DE102018210357A1

DE102018210357A1 - Geschwindigkeitsoptimierung für ein Kraftfahrzeug mit einem Energiespeicher

Info

Publication number: DE102018210357A1
Application number: DE102018210357.7A
Authority: DE
Inventors: Johannes Bürger; Roland Schmid
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2018-06-26
Filing date: 2018-06-26
Publication date: 2020-01-02

Abstract

Ein Aspekt der Erfindung betrifft eine Steuervorrichtung zur Geschwindigkeitsoptimierung für ein Kraftfahrzeug mit einem Energiespeicher, wobei die Steuervorrichtung eingerichtet ist, eine Ausgangs-Geschwindigkeitstrajektorie für eine Fahrstrecke zu bestimmen oder entgegenzunehmen, mittels eines Batterie-Prädiktionsmodells festzustellen, ob bei Abfahren der Fahrstrecke mit der Ausgangs-Geschwindigkeitstrajektorie ein minimaler Ladezustand des Energiespeichers unterschritten wird, bei Feststellung, dass der minimale Ladezustand des Energiespeichers unterschritten wird, eine Abweichungs-Geschwindigkeitstrajektorie in Abhängigkeit von dem Batterie-Prädiktionsmodell derart zu bestimmen, dass eine für das Abfahren der Fahrstrecke notwendige Reisezeit minimiert wird und der minimale Ladezustand des Energiespeichers nicht unterschritten wird.

Description

Die Erfindung betrifft eine Steuervorrichtung und ein Steuerverfahren zur Geschwindigkeitsoptimierung für ein Kraftfahrzeug mit einem Energiespeicher.
Aus der DE 43 44 369 A1 ist eine verbrauchsoptimierte Fahrleistungsbegrenzung eines Fahrzeugantriebs bekannt, wobei durch Vorgabe einer Richtgeschwindigkeit, welche in Abhängigkeit der zu überwindenden Wegstrecke ermittelt wird, ein Energievorrat eines Energiespeichers optimal ausgenutzt wird.
Aus der DE 10 2016 009 338 A1 ist ein Fahrerassistenzsystem mit einem Navigationssystem für ein Elektrofahrzeug bekannt, wobei in Abhängigkeit einer Fahrzieleingabe eine voraussichtliche elektrische Energieverbrauchsmenge bestimmt wird. Dabei ist eine Bestimmungseinheit vorgesehen, welche eine die Energieverbrauchsmenge optimierende Geschwindigkeits-, Leistungs- und/oder Momententrajektorie in Abhängigkeit von Streckenparametern und/oder Lademöglichkeiten, insbesondere Ladeleistungen von Ladestationen, zum Laden zumindest eines elektrischen Energiespeichers ermittelt.
Es ist Aufgabe der Erfindung, eine verbesserte Steuervorrichtung und ein verbessertes Steuerverfahren zur Geschwindigkeitsoptimierung für ein Kraftfahrzeug mit einem Energiespeicher anzugeben.
Die Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben. Es wird darauf hingewiesen, dass zusätzliche Merkmale eines von einem unabhängigen Patentanspruch abhängigen Patentanspruchs ohne die Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs oder nur in Kombination mit einer Teilmenge der Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs eine eigene und von der Kombination sämtlicher Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs unabhängige Erfindung bilden können, die zum Gegenstand eines unabhängigen Anspruchs, einer Teilungsanmeldung oder einer Nachanmeldung gemacht werden kann. Dies gilt in gleicher Weise für in der Beschreibung beschriebene technische Lehren, die eine von den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche unabhängige Erfindung bilden können.
Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft eine Steuervorrichtung zur Geschwindigkeitsoptimierung für ein Kraftfahrzeug mit einem mit der Steuervorrichtung gekoppelten Energiespeicher.
Das Kraftfahrzeug ist insbesondere ein elektrifiziertes Fahrzeug, beispielsweise ein Hybridfahrzeug oder ein Elektrofahrzeug, wobei der Energiespeicher ein Hochvoltspeicher zur Energieversorgung einer elektrischen Maschine des Hybridfahrzeugs, beziehungsweise des Elektrofahrzeugs ist.
Die Steuervorrichtung ist eingerichtet, eine Ausgangs-Geschwindigkeitstrajektorie für eine Fahrstrecke zu bestimmen oder entgegenzunehmen. Die Ausgangs-Geschwindigkeitstrajektorie kann insbesondere von einem Navigationssystem des Kraftfahrzeugs entgegengenommen werden und beispielsweise fahrertypspezifisch adaptiert werden.
Darüber hinaus ist die Steuervorrichtung eingerichtet, mittels eines Batterie-Prädiktionsmodells festzustellen, ob bei Abfahren der Fahrstrecke mit der Ausgangs-Geschwindigkeitstrajektorie ein minimaler Ladezustand des Energiespeichers unterschritten wird.
Bei Feststellung, dass der minimale Ladezustand des Energiespeichers unterschritten wird, wird von der Steuervorrichtung eine Abweichungs-Geschwindigkeitstrajektorie in Abhängigkeit von dem Batterie-Prädiktionsmodell derart bestimmt, dass eine für das Abfahren der Fahrstrecke notwendige Reisezeit minimiert wird und der minimale Ladezustand des Energiespeichers nicht unterschritten wird.
In einer vorteilhaften Ausführungsform umfasst die Fahrstrecke zumindest zwei Fahrstreckensegmente, und die Ausgangs-Geschwindigkeitstrajektorie und/oder die Abweichungs-Geschwindigkeitstrajektorie geben jeweils eine Geschwindigkeit für jedes Fahrstreckensegment vor.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist die Steuervorrichtung eingerichtet, die Abweichungs-Geschwindigkeitstrajektorie als Abweichung von der Ausgangs-Geschwindigkeitstrajektorie zu bestimmen. Beispielsweise kann für jedes Fahrstreckensegment eine Differenzgeschwindigkeit zu der für das jeweilige Fahrstreckensegment von der Ausgangs-Geschwindigkeitstrajektorie vorgegebenen Geschwindigkeit bestimmt werden.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist die Steuervorrichtung eingerichtet, zumindest eine Begrenzung für die Abweichungs-Geschwindigkeitstrajektorie zu bestimmen oder entgegenzunehmen, und die Abweichungs-Geschwindigkeitstrajektorie derart zu bestimmen, dass die Begrenzung eingehalten wird.
Eine Begrenzung ist beispielsweise eine Vorgabe, dass für zumindest ein Fahrstreckensegment die durch die Abweichungs-Geschwindigkeitstrajektorie vorgegebene Geschwindigkeit geringer ist als die durch die Ausgangs-Geschwindigkeitstrajektorie vorgegebene Geschwindigkeit. Insbesondere ist die Begrenzung eine Vorgabe, dass für alle Fahrstreckensegmente die durch die Abweichungs-Geschwindigkeitstrajektorie vorgegebene Geschwindigkeit geringer ist als die durch die Ausgangs-Geschwindigkeitstrajektorie vorgegebene Geschwindigkeit.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist die Steuervorrichtung eingerichtet, die Abweichungs-Geschwindigkeitstrajektorie mittels einer modellbasierten Optimierung zu bestimmen, insbesondere mittels dynamischer Programmierung, modellprädiktiver Regelung oder nichtlinearer Programmierung.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform stellt das Batterie-Prädiktionsmodell den Zusammenhang zwischen Fahrzeug-Geschwindigkeit und Leistung des Energiespeichers her, insbesondere unter Berücksichtigung eines Fahrzeugmodells, Steigungsprofils, Wirkungsgrad des elektrischen Systems oder Nebenverbrauchern.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ergibt sich die Summe der aus dem Batterie-Prädiktionsmodell ermittelten Batterieleistungen der Segmente einen prädizierten Gesamt-Energieverlauf in Abhängigkeit der prädizierten Geschwindigkeiten, wobei die Batterieleistung je Segment angibt, wie sich der Energieinhalt des Energiespeichers im jeweiligen Segment ändert.
Ein zweiter Aspekt der Erfindung betrifft ein Steuerverfahren zur Geschwindigkeitsoptimierung für ein Kraftfahrzeug mit einem Energiespeicher.
Ein Schritt des Verfahrens ist das Bestimmen oder Entgegennehmen einer Ausgangs-Geschwindigkeitstrajektorie für eine Fahrstrecke.
Ein weiterer Schritt des Verfahrens ist das Feststellen mittels eines Batterie-Prädiktionsmodells, ob bei Abfahren der Fahrstrecke mit der Ausgangs-Geschwindigkeitstrajektorie ein minimaler Ladezustand des Energiespeichers unterschritten wird.
Ein weiterer Schritt des Verfahrens bei Feststellung, dass der minimale Ladezustand des Energiespeichers unterschritten wird, ist das Bestimmen einer Abweichungs-Geschwindigkeitstrajektorie in Abhängigkeit von dem Batterie-Prädiktionsmodell derart, dass eine für das Abfahren der Fahrstrecke notwendige Reisezeit minimiert wird und der minimale Ladezustand des Energiespeichers nicht unterschritten wird.
In einer vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das erfindungsgemäße Verfahren in regelmäßigen Abständen wiederholt ausgeführt, beispielsweise in jedem Berechnungszeitschritt der Steuereinheit, die das erfindungsgemäße Verfahren ausführt.
Bei den wiederholten Ausführungen wird jeweils die aktuelle Prädiktions-Information und der jeweils aktuelle Energieinhalt des Energiespeichers für den ersten Zeitschritt genutzt. Insbesondere wird dabei jeweils das erste Element dem Fahrer als Geschwindigkeits-Hinweis gemeldet.
Die vorstehenden Ausführungen zur erfindungsgemäßen Steuervorrichtung nach dem ersten Aspekt der Erfindung gelten in entsprechender Weise auch für das erfindungsgemäße Steuerverfahren nach dem zweiten Aspekt der Erfindung. An dieser Stelle und in den Patentansprüchen nicht explizit beschriebene vorteilhafte Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Steuerverfahrens entsprechen den vorstehend beschriebenen oder in den Patentansprüchen beschriebenen vorteilhaften Ausführungsbeispielen der erfindungsgemäßen Steuervorrichtung.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels unter Zuhilfenahme der beigefügten Zeichnungen beschrieben. In diesen zeigen:

1 ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Steuervorrichtung, und
2 ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Steuerverfahrens.

1 zeigt eine Steuervorrichtung SV zur Geschwindigkeitsoptimierung für ein Kraftfahrzeug mit einem mit der Steuervorrichtung SV gekoppelten Energiespeicher ES.
Die Steuervorrichtung SV ist eingerichtet, eine Ausgangs-Geschwindigkeitstrajektorie A-GT für eine Fahrstrecke FS zu bestimmen oder entgegenzunehmen. Die Fahrstrecke FS umfasst zumindest zwei Fahrstreckensegmente s1, s2. Die Ausgangs-Geschwindigkeitstrajektorie A-GT gibt dabei für jedes Fahrstreckensegment s1, s2 eine Geschwindigkeit vor.
Darüber hinaus ist die Steuervorrichtung SV eingerichtet, mittels eines Batterie-Prädiktionsmodells B-PM festzustellen, ob bei Abfahren der Fahrstrecke FS mit der Ausgangs-Geschwindigkeitstrajektorie A-GT ein minimaler Ladezustand des Energiespeichers ES unterschritten wird.
Das Batterie-Prädiktionsmodell B-PM stellt dabei den Zusammenhang zwischen Fahrzeug-Geschwindigkeit und Leistung des Energiespeichers ES her, insbesondere unter Berücksichtigung eines Fahrzeugmodells, Steigungsprofils, Wirkungsgrad des elektrischen Systems oder Nebenverbrauchern.
Die Summe der aus dem Batterie-Prädiktionsmodell B-PM ermittelten Batterieleistungen der Segmente s1, s2 ergibt einen prädizierten Gesamt-Energieverlauf in Abhängigkeit der prädizierten Geschwindigkeiten, wobei die Batterieleistung je Segment angibt, wie sich der Energieinhalt des Energiespeichers ES im jeweiligen Segment s1, s2 ändert.
Bei Feststellung, dass der minimale Ladezustand des Energiespeichers ES unterschritten wird, eine Abweichungs-Geschwindigkeitstrajektorie B-GT in Abhängigkeit von dem Batterie-Prädiktionsmodell B-PM derart zu bestimmen, dass eine für das Abfahren der Fahrstrecke FS notwendige Reisezeit minimiert wird und der minimale Ladezustand des Energiespeichers ES nicht unterschritten wird, wobei die Abweichungs-Geschwindigkeitstrajektorie B-GT von der Steuervorrichtung SV als Abweichung von der Ausgangs-Geschwindigkeitstrajektorie A-GT bestimmt wird.
Die Abweichungs-Geschwindigkeitstrajektorie B-GT wird von der Steuervorrichtung SV insbesondere mittels einer modellbasierten Optimierung zu bestimmt, beispielsweise mittels dynamischer Programmierung, modellprädiktiver Regelung oder nichtlinearer Programmierung.
Die Abweichungs-Geschwindigkeitstrajektorie B-GT gibt dabei für jedes Fahrstreckensegment s1, s2 eine Geschwindigkeit vor.
Insbesondere ist die Steuervorrichtung SV eingerichtet, zumindest eine Begrenzung BG für die Abweichungs-Geschwindigkeitstrajektorie B-GT zu bestimmen oder entgegenzunehmen. Beispielsweise kann die Begrenzung BG vorgeben, dass die durch die Abweichungs-Geschwindigkeitstrajektorie B-GT vorgegebenen Geschwindigkeit für jedes Fahrstreckensegment s1, s2 geringer ist als die durch die Ausgangs-Geschwindigkeitstrajektorie A-GT vorgegebenen Geschwindigkeiten für die jeweiligen Fahrstreckensegmente s1, s2.
Dabei ist die Steuervorrichtung eingerichtet, die Abweichungs-Geschwindigkeitstrajektorie B-GT derart zu bestimmen, dass die Begrenzung BG eingehalten wird.
2 zeigt ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Steuerverfahrens zur Geschwindigkeitsoptimierung für ein Kraftfahrzeug mit einem Energiespeicher ES.
Ein erster Schritt des Verfahrens ist dabei das Bestimmen 100 oder Entgegennehmen einer Ausgangs-Geschwindigkeitstrajektorie A-GT für eine Fahrstrecke (FS).
Ein zweiter Schritt des Verfahrens ist das Feststellen 200 mittels eines Batterie-Prädiktionsmodells B-PM, ob bei Abfahren der Fahrstrecke FS mit der Ausgangs-Geschwindigkeitstrajektorie A-GT ein minimaler Ladezustand des Energiespeichers (ES) unterschritten wird.
Bei Feststellung, dass der minimale Ladezustand des Energiespeichers ES unterschritten wird, ist der dritte Schritt des Verfahrens das Bestimmen 300 einer Abweichungs-Geschwindigkeitstrajektorie B-GT in Abhängigkeit von dem Batterie-Prädiktionsmodell B-PM derart, dass eine für das Abfahren der Fahrstrecke FS notwendige Reisezeit minimiert wird und der minimale Ladezustand des Energiespeichers ES nicht unterschritten wird.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 4344369 A1 [0002]
DE 102016009338 A1 [0003]

Claims

Steuervorrichtung (SV) zur Geschwindigkeitsoptimierung für ein Kraftfahrzeug mit einem mit der Steuervorrichtung (SV) gekoppelten Energiespeicher (ES), wobei die Steuervorrichtung (SV) eingerichtet ist, • eine Ausgangs-Geschwindigkeitstrajektorie (A-GT) für eine Fahrstrecke (FS) zu bestimmen oder entgegenzunehmen, • mittels eines Batterie-Prädiktionsmodells (B-PM) festzustellen, ob bei Abfahren der Fahrstrecke (FS) mit der Ausgangs-Geschwindigkeitstrajektorie (A-GT) ein minimaler Ladezustand des Energiespeichers (ES) unterschritten wird, • bei Feststellung, dass der minimale Ladezustand des Energiespeichers (ES) unterschritten wird, eine Abweichungs-Geschwindigkeitstrajektorie (B-GT) in Abhängigkeit von dem Batterie-Prädiktionsmodell (B-PM) derart zu bestimmen, dass eine für das Abfahren der Fahrstrecke (FS) notwendige Reisezeit minimiert wird und der minimale Ladezustand des Energiespeichers (ES) nicht unterschritten wird.
Steuervorrichtung (SV) nach Anspruch 1, wobei • die Fahrstrecke (FS) zumindest zwei Fahrstreckensegmente (s1, s2) umfasst, und • die Ausgangs-Geschwindigkeitstrajektorie (A-GT) und/oder die Abweichungs-Geschwindigkeitstrajektorie (B-GT) jeweils eine Geschwindigkeit für jedes Fahrstreckensegment (s1, s2) vorgeben.
Steuervorrichtung (SV) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Steuervorrichtung (SV) eingerichtet ist, die Abweichungs-Geschwindigkeitstrajektorie (B-GT) als Abweichung von der Ausgangs-Geschwindigkeitstrajektorie (A-GT) zu bestimmen.
Steuervorrichtung (SV) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Steuervorrichtung (SV) eingerichtet ist, • zumindest eine Begrenzung (BG) für die Abweichungs-Geschwindigkeitstrajektorie (B-GT) zu bestimmen oder entgegenzunehmen, und • die Abweichungs-Geschwindigkeitstrajektorie (B-GT) derart zu bestimmen, dass die Begrenzung (BG) eingehalten wird.
Steuervorrichtung (SV) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Steuervorrichtung (SV) eingerichtet ist die Abweichungs-Geschwindigkeitstrajektorie (B-GT) mittels einer modellbasierten Optimierung zu bestimmen, beispielsweise mittels dynamischer Programmierung, modellprädiktiver Regelung oder nichtlinearer Programmierung.
Steuervorrichtung (SV) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das Batterie-Prädiktionsmodell (B-PM) den Zusammenhang zwischen Fahrzeug-Geschwindigkeit und Leistung des Energiespeichers (ES) herstellt, insbesondere unter Berücksichtigung eines Fahrzeugmodells, Steigungsprofils, Wirkungsgrad des elektrischen Systems oder Nebenverbrauchern.
Steuervorrichtung (SV) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei sich die Summe der aus dem Batterie-Prädiktionsmodell (B-PM) ermittelten Batterieleistungen der Segmente (s1, s2) einen prädizierten Gesamt-Energieverlauf in Abhängigkeit der prädizierten Geschwindigkeiten ergibt, wobei die Batterieleistung je Segment angibt, wie sich der Energieinhalt des Energiespeichers (ES) im jeweiligen Segment (s1, s2) ändert.
Steuerverfahren zur Geschwindigkeitsoptimierung für ein Kraftfahrzeug mit einem Energiespeicher (ES), wobei das Steuerverfahren die folgenden Schritte umfasst: • Bestimmen (100) oder Entgegennehmen einer Ausgangs-Geschwindigkeitstrajektorie (A-GT) für eine Fahrstrecke (FS), • Feststellen (200) mittels eines Batterie-Prädiktionsmodells (B-PM), ob bei Abfahren der Fahrstrecke (FS) mit der Ausgangs-Geschwindigkeitstrajektorie (A-GT) ein minimaler Ladezustand des Energiespeichers (ES) unterschritten wird, • bei Feststellung, dass der minimale Ladezustand des Energiespeichers (ES) unterschritten wird, Bestimmen (300) einer Abweichungs-Geschwindigkeitstrajektorie (B-GT) in Abhängigkeit von dem Batterie-Prädiktionsmodell (B-PM) derart, dass eine für das Abfahren der Fahrstrecke (FS) notwendige Reisezeit minimiert wird und der minimale Ladezustand des Energiespeichers (ES) nicht unterschritten wird.