahrstrecke ohne einen Verkehrsfaktor, einer erwarteten Fahrgeschwindigkeit (S_e,T) an der i. Fahrstrecke mit dem Verkehrsfaktor und einem Empfindlichkeitsfaktor (β) ermittelt. Die erwartete Fahrgeschwindigkeit (S_e,i) an der i. Fahrstrecke kann definiert werden als: S_e,i = S_e,NT + F = [S_e,NT + β·(S_e,T – S_e,NT)].
Die erwartete Fahrgeschwindigkeit (S_e,NT) an der
Fahrstrecke ohne einen Verkehrsfaktor (z. B. um Mitternacht) und die erwartete Fahrgeschwindigkeit (S_e,T) an der
Fahrstrecke mit einem Verkehrsfaktor wird anhand historischer Daten zur Fahrgeschwindigkeit in einem bestimmten Zeitraum eines Tages abgeschätzt, basierend auf einer Eingabe von Block 208. In Block 208 aus 3 ist die Steuerung 20 programmiert, um die Historie der Geschwindigkeit entlang der Vielzahl von Fahrstrecken vom Off-Board Steuermodul 30 zu erhalten. Unter Bezugnahme auf die 1–2 kann das Off-Board Steuermodul 30 in elektronischer Verbindung mit mehreren elektrischen Transportvorrichtungen stehen und von diesen Daten verwenden, wie beispielsweise eines zweiten Elektrofahrzeugs 56 und eines dritten Elektrofahrzeugs 58, um die Historiedaten der Fahrgeschwindigkeit in einem bestimmten Zeitraum eines Tages zu erhalten.
Der Empfindlichkeitsfaktor (β) ist als ein Verhältnis einer Kovarianz und einer Varianz definiert, sodass: β = Kovarianz [S_e,i, S_e,NT]/Varianz [S_e,NT]. Kovarianz ist ein Maß, wie Änderungen in einer Variablen mit Änderungen in einer zweiten Variablen verbunden sind. Insbesondere misst die Kovarianz den Grad, mit welchem zwei Variablen linear miteinander verbunden sind. Wenn eine Erhöhung einer Variablen mit einer Erhöhung der anderen Variablen einhergeht, dann ist die Kovarianz positiv. Wenn eine Erhöhung einer Variablen mit einer Abnahme der anderen Variablen einhergeht, dann ist die Kovarianz negativ. Die Kovarianz zwischen zwei gemeinsam verteilten, reell-wertigen statistischen Variablen X und Y, wobei E[X] der Erwartungswert oder Mittelwert von X ist, und unter der Annahme begrenzter zweiter Momente, ist definiert als: σ(X, Y) = E[(X – E[X])(Y – E[Y])] = E[(X – E[X])(Y – E[Y])].
Varianz (V) ist ein Sonderfall der Kovarianz, wenn die beiden Variablen gleich sind, und ist definiert als: σ(X, X) = σ²(X). Die Varianz misst den Grad der Streuung einer Gruppe von Zahlen. Die Varianz Null zeigt an, dass alle Werte identisch sind. Varianz ist immer nichtnegativ; eine kleine Varianz weist darauf hin, dass die Datenpunkte nahe dem Mittelwert bzw. Erwartungswert und beieinander liegen, während eine hohe Varianz darauf hinweist, dass die Datenpunkte gut um den Mittelwert verstreut und voneinander entfernt liegen. Die Quadratwurzel der Varianz ist die Standardabweichung.
Die Historiedaten zur Fahrgeschwindigkeit in dem Off-Board Steuermodul 30 können durch aktuelle Daten zum Verkehrsfluss modifiziert werden. Unter Bezugnahme auf 1 kann das Off-Board Steuermodul 30 von einer Datenquelle 80 über das Funknetz 48 aktuelle Daten zum Verkehrsfluss erhalten. Die Verkehrsdatenquelle 80 kann eine Navigationsdatenbank oder eine handelsübliche Quelle aktueller Verkehrsdaten sein, die Fachleuten bekannt ist.
In Block 210 von 3 ist die Steuerung 20 programmiert, um die erwartete Geschwindigkeit (S_e,i) mithilfe einer Nachschlagetabelle oder einer Kurve in eine Energieverbrauchsrate (CR_i) umzuwandeln. 5 ist ein Beispiel einer Kennkurve 400, die zum Umwandeln der erwarteten Geschwindigkeit (S_e,i) in eine Energieverbrauchsrate (CR_i) verwendet werden kann. 5 zeigt die erwartete Geschwindigkeit des Fahrzeugs (mph) in der horizontalen Achse 402 und die Energieverbrauchsrate (Wattstunden pro Meile) in der vertikalen Achse 404. Das Diagramm unterscheidet sich zwischen den einzelnen Fahrer. Eine Energie-Geschwindigkeits-Beziehung für ein bestimmtes Fahrzeug oder Vorrichtungsmodell kann als Basislinie für den Fahrer 16 verwendet werden und durch die jeweiligen Fahrdaten modifiziert werden, die von dem Off-Board Steuermodul 30 erhalten werden. In Block 212 von 3 ist die Steuerung 20 programmiert, um vom Off-Board Steuermodul 30 ein Fahrstilprofil zu erhalten. Das Off-Board Steuermodul 30 ist programmiert (mit dem Speicher 34 und Prozessor 32), um ein Fahrstilprofil zu erstellen, basierend auf den jeweiligen Fahrdaten der Fahrsensoren 62. Das Off-Board Steuermodul 30 kann bestimmte Typen von Fahrweisemodellen speichern und die jeweiligen Fahrdaten an statistische Modelle des Fahrstils anpassen, wie Fachleuten bekannt ist. Das Off-Board Steuermodul 30 (durch Prozessor 32 und Speicher 34) kann speziell programmiert sein, um statistische Modelle des Fahrstils zu erstellen und zu identifizieren, basierend auf den Fahrdaten von Fahrern mehrerer elektrischer Transportvorrichtungen, wie einem zweiten Elektrofahrzeug 56 und einem dritten Elektrofahrzeug 58.
In Block 214 von 3 ist die Steuerung 20 programmiert, um den jeweiligen Energieverbrauch entlang jeder der Vielzahl von Routen (wie der Vielzahl von Routen 300 in 4) zu erhalten. Als erstes ist die Steuerung 20 programmiert, um eine jeweilige, entlang der Fahrstrecke verbrauchte Fahrstrecken-Energie (E_i) (i) als Produkt der Energieverbrauchsrate (CR_i) und der jeweiligen Streckenlängen (d_i) zu erhalten, sodass E = (CR_i·d_i). Zweitens ist die Steuerung 20 programmiert, um den jeweiligen Energieverbrauch entlang jeder der Vielzahl von Routen als Summe der jeweiligen verbrauchten Wegstrecken-Energie (E_i) entlang aller der jeweiligen Fahrstrecken (i) zu erhalten.
In Block 216 von 3 ist die Steuerung 20 programmiert, um den jeweiligen Energieverbrauch entlang jeder der Vielzahl von Routen (wie der Vielzahl von Routen 300 in 4) mit der derzeit zur Verfügung stehenden Energie der Batterie 14 zu vergleichen. Die in der Batterie 14 gespeicherte Energie kann in Wattstunden (Wh), Kilowattstunden (kWh) oder Amperestunden (Ah) gemessen werden. Die „Batteriekapazität” stellt die maximale Menge an Energie dar, die aus der Batterie 14 unter bestimmten Bedingungen abgezogen werden kann. Die verfügbare Energie oder die tatsächliche Energie der Batterie 14 beruht auf der Batteriekapazität, dem Alter und der Historie der Batterie, den Lade- oder Entladevorgängen der Batterie 14 und der Umgebungstemperatur (erfasst durch Temperatursensor 60 der 1). Bei höheren Temperaturen ist die Batteriekapazität typischerweise höher als bei niedrigeren Temperaturen. Die Steuerung 20 kann programmiert werden, um die derzeit verfügbare Energie auf Grundlage der Temperaturmessung (T) des Temperatursensors 60 zu verändern. In einem Beispiel wird die derzeit verfügbare Energie durch einen Faktor (T – T₀)·C verändert, wobei T₀ eine Grenztemperatur und C eine Konstante ist. In einem Beispiel ist T₀ 40° Celsius und C ist 1,05.
Wenn der jeweilige Energieverbrauch einer der Vielzahl von Routen geringer ist als die derzeit zur Verfügung stehende Energie, schreitet das Verfahren 200 von Block 216 zu Block 218 fort, wie durch Linie 217 angezeigt, wobei die Steuerung 20 programmiert ist, um die Route als eine „mögliche Route” zu markieren oder zu speichern.
Wenn der jeweilige Energieverbrauch größer ist als die derzeit zur Verfügung stehende Energie, schreitet das Verfahren 200 von Block 216 weiter zu Block 220, wie angezeigt durch Linie 219, worin die Steuerung 20 programmiert ist, um mithilfe des Off-Board Steuermoduls 30 die Verfügbarkeit von mindestens einer Ladestation auf diesen Fahrtrouten zu ermitteln. Unter Bezugnahme auf 4, zur Veranschaulichung, wird angenommen, dass für die erste, zweite und dritte Route 308, 310, 312 der jeweilige Energieverbrauch größer ist als die derzeit zur Verfügung stehende Energie.
In Block 220 ist die Steuerung 20 programmiert, um mithilfe des Off-Board Steuermoduls 30 die Verfügbarkeit von mindestens einer Ladestation auf jeder Route zu ermitteln. Steht auf dieser bestimmten Route keine Ladestation zur Verfügung, fährt das Verfahren 200 mit Block 222 fort, wobei die Steuerung 20 programmiert ist, um die Route als eine „nicht ratsame Route” zu markieren oder zu speichern. Unter Bezugnahme auf 4 hat die zweite Route 310 keine Ladestation, daher wird sie als „nicht ratsam” markiert oder gespeichert.
Liegt mindestens eine Ladestation auf der Route, fährt das Verfahren 200 von Block 220 mit Block 218 fort, wobei die Steuerung 20 programmiert ist, um die Route als eine „mögliche Route” zu markieren. Unter Bezugnahme auf 4, beinhaltet die erste Route 308 eine erste Ladestation 326 und die dritte Route 312 eine zweite Ladestation 328; daher wird sowohl die erste Route 308, als auch die dritte Route 312 gespeichert oder mit „mögliche Routen” markiert.
In Block 224 aus 2, von den in Block 218 als „mögliche Fahrtrouten” markierten oder gespeicherten Route, ist die Steuerung 20 so programmiert, das sie die Route mit dem niedrigsten Wert des jeweiligen Energieverbrauchs (zuvor in Block 214 ermittelt) als „bevorzugte Route” auswählt. Im Vergleich der ersten Route 308 und der dritten Route 312, wird die Strecke mit dem niedrigsten Wert des Energieverbrauchs als die bevorzugte Route ausgewählt. In Block 226 ist die Steuerung 20 zur Steuerung von mindestens einem Betriebsparameter des Elektrofahrzeugs 12 programmiert, sodass das Elektrofahrzeug 12 an der bevorzugten Route festhält. Wenn das Elektrofahrzeug 12 einer Strecke folgt, die als „nicht ratsam” markiert ist, dann kann die Steuerung 20 programmiert werden, um auf einen alternativen, energiesparenden Betriebsmodus umzuschalten. Beispielsweise kann der energiesparende Betriebsmodus eine hohe Beschleunigung des Elektrofahrzeugs 12 vermeiden. Die Steuerung 20 kann programmiert werden, um eine optische Mitteilung in einem Armaturenbrett (nicht dargestellt) oder einem anderen Teil, eine Sprachausgabe oder einen hörbaren Klingelton auszugeben. Daher optimiert das Verfahren 200 den Betrieb und die Funktionsweise der elektrischen Transportvorrichtung 11.
Die Steuerung 20, das Off-Board Steuermodul 30 und der Fernserver 36 der 1–2 können beinhalten: ein computerlesbares Medium (auch als prozessorlesbares Medium bezeichnet), einschließlich aller nicht-transitorischen (z. B. physischen) Medien, die an der Bereitstellung von Daten (z. B. Anweisungen) beteiligt sind, die von einem Computer gelesen werden könnten (z. B. durch den Prozessor eines Computers). Ein derartiges Medium kann in einem beliebigen Format vorliegen, einschließlich, aber nicht beschränkt auf nichtflüchtige Medien und flüchtige Medien. Nichtflüchtige Medien können beispielsweise optische oder magnetische Disketten und andere persistente Speicher sein. Flüchtige Medien können zum Beispiel dynamische Direktzugriffsspeicher (DRAM) beinhalten, die einen Hauptspeicher darstellen können. Derartige Anweisungen können von einem oder mehreren Übertragungsmedien, einschließlich Koaxialkabel, Kupferdraht und Faseroptik übertragen werden, einschließlich der Drähte, die einen mit dem Prozessor gekoppelten Systembus beinhalten. Einige Formen von einem computerlesbaren Medium beinhalten beispielsweise eine Floppy Disk, eine flexible Platte, Festplatte, Magnetband, ein anderes magnetisches Medium, eine CD-ROM, DVD, ein anderes optisches Medium, Lochkarten, Lochstreifen, ein anderes physisches Medium mit Lochmustern, einen RAM, einen PROM, einen EPROM, einen FLASH-EEPROM, einen anderen Speicherchip oder eine Speicherkassette oder ein anderes Medium, von dem ein Computer lesen kann.
Nachschlagetabellen, Datenbanken, Datendepots oder andere hierin beschriebene Datenspeicher können verschiedene Arten von Mechanismen zum Speichern, zum Zugreifen und zum Abrufen verschiedener Arten von Daten beinhalten, einschließlich einer hierarchischen Datenbank, eines Satzes von Dateien in einem Dateisystem, einer Anwendungsdatenbank in einem proprietären Format, eines relationalen Datenbankverwaltungssystems (RDBMS) usw. Jeder dieser Datenspeicher kann in einem Computergerät beinhaltet sein, das ein Computerbetriebssystem wie beispielsweise eines der vorstehend aufgeführten einsetzt und auf das über ein Netzwerk in einer oder mehreren der Vielzahl von Arten zugegriffen werden kann. Ein Dateisystem kann durch ein Computerbetriebssystem zugänglich sein und Dateien beinhalten, die in verschiedenen Formaten gespeichert sind. Ein RDBMS kann zusätzlich zu einer Sprache zum Erstellen, Speichern, Bearbeiten und Ausführen gespeicherter Prozeduren, wie beispielsweise die oben aufgeführte PL/SQL-Sprache, die Structured Query Language (SQL) einsetzen.
Die ausführliche Beschreibung und die Zeichnungen oder Figuren unterstützen und beschreiben die Erfindung, doch der Umfang der Erfindung ist einzig und allein durch die Ansprüche definiert. Während einige der besten Arten und andere Ausführungen für das Umsetzen der beanspruchten Erfindung detailliert beschrieben wurden, existieren unterschiedliche alternative Designs und Ausführungen, um die in den beigefügten Ansprüchen definierte Erfindung umzusetzen. Darüber hinaus sollen die in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsformen oder die Merkmale von verschiedenen Ausführungsformen, die in der vorliegenden Beschreibung erwähnt sind, nicht unbedingt als voneinander unabhängige Ausführungsformen aufgefasst werden. Vielmehr ist es möglich, dass jedes der in einem der Beispiele einer Ausführungsform beschriebenen Merkmale mit einem oder einer Vielzahl von anderen gewünschten Merkmalen aus anderen Ausführungsformen kombiniert werden kann, was andere Ausführungsformen zur Folge hat, die nicht in Worten oder durch Bezugnahme auf Zeichnungen beschrieben sind. Dementsprechend fallen derartige andere Ausführungsformen in den Rahmen des Schutzumfangs der angehängten Ansprüche.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur

802.11 Normen des IEEE [0025]

Claims

Navigationssystem für eine elektrische Transportvorrichtung, die elektrische Transportvorrichtung mindestens teilweise durch einen Fahrer betätigt, worin das System beinhaltet: eine elektrische Energiespeichervorrichtung mit einer derzeit verfügbaren Energie; eine Steuerung mit einem Prozessor und einem physischen, nicht-vorübergehenden Speicher, in dem Anweisungen zur Ausführung eines Verfahrens zur Bestimmung einer bevorzugten Route zum Befahren von einem Startort zu einem Zielort aufgezeichnet sind; ein Off-Board Steuermodul, das operativ mit einem Fernserver verbunden und konfiguriert ist, um mit der Steuerung zu kommunizieren, wobei das Off-Board Steuermodul mit der Steuerung nicht physikalisch verbunden ist; worin die Ausführung der Anweisungen durch den Controller denselben zu Folgendem aktiviert: eine Vielzahl von Routen vom Startort zum Zielort zu erhalten; und zum Erhalt des jeweiligen Energieverbrauchs für jede der Vielzahl von Routen, mindestens teilweise basierend auf einem Fahrstilprofil des Fahrers.
System nach Anspruch 1, worin die Steuerung programmiert ist, um: wenn der jeweilige Energieverbrauch einer der Vielzahl von Routen größer ist als die derzeit verfügbar Energie, über das Off-Board Steuermodul, die Verfügbarkeit von mindestens einer Ladestation auf der einen der Vielzahl von Routen zu bestimmen; und Auswahl der bevorzugten Route aus der Vielzahl von Routen, mindestens teilweise basierend auf der Verfügbarkeit der mindestens einen Ladestation und einem niedrigsten Wert des jeweiligen Energieverbrauchs.
System nach Anspruch 2, worin die Steuerung programmiert ist, um: mindestens einen Parameter der elektrischen Transportvorrichtung zu steuern, sodass die elektrische Transportvorrichtung an der bevorzugten Route festhält.
System nach Anspruch 2, ferner umfassend: eine Vielzahl von Fahrsensoren, jeweils operativ mit der elektrischen Transportvorrichtung verbunden und konfiguriert, um die jeweiligen Fahrdaten zu erhalten, wobei die Vielzahl der Fahrsensoren jeweils zur Übertragung der jeweiligen Fahrdaten an die Steuerung konfiguriert ist.
System nach Anspruch 4, ferner umfassend: Ein Mobiltelefon, programmiert, um die jeweiligen Fahrdaten von der Steuerung zu empfangen, und die jeweiligen Fahrdaten an das Off-Board Steuermodul zu übertragen; eine Datenübertragungsvorrichtung, die mit der Steuerung verbunden werden kann, um gezielt die jeweiligen Fahrdaten von der Steuerung zum Mobiltelefon zu übertragen; worin das Off-Board Steuermodul programmiert ist, um das Fahrstilprofil aus den jeweiligen Fahrdaten zu erstellen.
System nach Anspruch 4, worin: die Steuerung konfiguriert ist, um die jeweiligen Fahrdaten über eine Wi-Fi Verbindung an das Off-Board Steuermodul zu übertragen; und das Off-Board Steuermodul programmiert ist, um das Fahrstilprofil aus den jeweiligen Fahrdaten zu erstellen.
System nach Anspruch 2, worin das Erhalten des jeweiligen Energieverbrauchs für jede der Vielzahl von Routen beinhaltet: Unterteilung der Vielzahl von Routen in eine jeweilige Vielzahl von Knoten mit jeweiligen Fahrstrecken (i) mit jeweiligen Streckenlängen (d_i); Erhalt einer erwarteten Geschwindigkeit (S_e,i) für jede der jeweiligen Fahrstrecken (i); Umwandeln der erwarteten Geschwindigkeit (S_e,i) mithilfe einer Nachschlagetabelle in eine Energieverbrauchsrate (CR_i); Erhalt einer jeweiligen Wegstrecken-Energie (E_i), entlang der jeweiligen Wegstrecken (i) als Produkt der Energieverbrauchsrate (CR_i) und der jeweiligen Streckenlängen (d_i), sodass E = (CR_i·d_i); und Erhalt des jeweiligen Energieverbrauchs entlang jeder der Vielzahl von Routen als Summe der jeweiligen verbrauchten Wegstrecken-Energie (E_i) entlang aller der jeweiligen Fahrstrecken (i).
System nach Anspruch 7, worin: die erwartete Fahrgeschwindigkeit (S_e,i an der i. Fahrstrecke auf einer erwarteten Fahrgeschwindigkeit (S_e,NT) an der i. Fahrstrecke ohne einen Verkehrsfaktor, einer erwarteten Fahrgeschwindigkeit (S_e,T) an der i. Fahrstrecke mit einem Verkehrsfaktor und einem Empfindlichkeitsfaktor (β) basiert; und worin der Empfindlichkeitsfaktor als ein Verhältnis einer Kovarianz und einer Varianz definiert ist, sodass: [β = Kovarianz(S_e,i, S_e,NT)/Varianz (S_e,NT)].
System nach Anspruch 8, worin: die erwartete Fahrgeschwindigkeit (S_e,i) an der i. Fahrstrecke definiert wird als: S_e,i = [S_e,NT + β·(S_e,T – S_e,NT)].
Verfahren zur Navigation für eine elektrische Transportvorrichtung für die Fahrt von einem Startort zu einem Zielort, die elektrische Transportvorrichtung hat eine elektrische Energiespeichervorrichtung mit einer derzeit verfügbaren Energie und eine Steuerung in Verbindung mit einem Off-Board Steuermodul, wobei das Off-Board Steuermodul nicht physikalisch mit der Steuerung verbunden ist, die elektrische Transportvorrichtung mindestens teilweise durch einen Fahrer betätigt wird, das Verfahren umfassend: Erhalt, über die Steuerung, einer Vielzahl von Routen vom Startort zum Zielort; Erhalt eines jeweiligen Energieverbrauchs der elektrischen Transportvorrichtung für jede der Vielzahl von Routen, über die Steuerung und das Off-Board Steuermodul; wenn der jeweilige Energieverbrauch einer der Vielzahl von Routen größer ist als die derzeit verfügbare Energie, über das Off-Board Steuermodul, die Verfügbarkeit von mindestens einer Ladestation auf der einen der Vielzahl von Routen zu bestimmen; Auswahl der bevorzugten Route aus der Vielzahl von Routen, über die Steuerung, mindestens teilweise basierend auf der Verfügbarkeit der mindestens einen Ladestation und einem niedrigsten Wert des jeweiligen Energieverbrauchs; und Steuerung von mindestens einem Betriebsparameter der elektrischen Transportvorrichtung, über die Steuerung, sodass die elektrische Transportvorrichtung an der bevorzugten Route festhält.