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Die Offenbarung betrifft ein Verfahren für eine Energiebedarfsprognose eines Fahrzeugs, ein System für eine Energiebedarfsprognose eines Fahrzeugs und ein Fahrzeug mit demselben. Die vorliegende Offenbarung betrifft insbesondere die Energie- und Reichweitenprognose eines Hybrid- oder Elektrofahrzeugs für einen bestimmten Streckenabschnitt.
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Stand der Technik
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Für Fahrzeuge können Energiebedarfsprognosen bzw. Reichweitenprognosen erstellt werden, um beispielsweise einen Fahrer darüber zu informieren, ob ein Fahrtziel mit dem vorhandenen Energievorrat erreichbar ist. Für die Energiebedarfsprognose bzw. Reichweitenprognose werden in der Regel eine mittlere Geschwindigkeit pro Straßenabschnitt und einzelne Beschleunigungsmanöver (Abzweigung, Vorfahrtszeichen etc.) verwendet, um daraus den Energiebedarf bzw. die Reichweite abzuleiten. Bekannten Prognosen sind dabei oftmals mit großer Unsicherheit behaftet.
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Offenbarung der Erfindung
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Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Offenbarung, eine Energiebedarfsprognose eines Fahrzeugs zu verbessern. Insbesondere ist eine Aufgabe der vorliegenden Offenbarung, ein Verfahren für eine Energiebedarfsprognose eines Fahrzeugs, ein System für eine Energiebedarfsprognose eines Fahrzeugs und ein Fahrzeug mit demselben bereitzustellen, die eine Energiebedarfsprognose mit hoher Präzision und Zuverlässigkeit ermöglichen.
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Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist ein Verfahren für eine Energiebedarfsprognose eines Fahrzeugs angegeben. Das Verfahren umfasst ein Bereitstellen von Werten wenigstens eines physikalischen Dynamikparameters über eine Länge eines Streckenabschnitts durch eine Vielzahl von Flottenfahrzeuge, wobei der Streckenabschnitt in mehrere Segmente unterteilt ist, und ein Berechnen eines Energiebedarfs des Fahrzeugs für den Streckenabschnitt durch Aufaddieren von Energiebedarfen der mehreren Segmente, wobei der Energiebedarf eines Segments unter Verwendung wenigstens eines dem besagten Segment zugeordneten Wertes des wenigstens einen physikalischen Dynamikparameters berechnet wird. Der wenigstens eine physikalische Dynamikparameter kann aus der Gruppe ausgewählt sein, die beispielsweise eine Geschwindigkeit und eine Beschleunigung der Vielzahl von Flottenfahrzeuge umfasst.
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Erfindungsgemäß wird eine Vielzahl von über die Länge des Streckenabschnitts verteilten Werten des physikalischen Dynamikparameters direkt in der Berechnung des Energiebedarfs verwendet. Hierzu wird der Streckenabschnitt segmentiert und ein Energiebedarf für jedes Segment berechnet. Der (Gesamt-)Energiebedarf des Streckenabschnitts wird durch Aufaddieren der Energiebedarfe der Segmente bestimmt. Dadurch kann eine physikalisch korrekte Quantifizierung des Streckenabschnitts für eine Energiebedarfs- bzw. Reichweitenprognose erfolgen. Insbesondere findet eine Mittelung oder Integration der Werte über die gesamte Länge des Streckenabschnitts statt. Zudem kann durch die physikalisch korrekte Quantifizierung ein Fahrereinfluss auf die Energiebedarfsprognose quantifiziert und optimiert werden.
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Das erfindungsgemäße Verfahren kann durch einen oder mehrere Prozessoreinheiten ausgeführt werden. Insbesondere kann das Verfahren vollständig durch das Fahrzeug oder einen Server außerhalb des Fahrzeugs (im Backend) ausgeführt werden. Alternativ kann das Verfahren teilweise durch das Fahrzeug und teilweise durch den Server bzw. im Backend ausgeführt werden. Typischerweise werden die Werte des wenigstens einen physikalischen Dynamikparameters im Backend gesammelt und dem Fahrzeug breitgestellt. Die gesammelten Werte können für das Fahrzeug bereitgestellt werden, das basierend darauf den Energiebedarf des Fahrzeugs bestimmen kann. Alternativ kann das Backend den Energiebedarf des Fahrzeugs bestimmen. Für die Energieberechnung notwendige Parameter, wie die physikalischen Dynamikparameter und/oder Fahrzeugparameter (Masse, Luftwiderstand, etc.) können vom Fahrzeug zum Backend für eine dortige Energieberechnung gesendet werden oder umgekehrt.
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In einigen Ausführungsformen wird der Energiebedarf für jedes Segment unter Verwendung wenigstens eines, und insbesondere aller der folgenden Ausdrücke berechnet:
wobei v den Geschwindigkeitsverlauf im Streckenabschnitt, α den Beschleunigungsverlauf im Streckenabschnitt und ds das Wegintegral über das Segment angibt. Die Ausdrücke sind dabei getrennt für die Reku-/Schubstrecke und Zugstrecke definiert. Damit können die Werte bzw. Dynamikinformationen über die Beschleunigung α und die Geschwindigkeit v (z.B. quadrierte Geschwindigkeit und/oder ein Mittel) über einen Abschnitt Δs bzw. ds direkt in die physikalische Energiebedarfsrechnung eingesetzt werden.
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Die Dynamikparameter oder Integrale der Dynamikparameter können im Backend gesammelt und gespeichert werden. Die Dynamikparameter oder Integrale der Dynamikparameter können an das Fahrzeug übertragen werden, beispielsweise bei der Herstellung und/oder online während des Betriebs des Fahrzeugs. So kann das Navigationssystem regelmäßig mit aktuellen Flottendaten aktualisiert werden. In weiteren Ausführungsformen kann die Flottendynamik online für einen bestimmten Streckenabschnitt beim Backend angefragt werden, wenn der Streckenabschnitt befahren werden soll. Das Fahrzeug kann die erhaltenen Dynamikparameter oder Integrale der Dynamikparameter für die Berechnung des Energiebedarfs abrufen und verwenden.
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Gemäß Ausführungsformen umfasst das Verfahren weiter ein Bestimmen und/oder Verwenden einer jeweiligen Wahrscheinlichkeitsverteilung der Werte des wenigstens einen physikalischen Dynamikparameters für die einzelnen Segmente des Streckenabschnitts, wobei für das Berechnen des Energiebedarfs des einzelnen Segments wenigstens derjenige Wert des Segments verwendet wird, der die höchste Wahrscheinlichkeit aufweist. Anders gesagt kann für ein Segment, und insbesondere für alle Segmente, eine Vielzahl von Werten vorhanden sein. Eine Streuung der Werte innerhalb der einzelnen Segmente erlaubt eine Aussage über ein Dynamikverhalten, beispielsweise die Beschleunigung und/oder Geschwindigkeit, und damit der Energieprognose im Segment und auf dem Streckenabschnitt. Damit kann eine hohe Zuverlässigkeit der Reichweitenprognose erreicht werden.
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In einigen beispielhaften Ausführungsformen kann das Verfahren weiter ein Verwenden und/oder Bestimmen von einem oder mehreren Mustern aus der Vielzahl von Werten des wenigstens einen physikalischen Dynamikparameters umfassen. Das eine oder die mehreren Muster können beim Berechnen des Energiebedarfs des Fahrzeugs verwendet werden. Insbesondere können das eine oder die mehreren Muster aus den Dynamikinformationen abgeleitet bzw. gelernt werden. Das eine oder die mehreren Muster können aus der Gruppe ausgewählt sein, die Tageszeitabhängige Muster, Wochentagabhängige Muster und Ortsabhängige Muster umfasst. Das Verfahren kann gemäß Ausführungsformen weiter ein Korrigieren des einen oder der mehreren Muster unter Verwendung von aktuellen oder gewöhnlichen zeit- und/oder ortsabhängigen Verkehrsdaten des Streckenabschnitts umfassen. So kann beispielsweise eine Korrektur der prognostizierten Muster um Live-Verkehrsdaten erfolgen.
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Typischerweise sind die Flottenfahrzeuge Fahrzeuge vom selben und/oder einem ähnlichen Fahrzeugtyp. Insbesondere kann die Flotte Fahrzeuge desselben und/oder des ähnlichen Typs wie das Fahrzeug, für das der Energiebedarf für den Streckenabschnitt berechnet wird („Eigenfahrzeug“), enthalten. Die Flotte kann insbesondere eine Vielzahl von Fremdfahrzeuge und optional das Eigenfahrzeug umfassen.
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Durch das erfindungsgemäße Verfahren kann eine physikalisch korrekte Berechnung der Reichweiteneinflüsse erfolgen. Die Daten können auf bestimmte andere Fahrzeugtypen extrapolierbar sein. Die Extrapolierbarkeit hängt von den Fahrzeugtypen ab und kann beispielsweise durch Simulationen und/oder experimentell bestimmt werden.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist ein System für eine Energiebedarfsprognose eines Fahrzeugs angegeben. Das System umfasst eine Prozessoreinheit, die eingerichtet ist, um das Verfahren für eine Energiebedarfsprognose gemäß den hier beschriebenen Ausführungsformen auszuführen. Das System kann in einem Fahrzeug, wie beispielsweise einem Hybrid- oder Elektrofahrzeug, integriert sein. Insbesondere kann das Fahrzeug das System umfassen. In anderen Ausführungsformen kann das System ganz oder teilweise in einer Recheneinheit oder einem Server z.B. außerhalb des Fahrzeugs vorhanden sein.
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Es können gemäß Ausführungsformen für eine Vielzahl von Streckenabschnitte Werte des physikalischen Dynamikparameters vorhanden sein, die beispielsweise bei der Herstellung des Fahrzeugs im Navigationssystem hinterlegt werden können. Anders gesagt kann die Karte des Navigationssystems um einen Energieparameter erweitert werden. Das Fahrzeug kann die im Navigationssystem hinterlegten Werte unter Verwendung von fahrzeugspezifischen Parametern weiter präzessieren, wie beispielsweise einer Personenbelegung.
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Figurenliste
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Ausführungsbeispiele der Offenbarung sind in den Figuren dargestellt und werden im Folgenden näher beschrieben. Es zeigen:
- 1 ein Flussdiagram eines Verfahrens für eine Energiebedarfsprognose eines Fahrzeugs gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung,
- 2 ein Systemschema mit den zugehörigen Komponenten für eine Energiebedarfsprognose eines Fahrzeugs gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung,
- 3 eine schematische Darstellung eines Segments eines Streckenabschnitts, für den eine Energiebedarfsprognose erstellt wird, und
- 4 eine schematische Wahrscheinlichkeitsverteilung eines Dynamikparameters für ein Segment eines Streckenabschnitts, für den eine Energiebedarfsprognose erstellt wird.
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Ausführungsformen der Offenbarung
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Im Folgenden werden, sofern nicht anders vermerkt, für gleiche und gleichwirkende Elemente gleiche Bezugszeichen verwendet.
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1 zeigt ein Flussdiagram eines Verfahrens 100 für eine Energiebedarfsprognose eines Fahrzeugs gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung.
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Das Verfahren 100 umfasst in Block 110 ein Bereitstellen von Werten wenigstens eines physikalischen Dynamikparameters, wie einer Geschwindigkeit und/oder Beschleunigung, über eine Länge eines Streckenabschnitts durch eine Vielzahl von Flottenfahrzeuge, wobei der Streckenabschnitt in mehrere Segmente unterteilt ist, und in Block 120 ein Berechnen eines Energiebedarfs des Fahrzeugs für den Streckenabschnitt durch Aufaddieren von Energiebedarfen der mehreren Segmente. Der Energiebedarf eines Segments wird unter Verwendung wenigstens eines dem besagten Segment zugeordneten Wertes des wenigstens einen physikalischen Dynamikparameters berechnet. Damit kann eine physikalisch korrekte Quantifizierung des Streckenabschnitts für eine Energiebedarfs- bzw. Reichweitenprognose erfolgen. Der physikalische Dynamikparameter kann auch als „Flottendynamikparameter“ bezeichnet werden.
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Werte des physikalischen Dynamikparameters können für eine Vielzahl von Streckenabschnitte in einem Navigationssystem bzw. einer Karte des Navigationssystems des Fahrzeugs hinterlegt sein. Anders gesagt wird die Routingfunktion eines Fahrzeugs um einen aus einem Flottenverhalten bzw. einer Flottendynamik abgeleiteten Energieparameter ergänzt. Das Navigationssystem kann eine Vielzahl von einzelnen Streckenabschnitten umfassen, wobei zumindest für einige der Vielzahl von einzelnen Streckenabschnitte die Werte des physikalischen Dynamikparameters hinterlegt sein können. Die Werte des physikalischen Dynamikparameters können beispielsweise bei der Herstellung des Fahrzeugs im Navigationssystem hinterlegt werden und/oder können während der Lebensdauer des Fahrzeugs aktualisiert werden, beispielsweise während eines Services oder online.
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Gemäß Ausführungsformen kann das Fahrzeug für die Energiebedarfsberechnung zusätzlich fahrzeugspezifische und/oder fahrerspezifische Parametern verwenden. Die fahrzeugspezifischen Parameter können beispielsweise eine Personenbelegung umfassen. Die fahrerspezifischen Parameter können beispielsweise ein (gelerntes) Fahrerverhalten umfassen.
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In einigen beispielhaften Ausführungsformen kann das Verfahren weiter ein Verwenden und/oder Bestimmen von einem oder mehreren Mustern aus der Vielzahl von Werten des wenigstens einen physikalischen Dynamikparameters umfassen. Das eine oder die mehreren Muster können beim Berechnen des Energiebedarfs des Fahrzeugs verwendet werden. Insbesondere können das eine oder die mehreren Muster aus den Dynamikinformationen abgeleitet bzw. gelernt werden. Das eine oder die mehreren Muster können aus der Gruppe ausgewählt sein, die Tageszeitabhängige Muster, Wochentagabhängige Muster und Ortsabhängige Muster umfasst. Das Verfahren kann gemäß Ausführungsformen weiter ein Korrigieren des einen oder der mehreren Muster unter Verwendung von Verkehrsdaten des Streckenabschnitts umfassen. So kann eine Korrektur der prognostizierten Muster um Live-Verkehrsdaten erfolgen.
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2 zeigt ein Schema eines Systems für eine Energiebedarfsprognose eines Fahrzeugs 10 und weiterer Komponenten gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung. Das System kann eingerichtet sein, um das Verfahren für eine Energiebedarfsprognose gemäß den hier beschriebenen Ausführungsformen auszuführen. Insbesondere kann das System im Fahrzeug 10, das ein Elektro- oder Hybridfahrzeug sein kann, integriert sein.
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Eine zentrale Einheit 210 kann zum Sammeln von Werten wenigstens eines physikalischen Dynamikparameters über eine Länge L eines Streckenabschnitts 201 durch eine Vielzahl von Flottenfahrzeuge 20 konfiguriert sein, wobei der Streckenabschnitt 201 in mehrere Segmente 202 mit einer Länge ds unterteilt ist. Der Streckenabschnitt kann in m Segmente unterteilt sein. Die zentrale Einheit 210 kann beispielweise beim Hersteller vorhanden sein und die Flottendaten sammeln. Die durch die zentrale Einheit 210 gesammelten Werte können beispielsweise in einem Navigationssystem des Fahrzeugs 10 hinterlegt werden, beispielsweise bei der Herstellung. Die Werte können während der Lebensdauer des Fahrzeugs aktualisiert werden, beispielsweise während eines Services oder online.
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Typischerweise sind die Flottenfahrzeuge Fahrzeuge vom selben oder einem ähnlichen Fahrzeugtyp. Insbesondere kann die Flotte eine Vielzahl von Fahrzeugen desselben und/oder ähnlichen Typs wie das Fahrzeug, für das der Energiebedarf für den Streckenabschnitt berechnet wird („Eigenfahrzeug“), enthalten. Die Flotte kann insbesondere eine Vielzahl von Fremdfahrzeugen und optional das Eigenfahrzeug umfassen.
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3 zeigt eine schematische Darstellung eines Segments 202 eines Streckenabschnitts, für den eine Energiebedarfsprognose erstellt wird. In der 3 ist bespielhaft ein Segment n gezeigt.
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In einigen Ausführungsformen wird der Energiebedarf für ein Segment
202 unter Verwendung wenigstens eines, und insbesondere eines jeden der folgenden Ausdrücke berechnet:
wobei v die Geschwindigkeit im Segment
202 des Streckenabschnitts, α die Beschleunigung im Segment
202 und ds das Wegintegral über das Segment
202 angibt. Damit können die Werte bzw. Dynamikinformationen über die Beschleunigung α und die Geschwindigkeit v (z.B. quadrierte Signal und/oder ein Mittel) über einen Streckenabschnitt direkt in die physikalische Energiebedarfsrechnung eingesetzt werden.
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Die Ausdrücke sind dabei nach Reku-/Schubstrecke und Zugstrecke getrennt. Die Trennung kann gemäß Ausführungsformen von einer Grenzbeschleunigung abhängen:
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In einer beispielhaften Ausführungsform kann der Energiebedarf für den Streckenschnitt unter Verwendung der folgenden Formel berechnet werden:
- ηZug: Wirkungsgrad zwischen Rad und Hochvoltspeicher (HVS) für Energiefluss von HVS zum Rad
- m: Fahrzeuggesamtmasse
- e: Rotationsmassenzuschlagsfaktor
- s: Weg
- α (s): Beschleunigung über den Weg
- fR: Rollwiderstandskoeffizient
- g: Erdbeschleunigung
- p: Dichte der Luft
- cx: Luftwiderstandskoeffizient
- A: Stirnfläche des Fahrzeugs
- v(s): Geschwindigkeit über den Weg
- α(s): Steigung über den Weg
- ηSchub: Wirkungsgrad zwischen Rad und Hochvoltspeicher (HVS) für Energiefluss von Rad zum HVS
- PNV,n: Nebenverbraucherleistung im Segment n
- Benötige Zeit zum Durchfahren des Segmentes n
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4 zeigt eine beispielhafte Wahrscheinlichkeitsverteilung der Werte eines Dynamikparameters für das Segment n, und insbesondere Δt, [∫ v2ds; ∫ a ds]Zug/Schub.
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Gemäß Ausführungsformen kann für jedes Segment n des Streckenabschnitts eine jeweilige Wahrscheinlichkeitsverteilung, also eine Streuung, der Werte des wenigstens einen physikalischen Dynamikparameters berechnet werden. Für das Berechnen des Energiebedarfs des einzelnen Segments kann beispielsweise nur derjenige Wert des Segments verwendet werden, der die höchste Wahrscheinlichkeit aufweist. In einem anderen Beispiel kann ein Schwellwert für die Wahrscheinlichkeit festgelegt werden, wobei diejenigen Werte des wenigstens einen physikalischen Dynamikparameters für das Berechnen des Energiebedarfs verwendet werden, die eine Wahrscheinlichkeit aufweisen, die gleich oder größer als der Schwellwert ist. Auf diese Weise kann eine Zuverlässigkeit der Energieprognose für das Segment und damit den gesamten Streckenabschnitt erhöht werden.
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Erfindungsgemäß wird eine Vielzahl von über die Länge des Streckenabschnitts verteilten Werten des Dynamikparameters direkt in der Berechnung des Energiebedarfs verwendet. Hierzu wird der Streckenabschnitt segmentiert und ein Energiebedarf für jedes Segment berechnet. Der (Gesamt-)Energiebedarf des Streckenabschnitts wird durch Aufaddieren der Energiebedarfe der Segmente bestimmt. Dadurch kann eine physikalisch korrekte Quantifizierung des Streckenabschnitts für eine Energiebedarfs- bzw. Reichweitenprognose erfolgen. Zudem kann durch die physikalisch korrekte Quantifizierung ein Fahrereinfluss auf die Energiebedarfsprognose quantifiziert und optimiert werden.
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Obwohl die Erfindung im Detail durch bevorzugte Ausführungsbeispiele näher illustriert und erläutert wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen. Es ist daher klar, dass eine Vielzahl von Variationsmöglichkeiten existiert. Es ist ebenfalls klar, dass beispielhaft genannte Ausführungsformen wirklich nur Beispiele darstellen, die nicht in irgendeiner Weise als Begrenzung etwa des Schutzbereichs, der Anwendungsmöglichkeiten oder der Konfiguration der Erfindung aufzufassen sind. Vielmehr versetzen die vorhergehende Beschreibung und die Figurenbeschreibung den Fachmann in die Lage, die beispielhaften Ausführungsformen konkret umzusetzen, wobei der Fachmann in Kenntnis des offenbarten Erfindungsgedankens vielfältige Änderungen beispielsweise hinsichtlich der Funktion oder der Anordnung einzelner, in einer beispielhaften Ausführungsform genannter Elemente vornehmen kann, ohne den Schutzbereich zu verlassen, der durch die Ansprüche und deren rechtliche Entsprechungen, wie etwa weitergehenden Erläuterungen in der Beschreibung, definiert wird.