DE102018104773A1

DE102018104773A1 - Verfahren zum Ermitteln einer Reichweite eines Kraftfahrzeugs

Info

Publication number: DE102018104773A1
Application number: DE102018104773.8A
Authority: DE
Inventors: Thomas Dellermann
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2018-03-02
Filing date: 2018-03-02
Publication date: 2019-09-05

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ermitteln einer Reichweite eines Kraftfahrzeugs (32) auf Basis einer Routenplanung, umfassend zumindest die folgenden Schritte:
a. Bereitstellen eines Standorts und zumindest eines Fahrtziels eines Kraftfahrzeugs;
b. Berechnen einer Route (31) von dem Standort zu dem Fahrtziel;
c. Unterteilen der Route (31) in eine Vielzahl von Routenintervallen (7);
d. für jedes Routenintervall (7), Bereitstellen eines routenintervallspezifischen normierten Intervall-Energiebedarfs, wobei jeder normierte Intervall-Energiebedarf ein auf eine vorbestimmte Streckeneinheit und ein vordefiniertes Gewicht normierter Energiebedarf ist;
e. unter Verwendung von fahrzeugspezifischen Daten des betreffenden Kraftfahrzeugs (32) und der normierten Intervall-Energiebedarfe für die Route (31), Errechnen eines fahrzeugspezifischen Gesamt-Energiebedarfs;
f. Bereitstellen eines Ladestands des betreffenden Kraftfahrzeugs (32);
g. Auf Basis des in Schritt f. bereitgestellten Ladestands und des fahrzeugspezifischen Gesamt-Energiebedarfs, Ermitteln eines nachladefrei erreichbaren Ortes der in Schritt b. berechneten Route (31), und damit Ermitteln der Reichweite des betreffenden Kraftfahrzeugs (32).
Mit dem hier vorgeschlagenen Verfahren lässt sich eine verbesserte Reichweitenvorhersage für elektrisch angetriebene Kraftfahrzeuge erreichen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ermitteln einer Reichweite eines, zumindest teilweise, elektrisch angetriebenen Kraftfahrzeugs auf Basis einer Routenplanung, sowie ein Computerprogrammprodukt zur Durchführung des Verfahrens.
Kraftfahrzeuge mit einem elektrischen oder Hybrid-Antrieb, umfassend eine elektrische Antriebsmaschine und eine Verbrennungskraftmaschine als Antriebsmaschine oder als reiner Range-Extender zum Versorgen der elektrischen Antriebsmaschine und/oder zum Aufladen einer Antriebsbatterie, haben eine im Vergleich zu Kraftfahrzeugen mit einem konventionellen (reinen) Verbrennerantrieb begrenzte Reichweite.
Eine flächendeckende Energieversorgung zum Wiederaufladen solcher Kraftfahrzeuge ist noch nicht vorhanden, sodass es bei jeder Fahrt wichtig ist, dass Orte zum Aufladen des Energiespeichers in Reichweite sind. Zudem sind Ladestationen, insbesondere innerhalb einer Stadt, beispielsweise als Ladsäulen in der Größe einer Parkuhr oder integriert in eine Straßenlaterne, oftmals nicht so leicht auffindbar wie eine Tankstelle für fluidische Kraftstoffe. Dazu wird bisher von einem Bordcomputer des Kraftfahrzeugs anhand der Restladung des Energiespeichers des Kraftfahrzeugs und anhand des momentanen Energiebedarfs und Leistungsbedarfs des Kraftfahrzeugs eine Restreichweite ermittelt.
Aus dem Stand der Technik sind ebensolche Verfahren bekannt, die eine Vorausberechnung der Restreichweite eines Kraftfahrzeugs mit elektrischem Antrieb auf Basis des aktuellen Energiebedarfs und Leistungsbedarfs vornehmen. Eine routenabhängige Speicherung oder Auswertung der Verbrauchsdaten ist nicht vorgesehen.
Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, diese Nachteile zumindest teilweise zu überwinden und eine verbesserte Restreichweitenbestimmung zu ermöglichen. Die erfindungsgemäßen Merkmale ergeben sich aus den unabhängigen Ansprüchen, zu denen vorteilhafte Ausgestaltungen in den abhängigen Ansprüchen aufgezeigt werden. Die Merkmale der Ansprüche können in jeglicher technisch sinnvollen Art und Weise kombiniert werden, wobei hierzu auch die Erläuterungen aus der nachfolgenden Beschreibung sowie Merkmale aus den Figuren hinzugezogen werden können, welche ergänzende Ausgestaltungen der Erfindung umfassen.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ermitteln einer Reichweite eines Kraftfahrzeugs oder eines Hybrid-Kraftfahrzeugs auf Basis einer Routenplanung, welches zumindest die folgenden Schritte umfasst:

a. Bereitstellen eines Standorts und zumindest eines Fahrtziels eines Kraftfahrzeugs;
b. Berechnen einer Route von dem Standort zu dem Fahrtziel;
c. Unterteilen der Route in eine Vielzahl von Routenintervallen;
d. für jedes Routenintervall, Bereitstellen eines routenintervallspezifischen normierten Intervall-Energiebedarfs, wobei jeder normierte Intervall-Energiebedarf ein auf eine vorbestimmte Streckeneinheit und auf ein vordefiniertes Gewicht normierter Energiebedarf ist;
e. unter Verwendung von fahrzeugspezifischen Daten des betreffenden Kraftfahrzeugs und der normierten Intervall-Energiebedarfe für die Route, Errechnen eines fahrzeugspezifischen Gesamt-Energiebedarfs;
f. Bereitstellen eines Ladestands des betreffenden Kraftfahrzeugs;
g. Auf Basis des in Schritt f. bereitgestellten Ladestands und des fahrzeugspezifischen Gesamt-Energiebedarfs, Ermitteln eines nachladefrei erreichbaren Ortes der in Schritt b. berechneten Route und damit Ermitteln der Reichweite des betreffenden Kraftfahrzeugs.

Die Reihenfolge der genannten Verfahrensschritte wird nicht durch die hier wiedergegebene (zeilenweise oder alphabetische) Reihenfolge festgelegt. Soweit sinnvoll, technisch vorteilhaft oder aufgrund anderer Überlegungen, weicht die Reihenfolge von der wiedergegebenen Reihenfolge ab.
Unter einem Kraftfahrzeug ist beispielsweise ein Personenkraftwagen oder ein Lastkraftwagen zu verstehen.
Der Standort des Kraftfahrzeugs ist mittels Satelliten, beispielsweise anhand von GPS-Daten, ermittelbar. Es sind aber auch intraterrestrische Standortermittlungsverfahren einsetzbar, beispielsweise mittels Triangulation mittels Mobilfunk-Nodes. Das Fahrtziel ist mittels Eingabe von einer Person, beispielsweise dem Fahrer, oder von einer Software, beispielsweise bei einem Transportservice, bereitgestellt. Im Weiteren wird allgemein von einem Nutzer gesprochen, auch wenn es sich um eine automatisierte Dateneingabe mittels einer Software handelt.
Unter einer Route wird hier im Weiteren ein Weg verstanden, welcher mit dem Kraftfahrzeug zurückgelegt werden soll. Eine Route verläuft entlang von Straßen und befahrbaren Wegen und/oder Transportmitteln, wie Fähren. Eine Route hat einen Startort, hier der Standort des Kraftfahrzeugs und einen Zielort, also das Fahrtziel. Beispielsweise ist eine solche Route in eine erweiterte Route eingebunden, bei welcher auch Fußwege oder Personentransportmittel berücksichtigt sind. Die Route wird in einem On-Board-Navigationssystem und/oder einem externen Gerät, bevorzugt einem Smartphone, ermittelt und/oder wiedergegeben.
Das Berechnen der Route kann auf verschiedene Arten erfolgen. Beispielsweise ist die Route mittels eines Routenplanungsprogramms ermittelbar, wobei der Nutzer des Kraftfahrzeugs (zumindest mittelbar) den (fahrzeugrelevanten) Startort und den Zielort der Route eingibt oder zur Verfügung stellt. Das Routenplanungsprogramm ermittelt dann anhand verschiedener Parameter die beste Route. Als Routenoptionen sind beispielsweise der kürzeste, schnellste, kostengünstigste Weg und andere Randbedingungen, wie beispielsweise Streckensperrungen, zu Grunde legbar. Auch eine gewichtete Mischung von Routenoptionen ist zum Ermitteln der Route einsetzbar.
Alternativ oder ergänzend ist eine Route manuell ohne Routenplanungsprogramm ermittelbar, beispielsweise von Hand eingebbar.
Die berechnete Route wird in eine Vielzahl von Routenintervallen unterteilt. Diese Unterteilung in Routenintervalle erfolgt automatisiert und in einem Computer. Die Länge der Routenintervalle ist variabel oder konstant. Die Bestimmung der Routenintervalle erfolgt durch normierte Intervall-Energiebedarfe entlang der Route.
Beispielsweise werden Routenintervalle so gewählt, dass der normierte Intervall-Energiebedarf entlang eines Routenintervalls konstant oder innerhalb vordefinierter Grenzwerte schwankt.
Alternativ hängt die Länge eines (variablen) Routenintervalls von einer voraussichtlichen Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs ab, mit welcher das Kraftfahrzeug sich über das Routenintervall bewegen wird. Beispielsweise ist die Länge eines Routenintervalls der Weg, welchen das Kraftfahrzeug innerhalb einer vorbestimmten Zeit, beispielsweise einer Sekunde, bei einer voraussichtlichen Geschwindigkeit zurücklegt.
Gemäß einer Ausführungsform wird die Länge eines Routenintervalls entsprechend angepasst, sobald die tatsächliche Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs auf diesem Routenabschnitt bekannt ist.
Sobald die Route in Routenintervalle unterteilt ist, wird für jedes Routenintervall ein normierter Intervall-Energiebedarf zur Verfügung gestellt (Schritt d.).
Der einem Routenintervall zugeordnete normierte Intervall-Energiebedarf ist auf eine vorbestimmte Streckeneinheit, wie beispielsweise längenbasiert auf einen Meter oder auf einen Kilometer, und auf ein vorbestimmtes Gewicht, wie beispielsweise ein Kilogramm, normiert. Das heißt der normierte Intervall-Energiebedarf hat beispielsweise die ISO-Einheit [J * m^-1 * kg^-1] und ist damit ein spezifischer Intervall-Energiebedarf. Jedem Routenintervall wird ein solcher normierter Intervall-Energiebedarf zugeordnet.
Das Bereitstellen des normierten Intervall-Energiebedarfs für jedes Routenintervall ist beispielsweise über ein Cloud-basiertes System, umfassend einen fahrzeugexternen Computer, wie beispielsweise einen Server oder Cloud-Computer, per Funkverbindung erfolgen, und/oder über einen Bordcomputer des Kraftfahrzeugs. Das Cloud-basierte System ist in einer Ausführungsform allein indirekt mittels einer Zwischeneinheit, beispielsweise einem Smartphone des Nutzers, mit dem betreffenden Kraftfahrzeug in kommunizierender Verbindung.
Gemäß einer Ausführungsform erfolgt das Bereitstellen der normierten Intervall-Energiebedarfe allein fahrzeugintern, beispielsweise über einen Bordcomputer. Gemäß einer anderen Ausführungsform erfolgt das Bereitstellen der normierten Intervall-Energiebedarfe allein Cloud-basiert, wobei der Bordcomputer oder der Nutzer dem Cloud-basierten System Daten übermittelt, welche für das betreffende Kraftfahrzeug allgemein und/oder nur aktuell gültig sind. Bevorzugt wird ein Teil der Berechnung, beispielsweise aktuelle fahrzeugspezifische Daten benötigende Berechnungen, im Bordcomputer des betreffenden Kraftfahrzeugs ausgeführt, während alle anderen Berechnungen in dem Cloud-basierten System ausgeführt werden.
Der normierte Intervall-Energiebedarf ist eine vergleichsweise universelle Größe, weil definitionsgemäß das Kraftfahrzeuggewicht und die Gesamtlänge der Route oder die Länge des Routenintervalls zunächst keine Berücksichtigung finden.
Der normierte Intervall-Energiebedarf ist zum Beispiel aus einem theoretischen Fahrwiderstand und einer Momentanforderung an den Elektromotor berechenbar.
Der Fahrwiderstand setzt sich (nicht ausschließlich) aus vereinfacht gesagt einem Reibwiderstand, Luftwiderstand, Steigungswiderstand, und/oder Beschleunigungswiderstand zusammen, welche sich zu dem Fahrwiderstand aufsummieren. Einige dieser Teilwiderstände werden beispielsweise aus einem in einer, bevorzugt externen, Datenbank hinterlegten Streckenprofil des Routenintervalls ermittelt. Alternativ dazu wird der normierte Intervall-Energiebedarf aus einem oder mehreren normierten Intervall-Energiebedarfen ermittelt, welche von anderen Kraftfahrzeugen oder dem gleichen Kraftfahrzeug für das gleiche Routenintervall bereits schon einmal ermittelt wurden.
Bevorzugt erfolgt auch eine Gewichtung dieser einerseits berechneten und andererseits auf Messdaten beruhenden normierten Intervall-Energiebedarfen für das gleiche Routenintervall erfolgen. Der verfahrensgemäß bereitgestellte normierte Intervall-Energiebedarf für ein Routenintervall ist dann beispielsweise ein Mittelwert oder Median aller ermittelten normierten Intervall-Energiebedarfe für das entsprechende Routenintervall.
Mittels des normierten Intervall-Energiebedarf, unabhängig davon wie er ermittelt wurde, ist unabhängig vom Fahrzeuggewicht, bevorzugt allein unabhängig von der Beladung des Kraftfahrzeugs und/oder bevorzugt unabhängig von der Länge des jeweiligen Routenintervalls, eine Größe zur Routenplanung und Reichweitenermittlung zur Verfügung gestellt. Anhand dieser Größe und unter Einbeziehung weiterer Parameter, bevorzugt allein fahrzeugspezifischer Daten, wie Fahrzeuggewicht, Wetterlage und/oder Weglänge ist ein fahrzeugspezifischer Intervall-Energiebedarf für das jeweilige Routenintervall für das Kraftfahrzeug ermittelbar. Dieser fahrzeugspezifische Intervall-Energiebedarf wird von einem Bordcomputer, von dem Server unter Einbeziehung der fahrzeugspezifischen Daten oder in Kooperation von Bordcomputer und Server ermittelt.
Weiterhin ist es verfahrensgemäß ein Ziel, unter Verwendung von fahrzeugspezifischen Daten des betreffenden Kraftfahrzeugs und der normierten Intervall-Energiebedarfe für die Route, einen fahrzeugspezifischen Gesamt-Energiebedarf für die gesamte Route zu berechnen.
Dieser fahrzeugspezifische Gesamt-Energiebedarf wird beispielsweise aus der Vielzahl der normierten Intervall-Energiebedarfe unter Einbeziehung der fahrzeugspezifischen Daten ermittelt. Gemäß einer Ausführungsform wird der fahrzeugspezifische Gesamt-Energiebedarf aus den fahrzeugspezifischen Intervall-Energiebedarfen ermittelt.
Infolge des Bereitstellens des Ladestandes, beispielsweise durch einen Kraftfahrzeugsensor oder einen Bordcomputer im Kraftfahrzeug wird sodann unter Verwendung des fahrzeugspezifischen Gesamt-Energiebedarfs eine Reichweite des Kraftfahrzeugs ermittelt. Die Reichweite bestimmt sich aus einem nachladefrei zu erreichenden Ort entlang der Route. Es ist möglich, dass dieser Ort jenseits der Route liegt, das heißt dass die Reichweite größer ist als die Länge der Route, und somit die ganze Route ohne Nachladen abgefahren werden kann.
Falls sich der nachladefrei erreichbare Ort auf der Route befindet, muss die Route unter Umständen geändert werden, so dass rechtzeitig nachgeladen werden kann.
Alternativ wird dem Nutzer angegeben, dass ein Teil der Route mittels Einsatz eines Verbrenners abzufahren ist, beispielsweise bei einem so genannten Range-Extender.
Mittels dieses Verfahrens werden mehrere Probleme gelöst. Zum einen beruht die Reichweitenermittlung nun nicht mehr nur auf dem (wenig aussagekräftigen) aktuellen oder momentanen Energiebedarf, also dem momentanen Verbrauch des Kraftfahrzeugs, sondern es wird zusätzlich ermöglicht, den zukünftigen Energiebedarf und somit die Restreichweite genauer abzuschätzen. Dies wird im Wesentlichen durch das Bereitstellen des normierten Intervall-Energiebedarfs und das Berechnen des fahrzeugspezifischen Gesamt-Energiebedarfs für die Route erreicht.
Ein weiterer Vorteil wird dadurch erreicht, dass die einmal ermittelten normierten Intervall-Energiebedarfe wiederverwendbar und für unterschiedliche Kraftfahrzeuge und/oder Beladungen und/oder Fahrverhalten anpassbar sind, wodurch eine stetig wachsende und/oder aktualisierte Datenbank für eine Vielzahl von Routenintervallen aufgebaut wird. So ist anhand der normierten Intervall-Energiebedarfe, die beispielsweise in einer solchen Datenbank gespeichert sind, eine Straßenkarte erstellbar, welche routenintervallweise den zugeordneten normierten Intervall-Energiebedarf darstellt, beispielsweise anhand eines Farbprofils. Eine solche Karte ist beispielsweise zur Ermittlung geeigneter Tankstellen von Nutzen, aber auch als ein Parameter zur Routenplanung selbst.
Die Vorausberechnung der Reichweite erfolgt unter Berücksichtigung des Kraftfahrzeuggewichts, der Gesamtlänge der Routenintervalle und der jeweils zugordneten normierten Intervall-Energiebedarfe.
Durch Multiplikation des normierten Intervall-Energiebedarfs mit dem Kraftfahrzeuggewicht und mit der Länge des jeweiligen Routenintervalls, wird aus dem dem jeweiligen Routenintervall zugeordneten normierten Intervall-Energiebedarf der fahrzeugspezifische Intervall-Energiebedarf gewonnen. Die Summe aller fahrzeugspezifischen Intervall-Energiebedarfe für die Route ergibt den fahrzeugspezifischen Gesamt-Energiebedarf.
In einer vorteilhaften Ausführungsform des Verfahrens wird für jedes Routenintervall der Route ein normierter Intervall-Leistungsbedarf bereitgestellt, wobei der normierte Intervall-Leistungsbedarf ein auf eine vorbestimmte Streckeneinheit und ein vorbestimmtes Gewicht normierter Leistungsbedarf ist, wobei unter Verwendung der fahrzeugspezifischen Daten des betreffenden Kraftfahrzeugs und der normierten Intervall-Leistungsbedarfe für die Route ein fahrzeugspezifischer Gesamt-Leistungsbedarf für die Route errechnet wird.
Anhand des normierten Intervall-Leistungsbedarfs wird unter Einbeziehung des Ladestands ebenfalls eine Reichweite ermittelt, beispielsweise durch Ermittlung eines fahrzeugspezifischen Gesamt-Leistungsbedarfs. Hierzu wird insbesondere eine voraussichtliche Fahrzeit für jedes Routenintervall berechnet, welche beispielsweise anhand einer voraussichtlichen Geschwindigkeit und/oder Geschwindigkeitsverteilung entlang des Routenintervalls und der Länge des Routenintervalls bestimmt wird.
So ergänzen sich die normierten Intervall-Energiebedarfe und Intervall-Leistungsbedarfe des hier beschriebenen Verfahrens, um eine möglichst präzise Reichweitenermittlung zu gewährleisten. Grundsätzlich ist zur Ermittlung eines Leistungsbedarfs ein Energiebedarf eine physikalisch notwendig Kenngröße. Allerdings sind Berechnungen möglich, welche den Energiebedarf nicht explizit ermitteln. Dennoch wird gemäß der Darstellung in dieser Beschreibung davon ausgegangen, dass der Energiebedarf zumindest implizit ermittelt worden ist, wenn ein Leistungsbedarf ermittelt worden ist. In diesem Zusammenhang ist in einer Ausführungsform der Begriff Intervall-Energiebedarf als implizite Größe anzusehen, welcher bei der Behandlung des entsprechenden Intervall-Leistungsbedarfs implizit vorhanden ist. Zum besseren Verständnis könnte dann der Begriff Intervall-Energiebedarf durch den Begriff Intervall-Leistungsbedarf ersetzt werden, sofern nur der Intervall-Leistungsbedarf als (Zwischen-) Ausgabewert ermittelt wird.
Das Bereitstellen des normierten Intervall-Leistungsbedarfs für jedes Routenintervall erfolgt gemäß einer Ausführungsform ersatzweise oder ergänzend in vollständiger Analogie zu dem Bereitstellen des normierten Intervall-Energiebedarfs.
Ebenso ist der normierte Intervall-Leistungsbedarf anhand von Routendaten und/oder fahrzeugspezifischen Daten vorausberechenbar. Alternativ oder ergänzend wird der normierte Intervall-Leistungsbedarf aus bereits ermittelten fahrzeugspezifischen Intervall-Leistungsbedarfen - analog zur Berechnung des normierten Intervall-Energiebedarf - und/oder aus bereits ermittelten fahrzeugspezifischen Intervall-Energiebedarfen berechnet.
Gemäß einem weiteren vorteilhaften Aspekt der Erfindung wird die in Schritt b. berechnete Route an den in Schritt e. errechneten fahrzeugspezifischen Gesamt-Energiebedarf und/oder Gesamt-Leistungsbedarf und den in Schritt f. bereitgestellten Ladestand, bevorzugt iterativ, angepasst, und zwar unter Berücksichtigung zumindest eines der folgenden Kriterien:

- einem Standort von geeigneten Ladestationen, der in einer vordefinierten Umgebung der Route liegt;
- einer Auslastungsprognose von geeigneten Ladestationen;
- einem Ladepreis an geeigneten Ladestationen;
- einer voraussichtliche Ladezeit an geeigneten Stationen;
- einer Verkehrsprognose

Durch die präzise Reichweitenermittlung und die Einbeziehung der Route und einem daraus ableitbaren fahrzeugspezifischen Gesamt-Energiebedarf und Gesamt-Leistungsbedarf wird eine gleichmäßige Auslastung von Ladestationen gewährleistet, weil die Reichweitendaten mit erhöhter Präzision und rechtzeitig vor Fahrtantritt schon zur Verfügung stehen.
So können Wartezeiten beim Aufladen minimiert und/oder eine preisoptimale oder zeitoptimale Route gewählt werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst das Verfahren die fahrzeugspezifischen Daten des betreffenden Kraftfahrzeugs zumindest eine der folgenden Informationen umfasst:

- ein Leergewicht des Kraftfahrzeugs;
- ein aktuelles Zuladungsgewicht des Kraftfahrzeugs;
- ein Gesamtgewicht des Kraftfahrzeugs;
- einen Luftwiderstandsbeiwert;
- ein angestrebtes und/oder übliches Fahrverhalten des Fahrers des Kraftfahrzeugs;
- Wetterdaten, wie Wind oder Temperatur;
- einen Wirkungsgrad eines elektrischen Antriebs des Kraftfahrzeugs; und
- Verkehrsdaten.

Um einen fahrzeugspezifischen Gesamt-Energiebedarf für die Route zu ermitteln, wird zumindest das Gesamtgewicht des Kraftfahrzeugs ermittelt, das heißt die fahrzeugspezifischen Daten müssen über das Gesamtgewicht Auskunft geben können. Alternativ wird das Gesamtgewicht geschätzt durch Bestandssensoren, beispielsweise Tankfüllungssensor bei einem Hybrid-Fahrzeug und Anschnalldetektoren.
Zusätzlich zu dieser Information werden bevorzugt weitere Informationen dazu verwendet, den Gesamt-Energiebedarf besser abzuschätzen. So sind beispielsweise Wetterdaten geeignet, wie die Außentemperatur und/oder Windstärke und Windrichtung, den Gesamt-Energiebedarf genauer vorherzusagen. Für jedes Routenintervall wird gemäß dieser Ausführungsform der daraus berechenbare fahrzeugspezifische Intervall-Energiebedarf, bevorzugt durch Einbeziehung aktueller Windverhältnisse, angepasst.
Ebenso wirkt sich das Fahrverhalten eines Fahrers auf den fahrzeugspezifischen Gesamt-Energiebedarf und/oder Gesamt-Leistungsbedarf für die Route aus. Dies wird beispielsweise auf historischen Daten mit einem entsprechenden prozentualen Aufschlag (aggressiver Fahrstil) oder Abschlag (vorausschauender Fahrstil) auf den ermittelten fahrzeugspezifischen Intervall-Energiebedarf oder Gesamt-Energiebedarf oder (entsprechenden) Leistungsbedarf berücksichtigt.
Durch die Berücksichtigung von aktuellen Verkehrsdaten und Wetterdaten erfolgt in einer Ausführungsform noch während der Fahrt eine Anpassung der Reichweite.
Eine Anpassung der Reichweite erfolgt in einer bevorzugten Ausführungsform anhand von ermittelten normierten Intervall-Energiebedarfen und/oder normierten Intervall-Leistungsbedarfen anderer Kraftfahrzeuge, welche beispielsweise mit einem Cloud-System verbunden sind und dort die von ihnen ermittelten normierten Intervall-Energiebedarfe und/oder die ermittelten Intervall-Leistungsbedarfe zum Abgleichen hinterlegen. Beispielsweise nimmt das betreffende Kraftfahrzeug an einer solchen Datenerfassung nicht teil. Beispielsweise basieren die im Server des Cloud-basierten Systems gespeicherten Intervall-Energiebedarfe beziehungsweise Intervall-Leistungsbedarfe auf Messungen mit Spezialfahrzeugen und/oder speziellen registrierten Nutzern. Bevorzugt werden anonymisierte Daten von allen Kraftfahrzeugen erfasst, welche Daten von dem Server abfragen. Beispielsweise sind die abgefragten Daten allein auf aktuell vorliegende Verhältnisse wie beispielsweise Stau oder Wetterlage beschränkt, wenn beispielsweise bereits eine ausreichende Menge an normierten Daten vorliegt.
Ebenso ist eine dezentrale Lösung realisierbar, wobei Speicher und Prozessoren einer Vielzahl separater Rechner, bevorzugt der Bordcomputer der teilnehmenden Kraftfahrzeuge, anstelle eines zentralen Servers oder ergänzend zu einem zentralen Server genutzt werden.
Die Umrechnung der von den Kraftfahrzeugen ermittelten fahrzeugspezifischen Intervall-Energiebedarf und/oder Leistungsbedarfe wird auf dem jeweiligen Bordcomputer des Kraftfahrzeugs oder auf einem zentralen externen Cloud-Computer eines Cloud-basierten Systems erfolgen. Alternativ wird ein dezentraler Rechner eingesetzt und/oder das Smartphone des abfragenden Nutzers.
Anhand der fahrzeugspezifischen Daten werden normierte Intervall-Energie und/oder Intervall-Leistungsbedarfe errechnet, was ein Verfahren zur Reichweitenermittlung ermöglicht, das anhand von Daten einer Vielzahl von Kraftfahrzeugen einerseits eine genaue statistische Vorhersage der Reichweite und andererseits eine zeitaktuelle Anpassung dieser Daten und damit eine zeitaktuelle Anpassung der Reichweite ermöglicht.
So wird durch dauerhaftes Erfassen von normierten Intervall-Energiebedarfen und Intervall-Leistungsbedarfen beispielsweise der Einfluss wechselnder Windverhältnisse und Wetterverhältnisse herausgemittelt.
Umgekehrt können aktuelle Windverhältnisse und Wetterverhältnisse separat beim Ermitteln des fahrzeugspezifischen Intervall-Energiebedarfs und Intervall-Leistungsbedarfs durch entsprechende Gewichtung des fahrzeugspezifischen Intervall-Energiebedarf und/oder Leistungsbedarf berücksichtigt werden.
Die Verbesserung des Verfahrens infolge einer Vielzahl von teilnehmenden Kraftfahrzeugen wird im Folgenden ausgeführt.
Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Verfahren zum Ermitteln eines normierten Intervall-Energiebedarfs für ein Routenintervall einer Route für ein Verfahren zum Ermitteln einer Reichweite eines Kraftfahrzeugs auf Basis einer Routenplanung gemäß einer Ausführungsform nach der vorhergehenden Beschreibung, wobei das Verfahren zumindest die folgenden Schritte umfasst:

i. Ermitteln eines normierten Intervall-Energiebedarfs für ein bestimmtes Routenintervall wobei der normierte Intervall-Energiebedarf durch Normieren eines auf Basis von
- - Kraftfahrzeugmessdaten; und/oder
- - einer Modellberechnung,
prognostizierten fahrzeugspezifischen Intervall-Energiebedarfs für das bestimmte Routenintervall auf eine vorbestimmte Streckeneinheit und ein vordefiniertes Gewicht, bevorzugt unter Verwendung von fahrzeugspezifischen Daten, besonders bevorzugt von Daten gemäß vorhergehender Beschreibung, ermittelt wird,
ii. Abspeichern des normierten Intervall-Energiebedarfs bezogen auf das bestimmte Routenintervall und Bereithalten für eine Abfrage des normierten Intervall-Energiebedarfs.

Die von Kraftfahrzeugmessdaten ermittelten fahrzeugspezifischen Intervall-Energiebedarfe, bevorzugt zudem die fahrzeugspezifischen Intervall-Leistungsbedarfe, stammen von einer Vielzahl von Kraftfahrzeugen oder von einem einzigen Kraftfahrzeug. Falls für ein Routenintervall der Route kein normierter Intervall-Energiebedarf und/oder Intervall-Leistungsbedarf vorliegt, wird dieser gemäß dieser Ausführungsform mit Modellberechnungen vorausberechnet. Dazu werden routenintervallspezifische Informationen wie beispielsweise die Steigung, eine Straßenbeschaffenheit oder andere Informationen über das Routenintervall sowie fahrzeugspezifischen Daten, wie Gewicht, voraussichtliche Geschwindigkeit auf dem bestimmten Routenintervall, Wirkungsgrad des Motors und Fahrwiderstände berücksichtigt.
Gleiches gilt für die Ermittlung eines normierten Intervall-Leistungsbedarfs, wobei bevorzugt die Normierung wie bereits oben beschrieben die vorbestimmte Streckeneinheit anstelle auf eine Länge auf eine Zeit erfolgt. Diese Ausführungsform ist also in analoger Weise auch auf die Ermittlung des normierten Leistungsbedarfs übertragbar.
Die so gewonnenen normierten Intervall-Energiebedarfe und/oder die so gewonnenen normierten Intervall-Leistungsbedarfe werden mit dem bestimmten Routenintervall assoziiert und entweder zentral oder lokal abgespeichert und werden bei Bedarf zur Verfügung gestellt.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Berechnen des fahrzeugspezifischen Intervall-Energiebedarfs und eines fahrzeugspezifischen Intervall-Leistungsbedarfs für ein Routenintervall zum Ermitteln der Reichweite eines Kraftfahrzeugs vorgeschlagen, wobei das Verfahren zumindest die folgenden Schritte umfasst:

I. Erhalten der fahrzeugspezifischen Daten;
II. Erhalten einer Route, bevorzugt gemäß Schritt b. des vorhergehend beschriebenen Verfahrens;
III. Auf Basis der Daten gemäß Schritt I. und der Route gemäß Schritt II., Berechnen eines fahrzeugspezifischen Intervall-Energiebedarfs und/oder Intervall-Leistungsbedarf für zumindest ein Routenintervall der Route.

Das Verfahren ist für ein Kraftfahrzeug durchführbar. Dabei ist bevorzugt der Bordcomputer des Kraftfahrzeugs eingesetzt. Alternativ oder ergänzend ist ein zentraler oder dezentraler Server und/oder ein externer Rechner, beispielsweise ein Smartphone eines Nutzers, einsetzbar.
Die fahrzeugspezifischen Daten werden erhalten, indem sie beispielsweise durch einen Bordcomputer ermittelt werden oder sie sind als gespeicherte Daten im Bordcomputer oder auf einem externen Speicher, beispielsweise in einem Cloud-basierten System, vorhanden.
Die Route ist ebenso von dem Bordcomputer im Kraftfahrzeug ermittelt oder von extern bereitgestellt.
Das Berechnen des fahrzeugspezifischen Intervall-Energiebedarfs und/oder Intervall-Leistungsbedarfs erfolgt auf Basis einer Ausführungsform des vorhergehend beschriebenen Verfahrens.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform des Verfahrens mit den Schritten I. bis III., wird ein abgespeicherter und bereitgehaltener normierter Intervall-Energiebedarf und/oder Leistungsbedarfs zur Grundlage der Berechnung in Schritt III. abgefragt, sodass eine Berechnung eines fahrzeugspezifischen Gesamt-Energiebedarfs und/oder Leistungsbedarfs für eine Route anhand der für die Routenintervalle berechneten fahrzeugspezifischen Intervall-Energiebedarfe und/oder Leistungsbedarfe ermöglicht wird.
Dieser normierte Intervall-Energiebedarf oder Intervall-Leistungsbedarf ist auf einem externen Computer abgespeichert. So ist das Verfahren in einem Cloud-basiertes System durchführbar. Alternativ sind diese Daten fahrzeugintern oder Nutzerintern gespeichert.
Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Cloud-basiertes System zum Versorgen einer Vielzahl von Kraftfahrzeugen mit Routendaten mittels eines Verfahrens zur Reichweitenermittlung- nach einer Ausführungsform gemäß der obigen Beschreibung vorgeschlagen, welches zumindest die folgenden Komponenten aufweist:

- zumindest einen Datenspeicher, auf dem die normierten Intervall-Energiebedarfe und/oder Intervall-Leistungsbedarfe abgespeichert sind;
- zumindest einen Transceiver zum Empfangen und Übermitteln von Daten von einem beziehungsweise an ein abfragendes Kraftfahrzeug;
- zumindest einen Prozessor zum Ausführen von Berechnungen gemäß obiger Beschreibung;
- zumindest eine Kommunikationsschnittstelle zum Aufbereiten von empfangenen oder zu übermittelnden Daten für ein abfragendes Kraftfahrzeug.

Vorteilhafter Weise übermittelt jedes Kraftfahrzeug dem externen Computer, der auch als Cloud-Computer bezeichnet wird, die Daten hinsichtlich des normierten Intervall-Energiebedarfs und/oder Intervall-Leistungsbedarfs.
Die Begriffe Computer, Cloud-Computer, Server, Prozessor oder Bordcomputer werden hier gleichbedeutend zu den aus dem Stand der Technik bekannten Einrichtungen verwendet. Ein Computer umfasst demnach einen oder mehrere Allzweck-Prozessoren (CPU) oder Mikroprozessoren, RISC-Prozessor, GPU und/oder DSP. Der Computer weist beispielsweise zusätzliche Elemente wie Speicherschnittstellen oder Kommunikationsschnittstellen auf. Wahlweise oder zusätzlich bezeichnen die Begriffe Computer oder Bordcomputer eine Einrichtung, die in der Lage ist, ein bereitgestelltes oder eingebundenes Programm, bevorzugt mit standardisierter Programmiersprache wie C++, Java oder Python, auszuführen und/oder Datenspeichergeräte und/oder andere Geräte wie Eingangsschnittstellen und Ausgangsschnittstellen zu steuern und/oder darauf zuzugreifen. Die Begriffe Computer oder Bordcomputer bezeichnen auch eine Vielzahl von Prozessoren oder Computern, die miteinander verbunden und/oder verbunden und/oder anderweitig kommuniziert sind und möglicherweise eine oder mehrere andere Ressourcen, wie zum Beispiel einen Speicher, gemeinsam nutzen.
Die Datenübertragung kann über die gebräuchlichen Mobilfunkverbindungsfrequenzen und Formate erfolgen, wie beispielsweise GSM (Global System for Mobile Communications), 3G, 4G oder 5G, CDMA (Code Division Multiple Access), CDMA2000, UMTS (Universal Mobile Telecommunications System) oder LTE (Long Term Evolution).
Gemäß einem weiteren Aspekt ist ein Bordcomputer eines Kraftfahrzeugs vorgeschlagen, wobei der Bordcomputer dazu eingerichtet ist, Messdaten von Kraftfahrzeugsensoren des Kraftfahrzeugs so zu verarbeiten, dass ein fahrzeugspezifischer Intervall-Energiebedarf ermittelt wird, und wobei der Bordomputer dazu eingerichtet ist, sich mit einem Cloud-basiertes System- gemäß vorhergehender Beschreibung zu verbinden und zumindest einen, der auf dem Datenspeicher abgespeicherten normierten Intervall-Energiebedarfe und/oder Intervall-Leistungsbedarfe zur Berechnung der Reichweite zu verarbeiten, wobei der Bordcomputer dazu eingerichtet ist, anhand von Kraftfahrzeugsensoren ermittelte und berechnete fahrzeugspezifische Intervall-Energiebedarfe an das Cloud-basiertes System zu übermitteln.
Der Bordcomputer ist bevorzugt des Weiteren dazu eingerichtet, aus den fahrzeugspezifischen Intervall-Energiebedarfen normierte Intervall-Energiebedarfe zu berechnen und zwar unter Verwendung der Routendaten und der fahrzeugspezifischen Daten. Die Reichweitenbestimmung erfolgt beispielsweise im Kraftfahrzeug oder auf dem Computer des Cloud-basierten Systems. Welche Berechnungen auf dem Bordcomputer des Kraftfahrzeugs oder auf einem externen Rechner vorgenommen werden, ist nach fachmännischer Überlegung auf Basis von Kunden-Anforderungen, Datensicherheit, Übertragungssicherheit und anderen Aspekten, bevorzugt redundant, unterschiedlicher Gewichtung auszulegen. Dies gilt analog für Intervall-Leistungsbedarfe.
Es ist beispielsweise vorteilhaft, möglichst viele Berechnungen im Kraftfahrzeug also auf dem Bordcomputer vorzunehmen, sodass keine Abhängigkeit bezüglich einer dauerhaften und durchgehenden Datenverbindung entsteht und/oder der Server entlastet ist. Es ist diesbezüglich bevorzugt, dass der Speicher des Cloud-basierten Systems lediglich die Daten bezüglich des normierten Energiebedarfs und/oder Leistungsbedarfs vorhält beziehungsweise einspeichert, welche bei Bedarf dem Kraftfahrzeug übermittelt werden. Alle weiteren Berechnungen werden dann im Kraftfahrzeug durch den Bordcomputer vorgenommen.
Das hier beschriebene Verfahren ist computerimplementiert ausgeführt. Das computerimplementierte Verfahren umfasst gemäß einer Ausführungsform ein Computerprogrammprodukt umfassend ein computerlesbares Medium, auf dem Computerprogrammcode abgespeichert ist, wobei der Computerprogrammcode, wenn er auf einem Computer ausgeführt wird, den Computer dazu veranlasst, das zumindest eines der Verfahren gemäß einer Ausführungsform gemäß der vorhergehenden Beschreibung auszuführen.
Für das Computerprogrammprodukt und das ausgeführte Verfahren gelten die gleichen Definitionen und Beispiele von Ausführungsformen wie sie bereits oben aufgeführt wurden.
Als Computerprogrammprodukt, aufweisend Computerprogrammcode werden gleichbedeutend eine oder mehrere Anweisungen oder Befehle bezeichnet, die einen Computer oder Mikroprozessor veranlassen, eine Reihe von Operationen durchzuführen, die zum Beispiel einen Algorithmus und/oder andere Verarbeitungsmethoden darstellen.
Das Computerprogrammprodukt ist auf einem Medium wie beispielsweise RAM, ROM, einer SD-Karte, einer Speicherkarte, einer Flash-Speicherkarte, einer Disc, oder in einem integrierten Schaltkreis abgespeichert und auslesbar sein, und durch einen Computer ausführbar.
Das computerimplementierte Verfahren ist beispielsweise durch ein Computerprogramm verwirklicht, wobei das Computerprogramm Computerprogrammcode umfasst, wobei der Computerprogrammcode, wenn er auf einem Computer ausgeführt wird, den Computer dazu veranlasst, das Verfahren gemäß einer Ausführungsform nach vorhergehender Beschreibung auszuführen.
Das Computerprogramm ist bevorzugt teilweise oder vollständig auf einem Cloud-Computer eines vorhergehend beschriebenen Cloud-basierten Systems und/oder auf einem Bordcomputer ausführbar.
Wie hierin verwendet, bezeichnet der Begriff Cloud-Computer oder Server einen Computer, welcher Daten und/oder operative Dienste oder Dienste für ein oder mehrere andere computergestützte Geräte oder Computer bereitstellt.
Der Ausdruck über eine Datenverbindung verbunden oder ähnliche Ausdrücke bezeichnen zum Beispiel eine computergestützte Netzwerkverbindung oder Kommunikation über ein Netzwerk, zum Beispiel ein Mobilfunknetz, ein drahtloses Netzwerk wie Funk, Bluetooth oder WiFi, ein drahtgebundenes Netzwerk wie ein Local Area Network (LAN) oder ein Wide Area Network (WAN) sowie eine Verbindung über das Internet.
Ein Computer oder ein Server kann Mittel zur Konnektivität für eine Verbindung mit einem Mobilfunknetz, wie beispielsweise GSM (Global System for Mobile Communications), 3G, 4G oder 5G, CDMA (Code Division Multiple Access), CDMA2000, UMTS (Universal Mobile Telecommunications System) oder LTE (Long Term Evolution) aufweisen.
Die oben beschriebene Erfindung wird nachfolgend vor dem betreffenden technischen Hintergrund unter Bezugnahme auf die zugehörige Zeichnung, welche bevorzugte Ausgestaltungen zeigt, detailliert erläutert. Die Erfindung wird durch die rein schematischen Zeichnungen in keiner Weise beschränkt. Es wird dargestellt in

1: ein schematischer Ablauf des Ermittelns eines normierten Intervall-Energiebedarfs und Intervall-Leistungsbedarfs anhand von vorausberechneten und gemessenen Intervall-Energiebedarf und Intervall-Leistungsbedarfen;
2: ein Flussdiagramm eines Verfahrens zur Reichweitenermittlung darstellt;
3: ein Flussdiagramm, welches die Ermittlung eines fahrzeugspezifischen Intervall-Energiebedarfs darstellt; und
4 ein Cloud-basiertes System zum Durchführen des Verfahrens zur Reichweitenermittlung.

In 1 ist beispielhaft rein schematisch dargestellt, wie ein normierter Intervall-Energiebedarf und Intervall-Leistungsbedarf 1, 2, 3, 4 zum einen anhand einer Modellberechnung vorausberechnet und zum anderen anhand von (wenigen) gemessenen Kraftfahrzeugdaten ermittelt werden kann.
Im oberen Teil der Abbildung (umrandet von einer gestrichelten Box) wird schematisch dargestellt, wie die normierte Intervall-Energiebedarfe und Leistungsbedarfe 1, 2 anhand einer Modellberechnung ermittelt werden, während in der unteren Box (umrandet von einer Box mit durchgezogener Linie) dargestellt ist, wie die normierte Intervall-Energiebedarf und Leistungsbedarfe 3, 4 anhand von Messdaten ermittelten werden. Bevorzugt werden diese Daten zum Anpassen, hier Mitteln, erhaltener normierter Intervall-Energiebedarfe an das vorliegende Verhalten des Fahrers genutzt.
Am Ende des Verfahrens werden der modellbasiert-vorausberechnete (oberer Kasten) und der anhand von wenigen Messdaten ermittelte (im Folgenden als gemessener Intervall-Energiebedarf bezeichnet) (unterer Kasten) normierte Intervall-Energiebedarf gemittelt. Dieser Mittelwert wird gemäß einer Ausführungsform als normierter Intervall-Energiebedarf abgespeichert und bei Bedarf zu Verfügung gestellt. Alternativ oder ergänzend werden die so bestimmten Werte separat abgespeichert.
Die vorausberechneten und gemessenen Intervall-Energiebedarfe und Intervall-Leistungsbedarfe 1, 2, 3, 4 werden in diesem Beispiel mit einer Samplingzeit 5 von einer Sekunde ermittelt.
Zum Vorausberechnen der normierten Intervall-Energiebedarfe und Intervall-Leistungsbedarfe wird eine Route beispielsweise mit einer lokal zulässigen oder empfohlenen und hinterlegten Geschwindigkeit 6 virtuell abgefahren, wobei sekundenweise eine zurückgelegte Wegstrecke 7 berechnet wird.
Diese Wegstrecke 7 wird mit einer Samplingzeit 6 von einer Sekunde beispielsweise aus der lokal zulässigen Höchstgeschwindigkeit oder einer durch weitere Daten ermittelten voraussichtlichen Geschwindigkeit berechnet.
Ein Routenintervall 7 der Route entspricht einer solchen Wegstrecke 7. So wird die gesamte Route in Routenintervalle 7 unterteilt, die einer Fahrzeit von einer Sekunde entsprechen.
Jedem Routenintervall 7 ist ein Fahrwiderstand 8 zugeordnet. Der Fahrwiderstand 8 setzt sich aus dem Reibwiderstand 9, dem Steigungswiderstand 10, dem Beschleunigungswiderstand 11 und dem Luftwiderstand 12 zusammen.
Unter Berücksichtigung des dynamischen Reifenradius 13 wird eine Momentanforderung 14 an die Antriebsachse des Kraftfahrzeugs ermittelt.
Eine daraus resultierende Momentanforderung 15 an den Elektromotor des Kraftfahrzeugs wird aus der Momentanforderung 14 an die Achse und dem Getriebewirkungsgrad 16 ermittelt.
Aus der berechneten Momentenanforderung 15 an den Elektromotor wird sodann unter Einbeziehung einer Drehzahl 17 des Elektromotors, und einem Elektromotorwirkungsgrad 18 ein Leistungsbedarf 19 berechnet. Dieser Leistungsbedarf 19 wird nun noch durch ein angenommenes oder tatsächlich ermitteltes Kraftfahrzeuggewicht 20 zu dem vorausberechneten normierten Intervall-Leistungsbedarf 2 umgerechnet, wobei auch auf die Zeiteinheit von einer Sekunde normiert wird.
Dieser so normierte Intervall-Leistungsbedarf 2 entspricht einem voraussichtlichen normierten Intervall-Leitungsbedarf 2 für ein Routenintervall 7.
Ein voraussichtlicher Energiebedarf 21 pro Routenintervall 7 wird sodann ebenso aus dem Leistungsbedarf 19, der Fahrzeit und der Länge des Routenintervalls 7 gewonnen.
Der so ermittelte Intervall-Energiebedarf 21 wird durch Division durch das Kraftfahrzeuggewicht 20 und Normierung auf eine vorbestimmte Streckeneinheit, hier beispielsweise ein Kilometer, normiert, so dass ein Energiebedarf pro Kilogramm und Kilometer resultiert. Diese Größe entspricht dem voraussichtlichen normierten Intervall-Energiebedarf 1, der für jedes Routenintervall 7 berechnet wird.
Da für die Reichweitenermittlung nicht nur die normierten Größen, sondern auch die fahrzeugspezifischen, besonders gewichtsabhängigen Energiebedarfe und Leistungsbedarfe wichtig sind, werden diese Größen anhand der fahrzeugspezifischen Daten ebenfalls für alle Routenintervalle berechnet, so dass ein fahrzeugspezifischer Gesamt-Energiebedarf und gegebenenfalls auch ein fahrzeugspezifischer Gesamt-Leistungsbedarf ermittelt werden.
Die Reichweite des Kraftfahrzeugs ergibt sich dann noch durch Einbeziehung des Ladezustands des Energiespeichers, also beispielsweise der Antriebsbatterie, des Kraftfahrzeugs.
Eine Visualisierung der Reichweite erfolgt beispielsweise auf einem Bildschirm im Kraftfahrzeug.
Wenn nun die zu fahrende Route mit dem Kraftfahrzeug abgefahren wird, ist es möglich, zu den vorausberechneten Daten auch ein normierter Intervall-Energiebedarf und Intervall-Leistungsbedarf 3, 4 für jedes abgefahrene Routenintervall 7 aus den Messdaten der Kraftfahrzeugsensoren ermittelt werden. Diese normierten Intervall-Energiebedarfe und Intervall-Leistungsbedarfe werden aus gemessenen fahrzeugspezifischen Intervall-Energiebedarfen und Intervall-Leistungsbedarfen ermittelt. Dazu wird über die Kraftfahrzeugsensorik die Drehzahl 22 und ein Drehmoment 23 des Motors des Kraftfahrzeugs ermittelt. Aus diesen Größen wird beispielsweise die vom Motor erbrachte Leistung 24 und auch ein Wirkungsgrad 18 des Motors ermittelt. Durch Normierung auf das von Sensoren erfasste Kraftfahrzeuggewicht 25 und die Normierung auf die Zeiteinheit von einer Sekunde wird der normierte Intervall-Leistungsbedarf 4 für ein bestimmtes Routenintervall ermittelt. Um den normierten Intervall-Energiebedarf 3 zu ermitteln, wird die Kraftfahrzeuggeschwindigkeit 26 erfasst.
Zusammen mit dem erfassten Kraftfahrzeuggewicht 25 und mit einer Samplingzeit 5 von einer Sekunde wird der normierte Intervall-Energiebedarf 3 ermittelt. Dies geschieht durch Division eines absoluten Leistungsbedarfs 27 durch das Kraftfahrzeuggewicht 25 und Normierung des aus dem absoluten Leitungsbedarfs 27 abgeleiteten absoluten Energiebedarfs 28 auf die vordefinierte Weglänge; hier ein Kilometer.
So ist in vorliegendem Beispiel für jedes Routenintervall 7 sowohl ein vorausberechneter Intervall-Energiebedarf 1 als auch ein gemessener normierter Intervall-Energiebedarf 3 ermittelt. Der absolute Energiebedarf 28 wird bevorzugt im betreffenden Kraftfahrzeug angezeigt.
In einem weiteren optionalen Schritt wird aus dem voraussichtlichen normierten Intervall-Energiebedarf 1 und dem gemessenen normierten Energiebedarf 3 ein Mittelwert 30 gebildet.
Weiterhin wird die Vorhersage der Reichweite sehr schnell im Vergleich zu derzeitigen Berechnungsmethoden auf Basis allein aktueller oder (über einen kurzen Zeitraum) historisch gemittelten Verbrauch sehr präzise. Das Ergebnis des Verfahrens wird aber umso präziser, je mehr Daten von anderen Kraftfahrzeugen zur Verfügung stehen.
Bevorzugt wird auf eine (modellbasierte) Vorausberechnung (oberer Kasten) des normierten Intervall-Energiebedarfs 1 und/oder Intervall-Leistungsbedarfs 2 verzichtet und lediglich auf zuvor ermittelte und gespeicherte normierte
Intervall-Energiebedarfe 3 und/oder Intervall-Leistungsbedarfe 4 zurückgegriffen.
In 2 ist ein Flussdiagramm einer Ausführungsform des Verfahrens zum Ermitteln einer Reichweite eines Kraftfahrzeugs 32 (vergleiche 4) auf Basis einer Routenplanung. In einem Schritt a. wird der Standort und zumindest ein Fahrtziel 39 eines Kraftfahrzeugs 32, beispielsweise durch Ermittlung des aktuellen Standorts des Kraftfahrzeugs 32 per GPS-Signal und Eingabe des Zielorts durch den Nutzer beziehungsweise Fahrer des Kraftfahrzeugs 32 über eine GUI (Graphical User Interface) eines Navigationssystems, bereitgestellt. In einem darauffolgenden Schritt b. wird eine Route 31 von dem Standort zu dem Fahrtziel berechnet, wobei beispielsweise ein konventioneller Algorithmus einer Navigationssoftware genutzt wird, wobei bevorzugt bereits Ladestationen 38 berücksichtigt werden. In einem Schritt c. wird die Route 31 in eine Vielzahl von Routenintervallen 7 unterteilt, beispielsweise von einer Länge von 15 m [fünfzehn Meter], wobei die Länge bevorzugt maximal die halbe Länge einer Samplingzeit, also Abtastzeitspanne, beispielsweise einer Sekunde, zurücklegbaren Streckenabschnitt entspricht, welche anhand von einer dort geltenden Geschwindigkeitsobergrenze festgelegt ist (hier beispielsweise etwa 100 km/h [hundert Kilometer pro Stunde]). In einem Schritt d. wird für jedes Routenintervall 7 ein routenintervallspezifischer normierter Intervall-Energiebedarf 1, 3 (vergleiche 1) bereitgestellt. Dies ist beispielsweise durch eine Modellberechnung, eine Messung an einem (anderen) Kraftfahrzeug, welches die Route gerade abfährt und/oder anhand gespeicherter Daten möglich. In der dargestellten Ausführungsform des Verfahrens wird für beziehungsweise im Vorfeld von Schritt d. in einem Schritt i. ein normierter Intervall-Energiebedarf 1, 3 für das bestimmte Routenintervall 7 ermittelt. Dabei wird der normierte Intervall-Energiebedarf 1, 3 durch Normieren eines auf Basis von Kraftfahrzeugmessdaten und/oder einer Modellberechnung prognostizierten fahrzeugspezifischen Intervall-Energiebedarfs für das bestimmte Routenintervall 7 auf eine vorbestimmte Streckeneinheit und ein vordefiniertes Gewicht, bevorzugt unter Verwendung von fahrzeugspezifischen Daten ermittelt. In Schritt ii. werden diese normierten Intervall-Energiebedarfe 1, 3 bezogen auf das, also assoziiert zu dem, bestimmte Routenintervall 7 abgespeichert. Für den Schritt d., also für eine Abfrage des normierten Intervall-Energiebedarfs 1, 3, werden diese bereitgehalten. In einer Ausführungsform ist der jeweilige (streckenabschnittassoziierte) normierte Energiebedarf 1, 3 ein gemittelter Wert über eine Mehrzahl verschieden ermittelter Daten.
Jeder normierte Intervall-Energiebedarf 1, 3 ist ein auf eine vorbestimmte Streckeneinheit und ein vordefiniertes Gewicht normierter Energiebedarf, sodass der normierte Intervall-Energiebedarf 1, 3 für sehr unterschiedliche Kraftfahrzeuge verwendbar ist. In einem Schritt e. unter Verwendung von fahrzeugspezifischen Daten, hier dem Fahrzeuggewicht 20 des betreffenden Kraftfahrzeugs 32, und der normierten Intervall-Energiebedarfe 1, 3 für die Route 31, wird ein fahrzeugspezifischer Gesamt-Energiebedarf berechnet. Dies wird in einem zentralen oder dezentralen Computer berechnet oder von dem Kraftfahrzeug 32 beziehungsweise seinem Bordcomputer 36 selbst.
In einem unabhängigen, aber möglichst zeitnah ausgeführten, Schritt f. wird der Ladestand des betreffenden Kraftfahrzeugs 32 bereitgestellt, und zwar an den berechnenden Computer.
Alternativ oder ergänzend wird in einem Schritt h. ein normierter Intervall-Leistungsbedarf 2, 4 für jedes Routenintervall 7 der Route 31 berechnet, wobei der normierte Intervall-Leistungsbedarf 2, 4 ein auf eine vorbestimmte Streckeneinheit und ein vordefiniertes Gewicht normierter Intervall-Leistungsbedarf ist. Darauf basierend wird unter Verwendung der fahrzeugspezifischen Daten 18, 20 des betreffenden Kraftfahrzeugs 32 und der normierten Intervall-Leistungsbedarfe 2, 4 für die Route 31 ein fahrzeugspezifischer Gesamt-Leistungsbedarf für die Route 31 errechnet.
In einem Schritt g. wird auf Basis des in Schritt f. bereitgestellten Ladestands und auf Basis des fahrzeugspezifischen Gesamt-Energiebedarfs beziehungsweise Gesamt-Leistungsbedarfs ein nachladefrei erreichbarer Ort auf der in Schritt b. berechneten Route 31 ermittelt. Die Distanz zwischen dem Standort und dem nachladefrei erreichbaren Ort ist die Reichweite des betreffenden Kraftfahrzeugs 32. Entspricht dieser Ort dem Zielort, so wird dem Nutzer die Route 31 ausgegeben. Entspricht dieser Ort nicht dem Zielort, so wird unter Berücksichtigung von Standort, und bevorzugt Verfügbarkeit, von Ladestationen 38 im Umfeld der Route 31 eine Alternativroute 37 mittels, beispielsweise iterativer, Wiederholung der Berechnung gemäß vorhergehender Erläuterung ermittelt, wobei dann der Begriff Route 31 durch den Begriff Alternativroute 37 analog zu ersetzen ist.
In 3 ist ein Flussdiagramm einer Ausführungsform eines Verfahrens zum Berechnen eines fahrzeugspezifischen Intervall-Energiebedarfs für ein Routenintervall 7 für ein Verfahren zum Ermitteln einer Reichweite eines Kraftfahrzeugs 32 auf Basis einer Routenplanung nach der Beschreibung zu 2 dargestellt. Hierbei wird ein normierter Intervall-Energiebedarf 1, 3, welcher in einem Schritt IV. abgespeichert und bereitgehalten worden ist, in einem Schritt I. erhalten. Wenn ein solcher Wert nicht vorhanden ist, wird eine Berechnung gemäß beispielsweise den Schritten i. und ii. durchgeführt, wie sie oben beschrieben sind. Die abgefragten Intervall-Energiebedarfe 1, 3 werden für die Berechnung in Schritt III. benutzt. Dabei wird ein fahrzeugspezifischer Gesamt-Energiebedarf für eine Route 31 anhand der für die relevanten Routenintervalle 7 berechneten fahrzeugspezifischen Intervall-Energiebedarfe ermöglicht. Die Schritte I. bis IV. sowie i. und ii. werden bevorzugt in dem Bordcomputer 36 des betreffenden Kraftfahrzeugs 32 ausgeführt, und die Schritte a. bis g. in einem zentralen oder dezentralen Computer eines Cloud-basierten Systems.
In 4 ist ein Cloud-basiertes System 41 zur Kommunikation mit einer Vielzahl von Kraftfahrzeugen 32 schematisch dargestellt. Das Cloud-basierte System 4 umfasst einen Datenspeicher 33, auf dem die normierten Intervall-Energiebedarfe 1, 3 und/oder normierten Intervall-Leistungsbedarfe 2, 4 jeweils assoziiert zu Routenintervallen 7 abgespeichert sind Die Routenintervalle 7 sind hierdurch jeweils senkrechte Striche auf der Route 31 beziehungsweise der Alternativroute 37 voneinander separiert gekennzeichnet. Beispielsweise sind diese in dem System fest verankert und geschwindigkeitsunabhängig. Das Cloud-basierte System 41 weist zudem einen Cloud-Computer 34 auf, welcher zumindest zur Administration der Datenabfragen und Datenlieferungen eingerichtet ist. In einer Ausführungsform gibt der Cloud-Computer die Daten zur Berechnung einer Route 31 beziehungsweise einer Alternativroute 37 an einen weiteren (nicht dargestellten) Rechner weiter oder an den Bordcomputer 36 des betreffenden Kraftfahrzeugs 32. Alternativ ist der Cloud-Computer 34 dazu eingerichtet, alle notwendigen Berechnungen im Zusammenhang Reichweitenermittlung durchzuführen und führt dies immer oder je nach Abfrage und/oder Auslastung aus. Ein Datenaustausch zwischen dem Cloud-Computer 34 mit den Kraftfahrzeugen 32 erfolgt mittels eines Transceivers 35, mittels welchem über eine Funkverbindung Daten zwischen Kraftfahrzeugen 32 und dem Cloud-Computer 34 oder der Datenbank 33 austauschbar sind.
Die Kraftfahrzeuge 32 umfassen jeweils einen Bordcomputer 36, der einerseits dazu ausgebildet ist, Daten aus dem Fahrzeugbetrieb und fahrzeugspezifischen Daten zu verarbeiten und an den Transceiver 35 zu versenden und andererseits Daten vom Transceiver 35 zur Weiterverarbeitung zu empfangen. So sind beispielsweise Berechnungen zum fahrzeugspezifischen Intervall-Energiebedarf auf dem Bordcomputer 36 durchführbar, nachdem der Bordcomputer 36 die normierten Intervall-Energiebedarfe 1, 3 für die Route 31 empfangen hat. Das gemäß den Pfeilen auf der Route 31 dargestellte Fahrtrichtung bereits weiter vorne fahrende Kraftfahrzeug 32 übermittelt beispielsweise neue normierte Intervall-Energiebedarfe für die im Vergleich zu dem hinteren Kraftfahrzeug 32 bereits zurückgelegten Routenintervalle 7. Dabei wird ein gegenüber dem zuvor abgespeicherten ein erhöhter normierter Intervall-Energiebedarf 1, 3 festgestellt. Dieser wird nun dem hinteren Kraftfahrzeug 32 zur Verfügung gestellt und eine Anpassung der Reichweitenermittlung vorgenommen. Hier wird beispielsweise festgestellt, dass die Reichweite zum Erreichen des Zielorts 39 nicht ausreicht und eine abweichende Alternativroute 37 (gestrichelt dargestellt) vorgeschlagen, welche über eine Ladestation 38 führt.
Mit dem hier vorgeschlagenen Verfahren und dem vorgeschlagenen Cloud-basierten System lässt sich eine verbesserte Reichweitenvorhersage für elektrisch angetriebene Kraftfahrzeuge erreichen.
Bezugszeichenliste

1: berechneter normierter Intervall-Energiebedarf
2: berechneter normierter Intervall-Leistungsbedarf
3: gemessener normierter Intervall-Energiebedarf
4: gemessener normierter Leistungsbedarf
5: Abtastzeit
6: voraussichtliche Geschwindigkeit
7: Routenintervall
8: Fahrwiderstand
9: Reibwiderstand
10: Steigungswiderstand
11: Beschleunigungswiderstand
12: Luftwiderstand
13: dynamischer Reifenradius
14: Momentanforderung an die Achse
15: Momentanforderung an den Elektromotor
16: Getriebewirkungsgrad
17: voraussichtliche Drehzahl
18: Wirkungsgrad des Elektromotors
19: voraussichtlicher Leistungsbedarf
20: Kraftfahrzeuggewicht
21: voraussichtlicher Energiebedarf
22: Drehzahl des Elektromotors
23: Drehmoment des Elektromotors
24: effektive Leistung
25: tatsächliches Kraftfahrzeuggewicht
26: tatsächliche Geschwindigkeit
27: absoluter Leistungsbedarf
28: absoluter Energiebedarf
29: Energiebedarf pro Kilometer
30: mittlerer normierter Intervall-Energiebedarf
31: Route
32: Kraftfahrzeug
33: Datenspeicher
34: Cloud-Computer
35: Transceiver
36: Bordcomputer
37: Alternativroute
38: Ladestation
39: Zielort
40: Funkverbindung
41: Cloud-basiertes System

Claims

Verfahren zum Ermitteln einer Reichweite eines Kraftfahrzeugs (32) auf Basis einer Routenplanung, umfassend zumindest die folgenden Schritte: a. Bereitstellen eines Standorts und zumindest eines Fahrtziels eines Kraftfahrzeugs; b. Berechnen einer Route (31) von dem Standort zu dem Fahrtziel; c. Unterteilen der Route (31) in eine Vielzahl von Routenintervallen (7); d. für jedes Routenintervall (7), Bereitstellen eines routenintervallspezifischen normierten Intervall-Energiebedarfs (1, 3), wobei jeder normierte Intervall-Energiebedarf (1, 3) ein auf eine vorbestimmte Streckeneinheit und ein vordefiniertes Gewicht normierter Energiebedarf ist; e. unter Verwendung von fahrzeugspezifischen Daten (18, 20) des betreffenden Kraftfahrzeugs (32) und der normierten Intervall-Energiebedarfe (1,3) für die Route (31), Errechnen eines fahrzeugspezifischen Gesamt-Energiebedarfs; f. Bereitstellen eines Ladestands des betreffenden Kraftfahrzeugs (32); g. Auf Basis des in Schritt f. bereitgestellten Ladestands und des fahrzeugspezifischen Gesamt-Energiebedarfs, Ermitteln eines nachladefrei erreichbaren Ortes der in Schritt b. berechneten Route (31), und damit Ermitteln der Reichweite des betreffenden Kraftfahrzeugs (32).
Verfahren nach Anspruch 1, wobei folgender Schritt h. ausgeführt wird: Bereitstellen eines normierten Intervall-Leistungsbedarfs (2, 4)für jedes Routenintervall (7) der Route , wobei der normierte Intervall-Leistungsbedarf (2, 4) ein auf eine vorbestimmte Streckeneinheit und ein vordefiniertes Gewicht normierter Intervall-Leistungsbedarf ist, wobei unter Verwendung der fahrzeugspezifischen Daten (18, 20) des betreffenden Kraftfahrzeugs (32) und der normierten Intervall-Leistungsbedarfe (2, 4) für die Route (31) ein fahrzeugspezifischer Gesamt-Leistungsbedarf für die Route (31) errechnet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei die in Schritt b. berechnete Route (31) an den in Schritt e. errechneten fahrzeugspezifischen Gesamt-Energiebedarf und/oder des Leistungsbedarfs und den in Schritt f. bereitgestellten Ladestand, angepasst wird, und zwar unter Berücksichtigung zumindest eines der folgenden Kriterien: - einem Standort von geeigneten Ladestationen; - einer Auslastungsprognose von geeigneten Ladestationen; - einem Ladepreis an geeigneten Ladestationen; - einer voraussichtliche Ladezeit an geeigneten Stationen; - einer Verkehrsprognose; wobei bevorzugt eine preisoptimale oder eine zeitoptimale Route berechnet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die fahrzeugspezifischen Daten des betreffenden Kraftfahrzeugs (32) zumindest eine der folgenden Informationen umfasst: - ein Leergewicht des Kraftfahrzeugs (32); - ein aktuelles Zuladungsgewicht des Kraftfahrzeugs (32); - ein Gesamtgewicht (20) des Kraftfahrzeugs (32); - einen Luftwiderstandsbeiwert (12); - ein angestrebtes und/oder übliches Fahrverhalten des Fahrers des Kraftfahrzeugs; - Wetterdaten, wie Wind oder Temperatur; - einen Wirkungsgrad (18) eines elektrischen Antriebs des Kraftfahrzeugs (32); und - Verkehrsdaten.
Verfahren zum Ermitteln eines normierten Intervall-Energiebedarfs (1, 3) für ein Routenintervall (7) einer Route (31) für ein Verfahren zum Ermitteln einer Reichweite eines Kraftfahrzeugs (32) auf Basis einer Routenplanung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Verfahren zumindest die folgenden Schritte umfasst: i. Ermitteln eines normierten Intervall-Energiebedarfs (1, 3) für ein bestimmtes Routenintervall (7), wobei der normierte Intervall-Energiebedarf (1, 3) durch Normieren eines auf Basis von - Kraftfahrzeugmessdaten; und/oder - einer Modellberechnung, prognostizierten fahrzeugspezifischen Intervall-Energiebedarfs für das bestimmte Routenintervall (7) auf eine vorbestimmte Streckeneinheit und ein vordefiniertes Gewicht, bevorzugt unter Verwendung von fahrzeugspezifischen Daten, besonders bevorzugt von Daten gemäß Anspruch 4, ermittelt wird, ii. Abspeichern des normierten Intervall-Energiebedarfs (1, 3) bezogen auf das bestimmte Routenintervall (7) und Bereithalten für eine Abfrage des normierten Intervall-Energiebedarfs (1, 3).
Verfahren zum Berechnen eines fahrzeugspezifischen Intervall-Energiebedarfs für ein Routenintervall (7) für ein Verfahren zum Ermitteln einer Reichweite eines Kraftfahrzeugs (32) auf Basis einer Routenplanung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das Verfahren zumindest die folgenden Schritte umfasst: I. Erhalten von fahrzeugspezifischen Daten, bevorzugt gemäß Anspruch 4; II. Erhalten einer Route (31), bevorzugt gemäß Schritt b. des Anspruchs 1; III. Auf Basis der Daten gemäß Schritt I. und der Route gemäß Schritt II., Berechnen eines fahrzeugspezifischen Intervall-Energiebedarfs für zumindest ein Routenintervall (7) der Route (31).
Verfahren nach Anspruch 6, wobei vor Schritt III. folgender Schritt umfasst ist: IV. Abfragen eines, bevorzugt gemäß Anspruch 5, abgespeicherten und bereitgehaltenen normierten Intervall-Energiebedarfs (1, 3) zur Grundlage der Berechnung in Schritt III., sodass eine Berechnung eines fahrzeugspezifischen Gesamt-Energiebedarfs für eine Route (31) anhand der für die Routenintervalle (7) berechneten fahrzeugspezifischen Intervall-Energiebedarfe ermöglicht wird.
Cloud-basiertes System zum Versorgen einer Vielzahl von Kraftfahrzeugen (32) mit Routendaten mittels eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4, aufweisend zumindest die folgenden Komponenten: - zumindest einen Datenspeicher (33), auf dem die normierten Intervall-Energiebedarfe abgespeichert sind; - zumindest einen Transceiver (35) zum Empfangen und Übermitteln von Daten von einem beziehungsweise an ein abfragendes Kraftfahrzeug (32); - zumindest einen Prozessor (34) zum Ausführen von Berechnungen gemäß Anspruch 1; - zumindest eine Kommunikationsschnittstelle zum Aufbereiten von empfangenen oder zu übermittelnden Daten für ein abfragendes Kraftfahrzeug (32).
Bordcomputer (36) eines Kraftfahrzeugs, wobei der Bordcomputer (36) dazu eingerichtet ist, Messdaten von Kraftfahrzeugsensoren des Kraftfahrzeugs (32) so zu verarbeiten, dass ein fahrzeugspezifischer Intervall-Energiebedarf ermittelt wird und wobei der Bordomputer (36) dazu eingerichtet ist, sich mit einem Cloud-basiertes System gemäß Anspruch 8 zu verbinden und zumindest einen, der auf dem Datenspeicher (33) abgespeicherten normierten Intervall-Energiebedarfe (1, 3) zur Berechnung der Reichweite zu verarbeiten, wobei der Bordcomputer (36) dazu eingerichtet ist, anhand von Kraftfahrzeugsensoren ermittelte und berechnete fahrzeugspezifische Intervall-Energiebedarfe an das Cloud-basiertes System zu übermitteln.
Computerprogrammprodukt umfassend ein computerlesbares Medium, auf dem Computerprogrammcode abgespeichert ist, wobei der Computerprogrammcode, wenn er auf einem Computer ausgeführt wird, den Computer dazu veranlasst, zumindest eines der Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7 auszuführen.