-
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum automatisierten Planen eines Betriebs eines Verbrennungsmotors eines Hybridfahrzeugs. Überdies betrifft die Erfindung eine Planungseinrichtung für ein Hybridfahrzeug. Ferner betrifft die Erfindung ein Hybridfahrzeug.
-
Eine wichtige Einschränkung bei der Nutzbarkeit aktueller elektrischer Fahrzeuge, wie zum Beispiel Pkws oder LKWs, besteht in deren beschränkter Reichweite. Um die Reichweite dieser Fahrzeuge zu erhöhen, werden von vielen Herstellern in das Antriebssystem Verbrennungsmotoren als Generatoren integriert. Die Strategie bezüglich des Ein- und Ausschaltens des Verbrennungsmotors berücksichtigt herkömmlich jedoch nicht die bis zum Ziel zurückzulegende Fahrstrecke, sondern basiert nur auf dem aktuellen Energiebedarf. Beispielsweise wird der Verbrennungsmotor eingesetzt, um schneller zu fahren, oder für den Fall, dass der elektrische Energiespeicher des Hybridfahrzeugs entladen ist.
-
Es besteht also die Aufgabe, ein Verfahren und eine Einrichtung zur intelligenten Zuschaltung eines Verbrennungsmotors eines Hybridfahrzeugs zu entwickeln.
-
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zum Planen eines Betriebs eines Verbrennungsmotors eines Hybridfahrzeugs gemäß Patentanspruch 1, eine Planungseinrichtung gemäß Patentanspruch 7 und ein Hybridfahrzeug gemäß Patentanspruch 8 gelöst.
-
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum automatisierten Planen eines Betriebs eines Verbrennungsmotors eines Hybridfahrzeugs wird zunächst ein voraussichtlicher Energiebedarf unterschiedlicher alternativer Fahrtrouten zu demselben Fahrziel des Hybridfahrzeugs ermittelt. Anschließend wird eine hinsichtlich eines Optimierungskriteriums am geeignetsten erscheinenden Fahrtroute ausgewählt. Das Optimierungskriterium kann zum Beispiel den Aspekt der Energieeffizienz, aber auch andere Gesichtspunkte, wie zum Beispiel eine möglichst geringe Verkehrsdichte oder eine möglichst kurze Fahrzeit betreffen. Weiterhin werden geeignete Streckenabschnitte und/oder Zeitintervalle für den Betrieb des Verbrennungsmotors ermittelt. Die Festlegung der Streckenabschnitte oder Zeitintervalle erfolgt dabei auf Basis eines Effizienzkriteriums oder eines Optimierungskriteriums. Bei der Berücksichtigung der genannten Kriterien werden bekannte Informationen, wie zum Beispiel mit der ausgewählten Fahrtroute verknüpfte Informationen bzw. Randbedingungen, ausgewertet. Durch eine derart vorab festgelegte Betriebsart des Hybridfahrzeugs können wichtige Parameter des Fahrzeugs, wie zum Beispiel dessen Reichweite, der Verbrauch von fossiler Energie oder die Umweltbelastung, verbessert werden.
-
Die erfindungsgemäße Planungseinrichtung für ein Hybridfahrzeug weist eine Energiebedarf-Ermittlungseinheit zum Ermitteln eines voraussichtlichen Energiebedarfs unterschiedlicher alternativer Fahrtrouten zu demselben Ziel auf. Teil der erfindungsgemäßen Planungseinrichtung ist auch eine Auswahleinheit zum Auswählen einer hinsichtlich eines Optimierungskriteriums am geeignetsten erscheinenden Fahrtroute. Die erfindungsgemäße Planungseinrichtung weist zudem eine Optimierungseinheit zum Ermitteln von geeigneten Streckenabschnitten und/oder Zeitintervallen für den Betrieb des Verbrennungsmotors des Hybridfahrzeugs auf. Die erfindungsgemäße Planungseinrichtung teilt die Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Planen eines Betriebs eines Verbrennungsmotors eines Hybridfahrzeugs.
-
Das erfindungsgemäße Hybridfahrzeug weist die erfindungsgemäße Planungseinrichtung auf. Die von der Planungseinrichtung ermittelten Planungsdaten können zum Beispiel an eine Steuerungseinrichtung des Hybridfahrzeugs übermittelt werden, die dazu eingerichtet ist, einen Verbrennungsmotor in durch die Planung vorbestimmten Streckenabschnitten oder Zeitintervallen zuzuschalten, um einen elektrischen Energiespeicher wiederaufzuladen. Das erfindungsgemäße Hybridfahrzeug teilt die Vorteile der erfindungsgemäßen Planungseinrichtung.
-
Die wesentlichen Komponenten der erfindungsgemäßen Planungseinrichtung können zum überwiegenden Teil in Form von Softwarekomponenten ausgebildet sein. Dies betrifft insbesondere Teile der Energiebedarf-Ermittlungseinheit, der Auswahleinheit und der Optimierungseinheit. Grundsätzlich können diese Komponenten aber auch zum Teil, insbesondere wenn es um besonders schnelle Berechnungen geht, in Form von softwareunterstützter Hardware, beispielsweise FPGAs oder dergleichen, realisiert sein. Ebenso können die benötigten Schnittstellen, beispielsweise wenn es nur um eine Übernahme von Daten aus anderen Softwarekomponenten geht, als Softwareschnittstellen ausgebildet sein. Sie können aber auch als hardwaremäßig aufgebaute Schnittstellen ausgebildet sein, die durch geeignete Software angesteuert werden.
-
Eine weitgehend softwaremäßige Realisierung hat den Vorteil, dass auch schon bisher für in einem Fahrzeug genutzte Rechnersysteme nach einer eventuellen Ergänzung durch zusätzliche Hardwareelemente auf einfache Weise durch ein Software-Update nachgerüstet werden können, um auf die erfindungsgemäße Weise in einem Rechnersystem eines Hybridfahrzeugs zu arbeiten. Insofern wird die Aufgabe auch durch ein entsprechendes Computerprogrammprodukt mit einem Computerprogramm gelöst, welches direkt in eine Speichereinrichtung eines Rechnersystems eines Hybridfahrzeugs ladbar ist, mit Programmabschnitten, um alle Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens auszuführen, wenn das Computerprogramm in einem Rechnersystem ausgeführt wird.
-
Ein solches Computerprogrammprodukt kann neben dem Computerprogramm gegebenenfalls zusätzliche Bestandteile, wie z.B. eine Dokumentation und/oder zusätzliche Komponenten, auch Hardware-Komponenten, wie z.B. Hardware-Schlüssel (Dongles etc.) zur Nutzung der Software, umfassen
-
Zum Transport zur Speichereinrichtung des Rechnersystems und/oder zur Speicherung an dem Rechnersystem kann ein computerlesbares Medium, beispielsweise ein Memorystick, eine Festplatte oder ein sonstiger transportabler oder fest eingebauter Datenträger dienen, auf welchem die von einer Rechnereinheit einlesbaren und ausführbaren Programmabschnitte des Computerprogramms gespeichert sind. Die Rechnereinheit kann z.B. hierzu einen oder mehrere zusammenarbeitende Mikroprozessoren oder dergleichen aufweisen.
-
Die abhängigen Ansprüche sowie die nachfolgende Beschreibung enthalten jeweils besonders vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung. Dabei können insbesondere die Ansprüche einer Anspruchskategorie auch analog zu den abhängigen Ansprüchen einer anderen Anspruchskategorie und deren Beschreibungsteilen weitergebildet sein. Zudem können im Rahmen der Erfindung auch die verschiedenen Merkmale unterschiedlicher Ausführungsbeispiele und Ansprüche auch zu neuen Ausführungsbeispielen kombiniert werden.
-
In einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens zum automatisierten Planen eines Betriebs eines Verbrennungsmotors eines Hybridfahrzeugs umfasst das Optimierungskriterium mindestens eines der folgenden Kriterien:
- - minimale Zeitdauer beim Abfahren der Fahrtroute,
- - kürzester Fahrweg,
- - niedrigster Energieverbrauch,
- - möglichst wenig Verkehrsampeln auf der Fahrroute,
- - möglichst wenig Richtungswechsel mit Linksabbiegen.
-
Eines oder mehrere der genannten Kriterien können vorab vom Benutzer ausgewählt bzw. eingestellt werden. Die Auswahl der geeigneten Fahrtroute erfolgt also optimiert nach Präferenzen des Benutzers.
-
Start und Zielpunkt der abzufahrenden Route können zum Beispiel direkt von dem Benutzer eingegeben werden. Die Start- und Zieldaten können zum Beispiel von einem Navigationssystem des Fahrzeugs stammen, in das der Benutzer des Fahrzeugs die entsprechenden Start- und Zieldaten eingegeben hat. Die Start- und Zieldaten können auch von einem Steuerungssystem oder einem Serversystem stammen, mit dem das Fahrverhalten eines Fahrzeugs überwacht bzw. ferngesteuert wird. Solche Systeme werden zum Beispiel für die Steuerung von autonom fahrenden Fahrzeugen in Häfen oder Bergwerken genutzt.
-
Der Zielort kann zum Beispiel auch anhand der Startposition und einer bestimmten Tageszeit ermittelt werden, da die meisten Menschen, wie zum Beispiel Pendler, ein von der Tageszeit abhängiges vorhersagbares Fahrverhalten aufweisen. Die Vorhersage des Zielorts kann auch dynamisch an das aktuelle Verhalten des Fahrers bzw. des Fahrzeugs angepasst werden, falls das Verhalten von der üblichen Vorgehensweise des Fahrers abweicht.
-
In einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens zum automatisierten Planen eines Betriebs eines Verbrennungsmotors eines Hybridfahrzeugs werden die geeigneten Streckenabschnitte für den Betrieb des Verbrennungsmotors unter dem Gesichtspunkt eines möglichst niedrigen Energieverbrauchs ausgewählt. Dabei kann einerseits der Gesamtenergieverbrauch des Hybridfahrzeugs minimiert werden oder alternativ auch der Verbrauch fossiler Energie des Hybridfahrzeugs minimiert werden.
-
In einer Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens zum automatisierten Planen eines Betriebs eines Verbrennungsmotors eines Hybridfahrzeugs wird bei dem Ermitteln geeigneter Streckenabschnitte die Topographie der Streckenabschnitte mitberücksichtigt. Unter Kenntnis der Topographie der gewählten Fahrtroute kann der Energieverbrauch des Hybridfahrzeugs gut prognostiziert werden. Vorteilhaft kann aufgrund der Prognostizierung des Energieverbrauchs des Hybridfahrzeugs der Betrieb des Verbrennungsmotors zum Wiederaufladen des elektrischen Energiespeichers des Hybridfahrzeugs in einem besonders energieeffizienten Drehzahlbereich erfolgen, wodurch fossile Energie eingespart werden kann und Emissionen des Verbrennungsmotors reduziert werden können.
-
Bevorzugt wird bei dem Verfahren zum automatisierten Planen eines Betriebs eines Verbrennungsmotors eines Hybridfahrzeugs für das Ermitteln geeigneter Streckenabschnitte die Verkehrslage auf der ausgewählten Fahrtroute berücksichtigt. Aufgrund der Verkehrslage kann sowohl die Geschwindigkeit als auch der Energieverbrauch eines Fahrzeugs in einem Streckenabschnitt prognostiziert werden. Auf Basis dieser Daten kann wiederum ein energiesparender Betrieb des Verbrennungsmotors des Hybridfahrzeugs geplant werden.
-
In einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Planen eines Betriebs eines Verbrennungsmotors eines Hybridfahrzeugs werden geeignete Streckenabschnitte für den Betrieb des Verbrennungsmotors in Abhängigkeit von geeigneten Streckenabschnitten für die Energie-Rekuperation ermittelt. Umfasst die Fahrtroute des Hybridfahrzeugs Streckenabschnitte mit Gefälle, so können diese eventuell zur Rückgewinnung elektrischer Energie genutzt werden und auf diese Weise der Betrieb des Verbrennungsmotors zum Aufladen des elektrischen Energiespeichers des Hybridfahrzeugs reduziert werden.
-
Die Erfindung wird im Folgenden unter Hinweis auf die beigefügten Figuren anhand von Ausführungsbeispielen noch einmal näher erläutert. Es zeigen:
- 1 ein Flussdiagramm, welches ein Verfahren zum automatisierten Planen eines Betriebs eines Verbrennungsmotors eines Hybridfahrzeugs gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung veranschaulicht,
- 2 ein Blockdiagramm, mit dem eine Planungseinrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung veranschaulicht wird,
- 3 ein Blockdiagramm, welches ein Hybridfahrzeug gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung veranschaulicht.
-
In 1 ist ein Verfahren zum automatisierten Planen eines Betriebs eines Verbrennungsmotors eines Hybridfahrzeugs gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben. Bei dem Schritt 1.I werden verschiedene Fahrtrouten RTD in Abhängigkeit von einem durch einen Benutzer vorbestimmten Startpunkt und einem oder mehreren durch den Benutzer festgelegten Zielpunkten anhand von Kartenmaterial ermittelt. Bei dem Schritt 1.II wird nun diejenige Fahrtroute OFRD der möglichen Fahrtrouten RTD ausgewählt, welche die Erfüllung eines Optimierungskriteriums, beispielsweise den niedrigsten Energiebedarf, für das Abfahren der Fahrtroute erwarten lässt. Der Energiebedarf wird auf Basis der Topographie der einzelnen Streckenverläufe, der jeweiligen Verkehrsverhältnisse und der möglichen Geschwindigkeiten auf den unterschiedlichen Routen ermittelt.
-
Bei dem Schritt 1.III werden nun anhand der Topographie geeignete Streckenabschnitte STA bzw. deren Position P und/oder Zeitintervalle für den Betrieb des Verbrennungsmotors festgelegt. Beispielsweise kann ein Aufladen eines Akkumulators des Hybridfahrzeugs durch einen Generator, welcher von einem Verbrennungsmotor angetrieben wird, vermieden werden, wenn sich das Fahrzeug im Bedarfsfall auf einer Gefällestrecke oder kurz vor einer solchen Gefällestrecke befindet. Denn das Gefälle kann direkt zur Energie-Rekuperation genutzt werden, so dass ein Betrieb des Verbrennungsmotors für die Energiegewinnung vermieden werden kann. Häufig kann zumindest ein Teil der zur Wiederaufladung des elektrischen Energiespeichers des Hybridfahrzeugs benötigten Energie aus kinetischer Energie zurückgewonnen werden. In diesem Fall kann dann der Verbrennungsmotor mit einer niedrigeren Drehzahl besonders energiesparend betrieben werden.
-
In 2 ist eine Planungseinrichtung 20 für ein Hybridfahrzeug in einem Blockdiagramm veranschaulicht. Die Planungseinrichtung 20 weist eine Eingangsschnittstelle 21 auf. Die Eingangsschnittstelle empfängt Start-Ziel-Daten SZD, welche Auskunft über den Startort und den Zielort des Hybridfahrzeugs geben. Die Start-Ziel-Daten SZD können zum Beispiel von dem Fahrer des Hybridfahrzeugs eingegeben werden oder auf Basis gespeicherter Informationen ermittelt werden. Die Start-Ziel-Daten SZD werden an eine Routenplanungseinheit 22 übermittelt, welche dazu eingerichtet ist, eine Mehrzahl von möglichen Routen zwischen dem Startort und dem Zielort zu ermitteln. Hierfür erhält die Routenplanungseinheit Routeninformationen RI über eine Datenübertragungsschnittstelle 27. Die ermittelten Daten RTD über die unterschiedlichen Routen werden an eine Energiebedarf-Ermittlungseinheit 23 übermittelt, welche dazu eingerichtet ist, einen voraussichtlichen Energiebedarf EB der unterschiedlichen alternativen Fahrtrouten zu demselben Ziel zu ermitteln. Informationen über die Topographie der möglichen Routen erlauben eine realistischere Ermittlung des Energiebedarfs sowie den Umfang der rekuperierten Energie bei Abfahrten.
-
Die den unterschiedlichen Fahrtrouten zugeordneten Energiebedarfsdaten EB und die zugehörigen Fahrtroutendaten RTD werden an eine Auswahleinheit 24 übermittelt. Die Auswahleinheit 24 wählt unter dem Gesichtspunkt eines Optimierungskriteriums, beispielsweise eines möglichst niedrigen Energieverbrauchs, die dafür am besten passende Fahrtroute aus. Die optimalen Fahrtroutendaten OFRD werden an eine Optimierungseinheit 25 übermittelt, die dazu eingerichtet ist, geeignete Streckenabschnitte STA für den Betrieb des Verbrennungsmotors zu ermitteln. Die Position und Länge dieser Streckenabschnitte werden so gewählt, dass der Gesamtverbrauch an Kraftstoff des Verbrennungsmotors des Hybridfahrzeugs möglichst gering ist.
-
Hierfür wird der Energieverbrauch des Hybridfahrzeugs einschließlich der vom Hybridfahrzeug an Gefällestrecken rekuperierten Energie berechnet und daraus die benötigte zusätzliche Traktionsenergie ermittelt, welche durch den von dem Verbrennungsmotor angetriebenen Generator erzeugt wird. Auf Basis des ortsabhängigen Energieverbrauchs können auch die Positionen bzw. Streckenabschnitte STA ermittelt werden, an denen ein Einsatz des Verbrennungsmotors notwendig ist. Die Daten bezüglich der Streckenabschnitte STA, bei denen der Verbrennungsmotor eingesetzt wird, werden über eine Ausgangsschnittstelle 26 ausgegeben.
-
In 3 ist ein Blockdiagramm gezeigt, welches ein Hybridfahrzeug 30 schematisch veranschaulicht. Das Hybridfahrzeug 30 umfasst eine erfindungsgemäße Planungseinrichtung 20. Von der Planungseinrichtung 20 werden Daten STA über Streckenabschnitte, bei deren Befahren ein Verbrennungsmotor 33 des Hybridfahrzeugs 30 betrieben werden soll, an eine Steuerungseinrichtung 31 des Hybridfahrzeugs 30 übermittelt. Die Steuerungseinrichtung 31 hat Zugriff auf Navigationsdaten ND eines Satellitennavigationssystems 32. Ermittelt die Steuerungseinrichtung 31 auf Basis der Navigationsdaten ND, dass sich das Hybridfahrzeug 30 einem der genannten Streckenabschnitte STA nähert, so werden von der Steuerungseinrichtung 31 Steuerdaten SD an den Verbrennungsmotor 33 übermittelt, um den Verbrennungsmotor 33 zu starten. Mit dem Verbrennungsmotor 33 wird mechanische Energie ME erzeugt, mit der ein Generator 34 betrieben wird. Mit dem Generator 34 wird elektrische Energie EEL erzeugt, mit der ein Akkumulator 35 aufgeladen wird. Mit der elektrischen Energie EEL des Akkumulators 35 wird weiterhin ein Elektromotor 36 zur Traktion des Hybridfahrzeugs 30 angetrieben. Der Elektromotor 36 wir ebenfalls über die Steuerungseinrichtung 31 mit Hilfe von Steuerbefehlen SD angesteuert, um die Geschwindigkeit und den Energieverbrauch des Fahrzeugs 30 zu überwachen bzw. zu optimieren.
-
Es wird abschließend noch einmal darauf hingewiesen, dass es sich bei den vorbeschriebenen Verfahren und Vorrichtungen lediglich um bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung handelt und dass die Erfindung vom Fachmann variiert werden kann, ohne den Bereich der Erfindung zu verlassen, soweit er durch die Ansprüche vorgegeben ist. Es wird der Vollständigkeit halber auch darauf hingewiesen, dass die Verwendung der unbestimmten Artikel „ein“ bzw. „eine“ nicht ausschließt, dass die betreffenden Merkmale auch mehrfach vorhanden sein können. Ebenso schließt der Begriff „Einheit“ nicht aus, dass diese aus mehreren Komponenten besteht, die gegebenenfalls auch räumlich verteilt sein können.
