DE102018116826A1

DE102018116826A1 - Fahrzeug mit modellbasierter streckenenergievorhersage, -korrektur und -optimierung

Info

Publication number: DE102018116826A1
Application number: DE102018116826.8A
Authority: DE
Inventors: David S. Park; Kevin J. Smith; Terence L. Meehan; Todd P. Lindemann; Richard B. Weinberg; James B. Nicholson; Chia-Hsiang Liu; Andrew M. Zettel; Ramon A. Alonso
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2017-07-13
Filing date: 2018-07-11
Publication date: 2019-01-17
Also published as: CN109263640A; US20190016329A1; US10464547B2; CN109263640B

Abstract

Ein Fahrzeug beinhaltet einen Satz von Antriebsrädern, eine Energiequelle mit verfügbarer Energie, eine drehmomenterzeugende Vorrichtung, die von der Energiequelle angetrieben wird, um ein Antriebsdrehmoment bereitzustellen, ein Getriebe, das konfiguriert ist, das Antriebsdrehmoment zu empfangen und ein Abtriebsdrehmoment an den Satz von Antriebsrädern bereitzustellen, und eine Steuerung. Die Steuerung sagt als Teil eines programmierten Verfahrens den Verbrauch der verfügbaren Energie entlang einer vorbestimmten Fahrroute unter Verwendung von Onboard-Daten, Offboard-Daten und einem ersten Logikblock voraus und korrigiert auch den vorhergesagten Energieverbrauch unter Verwendung der Onboard-Daten, Offboard-Daten und einer Fehlerkorrekturschleife zwischen einem zweiten Logikblock und dem ersten Logikblock. Die Steuerung führt unter Verwendung des korrigierten Energieverbrauchs ebenfalls eine Steuermaßnahme in Bezug auf das Fahrzeug aus, einschließlich des Änderns eines Logikzustands des Fahrzeugs.

Description

EINLEITUNG
Fahrzeuge können so konfiguriert sein, dass sie eine Vielzahl von Energiequellen für den Antrieb verwenden. Beispielsweise können Benzin, Diesel, Erdgas oder andere alternative Kraftstoffe durch einen Motor verbrannt werden, um ein Motordrehmoment zu erzeugen. Ein Hybrid-Elektrofahrzeug (HEV) verwendet eine oder mehrere elektrische Maschinen und einen Motor als alternative oder komplementäre Quellen für das Drehmoment. In einem HEV kann das Motordrehmoment an ein Getriebeantriebs- oder - abtriebselement alleine oder in Verbindung mit einem Motordrehmoment von einer oder beiden elektrischen Maschinen geliefert werden. Der Motor kann in einem Elektrofahrzeugbetriebsmodus abgeschaltet werden, um Kraftstoff zu sparen. Ein Elektrofahrzeug mit erweiterter Reichweite (EREV) verwendet ein Motordrehmoment, um selektiv einen elektrischen Generator anzutreiben, ohne ein Motordrehmoment an das Getriebe zu übertragen. Ein batterieelektrisches Fahrzeug (BEV) hat keinen Motor als Teil seines Antriebsstrangs und verwendet somit elektrische Energie, um ein Motordrehmoment für den Fahrzeugantrieb zu erzeugen. Ein Brennstoffzellenfahrzeug (FCV) verwendet elektrische Energie von einem Brennstoffzellenstapelverfahren, um eine elektrische Maschine mit Energie zu versorgen und/oder einen Batteriesatz aufzuladen.
Unabhängig von der Konfiguration des Antriebsstrangs und der spezifischen Art des Reservekraftstoffs oder der Energiequelle, die an Bord des Fahrzeugs verwendet wird, kann eine Onboard-Steuerung den Drehmomentbeitrag der verfügbaren Drehmomentquellen regeln. Die Steuerung empfängt Eingangssignale von verschiedenen Sensoren, die gemeinsam die aktuellen Betriebsbedingungen überwachen. Die Steuerung führt Algorithmen oder eine Steuerlogik aus, um einen Antriebsstrangbetriebsmodus zu bestimmen, der für die aktuellen Betriebsbedingungen in Bezug auf Leistung oder Energieeffizienz geeignet ist. Die Fähigkeit eines Antriebsstrangs, auf optimale Weise zu funktionieren, hängt weitgehend von der Geschwindigkeit und der Gesamtgenauigkeit der Anpassung der Steuerung an sich dynamisch ändernde Betriebsbedingungen ab.
KURZDARSTELLUNG
Hierin wird ein Fahrzeug offenbart, das einen Antriebsstrang, Sensoren und eine Steuerung mit einem programmierten Energie/Leistungs-Vorhersagemodell (E/P-Vorhersagemodell) beinhaltet. Das E/P-Vorhersagemodell ermöglicht es der Steuerung, den Energieverbrauch des Fahrzeugs über eine vorbestimmte Fahrtstrecke ohne Rücksicht auf die spezielle Art der an Bord des Fahrzeugs verwendeten Energiequelle(n) vorherzusagen. Das E/P-Vorhersagemodell fährt unter Verwendung von vorausschauenden oder „Vorausschau“-Informationen fort. Die Steuerung ist ebenfalls konfiguriert, um die Vorhersagegenauigkeit des E/P-Vorhersagemodells im Laufe der Zeit unter Verwendung einer Fehlerrückkopplungsschleife zu korrigieren, die durch Echtzeitdaten und eine gelernte Fahrzeugleistung informiert wird. Letztlich verwendet die Steuerung die korrigierte Vorhersage, um die Leistung des Fahrzeugs in einer für die Antriebsstrangkonfiguration des Fahrzeugs geeigneten Weise zu optimieren, beispielsweise durch Berechnen und Anzeigen von Streckenenergievorhersagen mit verbesserter Genauigkeit für BEVs oder durch Auswählen eines geeigneten Antriebsstrangbetriebsmodus für HEVs, EREVs oder FCVs.
In einer nicht einschränkenden exemplarischen Ausführungsform beinhaltet ein Fahrzeug einen Satz von Antriebsrädern, eine Energiequelle mit verfügbarer Energie, eine drehmomenterzeugende Vorrichtung, die von der Energiequelle angetrieben wird, um ein Antriebsdrehmoment bereitzustellen, ein Getriebe, das konfiguriert ist, das Antriebsdrehmoment zu empfangen und ein Abtriebsdrehmoment an den Satz von Antriebsrädern bereitzustellen, und eine Steuerung. Die Steuerung in dieser speziellen Ausführungsform ist so konfiguriert, dass sie eine Verbrauchsrate der verfügbaren Energie von der Energiequelle, die mehrere unterschiedliche Energiequellen umfassen kann, entlang einer vorbestimmten Fahrtstrecke unter Verwendung von Onboard-Daten, Offboard-Daten und eines ersten Logikblocks vorhersagt. Die Steuerung korrigiert den vorhergesagten Energieverbrauch im Laufe der Zeit unter Verwendung der Onboard-Daten, Offboard-Daten und einer Fehlerkorrekturschleife zwischen einem zweiten Logikblock und dem ersten Logikblock. Danach führt die Steuerung unter Verwendung des korrigierten Energieverbrauchs eine Steuermaßnahme in Bezug auf das Fahrzeug aus, einschließlich des Änderns eines Logikzustands des Fahrzeugs.
Das Fahrzeug kann einen Anzeigebildschirm enthalten. In einer solchen Ausführungsform kann das Ändern des Logikzustands das Aktualisieren einer geschätzten verbleibenden Reichweite des Fahrzeugs in Bezug auf die vorbestimmte Fahrtstrecke unter Verwendung des korrigierten Energieverbrauchs und dann das Anzeigen der aktualisierten verbleibenden elektrischen Reichweite über den Anzeigebildschirm beinhalten.
In einigen Konfigurationen beinhaltet die Energiequelle ein Energiespeichersystem (ESS) und die drehmomenterzeugende Vorrichtung beinhaltet eine elektrische Maschine, die elektrisch mit dem ESS verbunden ist. In anderen Konfigurationen kann die Energiequelle eine Zufuhr von brennbarem Kraftstoff beinhalten, wobei die drehmomenterzeugende Vorrichtung einen Motor enthält, der durch die Verbrennung des brennbaren Kraftstoffs angetrieben wird. Oder die Energiequelle kann Wasserstoff und eine Wasserstoffbrennstoffzelle beinhalten, wobei die drehmomenterzeugende Vorrichtung eine elektrische Maschine enthält, die über einen Ausgangsstrom von der Wasserstoffbrennstoffzelle erregt wird. Da sich das Einschwingverhalten einer Brennstoffzelle stark von der eines Motors unterscheidet, kann die Methodik Maßnahmen ergreifen, wie z. B. das Einplanen der Brennstoffzelle zum früheren Beginn der Elektrizitätserzeugung in einem gegebenen Fahrzyklus, z. B. wenn eine Straßenlast unmittelbar bevorsteht, aber ansonsten in ähnlicher Weise unabhängig von der Identität der Energiequelle oder -quellen fortschreitet.
Das Ändern des Logikzustands kann beinhalten, dass der Motor angeschaltet wird, um das Fahrzeug von einem Ladungsabbaumodus, in dem das ESS zu einem ersten Schwellenwert-Ladungszustand (SOC) entladen wird, in einen Ladungserhaltungsmodus zu überführen, in dem der SOC des ESS über einem zweiten SOC gehalten wird, der höher als der erste SOC ist.
Die Steuerung kann den vorhergesagten Energieverbrauch entlang der vorbestimmten Fahrtstrecke in Leistungsgruppen mit unterschiedlichen relativen Leistungspegeln aufteilen und kann ebenfalls den Motor während der höchsten der Leistungsgruppen einschalten, um in den Ladungserhaltungsmodus einzutreten.
Die Offboard-Daten können gemäß bestimmten Ausführungsformen Höhendaten beinhalten, die eine Elevation der vorbestimmten Fahrtstrecke beschreiben, Streckengeschwindigkeitsdaten, die eine geschätzte Geschwindigkeit des Fahrzeugs entlang der vorbestimmten Fahrtstrecke beschreiben, Umweltdaten, die eine Umgebung der vorbestimmten Fahrtstrecke beschreiben, Positionsdaten, die Koordinaten des Fahrzeugs beschreiben und Echtzeitverkehrsdaten, die Verkehrsbedingungen entlang der vorbestimmten Reisestrecke beschreiben.
Die Onboard-Daten können eine Fluidtemperatur des Getriebes, Heizungs-, Lüftungs- und Klimatisierungs-Nutzungsdaten (HVAC-Nutzungsdaten) des Fahrzeugs und einen SOC des ESS beinhalten.
Die Steuerung kann einen Drehmomentverlust-Logikblock enthalten, der konfiguriert ist, um Drehmomentverluste des Getriebes unter Verwendung der Fluidtemperatur zu bestimmen, wobei die Steuerung den Energieverbrauch des Fahrzeugs unter Verwendung der Drehmomentverluste vorhersagt.
Die Umweltdaten können Windgeschwindigkeit und -richtung, Niederschlag und Solarlast entlang der vorbestimmten Fahrtstrecke beinhalten.
Die Steuerung kann auch einen Delta-Geschwindigkeitslogikblock umfassen, der zum Berechnen eines Delta-Geschwindigkeitswerts, der eine vorhergesagte Beschleunigung des Fahrzeugs entlang der vorbestimmten Fahrtstrecke angibt, und zum Vorhersagen des Energieverbrauchs des Fahrzeugs unter Verwendung des Delta-Geschwindigkeitswerts betreibbar ist.
Hierin wird ebenfalls ein Verfahren zur Verwendung mit einem Fahrzeug offenbart, das einen Antriebsstrang aufweist, einschließlich einer elektrischen Maschine, die selektiv durch ein Energiespeichersystem zur Erzeugung eines Motordrehmoments erregt wird, und ein Getriebe zum Empfangen des Motordrehmoments von der elektrischen Maschine und zum Bereitstellen eines Abtriebsdrehmoments zu einem Satz von Antriebsrädern aufweist. Eine exemplarische Ausführungsform des Verfahrens beinhaltet das Empfangen von Offboard- und Onboard-Daten über eine Steuerung und danach das Vorhersagen des Energieverbrauchs des Antriebsstrangs unter Verwendung der Offboard-Daten, der Onboard-Daten und eines ersten Logikblocks, wenn das Fahrzeug entlang einer vorbestimmten Fahrtstrecke fährt. Das Verfahren kann ebenfalls das Korrigieren des vorhergesagten Energieverbrauchs unter Verwendung der Offboard-Daten, der Onboard-Daten und einer Fehlerkorrekturschleife zwischen einem zweiten Logikblock und dem ersten Logikblock beinhalten. Danach fährt das Verfahren durch Ausführen einer Steuermaßnahme über die Steuerung unter Verwendung des korrigierten Energieverbrauchs in Bezug auf das Fahrzeug fort, einschließlich Ändern eines Logikzustands des Fahrzeugs durch Übertragen von Ausgabesignalen an einen Anzeigebildschirm, um dadurch eine geschätzte elektrische Reichweite des Fahrzeugs anzuzeigen und/oder Steuern eines Betriebsmodus des Antriebsstrangs.
Die vorstehend genannten sowie andere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Offenbarung sind aus der folgenden ausführlichen Beschreibung der bestmöglichen Weisen zur Umsetzung der Offenbarung in Verbindung mit den zugehörigen Zeichnungen leicht erkennbar.
Figurenliste

1 ist eine schematische Darstellung eines beispielhaften Fahrzeugs mit einem Antriebsstrang und einer Steuerung, die programmiert ist, um den Energieverbrauch des Fahrzeugs entlang einer vorbestimmten Fahrtstrecke vorherzusagen, die Vorhersagen im Laufe der Zeit unter Verwendung einer Fehlerrückkopplungsschleife zu korrigieren und die Funktionalität des Fahrzeugs unter Verwendung der korrigierten Streckenenergievorhersage zu optimieren, wie hierin dargelegt.
2 ist ein schematisches Blockdiagramm der Streckenenergievorhersage-, Korrektur- und Systemoptimierungsfunktion der in 1 gezeigten Steuerung.
3 und 4 sind ein schematischer Energie/Leistungsvorhersage-Logikblock bzw. ein Korrektur/Lern-Logikblock der Steuerung von 1.
5 ist ein schematischer Optimierungslogikblock der in 1 gezeigten Steuerung.
6 ist ein schematisches logisches Flussdiagramm, das eine exemplarische Ausführungsform zum Optimieren der Systemfunktionalität des Fahrzeugs von 1 unter Verwendung von korrigierten Streckenenergievorhersagen beschreibt.
7 und 7A sind schematische Zeitdiagramme des Batterieladezustands jeweils mit und ohne Anwendung des funktionellen Optimierungslogikblocks von 6.

Die vorliegende Offenbarung ist anfällig für verschiedene Änderungen und alternative Formen. Repräsentative Ausführungsformen sind in den Zeichnungen beispielhaft dargestellt und werden hierin ausführlich beschrieben. Allerdings sind die neuartigen Aspekte der Offenbarung nicht auf die in den Zeichnungen veranschaulichten besonderen Formen beschränkt. Vielmehr zielt die Offenbarung darauf ab, Änderungen, Kombinationen und/oder Alternativen abzudecken, die dem Umfang der Offenbarung entsprechen, wie sie durch die beigefügten Ansprüche definiert sind.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Unter Bezugnahme auf die Figuren, in denen ähnliche Bezugszeichen ähnliche Teile über die mehreren Ansichten bezeichnen, ist in 1 ein exemplarisches Kraftfahrzeug 10 dargestellt. Das Fahrzeug 10 beinhaltet eine Reihe von Antriebsrädern 12 in rollendem Reibungskontakt mit der Straßenoberfläche 14. Das Fahrzeug 10 beinhaltet einen Antriebsstrang 20, der eine oder mehrere Energiequellen verwendet, deren Leistungs-/Energieverbrauchsrate automatisch über eine Steuerung (C) 50 vorhergesagt und korrigiert wird, während das Fahrzeug 10 entlang einer vorbestimmten Fahrtstrecke, wobei dies gemäß eines Verfahren 100 geschieht, wie es nachstehend unter zusätzlicher Bezugnahme auf die 2-7A beschrieben wird. Die Steuerung 50 ist konfiguriert, um während des Betriebs des Fahrzeugs 10 Eingangssignale zu empfangen (Pfeil CC_I ) und Ausgangssignale (Pfeil CC_O ) zu erzeugen, die einen logischen Zustand des Fahrzeugs 10 in einer beliebigen Weise ändern, beispielsweise durch Regeln des Betriebs oder Ändern eines Betriebsmodus des Antriebsstrangs 20 und/oder Befehlen einer Anzeige oder einer anderen Funktion des Fahrzeugs 10.
Die Energiequellen 11 des Fahrzeugs 10 variieren mit der Konfiguration des Fahrzeugs 10. Beispielsweise kann das Fahrzeug 10 einen Verbrennungsmotor (E) 13 beinhalten, der durch Verbrennen von Kraftstoff (Pfeil F), der von einem Kraftstofftank 19 geliefert wird, wie beispielsweise Benzin, Dieselkraftstoff, Biokraftstoff, Ethanol oder Erdgas, ein Motordrehmoment (Pfeil T_E ) erzeugt. Ein Energiespeichersystem (ESS) 28, wie zum Beispiel ein Mehrzellenbatteriestapel, ein Schwungrad, ein Ultrakondensator oder eine andere geeignete Vorrichtung zum Speichern von Standby-Energie, kann als eine Energiequelle 11 verwendet werden. Die Energiequelle 11 stellt eine verfügbare Energie bereit, um die verschiedenen drehmomenterzeugenden Vorrichtungen des Fahrzeugs 10 mit Energie zu versorgen, und kann Wasserstoff (Pfeil H2) beinhalten, der unter Druck von einem Wasserstoffversorgungstank 17S zugeführt wird, und einen Wasserstoffbrennstoffzellenstapel (FC) 17, der Brennstoffzellen-Ausgangsstrom (Pfeil i_FC ) produziert. Energie von solchen Quellen 11 kann verwendet werden, um eine oder mehrere drehmomenterzeugende Vorrichtungen anzutreiben, z. B. den Motor 13 und/oder eine elektrische Maschine (M_A ) 21. Diese und andere mögliche Energiequellen 11 können im Geltungsbereich der vorliegenden Offenbarung verwendet werden.
Eine mögliche geregelte Funktion ist die Vorhersage des Leistungs-/Energieverbrauchs des Fahrzeugs 10, wenn das Fahrzeug 10 eine gegebene Fahrtstrecke oder Reise verhandelt, sowie die adaptive Korrektur solcher Streckenenergievorhersagen unter Verwendung von Echtzeitinformationen. Letztlich führt die Steuerung 50 eine Steuermaßnahme an Bord des Fahrzeugs 10 aus, um einen Logikzustand oder physikalischen Zustand des Fahrzeugs 10 oder eines seiner Untersysteme zu ändern, wobei sie die korrigierten Energievorhersagen verwendet. Beispielsweise kann die Steuerung 50 den Antriebsstrang 20 zwischen einem Ladungsabbaumodus und einem Ladungserhaltungsmodus zu einem effizienteren Zeitpunkt umschalten, möglicherweise einschließlich der Festlegung des Ein- oder Ausschaltens des Brennstoffzellenstapels und/oder dem Anzeigen genauer Informationen zur elektrischen Reichweite für einen Bediener des Fahrzeugs 10. Das befehlsmäßige maximale Laden einer Mehrzellenbatterie führt manchmal zu einer übermäßigen Erwärmung und einer potentiellen Verschlechterung einzelner Batteriezellen. Somit werden genauere Vorhersagen einer wahren verbleibenden Reichweite des Fahrzeugs 10 vor dem Beginn einer Fahrt verwendet, um die Gesamtbetriebsdauer und Leistungseffizienz des Fahrzeugs 10 zu verbessern.
Das Fahrzeug 10 in der beispielhaften Konfiguration von 1 kann die elektrische Maschine 21 enthalten, die selektiv erregt wird, um ein Motordrehmoment (Pfeil T_M ) zur Verwendung im Fahrzeugantrieb zu erzeugen. In verschiedenen exemplarischen Ausführungsformen kann das Fahrzeug 10 als ein Hybridelektrofahrzeug, ein Plug-In-Hybridelektrofahrzeug, ein Brennstoffzellenfahrzeug, ein Elektrofahrzeug mit erweiterter Reichweite wie dargestellt, oder ein batterieelektrisches Fahrzeug konfiguriert sein. Obwohl es als Passagierfahrzeug im Limousinen-Stil gezeigt ist, kann das Fahrzeug 10 in möglichen exemplarischen Ausführungsformen alternativ als ein Crossover-Fahrzeug, ein Sport-Nutzfahrzeug, ein Freizeitfahrzeug, ein Lastwagen, ein Bus, ein Nutzfahrzeug oder eine mobile Plattform konfiguriert sein. Die folgende Beschreibung eines Elektrofahrzeugs mit erweiterter Reichweite wird daher zu Veranschaulichungszwecken verwendet, ohne Anwendungen auf solch eine Konfiguration zu beschränken.
In der Reichweiten-Erweiterungskonfiguration des in 1 gezeigten Antriebsstrangs 20 sind die elektrischen Phasenleitungen 23 der elektrischen Maschine (M_A ) 21 elektrisch mit einem Hochspannungs-Energiespeichersystem (ESS) 28 verbunden, und werden selektiv mit Energie versorgt oder angetrieben, wobei der Begriff „Hochspannung“ relativ zu den Hilfs-/Niederspannungspegeln ist. Wenn sie von dem ESS 28 erregt wird, erzeugt die elektrische Maschine 21 das Motorabtriebsdrehmoment (Pfeil T_M ) über eine Drehung einer Abtriebswelle 22. Das Motorabtriebsdrehmoment (Pfeil T_M ) kann auf ein Getriebe (T) 24 übertragen werden, von dem ein drehbares Abtriebselement 25 letztendlich ein Abtriebsdrehmoment (Pfeil T_O ) zu den Antriebsrädern 12 für den Antrieb des Fahrzeugs 10 bereitstellt. Obwohl in 1 der Einfachheit halber fortgelassen, kann das Fahrzeug 10 als ein Plug-in-Fahrzeug konfiguriert sein, in dem das ESS 28 einen Mehrzellenbatteriestapel enthält, der in eine Offboard-Energieversorgung (nicht dargestellt), wie zum Beispiel einen Ladeausgang, eingesteckt und wieder aufgeladen wird, wenn das Fahrzeug 10 nicht läuft.
In der exemplarischen Ausführungsform von 1 erzeugt ein Verbrennungsmotor (E) 13 über einen Kraftstoff-Luft-Verbrennungsprozess ein Motordrehmoment (Pfeil T_E ) um eine Kurbelwelle 15, um einen elektrischen Generator (G) 16 anzutreiben und dadurch elektrische Energie auf Niveaus zu erzeugen, die zum Wiederaufladen des ESS 28 und/oder zum direkten Antreiben der elektrischen Maschine 21 ausreichen. Um die erforderliche elektrische Energie zum Drehen der Abtriebswelle 22 der elektrischen Maschine 21 bereitzustellen, kann das ESS 28 in bestimmten Ausführungsformen einen Ultrakondensator oder einzelne Batteriezellen (nicht gezeigt) beinhalten, die eine anwendungsgeeignete Batteriechemie verwenden, z. B. Nickel-Metallhydrid (NiMH), Nickel-Cadmium (NiCd) oder Natrium-Nickel-Chlorid (NaNiCl). Ein Leistungswechselrichtermodul (PIM) 26 ist elektrisch mit dem ESS 28 über einen Gleichstromspannungsbus (V_DC) 27 verbunden. Das PIM 26 invertiert oder richtet die elektrische Leistung von Gleichstrom (DC) zu Wechselstrom (AC) und umgekehrt um, wie dies erforderlich ist, beispielsweise über eine interne Pulsbreitenmodulationsbasierte (PWM-basierte) Schaltsteuerung. Der Gleichspannungsbus (V_DC ) 27 kann mit einem Hilfsleistungsmodul (APM) 29 in der Form eines DC-DC-Wandlers verbunden sein, der in der Lage ist, den Spannungspegel des Gleichspannungsbusses 27 auf 12-15 V Hilfsgleichstrompegel (V_AUX ) zu reduzieren, die für die Speicherung in einer Hilfsbatterie (B_AUX ) 30 und/oder zum Antreiben von elektrischen Hilfsvorrichtungen und Systemen an Bord des Fahrzeugs 10 geeignet ist.
Um das Verfahren 100 auszuführen, ist die Steuerung 50 mit einem Energie-/Leistungs-Vorhersagemodell (E/P-Vorhersagemodell) 52 programmiert. Das E/P-Vorhersagemodell 52 wird verwendet, um den Energieverbrauch des Fahrzeugs 10 vorherzusagen, wenn das Fahrzeug 10 von einem Ursprung zu einem Bestimmungsort einer Strecke unter Verwendung von vorausschauender oder „Vorausschau“-Information fährt, und die Vorausschau-Vorhersage im Laufe der Zeit unter Verwendung einer Fehlerkorrekturschleife, die durch Echtzeitdaten und beobachtete tatsächliche Leistung des Fahrzeugs 10 informiert ist, adaptiv zu verbessern oder zu korrigieren. Wie oben kurz erwähnt, verwendet die Steuerung 50 die korrigierte Vorhersage, um die Leistung des Fahrzeugs 10 zu optimieren, beispielsweise durch Berechnen und Anzeigen von Streckenenergievorhersagen mit verbesserten Niveaus der Vorhersagegenauigkeit, um sicherzustellen, dass ein Fahrer einen Bestimmungsort erreichen kann, bevor verfügbare Energie ausgeschöpft wird, oder durch Auswählen eines geeigneten Antriebsstrangbetriebsmodus, beispielsweise durch Steuern des Zeitpunkts eines Umschaltens zu/von der elektrischen und der Benzinleistung und/oder durch Initiieren eines Energieerzeugungsbetriebs des Brennstoffzellenstapels 17.
Die Steuerung 50, die über einen Controller Area Network-Bus oder andere geeignete Kommunikationskanäle mit Komponenten des Antriebsstrangs 20 verbunden ist, beinhaltet einen Prozessor (P) und einen Speicher (M). Der Speicher (M) kann physischen, nichtflüchtigen Speicher, wie optischen, magnetischen, Flash- oder andere Nur-Lese-Speicher beinhalten. Die Steuerung 50 beinhaltet ebenfalls einen Anzeigebildschirm 51 wie etwas einen Navigations- oder Infotainment-Touchscreen und ausreichende Mengen Direktzugriffsspeicher, einen elektrisch löschbaren programmierbaren Nur-Lese-Speicher usw. sowie einen Hochgeschwindigkeitstakt, eine Analog-zu-Digital und eine Digital-zu-Analog-Schaltung und Eingabe-/Ausgabeschaltungen und -vorrichtungen sowie entsprechende Signalaufbereitungs- und Pufferschaltungen. Die Logik- und Steuerfunktionalität der Steuerung 50, die bei der Ausführung des Verfahrens 100 verwendet wird, wird nun im Detail unter Bezugnahme auf die 2-7A beschrieben.
2 zeigt ein schematisches Blockdiagramm für das E/P-Vorhersagemodell 52 der Steuerung 50. Die verschiedenen Steuerblöcke, die das E/P-Vorhersagemodell 52 umfassen, können als programmierte Softwareroutinen oder -module verkörpert sein, die unter Verwendung der erforderlichen Hardware implementiert sind. Als Eingaben in das E/P-Vorhersagemodell 52 empfängt die Steuerung 50 von 1 Offboard-Daten 34 und Onboard-Daten 36 von entsprechenden Offboard- und Onboard-Datenblöcken (D_OFB ) 32 und (D_ONB ) 33. Wie die Namen anzeigen, werden „Offboard“-Daten außerhalb des Fahrzeugs 10 gesammelt, gemeldet oder auf andere Weise erzeugt, während „Onboard“-Daten innerhalb des Fahrzeugs 10 gesammelt, gemeldet oder auf andere Weise erzeugt werden.
Die Offboard-Daten 34, die durch den Offboard-Datenblock 32 von 2 gesammelt oder durch diesen verfügbar sind, können Höhendaten (ELV), Streckengeschwindigkeitsdaten (RSD), Umweltdaten (ENV), Positionsdaten (POS) und Echtzeitverkehrsdaten (TRF) enthalten. Die Höhendaten (ELV) können empfangene oder gemeldete Höheninformationen für verschiedene Wegpunkte entlang einer Fahrtstrecke des Fahrzeugs 10 enthalten. Streckengeschwindigkeitsdaten (RSD) können historische, angegebene oder geschätzte Geschwindigkeiten für verschiedene Straßensegmente entlang der Fahrtstrecke enthalten. In Bezug auf Umweltdaten (ENV) können solche Daten Umgebungslufttemperatur, Niederschlagspegel, relative Feuchtigkeit und Windgeschwindigkeit und -richtung enthalten. In einigen Ausführungsformen kann die Steuerung 50 einen Ultraviolett-Index (UV-Index) als einen Stellvertreter für Solarenergie als Teil der Umweltdaten (ENV) oder Radardaten verwenden, um den Niederschlag entlang der Fahrtstrecke zu verfolgen. Die Positionsdaten (POS) können in Form von GPS-Koordinaten vorliegen, die die gegenwärtige Position des Fahrzeugs 10 auf einer Geodatenkarte beschreiben. Die Echtzeitverkehrsdaten (TRF) können durch vernetzte Navigationssysteme gemeldet werden, um Verkehrsstau aufgrund von Unfällen, Baustellen oder anderen Faktoren einzuschließen.
Die Onboard-Daten 36 von dem Onboard-Datenblock 33 können eine gemeldete Getriebefluidtemperatur (TFT) des in 1 gezeigten Getriebes 24 enthalten, sowie Daten und Einstellungen für Heizung, Lüftung und Klimaanlagen (HKL). Zusätzlich können die Onboard-Daten 36 einen gemeldeten oder berechneten Ladezustand (SOC) von Batteriezellen enthalten, die innerhalb des ESS 28 angeordnet sind. Diese und andere Beispiele der Offboard- und Onboard-Daten 34 und 36 können in dem Geltungsbereich der vorliegenden Offenbarung betrachtet werden.
Die Offboard- und Onboard-Daten 34 und 36 werden von einem Energie-/Leistungs-Voraussage-Logikblock (E/P-Vorhersagelogikblock) 38 der Steuerung 50 empfangen und dazu verwendet, eine Streckenenergievorhersage (Pfeil E_PRED ) zu erzeugen. Wie hierin verwendet, bezieht sich der Begriff „Streckenenergievorhersage“ auf eine geschätzte oder vorhergesagte Menge oder Größenordnung eines elektrischen Energieverbrauchs oder einer Erschöpfung der Ladung des ESS 28, wenn das Fahrzeug 10 entlang einer gegebenen Strecke fährt. Das heißt, die Steuerung 50 erzeugt und zeigt eine Fahrtstrecke an, der ein Fahrer des Fahrzeugs 10 voraussichtlich folgen wird. Unter der Annahme, dass der Fahrer der angezeigten Strecke folgt, schätzt die Steuerung 50 die Größenordnung des Energieverbrauchs an verschiedenen Punkten entlang der Strecke. Verbleibende Energie oder elektrische Reichweite des Fahrzeugs 10 kann dem Fahrer über den Anzeigebildschirm 51 von 1 basierend auf solchen Energievorhersagen, zusammen mit anderen Steuermaßnahmen, wie die Anzeige der Standorte verfügbarer Ladestationen entlang oder in der Nähe der Strecke, angezeigt werden.
Danach wird ein adaptiver Korrektur-Logikblock (A/COR-Logikblock) 40 verwendet, um die Energievorhersage (Pfeil E_PRED ) aus dem E/P-Vorhersagelogikblock 38 unter Verwendung der Echtzeitdaten 34 und 36 zu korrigieren, wodurch eine korrigierte Energievorhersage (Pfeil E_C ) erzeugt wird, wobei die Steuerung 50 die korrigierte Energievorhersage (Pfeil E_C ) in einer Fehlerrückkopplungsschleife 53 mit dem E/P-Vorhersagelogikblock 38 verwendet, um die Vorhersagegenauigkeit zu verbessern. Optional verwendet die Steuerung 50 einen Optimierungslogikblock (OPT) 60, um eine Steuermaßnahme in Bezug auf das Fahrzeug 10 oder den Antriebsstrang 20 von 1 auszuführen, z. B. über die Ausgangssignale (Pfeil CC_O ).
Die Funktionalität des E/P-Vorhersagelogikblocks 38 und des adaptiven Korrekturlogikblocks 40 wird ausführlicher unter Bezugnahme auf die 3 bzw. 4 beschrieben.
Zuerst bezugnehmend auf 3 empfängt der E/P-Vorhersagelogikblock 38 in einer exemplarischen Ausführungsform die Getriebefluidtemperatur (Pfeil TFT) und berechnet Getriebedrehmomentverluste (L_SP ) über einen Drehmomentverlust-Logikblock 130. Das in 1 schematisch gezeigte Getriebe 24 ist eine fluidbetätigte und gekühlte Energieübertragung, d. h. eine Zufuhr von Getriebefluid wird über eine (nicht gezeigte) Fluidpumpe zu und von dem Getriebe 24 zirkuliert. Die Steuerung 50 ordnet somit der Getriebefluidtemperatur (TFT) Betriebskosten zu, wie beispielsweise über eine Nachschlagetabelle in dem Speicher (M) von 1, mit Getriebedrehmomentverlusten (L_SP ) und Energieineffizienz, die bei niedrigeren Temperaturen höher ist. Der Logikblock 132 empfängt eine gemessene oder gemeldete Fahrzeuggeschwindigkeit (N₁₀ ) und die Positionsdaten (POS) zusammen mit einer geschätzten Streckengeschwindigkeit (N_R ) und berechnet eine kompensierte Geschwindigkeit (N_COMP ) über ein bestimmtes Segment der vorhergesagten Fahrtstrecke. Die geschätzte Streckengeschwindigkeit (N_R ) kann in Abhängigkeit von einer gemeldeten Live-Geschwindigkeit ermittelt werden, z. B. von Verkehrskameras, Navigationssystemen, historischen Geschwindigkeiten und angezeigten Geschwindigkeitsbegrenzungen. Durch die Mitteilung der tatsächlichen Fahrzeuggeschwindigkeit (N₁₀ ) kann der Logikblock 132 die kompensierte Geschwindigkeit (N_KOMP ) ableiten, was wiederum die Streckengeschwindigkeit entlang verschiedener Segmente der Fahrtstrecke genauer schätzt.
Zusätzlich kann ein Logikblock 134 die oben beschriebenen Höhendaten (ELV) empfangen und eine Steigung (Pfeil S) des Geländes über bevorstehende Streckensegmente als eine Funktion der Streckenhöhe und -entfernung schätzen. Ein Logikblock 136 kann die Umgebungstemperatur (T_A ) entlang der Strecke, die aktuellen HLK-Einstellungen und - Daten (HVAC) und den Ladezustand der Batterie (SOC) empfangen, und einen geschätzten HLK-Energieverbrauch (HVAC_EST ) ausgeben. Der Logikblock 138, der hier als der „Delta-Geschwindigkeits“-Block bezeichnet wird, verwendet die kompensierte Geschwindigkeit (N_COMP ) aus dem Logikblock 132, um eine Energiemenge zu bestimmen, die mit Änderungen oder „Deltas“ der Fahrzeuggeschwindigkeit assoziiert ist, z. B. von einer Beschleunigung aufgrund bevorstehender Auffahrrampen oder anderer Segmente, in denen das Fahrzeug 10 beschleunigen soll. Die Delta-Geschwindigkeit (N_Δ ) wird dann vom Logikblock 138 ausgegeben.
Antriebsenergie/Leistungsverbrauch (Pfeil E₁ ) wird dann unter Verwendung eines Logikblocks 133 berechnet, wobei Eingaben in den Logikblock 133 die Getriebedrehmomentverluste (L_SP ), Delta-Geschwindigkeit (N_Δ ), Position (POS) und kalibrierte Fahrzeugparameter (Pfeil VP) wie Masse, Aerodynamik, Reifendruck/Rollwiderstand, Systemumwandlungsverluste usw. sind. Separat wird im Logikblock 135 der HLK-Energie-/Leistungsverbrauch (Pfeil E₂ ) unter Verwendung der geschätzten HLK-Nutzung (HVAC_EST ) vom Logikblock 136 mit geschätzter Antriebsenergie/Leistungsverbrauch (Pfeil E₁ ) von Logikblock 133 und geschätzter HLK-Antriebsenergie/Leistungsverbrauch (Pfeil E₂ ) aus dem Logikblock 135, der in einem Summierungs-Logikblock (Σ-Logikblock) 137 hinzugefügt wird, berechnet, um den in 2 gezeigten und oben erwähnten vorhergesagten Energieverbrauch (Pfeil E_PRED ) zu erzeugen. Der vorhergesagte Energieverbrauch (Pfeil E_PRED ) wird danach zu einer Eingabe in den adaptiven Korrekturlogikblock 40, der in den 2 und 4 gezeigt ist.
Wie in 3 veranschaulicht, basieren aktuelle Energievorhersagen, die von der Steuerung 50 durchgeführt werden, auf nominalen Bedingungen. Der E/P-Vorhersagelogikblock 38 liefert eine vorausschauende Strategie, die die Energiemenge berechnet, die benötigt wird, um über das Gelände einer gegebenen Strecke aufwärts und abwärts zu fahren, um einen Fahrgastraum des Fahrzeugs 10 und des ESS 28 thermisch zu konditionieren, und um das Fahrzeug 10 mit erwarteten Fahrgeschwindigkeiten zu bewegen, die mit den angegebenen Geschwindigkeitsbegrenzungen, dem Verkehr und den Wetterbedingungen im Verlauf der Strecke variieren können. Die Verwendung des E/P-Vorhersagelogikblocks 38 von 3 soll somit sicherstellen, dass eine vorhergesagte elektrische Reichweite des Fahrzeugs 10 genauer ist, bevor ein Fahrer des Fahrzeugs 10 entlang einer gegebenen Fahrtstrecke zu fahren beginnt, sowie während der Fahrt selbst, wenn die Vorhersage kontinuierlich oder periodisch in einer Rückkopplungsschleife aktualisiert wird. Solch eine adaptive Aktualisierung wird durch den Betrieb des adaptiven Korrekturlogikblocks 40 bereitgestellt, der nun unter Bezugnahme auf 4 ausführlicher beschrieben wird.
Der adaptive Korrekturlogikblock 40 kann einen Korrekturlogikblock (COR) 41, einen Vergleichslogikblock (COMP) 42 und einen Ist-Energie-/Leistungsberechnungslogikblock 43 umfassen. Der vorhergesagte Energieverbrauch (Pfeil E_PRED ) aus dem Logikblock 38, wie oben unter Bezugnahme auf 3 beschrieben, wird als eine erste Eingabe in den Logikblock 40 verwendet. Insbesondere der vorhergesagte Energieverbrauch (Pfeil E_PRED ) wird den Logikblöcken 41 und 42 zugeführt, wobei die jeweiligen Offboard- und Onboard-Daten 34 und 36 von den Modulen 32 und 33 als Eingaben für den Logikblock 43 dienen. Berechnungen, die im Logikblock 43 auftreten, können eine Straßenlast (L_D ), eine Live-Geschwindigkeit (N_L ) des Fahrzeugs 10, Fahrertechnik (DT) und HLK-Energieverbrauch (HVAC) beinhalten. Die tatsächlichen Werte werden dann vom Logikblock 43 als Eingaben an den Vergleichslogikblock 42 weitergeleitet.
Die oben erwähnte Straßenlast (L_D ) beinhaltet eine statische Last auf das Fahrzeug 10, d. h. basierte Kräfte oder Drehmomente, die der Bewegung des Fahrzeugs 10 entgegenstehen, z. B. Rollreibung und aerodynamischer Widerstand. Die Live-Geschwindigkeit (N_L ) des Fahrzeugs 10 ist die tatsächliche Geschwindigkeit, die durch Verkehr, Straßenverhältnisse und dergleichen beeinflusst wird. In Bezug auf die Fahrertechnik (DT) bezieht sich dies auf das nachgewiesene Fahrverhalten eines gegebenen Fahrers des Fahrzeugs 10. Beispielsweise kann der Speicher (M) der Steuerung 50 von 1 mit Fahreigenschaftsprofilen für mehrere Fahrer, z. B. Fahrer A und B, programmiert werden. Fahrer A kann eine Vorgeschichte von aggressivem Fahren aufweisen, wie etwa eine demonstrierte, leistungsverbrauchende Tendenz schnell zu beschleunigen, zu wenden und zu bremsen, während der Fahrer B eine Vorgeschichte der allmählichen Beschleunigung und Bremsung aufweisen kann, die für die Förderung der Energieeffizienz förderlich ist. Der HLK-Energieverbrauch (HVAC) ist die tatsächliche Nutzung von Heiz- oder Klimaanlagensystemen in dem Fahrzeug 10 während der Fahrt, von denen jedes eine Last an das ESS 28 darstellt, die die Betriebseffizienz des Antriebsstrangs 20 von 1 beeinflusst. Die tatsächlichen Werte werden dem Vergleichslogikblock 42 als Eingaben zugeführt.
Der Vergleichslogikblock 42 von 4 empfängt den vorhergesagten Energieverbrauch (Pfeil E_PRED ) aus dem Logikblock 38 von 3 und den tatsächlichen Energieverbrauch aus dem Logikblock 43, d. h. in Bezug auf die Straßenlast (L_D ), Live-Geschwindigkeit (N_L ), Fahrertechnik (DT) und HLK-Energieverbrauch (HVAC). Wie der Name andeutet, bestimmt der Vergleichslogikblock (COMP) 42, über eine Vergleichsfunktion, eine Variation von vorhergesagten Werten von Istwerten für die Straßenlast (L_D ), Live-Geschwindigkeit (N_L ), Fahrertechnik (DT) und HLK-Energieverbrauch (HVAC) über die Fahrtstrecke. Die Unterschiede können an eine Kurzzeitspeicher-Warteschlange (STS-Warteschlange) ausgegeben werden. Die Steuerung 50 quantifiziert die Variation als einen numerischen Korrekturfaktor (CF), z. B. eine Verstärkung oder einen Multiplikator, und führt den numerischen Korrekturfaktor (CF) zurück zu dem Energie-/Leistungs-Korrekturlogikblock (COR) 41. Dort bestimmt die Steuerung 50 die angepasste/korrigierte Energievorhersage (Pfeil E_C ) als eine Funktion der anfänglichen Vorhersage (E_PRED ) und des Korrekturfaktors (Pfeil CF), z. B. E_C= (E_PRED)(CF).
5 zeigt schematisch den Betrieb des Optimierungslogikblocks 60 von 2. Die angepasste/korrigierte Energievorhersage (Pfeil E_C ) aus dem Logikblock 41, der oben unter Bezugnahme auf 4 beschrieben wurde, wird von dem Optimierungslogikblock 60 empfangen. Der Energie-/Leistungsverbrauch des Fahrzeugs 10 über eine gegebene Fahrtstrecke kann in mehrere relative Leistungsgruppen aufgeteilt werden, wie etwa eine Gruppe mit hoher Leistung (HP), eine Gruppe mit mittlerer Leistung (MP) und eine Gruppe mit niedriger Leistung (LP). Die Steuerung 50 kann einen Energielastgruppierung (G_EL ) Logikblock 61 verwenden, um ähnliche Energielasten zu gruppieren und eine Steuermaßnahme auszuführen, die der Energiegruppe entspricht.
Eine beispielhafte Steuermaßnahme beinhaltet das Übertragen der Ausgangssignale (Pfeil CC_O ) von der Steuerung 50 an den Antriebsstrang 20 von 1, eine Änderung des aktuellen Betriebsmodus von Fahrzeug 10 zu befehlen, z. B. indem der Motor 13 eingeschaltet wird, um das Laden des ESS 28 an Bord zu beginnen, anstatt weiterhin in einem Ladungsabbaumodus zu arbeiten. In einer batterieelektrischen Ausführungsform, in der der Motor 13 nicht Teil des Antriebsstrangs 20 ist, kann eine Energievorhersage durch die Steuerung 50 zu Beginn einer Reise dazu führen, dass die Steuerung 50 einen Stopp an einer bestimmten Ladestation basierend auf einem geschätzten Ladezustand (SOC) bei Erreichen der Ladestation empfiehlt. Eine mögliche Steuermaßnahme für solch einen Antriebsstrang 20 kann das Bereitstellen einer Warnung für den Fahrer beinhalten, früher als ursprünglich geplant anzuhalten oder von der beabsichtigten Strecke zu einer anderen Ladestation abzuweichen, um einen ausreichenden SOC bei der Ankunft sicherzustellen. Ein möglicher Ansatz für eine solche Energiegruppierung wird nun unter Bezugnahme auf die 6, 7 und 7A beschrieben.
6 stellt ein Flussdiagramm dar, das einzelne Verfahrensblöcke oder Schritte zum Implementieren des Optimierungslogikblocks 60 von 5 beschreibt. Schritt S61 beinhaltet das Bestimmen der Energielasten, die jeder der niedrigen, mittleren und hohen Leistungsgruppen (HP, MP, LP) von 5 entsprechen und das Messen der Umgebungstemperatur (T_A ) von 3. Sobald diese Werte bestimmt sind fährt die Steuerung 50 mit Schritt S62 fort.
Schritt S62 kann das Vergleichen der Umgebungstemperatur (T_A ) und der angepassten/korrigierten Energievorhersage (E_C ) mit kalibrierten Grenzen beinhalten, die wiederum in dem Speicher (M) der Steuerung 50 voraufgezeichnet sein können. Die Steuerung 50 implementiert Schritt S63, wenn die Umgebungstemperatur (T_A ) und die angepasste/korrigierte Energievorhersage (E_C ) beide innerhalb ihrer jeweiligen kalibrierten Grenzen liegen. Andernfalls wird Schritt S64 implementiert.
Der Schritt S63 kann das Neuordnen der Lastgruppen von 4 beinhalten, sodass Gruppen, die früher in einer gegebenen Reise auftreten, priorisiert werden, wenn der Optimierungslogikblock 60 sich darauf vorbereitet, Schritt S65 auszuführen. Die Steuerung 50 fährt dann mit Schritt S65 fort.
In Schritt S64 ordnet die Steuerung 50 die Lastgruppen von 4 neu an, sodass Gruppen mit der höchsten Leistung priorisiert werden, bevor der Schritt S65 ausgeführt wird. Die Steuerung 50 fährt dann mit Schritt S65 fort.
Schritt S65 beinhaltet das Überprüfen der priorisierten Leistungsgruppen von den Schritten S63 und S64, um zu sehen, ob eine einzelne Gruppe in der Lage ist, die notwendige Energie zum Erreichen eines Ziels der Fahrt zu liefern. Wenn dies der Fall ist, fährt die Steuerung 50 mit Schritt S68 fort. Die Steuerung 50 implementiert Schritt S66 als Alternative, wenn eine einzelne Gruppe nicht in der Lage ist, die notwendige Energie zum Erreichen des Reiseziels bereitzustellen.
Schritt S66 kann das Kombinieren größerer Leistungsgruppen beinhalten. Für die Zwecke von Schritt S66 kann die Steuerung 50 eine gegebene Gruppe ignorieren, wenn diese Gruppe für weniger als eine Schwellendauer aufrechterhalten wird. Die Steuerung 50 fährt dann mit Schritt S67 fort.
In Schritt S67 überprüft die Steuerung 50 die Leistungsgruppen, die in den Schritten S63 und S64 priorisiert wurden, und bestimmt, ob der Betrieb in einer bestimmten der Leistungszonen die erforderliche Energie zum Erreichen des Bestimmungsortes bereitstellen wird. Wenn dies der Fall ist, fährt die Steuerung 50 mit Schritt S68 fort. Andernfalls fährt die Steuerung 50 mit Schritt S69 fort.
Schritt S68 beinhaltet das Bestimmen eines geeigneten Antriebsmodus für die priorisierten Gruppen über die Steuerung 50 und das Entscheiden über einen Aktivierungspunkt innerhalb des Antriebsmodus als einen Zeitpunkt, zu dem die Steuerung 50 das Einschalten des Motors 13 befiehlt. Die Steuerung 50 aktiviert in diesem Fall den Motorantriebsmodus und geht zu Schritt S70 über.
Schritt S69 beinhaltet das Verlassen des Optimierungslogikblocks 60 und das Befehlen oder Fortsetzen eines Standard-Ladungserhaltungsmodus.
Schritt S70 beinhaltet das Übertragen der Ausgangssignale (Pfeil CC_O ) von 1 zu dem Antriebsstrang 20 von 1, um dadurch einen Übergang von einem Motor-aus-Ladungsabbaumodus zu einem Motor-an-Ladungserhaltungsmodus an dem in Schritt S68 bestimmten Aktivierungspunkt zu befehlen.
7 zeigt den Betrieb des Optimierungslogikblocks 60, wie er unter Bezugnahme auf 6 erläutert wurde, während 7A ein vergleichendes Antriebsstrangsteuerergebnis bereitstellt, wenn der Logikblock 60 nicht angewendet wird. In den 7 und 7A sind Kurve 80 und 180 veranschaulicht, insbesondere die Fahrzeuggeschwindigkeit (N₁₀ ), der Ladezustand (SOC) des ESS 28 von 1 und ein Fahrmodusbefehl (DMC). Der Fahrmodusbefehl (DMC) entspricht einem binären Signal mit einem hohen Wert, der den Motor 13 von 1 zum Einschalten anfordert, und ein niedriges Signal, das den Motor 13 zum Ausschalten oder ausgeschaltet bleiben anfordert. Der Ladezustand (SOC) des ESS 28 von 1 ist auf der vertikalen Achse als Prozentsatz (%) der maximalen Ladung dargestellt, während eine Fahrtstrecke in Meilen auf der horizontalen Achse dargestellt ist. Zu möglichen Antriebsmodi gehört der Ladungserhaltungsmodus , in dem der Motor 13 von 1 eingeschaltet und betrieben wird, um den Generator 16 anzutreiben und somit den SOC des ESS 28 bei oder über einem kalibrierten SOC-Schwellenwert aufrechtzuerhalten, und einen Ladungsabbaumodus, in dem der Motor 13 ausgeschaltet wird und dem SOC erlaubt wird auf einen niedrigen Schwellenwert zu verringern.
Die exemplarische Ausführungsform von 7 veranschaulicht die Optimierung des Vortriebsenergieverbrauchs über einen Fahrzyklus mit Gruppen mittlerer Leistung (MP), hoher Leistung (HP) und niedriger Leistung (LP) mit einer optimierten elektrischen Reichweite, um Emissionen zu reduzieren und die elektrische Reichweite zu erhöhen. Kurven 80 von 7 zeigen die Auswirkungen auf die Modusauswahl der Logikblöcke 38 und 40 von 3 bzw. 4. Kurven 80 von 7 und 180 von 7A zeigen, dass das Fahrzeug 10 in der Gruppe mit mittlerer Leistung (MP) in einem Ladungsabbaumodus startet, d. h. der Motor 13 ist ausgeschaltet und der SOC kann ohne Betrieb des Motors 13 allmählich auf Null absinken oder abfallen. Weil SOC bei t₃ von 7A während des Betriebs mit hoher Leistung (HP) weitgehend erschöpft ist, bevor das Fahrzeug 10 das Ende seiner Fahrtstrecke erreicht, schaltet die Steuerung 50 bei t₃ zu einem Ladungserhaltungsmodus um, indem der Motor 13 nach Bedarf ein- und ausgeschaltet wird. Dies tritt jedoch an einem Punkt auf, der möglicherweise nicht so effizient ist wie der fortgesetzte Betrieb in einem Ladungsabbaumodus.
Die gleiche untere SOC-Grenze wird in 7 erreicht, wie durch Kurve 80 gezeigt. Durch den Betrieb des vorliegenden Verfahrens 100 führt die Steuerung 50 jedoch eine frühere Antriebsstrangsteuerungsentscheidung bei t₁ während eines Hochleistungs-Betriebs (HP-Betriebs) durch, um den Motor 13 einzuschalten. Somit wird der SOC des ESS 28 von 1 während des Hochleistungs-Betriebs im Ladungserhaltungsmodus erhalten, bis die Steuerung 50 sicher ist, dass das Fahrzeug 10 in dem Ladungsabbaumodus sein Ziel erreicht, woraufhin die Steuerung 50 den Motor 13 anweist, bei t₂ abzuschalten. Kurz danach geht der Antriebsstrang 20 in einen Niederleistungsbetrieb (LP-Betrieb) über.
Somit ermöglicht die Hinzufügung des Optimierungslogikblocks 60 von 2, dass die Steuerung 50 einen Ladungserhaltungsbetrieb des Fahrzeugs 10 mit einer Vielzahl von möglichen Energiequellen 11 zu einem effizienteren Fahrzustand berechnet und verschiebt, wobei sowohl die Offboard- als auch die Onboard-Daten 34 und 36 von 2 verwendet werden. Durch den Betrieb des Logikblocks 38 von 3. wird eine vorausschauende Energieverbrauchsvorhersage bereitgestellt, bevor der Fahrzyklus beginnt. Die Rückkopplungsschleife, die zwischen den Logikblöcken 38 und 40 eingerichtet ist, arbeitet im Laufe der Zeit, um die vorausschauende Vorhersagegenauigkeit des Logikblocks 38 zu verbessern. In Ausführungsformen, in denen dem Fahrzeug 10 der Motor 13 fehlt, kann das Verfahren 100 immer noch verwendet werden, um eine Reichweitenvorhersage zu optimieren, wobei die Ausgangssignale (Pfeil CC_O ) möglicherweise verwendet werden, um eine aktualisierte Reichweite auf einer Benutzerschnittstelle der Steuerung 50 anzuzeigen.
Zusätzlich kann die vorausschauende/vorhersagende und adaptive Natur des vorliegenden Ansatzes leicht auf autonome Fahrzeugflotten erweitert werden. Fahrzeuge in einer solchen Flotte können vor dem Start einer Reise einen Bestimmungsort geladen haben. Umleitungen oder ungeplante Wiegepunkte, die hinzugefügt werden, sobald sich ein solches autonomes Fahrzeug auf der Strecke befindet, können hinsichtlich der Fähigkeit des Fahrzeugs, seien Bestimmungsort zu erreichen, genau bewertet werden. Die vorausschauende Vorhersage von Gelände, Umwelteinflüssen und Verkehrsinformationen kann einem Passagier eine zuverlässigere Erfahrung ermöglichen. In ähnlicher Weise kann ein Flottenbesitzer besser in der Lage sein, die „Rückkehr nach Hause“-Strecke für das autonome Fahrzeug und/oder den autonomen Kunden zu verstehen, sobald die Fahrt zu dem ursprünglichen Bestimmungsort abgeschlossen ist.
Obwohl einige Aspekte der vorliegenden Offenbarung im Detail unter Bezugnahme auf die dargestellten Ausführungsformen beschrieben worden sind, werden Fachleute auf dem Gebiet erkennen, dass viele Änderungen an denselben vorgenommen werden können, ohne vom Schutzumfang der vorliegenden Offenbarung abzuweichen. Die vorliegende Offenbarung ist nicht auf die genaue Konstruktion und die hierin offenbarten Zusammensetzungen beschränkt; Modifikationen, Änderungen und/oder Variationen, die aus den vorstehenden Beschreibungen ersichtlich sind, liegen innerhalb des Umfangs der Offenbarung, wie sie in den beigefügten Ansprüchen definiert ist. Darüber hinaus können die vorliegenden Konzepte ausdrücklich Kombinationen und Teilkombinationen der vorhergehenden Elemente und Merkmale beinhalten.

Claims

Ein Verfahren zur Verwendung mit einem Fahrzeug, das einen Antriebsstrang aufweist, einschließlich einer elektrischen Maschine, die selektiv durch ein Energiespeichersystem zur Erzeugung eines Motordrehmoments erregt wird, und ein Getriebe zum Empfangen des Motordrehmoments von der elektrischen Maschine und zum Bereitstellen eines Abtriebsdrehmoments zu einem Satz von Antriebsrädern aufweist, worin das Verfahren umfasst: Empfangen von Offboard- und Onboard-Daten über eine Steuerung; Vorhersagen des Energieverbrauchs des Antriebsstrangs unter Verwendung der Offboard-Daten, der Onboard-Daten und eines ersten Logikblocks, wenn das Fahrzeug entlang einer vorbestimmten Fahrtstrecke fährt; Korrigieren des vorhergesagten Energieverbrauchs unter Verwendung der Offboard-Daten, der Onboard-Daten und einer Fehlerkorrekturschleife zwischen einem zweiten Logikblock und dem ersten Logikblock; und Ausführen einer Steuermaßnahme in Bezug auf das Fahrzeug über die Steuerung unter Verwendung des korrigierten Energieverbrauchs, einschließlich Ändern eines Logikzustands des Fahrzeugs durch Übertragen von Ausgangssignalen an einen Anzeigebildschirm, um dadurch eine geschätzte elektrische Reichweite des Fahrzeugs anzuzeigen und/oder einen Betriebsmodus des Antriebsstrangs zu steuern.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Ausführen der Steuermaßnahme beinhaltet: Aktualisieren einer geschätzten elektrischen Reichweite des Fahrzeugs in Bezug auf die vorbestimmte Fahrtstrecke unter Verwendung des korrigierten Energieverbrauchs; und Anzeigen der aktualisierten geschätzten elektrischen Reichweite über den Anzeigebildschirm.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Fahrzeug einen Verbrennungsmotor beinhaltet, der die elektrische Maschine selektiv mit Strom versorgt, um das Motordrehmoment zu erzeugen, und das Ändern des Logikzustands beinhaltet, dass der Motor angeschaltet wird, um das Fahrzeug von einem Ladungsabbaumodus, in dem das ESS zu einem ersten Schwellenwert-Ladungszustand (SOC) entladen wird, in einen Ladungserhaltungsmodus zu überführen, in dem der SOC des ESS über einem zweiten SOC gehalten wird, der höher als der erste SOC ist.
Verfahren nach Anspruch 3, ferner umfassend das Aufteilen des vorhergesagten Energieverbrauchs entlang der vorbestimmten Fahrtstrecke in Leistungsgruppen mit unterschiedlichen relativen Leistungspegeln aufteilen und das Einschalten des Motors während der höchsten der Leistungsgruppen, um in den Ladungserhaltungsmodus einzutreten.
Verfahren nach Anspruch 1, worin das Empfangen der Offboard-Daten das Empfangen von Höhendaten beinhalten, die eine Elevation der vorbestimmten Fahrtstrecke beschreiben, Streckengeschwindigkeitsdaten, die eine geschätzte Geschwindigkeit des Fahrzeugs entlang der vorbestimmten Fahrtstrecke beschreiben, Umweltdaten, die eine Umgebung der vorbestimmten Fahrtstrecke beschreiben, Positionsdaten, die Koordinaten des Fahrzeugs beschreiben und Echtzeitverkehrsdaten, die Verkehrsbedingungen entlang der vorbestimmten Reisestrecke beschreiben, worin die Umweltdaten beinhalten eine oder mehrere von: Windgeschwindigkeit und -richtung, Niederschlag und Sonnenlast.
Verfahren nach Anspruch 5, worin des Empfangen der Onboard-Daten das Empfangen einer Fluidtemperatur des Getriebes, Heizungs-, Lüftungs- und Klimatisierungs-Nutzungsdaten des Fahrzeugs und einen Ladezustand des ESS beinhalten.
Verfahren nach Anspruch 5, ferner umfassend das Berechnen von Drehmomentverlusten des Getriebes über einen Drehmomentverlust-Logikblock unter Verwendung der Fluidtemperatur und das Vorhersagen des Energieverbrauchs des Fahrzeugs unter Verwendung der Drehmomentverluste.
Verfahren nach Anspruch 5, ferner umfassend das Berechnen eines Delta-Geschwindigkeitswerts über einen Delta-Geschwindigkeitslogikblock der Steuerung, wobei der Delta-Geschwindigkeitswert die vorhergesagte Beschleunigung des Fahrzeugs entlang der vorbestimmten Fahrtstrecke anzeigt und den Energieverbrauch des Fahrzeugs unter Verwendung des Delta-Geschwindigkeitswertes vorhersagt.