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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum verbrauchsoptimierten Betrieb eines Fahrzeuges mit zumindest einer elektrischen Antriebseinheit, einem Navigationssystem sowie einem Heiz- und Klimatisierungssystem.
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Aus der
DE 10 2014 218 564 A1 sind eine Steuervorrichtung und ein Verfahren zum prädiktiven, verbrauchsoptimierten Betrieb eines Hybridfahrzeuges bekannt. Das Hybridfahrzeug umfasst einen ersten Antrieb, der als Verbrennungsmotor ausgebildet ist, einen zweiten Antrieb, ein Navigationssystem und eine Heizungs-/Klimaanlage, die dazu ausgebildet ist, von dem ersten Antrieb erzeugte Abwärme zur Regelung der Temperierung eines Passagierraumes des Hybridfahrzeuges zu nutzen. Dazu wird eine in das Navigationssystem einprogrammierte Fahrtstrecke erfasst, fahrtstreckenrelevante Navigationsdaten ermittelt, thermische Zustandsgrößen des Antriebes und der Heizungs-/Klimaanlage erfasst sowie Antriebszustandsgrößen des ersten Antriebes und des zweiten Antriebes erfasst. Zudem wird eine gemeinsame prädiktive Betriebsstrategie des ersten Antriebes, des zweiten Antriebes und der Heizungs-/Klimaanlage mit minimalen Kraftstoffverbrauch des Hybridfahrzeuges über die einprogrammierte Fahrtstrecke unter Berücksichtigung der Navigationsdaten, der thermischen Zustandsgrößen und der Antriebszustandsgrößen ermittelt. Weiterhin sieht das Verfahren vor, dass der erste Antrieb und der zweite Antrieb sowie die Temperierung des Passagierraumes bei minimalem Kraftstoffverbrauch über die einprogrammierte Fahrtstrecke des Hybridfahrzeuges gemäß der prädiktiven Betriebsstrategie geregelt wird.
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Darüber hinaus beschreibt die
DE 10 2014 200 077 A1 ein Verfahren zum Betreiben eines Hybrid-Antriebssystems für ein Elektrohybridfahrzeug, wobei das Hybrid-Antriebssystem einen Verbrennungsmotor und einen oder mehrere Elektromotoren zum Antreiben des Elektrohybridfahrzeuges aufweist. Die Elektromotoren geben Leistung zum Antreiben des Elektrohybridfahrzeuges ab und nehmen im Generatorbetrieb Leistung zum Bereitstellen von elektrischer Energie auf, die in einem Akkumulator gespeichert wird. Zur Verkürzung der Aufwärmphase einer Abgasnachbehandlungseinheit wird der Verbrennungsmotor während der Aufwärmphase der Abgasnachbehandlungseinheit derart angesteuert, dass der Verbrennungsmotor mehr als die vom Hybrid-Antriebssystem angeforderte Leistung abgibt, wobei die über die angeforderte Leistung hinaus zusätzlich abgegebene Leistung vom Elektromotor aufgenommen wird. Die Bereitstellung der zusätzlich abgegebenen Leistung erfolgt dabei zusätzlich abhängig vom jeweiligen Betriebszustand des Verbrennungsmotors und wird dahingehend selektiv gesteuert, dass die Bereitstellung der zusätzlichen Leistung bei Motorbetriebszuständen vorgenommen oder verstärkt vorgenommen wird, bei denen durch die zusätzliche Leistung eine besonders starke Verkürzung der Aufwärmphase erreicht werden kann.
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Ferner sind in der
DE 10 2009 047 395 A1 ein Verfahren und ein Steuergerät zur Steuerung eines Hybridantriebes eines Fahrzeuges offenbart. Der Hybridantrieb weist einen Elektronantrieb und einen Kraftstoffantrieb auf. Es erfolgt ein Bereitstellen einer Datenbasis, die Zuordnungen zwischen Routeninformationen und ersten und zweiten Routenkriterien aufweist, wobei die Routeninformationen von dem Fahrzeug befahrbare Routen repräsentieren und das erste Routenkriterium einen Einsatz des Elektroantriebes auf der jeweils zugeordneten Route und das zweite Routenkriterium einen bevorzugten Einsatz des Kraftstoffantriebes auf der jeweils zugeordneten Route darstellt. Eine aktuelle Routeninformation, die eine von dem Fahrzeug befahrene Route repräsentiert, wird empfangen und es erfolgt ein Bestimmen eines der aktuellen Routeninformation zugeordneten aktuellen Routenkriteriums aus der Datenbasis sowie ein Bereitstellen einer Steuerinformation zum Einsetzen des Elektroantriebes, wenn es sich bei dem aktuellen Routenkriterium um das erste Routenkriterium handelt oder zum Einsetzen des Kraftstoffantriebes, wenn es sich bei dem aktuellen Routenkriterium um das zweite Routenkriterium handelt.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein gegenüber dem Stand der Technik verbessertes Verfahren zum verbrauchsoptimierten Betrieb eines Fahrzeuges mit zumindest einem Elektroantrieb anzugeben.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die in Anspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Ein Verfahren zum verbrauchsoptimierten Betrieb eines Fahrzeuges mit zumindest einer elektrischen Antriebseinheit, einem Navigationssystem sowie einem Heiz- und Klimatisierungssystem sieht erfindungsgemäß vor, dass eine zur gezielten Wärmeerzeugung im Fahrzeug erforderliche elektrische Energie in Abhängigkeit einer dem Fahrzeug bekannten vorausliegenden Fahrdistanz zwischen einer, insbesondere geografischen, momentanen Fahrzeugposition und einem Zielort des Fahrzeuges oder in Abhängigkeit einer dem Fahrzeug prognostizierten vorausliegenden Fahrdistanz zwischen der momentanen Fahrzeugposition und dem Zielort des Fahrzeuges ermittelt und zur Verfügung gestellt wird.
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Die gezielte Wärmeerzeugung wird, insbesondere bei niedrigen Außentemperaturen, u. a. zur Scheiben-Beschlagfreihaltung und Enteisung, zur Erwärmung von Fahrzeuginsassen, zur Erwärmung eines Antriebsstranges, benötigt.
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Durch Anwendung des Verfahrens kann eine Gesamt-Energieeffizienz und eine Reichweite des Fahrzeuges aufgrund einer mittels des Verfahrens optimierten thermischen Betriebsstrategie sowohl bei einer aktiven als auch bei einer passiven Zielführung mittels des Navigationssystems erhöht werden.
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Mittels des Verfahrens kann elektrische Energie durch ein intelligentes Management, insbesondere eine Reduktion der gezielten Wärmeerzeugung im Kurzstrecken- und Mittelstreckenbetrieb des Fahrzeuges, eingespart werden. Die somit gesparte elektrische Energie kann zum Betrieb des Fahrzeuges verwendet werden und kann so zur Erhöhung seiner Reichweite beitragen.
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Insbesondere durch Vermeidung oder Reduktion von gezielter Wärmeerzeugung im Kurz- und Mittelstreckenbetrieb des Fahrzeuges kann eine sinnvolle Energieersparnis erreicht werden, da im Kurz- und Mittelstreckenbetrieb ein Nutzen-Aufwand-Verhältnis vergleichsweise ungünstig ist, denn eine erzeugte Wärme wird nur für eine relativ kurze Zeitdauer genutzt.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand einer Zeichnung näher erläutert.
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Dabei zeigt die:
- 1 schematisch eine Übersicht zur Prognose einer einem Fahrzeug bevorstehenden Fahrdistanz anhand von Fahrzeug- und Navigationsparam etern.
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In der einzigen Figur ist eine beispielhafte Übersicht zur Prognose einer einem Fahrzeug vorausliegenden Fahrdistanz FD. Das Fahrzeug weist zumindest eine elektrische Antriebseinheit auf, wobei es sich bei dem Fahrzeug um ein Elektrofahrzeug oder ein Hybridfahrzeug handelt. Zudem umfasst das Fahrzeug ein Navigationssystem sowie ein Heiz- und Klimatisierungssystem. Alternativ kann vorgesehen sein, dass das Fahrzeug nicht über ein Navigationssystem verfügt.
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Bei einem solchen Fahrzeug führt eine gezielte Wärmeerzeugung im Fahrzeug, insbesondere zur Scheiben-Beschlagfreihaltung und Enteisung, zur Erwärmung der Fahrzeuginsassen und zur Erwärmung eines Antriebsstranges des Fahrzeuges, zu einem vergleichsweise hohen Energieaufwand. Dieser führt v. a. bei niedrigen Außenlufttemperaturen zu einer signifikanten Reduktion einer zur Verfügung stehenden elektrischen Energie und somit auch zur Reduktion einer Reichweite des Fahrzeuges.
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Um einen Betrieb des Fahrzeuges hinsichtlich seines Verbrauches zu optimieren, ist ein im Folgenden beschriebenes Verfahren vorgesehen. Ziel des Verfahrens ist ein Management einer zur gezielten Wärmeerzeugung einzusetzenden elektrischen Energie in Abhängigkeit einer dem Fahrzeug bekannten vorausliegenden Fahrdistanz FD zwischen einer geografischen momentanen Fahrzeugposition SO und einem Zielort, also bei einer aktiven Zielführung mittels des Navigationssystems, oder einer prognostizierten vorausliegenden Fahrdistanz FD zwischen der momentanen Fahrzeugposition SO und einem Zielort, also bei einer passiven Zielführung des Navigationssystems.
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Ist kein Navigationssystem im Fahrzeug vorhanden, wird die dem Fahrzeug vorausliegende Fahrdistanz FD ebenfalls prognostiziert.
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Die Erkennung, ob es sich bei der dem Fahrzeug vorausliegenden Fahrdistanz FD um eine Kurz-, Mittel- oder Langstrecke handelt, ist für ein thermisches Energiemanagement von wesentlicher Bedeutung.
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Ist ein Zielort, zu dem das Fahrzeug fährt in das Navigationssystem eingegeben, handelt es sich um eine aktive Zielführung, bei welcher die dem Fahrzeug vorausliegende Fahrdistanz FD von einer, insbesondere geografischen, momentanen Fahrzeugposition SO zu einem Zielort des Fahrzeuges ermittelt wird. Es werden also die Kilometer der vorausliegenden Fahrdistanz FD erfasst, so dass ermittelt werden kann, ob es sich um eine Kurzstrecke, eine Mittelstrecke oder eine Langstrecke handelt. Dabei ist die Ermittlung der dem Fahrzeug vorausliegenden Fahrdistanz FD bei einer aktiven Zielführung eine vergleichsweise sichere Ermittlung.
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Beispielsweise handelt es sich bei einer vorausliegenden Fahrdistanz FD von 0 Kilometern bis zu 5 Kilometern und von 5 Kilometer bis 10 Kilometer um eine Kurzstrecke. Bei einer vorausliegenden Fahrdistanz FD z. B. zwischen 10 Kilometern und 25 Kilometern handelt es sich um eine Mittelstrecke, wohingegen eine vorausliegende Fahrdistanz FD von mehr als 25 Kilometer eine Langstrecke darstellt.
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Ist kein Zielort in das Navigationssystem eingegeben, handelt es sich um eine passive Zielführung und es wird eine dem Fahrzeug vorausliegende Fahrdistanz FD prognostiziert. Wie oben beschrieben, wird die vorausliegende Fahrdistanz FD ebenfalls prognostiziert, wenn das Fahrzeug nicht über ein Navigationssystem verfügt.
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Insbesondere wird die Prognose der dem Fahrzeug vorausliegenden Fahrdistanz FD anhand von Fahrzeugparametern im Fahrzeug vorhandener Steuergeräte, anhand von Navigationsparametern und/oder anhand von weiteren Parametern P, wie beispielsweise einer Außenlufttemperatur, durchgeführt.
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Dabei können folgende Fahrzeugparameter, Navigationsparameter und weitere Parameter P als Eingangsgrößen für die Prognose der Fahrdistanz FD bei passiver Zielführung des Fahrzeuges oder nicht vorhandenem Navigationssystem verwendet werden:
- - Wochentag W, d. h. ein Datum, und eine momentane Uhrzeit S;
- - einen Ladezustand SOC des elektrischen Energiespeichers;
- - eine Wettervorhersage als weiterer Parameter P;
- - die geografische momentane Fahrzeugposition SO;
- - eine Heimadresse;
- - eine momentane Fahrgeschwindigkeit v;
- - eine momentan zurückgelegte Fahrdistanz F seit einem Fahrbeginn;
- - eine bereits absolvierte Fahrtroute;
- - eine Einstellung des Heiz- und Klimatisierungssystem;
- - eine Einstellung einer Sitzheizung/Sitzbelüftung;
- - eine Anzahl der Fahrzeuginsassen I, welche mittels einer Sitzbelegungserkennung ermittelt werden kann;
- - einen Bekanntheitsgrad einer bisher absolvierten Fahrtroute (z. B. Weg zur Arbeit);
- - einer Temperatur von Kühlmedien des Fahrzeuges,
- - einer Temperatur von Antriebskomponenten, insbesondere des Antriebsstranges;
- - etc.
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Nach der Prognose der dem Fahrzeug vorausliegenden Fahrdistanz wird diese einer Kurzstrecke, Mittelstrecke oder Langstrecke zugeordnet.
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Aus dieser Zuordnung und unter Berücksichtigung, beispielsweise einer Außenlufttemperatur als weiteren Parameter P, wird anschließend ein sogenannter freigegebener maximaler Energieaufwand in Prozent eines maximal möglichen Energieaufwandes definiert, der zur Reduktion der gezielten Wärmeerzeugung und somit zu der anfangs beschriebenen Energieersparnis führt.
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Die Fahrzeugparameter und gegebenenfalls die Navigationsparameter werden anhand einer Gewichtungs-Logik GL gewichtet, wobei sich die Gewichtung der momentanen Fahrzeugposition SO in Bezug auf die vorausliegende Fahrdistanz FD zur Heimadresse mit zunehmender vorausliegender Fahrdistanz FD erhöht. Beträgt die vorausliegende Fahrdistanz FD beispielsweise 0 Kilometer bis 2 Kilometer zur Heimadresse beträgt die Gewichtung 0. Diese Gewichtung ist ausschließlich bei aktiver oder passiver Zielführung mittels eines Navigationssystems möglich.
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Die Gewichtung hinsichtlich des Wochentages W und der momentanen Uhrzeit S erhöht sich beispielsweise deutlich, wenn ermittelt wird, dass der Wochentag ein Montag bis Freitag ist und die momentane Uhrzeit S zwischen 0 Uhr und 5 Uhr liegt. Bei einem Sonntag als Wochentag W und einer momentanen Uhrzeit S zwischen 7 Uhr und 10 Uhr beträgt die Gewichtung 0.
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Die Gewichtung in Bezug auf den Ladezustand SOC des elektrischen Energiespeichers erhöht sich mit dem Ladezustand SOC, wobei die Gewichtung bei einem Ladezustand SOC zwischen 0 Prozent und 10 Prozent 0 beträgt.
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Die Gewichtung ist bei einer momentanen Fahrgeschwindigkeit v von mehr als 140 km/h am höchsten, wohingegen die Gewichtung zwischen 0 km/h und 100 km/h 0 beträgt.
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Beträgt die bereits zurückgelegte Fahrdistanz F beispielsweise mehr als 10 Kilometer ist die Gewichtung in Bezug auf diesen Navigationsparameter am höchsten und umso mehr Fahrzeuginsassen I im Fahrzeug erfasst werden, desto höher ist die Gewichtung, wobei die Gewichtung 0 beträgt, wenn sich nur ein Fahrer im Fahrzeug befindet.
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Die jeweils mittels der Gewichtungs-Logik GL zutreffende Gewichtung je Fahrzeugparameter und/oder Navigationsparameter werden addiert, so dass eine Gewichtungszahl G ermittelt wird. Anhand der Gewichtungszahl G erfolgt die Prognose der Fahrdistanz FD.
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Beträgt die Gewichtungszahl G 0,1, 2 oder 3 wird eine Kurzstrecke von 0 Kilometer bis 5 Kilometer als dem Fahrzeug vorausliegende Fahrdistanz FD prognostiziert.
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Liegt die Gewichtungszahl G zwischen 3 und 10, wird eine Kurzstrecke von 5 Kilometer bis 10 Kilometer prognostiziert. Wird eine Gewichtungszahl G zwischen 10 und 20 ermittelt, wird eine Mitteldistanz von 10 Kilometer bis 25 Kilometer prognostiziert, wohingegen bei einer Gewichtungszahl G zwischen 20 und 40 eine Langstrecke ab 25 Kilometer prognostiziert wird.
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Entsprechend der prognostizierten, dem Fahrzeug vorausliegenden Fahrdistanz FD wird im sogenannten ECO-Fahrprogramm des Fahrzeuges in Abhängigkeit von der Außenlufttemperatur der sogenannte freigegebene maximale Energieaufwand definiert.
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Im Folgenden sind Ausführungsbeispiele in Bezug auf den entsprechend der Außenlufttemperatur freigegebenen maximalen Energieaufwand zur gezielten Wärmeerzeugung im ECO-Fahrprogramm des Fahrzeuges beschrieben.
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So wird im Sommer in einem Außenlufttemperaturbereich zwischen 15° und 40° und einer prognostizierten Kurzstrecke bis 5 Kilometer einer Scheiben-Beschlagfreihaltung 20 Prozent der maximalen elektrischen Energie zur Verfügung gestellt, wobei für die Erwärmung der Fahrzeuginsassen und zur Erwärmung des Antriebsstranges keine elektrische Energie zur Verfügung gestellt wird.
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Bei einer prognostizierten Kurzstrecke zwischen 5 Kilometer und 10 Kilometer werden der Scheiben-Beschlagfreihaltung 30 Prozent, der Erwärmung der Fahrzeuginsassen 20 Prozent und zur Erwärmung des Antriebsstranges 20 Prozent an maximaler elektrischer Energie in Bezug auf 100 Prozent einer jeweiligen Voll-Funktion, insbesondere im Sommer, zur Verfügung gestellt.
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Wird im Sommer eine Mittelstrecke prognostiziert, werden der Scheiben-Beschlagfreihaltung 40 Prozent, der Erwärmung der Fahrzeuginsassen 40 Prozent und zur Erwärmung des Antriebsstranges 50 Prozent an maximaler elektrischer Energie zur Verfügung gestellt, wobei bei einer im Sommer prognostizierten Langstrecke der Scheiben-Beschlagfreihaltung 50 Prozent, der Erwärmung der Fahrzeuginsassen 100 Prozent und zur Erwärmung des Antriebsstranges 100 Prozent an maximaler elektrischer Energie zur Verfügung gestellt.
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Wird die Enteisungstaste, also eine sogenannte Defrost-Taste, im Fahrzeug betätigt, wird die Beschränkung der maximal zur Verfügung gestellten elektrischen Energie für die Scheiben-Beschlagfreihaltung aufgehoben und auf 100 Prozent an maximaler elektrischer Energie umgestellt.
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Im Frühjahr und im Herbst bei einer Außenlufttemperatur im Bereich von 0 °C bis 15 °C wird bei einer prognostizierten Kurzstrecke bis 5 Kilometer der Scheiben-Beschlagfreihaltung 40 Prozent, zur Erwärmung der Fahrzeuginsassen 10 Prozent und zur Erwärmung des Antriebsstranges 0 Prozent in Bezug auf 100 Prozent der jeweiligen Voll-Funktion zur Verfügung gestellt.
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Für die im Frühjahr oder Herbst prognostizierte Kurzstrecke zwischen 5 Kilometer und 10 Kilometer werden zur Scheiben-Beschlagfreihaltung 60 Prozent, zur Erwärmung der Fahrzeuginsassen 30 Prozent und zur Erwärmung des Antriebsstranges 20 Prozent an maximaler elektrischer Energie zur Verfügung gestellt.
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Bei einer im Frühjahr oder Herbst prognostizierten Mittelstrecke werden zur Scheiben-Beschlagfreihaltung 80 Prozent, zur Erwärmung der Fahrzeuginsassen 50 Prozent und zur Erwärmung des Antriebsstranges 50 Prozent an maximaler elektrischer Energie zur Verfügung gestellt.
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Für den Langstreckenbetrieb des Fahrzeuges ist keine Beschränkung oder Reduzierung der elektrischen Energie vorgesehen.
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Im Winter, d. h. bei Außenlufttemperaturen im Bereich von -25° bis 0° ist für alle Streckentypen vorgesehen, dass zur Scheiben-Beschlagfreihaltung 100 Prozent an maximaler elektrischer Energie zur Verfügung gestellt wird. Dadurch kann im Wesentlichen sichergestellt werden, dass die Scheiben, insbesondere die Windschutzscheibe des Fahrzeuges, beschlagfrei sind bzw. ist und die Sicht des Fahrers nicht eingeschränkt ist.
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Bei einer im Winter prognostizierten Kurzstrecke bis 5 Kilometer werden zur Erwärmung der Fahrzeuginsassen 10 Prozent und zur Erwärmung des Antriebsstranges 0 Prozent an maximaler elektrischer Energie zur Verfügung gestellt.
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Für den Fahrbetrieb einer dem Fahrzeug vorausliegenden Fahrdistanz FD in Form einer Kurzstrecke im Winter zwischen 5 Kilometer und 10 Kilometer werden zur Erwärmung der Fahrzeuginsassen 30 Prozent und zur Erwärmung des Antriebsstranges 20 Prozent an maximaler elektrischer Energie, also in Bezug auf 100 Prozent der jeweiligen Voll-Funktion zur Verfügung gestellt.
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Für die im Winter prognostizierte Mittelstrecke ist vorgesehen, dass die zur Verfügung gestellte elektrische Energie zur Erwärmung der Fahrzeuginsassen auf 70 Prozent und für die Erwärmung des Antriebsstranges auf 50 Prozent der maximalen elektrischen Energie beschränkt ist.
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Für die Langstrecke wird die zur Verfügung gestellte elektrische Energie nicht beschränkt, so dass jeder Funktion ihre 100 Prozent bereitgestellt werden.
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Handelt es sich bei dem Fahrzeug um ein Hybridfahrzeug mit einer elektrischen Antriebseinheit ist vorgesehen, dass bei einer erkannten oder prognostizierten Kurzstrecke der Fahrbetrieb des Fahrzeuges mit einem Verbrennungsmotor weitestgehend vermieden wird.
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Der Fahrbetrieb mit Verbrennungsmotor wird insbesondere bei einer erkannten oder prognostizierten Langstrecke priorisiert.
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Für ein als Elektrofahrzeug ausgeführtes Fahrzeug gilt generell, dass ein oben beschriebener Energiespar-Algorithmus im ECO-Fahrprogramm verwendet wird, wobei dieses ECO-Fahrprogramm unter Umständen einen Fahrkomfort durch die Reduzierung der gezielten Wärmeerzeugung einschränken kann.
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Eine Fahrsicherheit des Fahrzeuges ist im Fahrbetrieb dessen bei aktiviertem ECO-Fahrprogramm nicht eingeschränkt, da die Funktion der Scheiben-Beschlagfreihaltung jederzeit durch Betätigen der Enteisungstaste dieser Funktion zu 100 Prozent zur Verfügung gestellt werden kann.
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Bezugszeichenliste
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- F
- zurückgelegte Fahrdistanz
- FD
- vorausliegende Fahrdistanz
- G
- Gewichtungszahl
- GL
- Gewichtungs-Logik
- I
- Fahrzeuginsasse
- P
- weiterer Parameter
- S
- momentane Uhrzeit
- SO
- momentane Fahrzeugposition
- SOC
- Ladezustand
- v
- momentane Fahrgeschwindigkeit
- W
- Wochentag
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102014218564 A1 [0002]
- DE 102014200077 A1 [0003]
- DE 102009047395 A1 [0004]
