DE102020001182A1

DE102020001182A1 - Reichweitenprognose

Info

Publication number: DE102020001182A1
Application number: DE102020001182.9A
Authority: DE
Inventors: Niklas Klein; Christian Kreischner
Original assignee: Helmut Schmidt Universitaet
Current assignee: Helmut Schmidt Universitaet
Priority date: 2020-02-24
Filing date: 2020-02-24
Publication date: 2021-08-26

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Reichweitenberechnung eines elektrisch angetriebenen Fahrzeugs, ein Computerprogramm zur Ausführung des Verfahrens und ein maschinenlesbares Speichermedium, auf welchem das Computerprogramm gespeichert ist. Das Verfahren umfasst die Schritte: a) Bestimmen (301) von Daten zu einem momentanen Energieverbrauchzustand (102) des Fahrzeugs (400) vor Fahrtantritt aus den vorliegenden Daten zum Fahrzeugführer (200), zum Fahrzeug (400) und zum Umfeld (500) des Fahrzeugs (400); und b) Berechnung (302) einer Restreichweite des Fahrzeugs (400) aus einer Schätzung von Zukunftsdaten (103) zum Energieverbrauch des Fahrzeugs (400), wobei die Zukunftsdaten (103) aus einer Datenzusammenführung (104) von Vergangenheitsdaten (101) zum Energieverbrauch des Fahrzeugs (400) und den Daten zu dem momentanen Energieverbrauchzustand (102) des Fahrzeugs (400) vor Fahrtantritt ermittelt werden.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Reichweitenberechnung eines elektrisch angetriebenen Fahrzeugs, ein Computerprogramm zur Ausführung des Verfahrens und ein maschinenlesbares Speichermedium, auf welchem das Computerprogramm gespeichert ist.
Die DE 10 2014 215 181 A1 beschreibt ein Verfahren und eine Reichweitenassistenzvorrichtung zum Erhöhen der Reichweite eines Fahrzeugs mit einem elektrischen Antrieb mit folgenden Schritten: Ermitteln einer gewünschten Reichweite des Fahrzeugs, und Ermitteln einer zulässigen Maximalleistung, die der elektrische Antrieb des Fahrzeugs abgeben oder aus dem Akkumulator aufnehmen darf, damit die gewünschte Reichweite erreicht wird.
Alle bekannten Verfahren und Fahrassistenzsysteme funktionieren entweder ungenau oder basieren auf einer Vielzahl von Sensordaten, welche eine Reichweitenprognose bzw. eine Reichweitenberechnung sehr rechenintensiv machen. Des Weiteren sind bei den bekannten Verfahren und Vorrichtungen eine große Anzahl von Sensoren, eine Kommunikation und auch Kartenmaterial notwendig, so dass der Kostenaufwand hoch ist.
Es ist die Aufgabe der Erfindung, eine Möglichkeit bereitzustellen, die Genauigkeit einer Reichweitenberechnung bei elektrisch angetriebenen Fahrzeugen für bekannte und unbekannte Ziele zu erhöhen, wobei kein Kartenmaterial und keine Kommunikation notwendig sind und gleichzeitig der Sensorik-Aufwand minimiert wird.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zur Reichweitenberechnung eines elektrisch angetriebenen Fahrzeugs gemäß dem unabhängigen Patentanspruch 1, mit einem Computerprogramm gemäß dem unabhängigen Patentanspruch 9 sowie mit einem maschinenlesbaren Speichermedium gemäß dem unabhängigen Patentanspruch 10 gelöst.
In einem ersten Aspekt der Erfindung wird die Aufgabe durch ein Verfahren zur Reichweitenberechnung eines elektrisch angetriebenen Fahrzeugs gelöst. Dabei umfasst das Verfahren die Schritte: a) Bestimmen von Daten zu einem momentanen Energieverbrauchzustand des Fahrzeugs vor Fahrtantritt aus den vorliegenden Daten zum Fahrzeugführer, zum Fahrzeug und zum Umfeld des Fahrzeugs; und b) Berechnung einer Restreichweite des Fahrzeugs aus einer Schätzung von Zukunftsdaten zum Energieverbrauch des Fahrzeugs, wobei die Zukunftsdaten aus einer Datenzusammenführung von Vergangenheitsdaten zum Energieverbrauch des Fahrzeugs und den Daten zu dem momentanen Energieverbrauchzustand des Fahrzeugs vor Fahrtantritt ermittelt werden.
Es ist eine Idee der Erfindung zur Reichweitenberechnung eines elektrisch angetriebenen Fahrzeugs einen ganzheitlichen Ansatz zu verfolgen, der durch eine genaue Modellierung des Fahrzeugs, des Fahrzeugführers und des Umfelds erfolgt. Dadurch, dass sämtliche Daten zum Fahrzeug, zum Fahrzeugführer und zum Umfeld berücksichtigt werden, wird eine hohe Genauigkeit bei der Reichweitenberechnung erzielt. Vorzugsweise berücksichtigt das Verfahren bei der Schätzung der noch zurückzulegenden Restreichweite den berechneten Restenergiegehalt in den Traktionsspeichern bzw. Traktionsenergiespeichern basierend auf einem Ansatz der Energiewandlung im Antriebsstrang und berücksichtigt zudem das Fahrverhalten des Fahrzeugführers sowie die Beschaffenheit der Streckenumstände. Das Verfahren bewertet vorzugsweise aktuelle Daten der Fahrzeugsensorik, schreibt diese vorzugsweise in einen Speicher und kann damit vorteilhafterweise bei der Berechnung der Restreichweite auf umfangreiche Daten aus der Vergangenheit sowie der Gegenwart zurückgreifen. Die Daten zu dem momentanen Energieverbrauchzustand des Fahrzeugs vor Fahrtantritt werden zunächst bestimmt, ermittelt, berechnet und/oder festgelegt, wobei der Zeitpunkt „vor Fahrtantritt“ im Folgenden bedeutet, dass der Betriebsbereitschaftszustand des Fahrzeugs vor dem Bewegen des Fahrzeugs betroffen ist bzw. die zuletzt verwendeten und/oder abgespeicherten Daten zum Fahrzeugführer, zum Fahrzeug und zum Umfeld des Fahrzeugs werden wieder verwendet. Dabei wird der Betriebsbereitschaftszustand vorzugsweise durch die Stellung des Zündschlüssels vorgegeben und/oder durch eine Einrichtung, wie ein Knopf eines Keyless Go-Systems, festgelegt. Beispielsweise wird der Betriebsbereitschaftszustand dadurch vorgegeben, dass der Zündschlüssel zumindest kurzfristig in der Aus-Stellung verweilt. Ergänzend oder alternativ wird der Betriebsbereitschaftszustand vorzugsweise durch den Fahrzeugführer vorgegeben, beispielsweise wenn der Fahrer den Fahrersitz zumindest kurzfristig verlässt, insbesondere in dem er das Fahrzeug verlässt und Abstand vom Fahrzeug nimmt. Bei einer Neuauslieferung des Fahrzeugs ab Werk werden für den Betriebsbereitschaftszustand insbesondere die werksseitigen Voreinstellungen zum Fahrzeugführer, zum Fahrzeug und zum Umfeld des Fahrzeugs übernommen.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung erfolgt beim Schritt der Berechnung der Restreichweite des Fahrzeugs ein Wechsel des Fahrzeugführers durch eine Adaption des zu erwartenden Energieverbrauchs des Fahrzeugs an den Fahrzeugführer und an das Umfeld. Damit kann vorteilhafterweise das jeweilige Fahrverhalten verschiedener Fahrzeugführer berücksichtigt werden. Außerdem fließen somit aktuelle Daten des Fahrzeugführers und des Umfelds in die Berechnung der Restreichweite mit ein, die vorzugsweise zeitkontinuierlich erfolgt, so dass die Restreichweitenberechnung stets aktualisiert erfolgt. Vorteilhafterweise wird die Berechnung basierend auf den verwendeten Daten kurzzeit- und/oder langzeitadaptiv durchgeführt. Somit wird die Genauigkeit der Berechnung der Restreichweite noch weiter erhöht.
Gemäß einer anderen bevorzugten Ausführungsform der Erfindung erfolgt beim Schritt der Berechnung der Restreichweite des Fahrzeugs eine zeitkontinuierliche Bewertung und Berechnung der Daten zu dem momentanen Energieverbrauchzustand des Fahrzeugs. Damit wird die Restreichweitenberechnung stets aktualisiert und die Genauigkeit der Berechnung über den gesamten Fahrzyklus hoch gehalten.
Gemäß einer wieder anderen bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfasst das Verfahren weiter den Schritt des Erfassens der entnommenen Energie und der Dynamik des Energieflusses nach Fahrtantritt, um die Vergangenheitsdaten zum Energieverbrauch des Fahrzeugs zu bewerten. Der Zeitpunkt „nach Fahrtantritt“ bedeutet im Folgenden, dass der Betriebsbereitschaftszustand des Fahrzeugs nach dem Starten bzw. nach dem Bewegen des Fahrzeugs betroffen ist. Die Beschreibung des Fahrzeugs erfolgt vorzugsweise mithilfe der Aufteilung in Energieverluste im Antriebsstrang sowie der notwendigen Energie zur Überwindung der Fahrwiderstände. Anschließend wird der Gesamtenergiebedarf berechnet. Vorteilhafterweise wird nach Fahrtantritt die insgesamt aus dem Energiespeicher entnommene Energie erfasst. Weiterhin wird vorzugsweise die Dynamik des Energieflusses berücksichtigt und im Speicher abgelegt. Dadurch werden vorzugsweise weitere Daten zum Fahrzeug, zum Fahrzeugführer und zum Umfeld extrahiert und verwendet. Die Auswertung der Gegenwartsdaten bzw. Ist-Zustands-Daten zum Energieverbrauch ergänzt um die Bewertung der Daten aus der Vergangenheit erlaubt insbesondere eine genauere Schätzung des Energieverbrauchs in der Zukunft, was vorteilhafterweise eine höhere Schätzgenauigkeit der Restreichweite ermöglicht. Vorteilhafterweise wird die Berechnung der Zukunftsdaten aus den bewerteten Vergangenheitsdaten stets aktualisiert und damit auf den neuesten Stand ausgeführt, so dass die Restreichweite noch genauer prognostiziert werden kann. Vorzugsweise wird beim Schritt des Erfassens die Gesamtmasse der Zuladung des Fahrzeugs, insbesondere die Gesamtmasse der Insassen und des Gepäcks, aus der Beschleunigung und dem Drehmoment des Fahrzeugs bestimmt. Damit kann also darauf verzichtet werden, die Masse jedes einzelnen Insassen und jedes einzelnen Gepäckstücks zu ermitteln, weil die erfindungsgemäße Idee auf Robustheit der Daten basiert und gleichzeitig der Sensorik-Aufwand minimiert wird. Des Weiteren wird durch Beobachten bzw. Aufzeichnen des Energieverbrauchs des Fahrzeugs sowie der Energiezufuhr durch zwischenzeitliches Aufladen der Traktionsbatterie eine zuverlässige Restreichweitenprognose ermöglicht.
Gemäß einer anderen bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird das Fahrzeug in eine Mehrzahl von Subkomponenten eingeteilt, die den Lade- und Gesundheitszustand der Traktionsbatterie, die Leistungselektronik, den Antriebsstrang, die Formgebung, die Nebenverbraucher, die Massenträgheit, den Rollwiderstand und/oder den Luftfahrwiderstand umfassen. Das Fahrzeug wird vorzugsweise in seine Subkomponenten zerlegt, die insbesondere Traktionsbatterie, Leistungselektronik, elektrische Maschine sowie Drehzahlwandler umfassen und jeweils modellhaft dargestellt werden, wobei die jeweiligen Modelle durch physikalische, d.h. elektrische und mechanische, Größen, sowie Differenzialgleichungen beschrieben sind. Die Leistungselektronik umfasst vorzugsweise wenigstens einen Leistungswandler, der durch wenigstens ein Verlustkennfeld charakterisiert ist, so dass der Wirkungsgrad der Leistungselektronik des Fahrzeugs berücksichtigt wird. Dabei wird das wenigstens eine Verlustkennfeld durch ein analytisches Model und/oder durch wenigstens ein hybrides Model repräsentiert. Das Verlustkennfeld wird vorzugsweise zuvor in einem speziellen Messverfahren erfasst. Dadurch werden insbesondere erhebliche Rechenvorteile auf Steuergeräten bereitgestellt, weil sich der Rechenaufwand aufgrund der Erfassung des Verlustkennfeldes bzw. des Kennfeldes reduziert. Die Nebenverbraucher umfassen vorzugsweise die Heizung, die Klimaanlage, die Beleuchtung, die Sitzmassage und/oder die Infotainment-Einheit des Fahrzeugs. Durch Berücksichtigung der genannten Einheiten und ihrer Wirkung auf die Reichweite bzw. Restreichweite des Fahrzeugs funktioniert das Verfahren stets mit den aktuellen Daten und erzielt damit eine hohe Genauigkeit.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfasst das Umfeld des Fahrzeugs vorliegende Witterungsverhältnisse, gefahrene Streckenabschnitte, Beschaffenheit der Umgebung, Temperaturen, Radschlupfwerte, Steigungs- und Gefällebewertung, Verkehrsdichte und/oder Standphasen mit eingeschalteter Zündung. Der Einfluss dieser Faktoren aus dem Umfeld fließt damit in die Berechnung der Restreichweite mit ein, was vorteilhafterweise die Genauigkeit hoch hält. Des Weiteren wird auch der Energieaufwand für die Fahrzeugkomfortfunktionen, wie beispielsweise Fahrgastklimatisierung, berücksichtigt. Die Umfeldklassifizierung kann auch durch GPS Daten erfolgen, allerdings ist dies keine Notwendigkeit. Vorteilhafterweise kommt das Verfahren ganz ohne GPS Daten, ohne Kommunikation und ohne Kartenmaterial aus. Damit wird auch der Kostenaufwand minimiert.
Die Umfeld- bzw. Umweltklassifizierung umfasst Straßenklassen, die auch als Functional Road Class (FRC) bezeichnet werden und eine Straßen-Hierarchie wiedergeben, beispielsweise eine Einteilung in Autobahnen, Bundesstraßen, Fernverkehrsstraßen usw. Vorteilhafterweise sind besonders wenige Daten zur Umweltklassifizierung notwendig, die vorzugsweise zusammen mit den Daten zur Fahrzeugführerklassifizierung in einem einzigen Eingangsdatenvektor zusammenführbar sind. Damit wird der Aufwand für die Berechnung minimiert, was einen weiteren Vorteil der Erfindung darstellt.
Gemäß einer anderen bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird der Fahrzeugführer anhand seines Alters und Geschlechts, seiner Fahrpraxis und seines Fahrverhaltens durch Auswertung von Brems-, Beschleunigungs- und Lenkverhalten, durch den Betriebsbereitschaftszustand des Fahrzeugs, insbesondere durch die Stellung des Zündschlüssels, durch die Dauer des Fahrzeug-Aus-Zustands, durch die Schlupfwerte der Reifen und/oder durch die Fahrpedalstellung des Fahrzeugs klassifiziert. Der Einfluss dieser Verhaltensparameter fließt damit in die Berechnung der Restreichweite mit ein, was die Genauigkeit weiter erhöht bzw. hoch hält. Vorteilhafterweise können zur Fahrzeugführerklassifizierung auch die BremspedalStellung, die Lenkwinkelstellung und die Raddrehzahl bestimmt werden. Auch der Betriebsbereitschaftszustand des Fahrzeugs wird vorteilhafterweise in die Berechnung der Restreichweite einfließen. Beispielsweise erlaubt die Stellung des Zündschlüssels vorzugsweise Rückschlüsse auf einen Neustart, einen Fahrzeugführerwechsel, auf eine Park- und/oder eine Haltesituation des Fahrzeugs, also insbesondere einen Rückschluss auf den Betriebsbereitschaftszustand des Fahrzeugs.
Die Fahrzeugführerklassifizierung erfolgt vorzugsweise nach einem Modell mit einer Aufteilung in dynamischer Fahrer, sportlicher Fahrer, zügiger Fahrer, durchschnittlicher Fahrer, Fahranfänger sowie Sonntagsfahrer bzw. Rentner.
Das bevorzugte Modell, das sich beliebig erweitern und ergänzen lässt, wird im Folgenden näher beschrieben:

Der „dynamische Fahrer“ fährt das Fahrzeug über 50 % der Zeit an der physikalischen Fahrzeug-Stabilitätsgrenze, die Quer- und Längsbeschleunigung liegt an der Maximalgrenze, die Straßenverkehrsordnung wird nahezu durchgängig missachtet bzw. es erfolgt ein häufiges Blinken der ESP-Leuchte im Tacho des Fahrzeugs. Der „sportliche Fahrer“ bewegt das Fahrzeug zwar konform mit der Straßenverkehrsordnung jedoch unter gelegentlichem ESP- und ABS-Einsatz, die Stärke und Häufigkeit der Längs- sowie Querbeschleunigung ist moderat, doch vorhanden. Der „zügige Fahrer“ fährt schnell an, behält lang seine Geschwindigkeit bei, bremst spät und kräftig, meidet aber ansonsten hohe Kurvengeschwindigkeiten. Der „durchschnittlicher Fahrer“ fährt unauffällig. Der „Fahranfänger“ fährt sanft an, vermeidet hohe Dynamik, bremst vorzeitig und fährt sehr sanft in den Kurven. Der „Sonntagsfahrer bzw. Rentner“ hat eine sehr unbeständige, unsichere Fahrweise, Brems- sowie Beschleunigungsphasen wechseln sich ab und sind mit lang anhaltenden Phasen niedriger konstanter Geschwindigkeit durchsetzt.

Vorzugweise wird die Klassifizierung des Fahrzeugführers durch zuvor trainierte neuronale Netze ausgeführt. Somit wird ein adaptives Lernen ermöglicht. Die Fahrzeugführerklassifizierung erfolgt vorzugsweise durch die Auswertung von Brems-, Beschleunigungs- und Lenkverhalten. Dazu wird die fahrzeugeigene Sensorik benutzt. Die Fahrzeugführerbewertung und Fahrzeugführerklassifizierung werden ebenfalls vorzugsweise im Speicher abgelegt. Vorteilhafterweise sind besonders wenige Daten zur Fahrzeugführerklassifizierung notwendig, die vorzugsweise zusammen mit den Daten zur Umfeldklassifizierung in einem einzigen Eingangsdatenvektor zusammenführbar sind. Damit wird vorteilhafterweise der Aufwand für die Berechnung minimiert.
Die Klassifikation des Fahrzeugführers sowie der Strecke bzw. des Umfelds werden vorzugsweise als Wichtungsfaktor für die Berechnung der übrig gebliebenen Reichweite, also der Restreichweite, herangezogen.
Gemäß einer anderen bevorzugten Ausführungsform der Erfindung erfolgt eine Rückmeldung an den Fahrzeugführer über die Effizienz seiner Fahrweise und ein Vorschlag zur Effizienzsteigerung an den Fahrzeugführer, in dem ein Vergleich der berechneten Restreichweite des Fahrzeugs, die mit dem momentanen Fahrverhalten des Fahrzeugführers erzielt wird, mit einer zu erwartenden Restreichweite des Fahrzeugs, die mit einem angepassten Fahrverhalten des Fahrzeugführers erzielt wird, erfolgt und der Vergleich beider Reichweiten sowie die für das angepasste Fahrverhalten einzuhaltende maximale Geschwindigkeit des Fahrzeugs dem Fahrzeugführer signalisiert werden. Durch die Rückmeldung bekommt der Fahrzeugführer die Chance sein Fahrverhalten entsprechend anzupassen, um gegebenenfalls die Restreichweite des Fahrzeugs zu erhöhen. Die Rückmeldung erfolgt vorzugsweise optisch über eine Warnanzeige, akustisch durch Abspielen eines Tons oder einer Tonfolge, haptisch über das Berühren einer Steuereinheit und/oder kinästhetisch durch mechanische Änderung des Fahrpedal-Widerstands. Vorteilhafterweise kann das Verfahren mithilfe einer Warnanzeige den Fahrzeugführer über die Effizienz seiner Fahrweise informieren und gegebenenfalls einen Anreiz zur optimalen Fahrweise liefern. Basierend auf den gewonnenen Daten aus dem Fahrverhalten eines Fahrzeugführers wird vorzugsweise seine Fahrweise bewertet. Aufgrund der vorliegenden Daten der Subkomponenten des Fahrzeugs wird vorzugsweise der Gesamtwirkungsgrad des Fahrzeugs errechnet und gegebenenfalls grafisch präsentiert. Solch eine grafische Darstellung bietet vorteilhafterweise dem Fahrzeugführer einen Anreiz seinen Fahrstil zu verbessern bzw. anzupassen.
In anderen bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung wird in der grafischen Darstellung die höchstmögliche erzielbare Reichweite bei einer optimalen Fahrweise dargestellt und mit der aktuellen Ist-Reichweite verglichen, um so den Fahrzeugführer zu einem besseren Fahrstil bzw. Fahrverhalten zu motivieren. Die Implementierung der Rückmeldung erfolgt insbesondere durch eine Softwareanwendung, beispielsweise auf einem externen Kommunikationsgerät, wie auf einem Smartphone, einem Tablet oder einem Notebook, so dass der Fahrzeugführer nicht nur zum Fahrzeug gehörende Kommunikationsgeräte sondern auch externe Kommunikationsgeräte zur Hilfe nehmen kann. Damit ist die erfindungsgemäße Idee auf beliebig vielen internen und externen Kommunikationsgeräten implementierbar.
Vorteilhafterweise wird durch die Rückmeldung auch die Fahrsicherheit erhöht, insbesondere da dem Fahrzeugführer signalisierbar ist, die Geschwindigkeit des Fahrzeugs zu drosseln oder nicht bzw. nicht zu stark zu bremsen. Die Signalisierung erfolgt vorzugsweise durch eine Sonifikation. Bei der Sonifikation werden Daten insbesondere als Klänge dargestellt. Neben der graphischen Darstellung von Daten, die diese visuell zugänglich macht, stellt die Sonifikation insbesondere eine akustische Form der Anschauung dar. Dabei wird als Rückmeldung vorzugsweise ein unterschwelliger Ton oder eine unterschwellige Tonfolge verwendet, so dass ein akustisches Feedbacksignal an den Fahrzeugführer übermittelt wird. In einer bevorzugten Ausführungsform erfolgt kein Ton, wenn sich der Fahrzeugführer optimal verhält, d.h. beispielsweise ein Fahrverhalten wie ein „durchschnittlicher Fahrer“ erkennen lässt. In einer anderen bevorzugten Ausführungsform erfolgt ein unterschwelliger Warnton, wenn der Fahrzeugführer beispielsweise ein Fahrverhalten wie ein „sportlicher Fahrer“ oder wie ein „zügiger Fahrer“ erkennen lässt. Dabei lässt sich ein solcher Fahrstil bzw. ein solches Fahrverhalten insbesondere an dem Brems-, Beschleunigungs- und/oder Lenkeinschlagsverhalten des Fahrzeugführers erkennen. Somit wird die Fahrsicherheit weiter erhöht.
Gemäß einer wieder anderen bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden in einem weiteren Schritt weitere Informationen aus einer Streckenplanung berücksichtigt, die die Entfernung, die voraussichtliche Fahrdauer ohne Pausen, die Haltezeiten, die Verkehrssituation und/oder Streckenabschnitte mit zulässiger Fahrgeschwindigkeit aus der Streckenplanung umfassen. Durch Berücksichtigung der Streckenplanung und vorzugsweise auch des Fahrtziels wird die Genauigkeit der Restreichweitenberechnung noch weiter erhöht.
In einem zweiten Aspekt der Erfindung wird die Aufgabe durch ein Computerprogramm gelöst. Dabei ist das Computerprogramm ladbar oder geladen in einen Speicher eines Computers mit von dem Computer lesbaren Befehlen zur Ausführung des Verfahrens gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung, wenn die Befehle auf dem Computer ausgeführt werden.
In einem dritten Aspekt der Erfindung wird die Aufgabe durch ein maschinenlesbares Speichermedium gelöst. Dabei ist auf dem maschinenlesbaren Speichermedium ein Computerprogramm gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung gespeichert.
In einem vierten Aspekt der Erfindung wird die Aufgabe durch ein Fahrassistenzsystem eines elektrisch angetriebenen Fahrzeugs gelöst. Das Fahrassistenzsystem umfasst: einen Traktionsenergiespeicher zum Speichern von Daten zu einem momentanen Energieverbrauchzustand des Fahrzeugs vor Fahrtantritt, wobei die Daten zu dem momentanen Energieverbrauchzustand aus den vorliegenden Daten zum Fahrzeugführer, zum Fahrzeug und zum Umfeld des Fahrzeugs bestimmbar sind; eine Sensoreinheit zum Erfassen von Fahrzeugdaten; und eine Berechnungseinheit für das Zusammenführen von Daten aus der Sensoreinheit und dem Traktionsenergiespeicher zur Berechnung der Restreichweite des Fahrzeugs aus einer Schätzung von Zukunftsdaten zum Energieverbrauch des Fahrzeugs, wobei die Zukunftsdaten aus einer Datenzusammenführung von Vergangenheitsdaten zum Energieverbrauch des Fahrzeugs und den Daten zu dem momentanen Energieverbrauchzustand des Fahrzeugs vor Fahrtantritt ermittelt werden.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfasst das Fahrassistenzsystem eine Anzeigeeinheit zum Anzeigen einer Rückmeldung an den Fahrzeugführer über die Effizienz seiner Fahrweise mit einem Vorschlag zur Effizienzsteigerung an den Fahrzeugführer.
Durch die Abspeicherung der Energieverbrauchsdaten, des Fahrverhaltens sowie der Streckendaten wird vorzugsweise eine zeitkontinuierliche Bewertung und Berechnung des Energieverbrauchs ermöglicht. Durch die zeitkontinuierliche Bewertung werden vorteilhafterweise deutlich zuverlässigere Daten des Verbrauchs in der Zukunft geschätzt und somit ist die Restreichweitenschätzung bzw. -berechnung genauer und zuverlässiger, wobei nur ein minimaler Sensorik-Aufwand und überhaupt kein Kartenmaterial bzw. keine Kommunikation notwendig sind. Weitere Vorteile der Erfindung sind neben der Minimierung des Rechenaufwands auch die Reduzierung des Kostenaufwands.
Vorzugsweise wird durch die Zusammenführung der gespeicherten Vergangenheitsdaten zum Fahrverhalten, zu den gefahrenen Streckenabschnitten, zur Beschaffenheit der Umgebung, Wetter, Temperaturen usw. mit den Gegenwartsdaten die für die Traktion benötigte Energie genauer abgeschätzt. Vorzugsweise wird die Ausdehnung des zeitlichen Horizonts der vergangenen Datenerfassung weitreichend in die Vergangenheit oder auch kurzweilend angepasst. Die Schätzung der Zukunftsdaten wird vorzugsweise durch Adaption bzw. durch adaptives Lernen ausgeführt. Somit wird der zeitlich lang ausgedehnte Horizont bzw. auch ein unterschiedlich lang ausgedehnter Zeithorizont berücksichtigt. Der Zeithorizont wird vorzugsweise erfasst und adaptiert einen möglichen Fahrzeugführerwechsel. Die kurzfristig aufgetretene Änderung lässt eine Anpassung im Fahrverhalten des aktuellen Fahrzeugführers erkennen und so kann beispielsweise eine Änderung der Umgebung festgestellt werden.
Es ist eine Idee der Erfindung neben den Fahrzeug-inhärenten Charakteristika, wie Wirkungsgrad der Energiewandlung, Ladezustand der Batterie usw., eine Fahrzeugführer- sowie Streckenklassifizierung zu erstellen. Vorzugsweise dienen dabei die Art und Weise der Gaspedalbetätigung, die Häufigkeit und Stärke von Lenkeinschlägen oder aufgezeichnete Geschwindigkeits- und Bremsverläufe als Eingangswerte für die Mustererkennung zur Klassifizierung. Um die benötigten Rechenressourcen gering zu halten, ist es vorteilhafterweise möglich, Kennfelder von Leistungswandlern oder von anderen elektrischen und/oder mechanischen Komponenten zu hinterlegen. Bei Verfügbarkeit von ausreichenden Rechenressourcen ist der Einsatz einer künstlichen Intelligenz (KI) im Fahrzeug denkbar. Ferner werden durch die Klassifizierung bzw. durch die Bewertung der Vergangenheits- und/oder der Gegenwartsdaten eine Rückmeldung an den Fahrzeugführer gegeben, wie sein Fahrverhalten bewertet wird und somit werden Maßnahmen aufgezeigt, damit der Fahrzeugführer sein Fahrverhalten anpassen und so die Restreichweite des Fahrzeugs erhöhen kann. Vorteilhafterweise kann über die KI auch eine Batteriealterung bestimmbar sein, die die Sollwerte mit den Istwerten zum Fahrzeugverhalten vergleicht. Durch die Bestimmung der Batteriealterung können vorteilhafterweise etwaige Garantie- bzw. Gewährleistungsansprüche gegen den Hersteller bzw. Veräußerer geltend gemacht werden. In einer Steuereinheit, die die Funktion der KI wiederspiegelt, erfolgen vorzugsweise die Fahrzeugführer- sowie Streckenklassifizierung und das adaptive Lernen. Die Steuereinheit befindet sich dabei vorzugsweise im Controller des Fahrzeugs.
Vorteilhafterweise kann das Ziel bei der Streckenplanung sowohl bekannt als auch unbekannt sein. Weiterhin vorteilhaft ist eine selbstständige Adaption der Fahrzeugcharakteristik an den jeweiligen Fahrzeugführertyp und an die vorliegende Fahrsituation. Vorteilhafterweise liegt eine hohe Robustheit hinsichtlich der notwendigen Daten vor, da keine externen Daten notwendig sind. Alle notwendigen Daten des Fahrzeugs sind vorzugsweise mit nur einem Sensor, insbesondere mit einem 6-Achsen Beschleunigungssensor, erfassbar, so dass der Sensorik-Aufwand minimiert wird.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die Zeichnungen weiter im Detail erläutert.

1 zeigt eine Modelldarstellung zur Reichweitenberechnung nach dem Stand der Technik;
2 zeigt eine Modelldarstellung zur Reichweitenberechnung für zufällige Fahrzyklen eines elektrisch angetriebenen Fahrzeugs gemäß einem ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
3 zeigt einzelne Schritte eines Verfahrens zur Reichweitenberechnung eines elektrisch angetriebenen Fahrzeugs gemäß einem zweiten bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung; und
4 zeigt eine modellhafte Betrachtung des Fahrzeugs bzw. eines Fahrzeugassistenzsystems gemäß einem dritten bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung.

1 zeigt eine Modelldarstellung zur Reichweitenberechnung für fest vorgegebene oder GPS-gestützte Fahrzyklen gemäß dem Stand der Technik. Die Vergangenheitsdaten 108 sind über den gesamten Zeithorizont bekannt und werden auch als Zyklusdaten bezeichnet. Die Vergangenheitsdaten 108 umfassen den Geschwindigkeitsverlauf des Fahrzeugs über der Zeit. Die Fahrzeugdaten 109 werden mit den Vergangenheitsdaten 108 zusammengeführt 104 und durch das Anwenden eines entsprechenden Modells 110 wird eine Reichweitenberechnung zur Anzeige 105 gebracht.
2 zeigt eine Modelldarstellung zur Reichweitenberechnung für zufällige oder kartenlose Fahrzyklen gemäß einem ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Die Vergangenheitsdaten 101 sind ausschließlich über einen begrenzten Zeithorizont bekannt, d.h. die Zukunftsdaten 103 sind in dem ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel noch unbekannt. Die Vergangenheitsdaten 101 umfassen den Geschwindigkeitsverlauf des Fahrzeugs über der Zeit und sind in einer Speichereinheit abgelegt. Neben dem Geschwindigkeitsverlauf des Fahrzeugs werden in dem ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung auch die folgen Daten zur Berechnung bzw. zur Auswertung verwendet: Beschleunigung, Fahrpedalstellung und Bremspedalstellung des Fahrzeugs.
In anderen bevorzugten Ausführungsbeispielen der Erfindung werden andere oder weitere Vergangenheitsdaten verwendet als in diesem ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel.
Die Gegenwartsdaten bzw. Ist-Zustands-Daten 102, die in einer Sensoreinheit des Fahrzeugs 400 abgelegt sind, werden in dem ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel mit den Vergangenheitsdaten 101 zusammengeführt 104. Die ganzheitliche Betrachtung von Fahrzeugführer 200, Fahrzeug 400 und Strecke 500 erlaubt eine Schätzung der Zukunftsdaten 103, wobei diese in einem Datenspeicher abgelegt werden. Der Datenspeicher und die Speichereinheit sind in dem ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel dieselbe Einheit.
In anderen bevorzugten Ausführungsbeispielen sind der Datenspeicher und die Speichereinheit unterschiedliche Einheiten und entweder in unmittelbarere Nähe zueinander angeordnet oder an unterschiedlichen Orten angeordnet.
Aus der ganzheitlichen Betrachtung von Fahrzeugführer 200, Fahrzeug 400 und Strecke 500 wird eine Restreichweitenberechnung bzw. -prognose durchgeführt und angezeigt 105 und zudem wird auch eine maximale Fahrgeschwindigkeit angezeigt 106, um die Restreichweite durch das momentane Fahrverhalten einzuhalten.
In dem ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung erfolgt eine Rückmeldung an den Fahrzeugführer 200. Dem Fahrzeugführer 200 wird signalisiert, dass er eine Restreichweite von 95 km unter Beibehaltung seiner aktuellen Fahrweise bei Einhaltung einer maximalen Fahrgeschwindigkeit von 80 km/h zu erwarten hat.
3 zeigt einzelne Schritte eines Verfahrens 300 zur Reichweitenberechnung eines elektrisch angetriebenen Fahrzeugs gemäß einem zweiten bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
In einem ersten Schritt 301 des Verfahrens 300 werden Daten zu einem momentanen Energieverbrauchszustand des Fahrzeugs 400 vor Fahrtantritt, d.h. in dem zweiten bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung nach Betätigen des Zündschlüssels, aus den vorliegenden Daten zum Fahrzeugführer 200, zum Fahrzeug 400 und zum Umfeld 500 des Fahrzeugs bestimmt 301.
In einem zweiten Schritt 302 wird die Restreichweite des Fahrzeugs 400 aus einer Schätzung von Zukunftsdaten 103 zum Energieverbrauch des Fahrzeugs 400 berechnet 302, wobei die Zukunftsdaten 103 aus einer Datenzusammenführung 104 von Vergangenheitsdaten 101 zum Energieverbrauch des Fahrzeugs 400 und den Daten zu dem momentanen Energieverbrauchszustand 102, die von den Ist-Zustands-Daten repräsentiert werden, des Fahrzeugs 400 vor Fahrtantritt ermittelt werden.
In dem zweiten bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung wird in einem dritten Schritt 303 die entnommene Energie und die Dynamik des Energieflusses nach Fahrtantritt erfasst 303, um die Vergangenheitsdaten 101 zum Energieverbrauch des Fahrzeugs 400 zu bewerten.
In einem vierten und in diesem zweiten bevorzugten Ausführungsbeispiel letzten Schritt 304 werden weitere Informationen aus einer Streckenplanung berücksichtigt, die die Entfernung, die voraussichtliche Fahrdauer ohne Pausen, die Haltezeiten, die Verkehrssituation und Streckenabschnitte mit zulässiger Fahrgeschwindigkeit aus der Streckenplanung umfassen.
In anderen bevorzugten Ausführungsbeispielen der Erfindung umfasst das Verfahren nur den ersten Schritt 301 und den zweiten Schritt 302. Wieder in anderen bevorzugten Ausführungsbeispielen der Erfindung umfasst das Verfahren drei Schritte, wobei nach den ersten beiden Schritten 301, 302, auch der dritte Schritt 303 durchgeführt wird. In wieder anderen bevorzugten Ausführungsbeispielen der Erfindung wird in einem allerletzten Schritt, der in 3 nicht dargestellt ist, eine Rückmeldung an den Fahrzeugführer 200 über die Effizienz seiner Fahrweise bzw. seines Fahrverhaltens und ein Vorschlag zur Effizienzsteigerung an den Fahrzeugführer erfolgen, sodass der Fahrzeugführer sein Fahrverhalten gegebenenfalls anpassen kann. Je nach Ausführungsbeispiel der Erfindung wird eine solche Rückmeldung also bereits nach den ersten beiden Schritten 301, 302 erfolgen und/oder erst nach dem dritten Schritt 303 und/oder erst nach dem vierten Schritt 304.
4 zeigt eine modellhafte Betrachtung des Fahrzeugs 400 bzw. eines Fahrassistenzsystems eines elektrisch angetriebenen Fahrzeugs 400 gemäß einem dritten bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Das Fahrassistenzsystem 400 umfasst einen Traktionsenergiespeicher 401 zum Speichern von Daten zu einem momentanen Energieverbrauchzustand 102 des Fahrzeugs 400 vor Fahrtantritt, wobei der momentane Energieverbrauchzustand 102 aus den vorliegenden Daten zum Fahrzeugführer 200, zum Fahrzeug 400 und zum Umfeld 500 des Fahrzeugs 400 bestimmbar ist.
Des Weiteren umfasst das Fahrassistenzsystem 400 in diesem dritten bevorzugten Ausführungsbeispiel eine Sensoreinheit 402 zum Erfassen von Fahrzeugdaten, eine Berechnungseinheit 403 für das Zusammenführen von Daten aus der Sensoreinheit 402 und dem Traktionsenergiespeicher 401, um die Restreichweite des Fahrzeugs 400 aus einer Schätzung von Zukunftsdaten 103 zum Energieverbrauch des Fahrzeugs 400 zu berechnen, wobei die Zukunftsdaten 103 aus einer Datenzusammenführung 104 von Vergangenheitsdaten 101 zum Energieverbrauch des Fahrzeugs 400 und den Ist-Zustands-Daten zum momentanen Energieverbrauchszustand 102 des Fahrzeugs 400 vor Fahrtantritt ermittelt werden.
In dem dritten bevorzugten Ausführungsbeispiel ist auch eine Anzeigeeinheit 404 zum Anzeigen einer Rückmeldung an den Fahrzeugführer 200 vorhanden, so dass dem Fahrzeugführer 200 signalisiert wird, dass er eine bestimmte Restreichweite unter Beibehaltung seiner aktuellen Fahrweise bei Einhaltung einer maximalen Fahrgeschwindigkeit zu erwarten hat.
In anderen bevorzugten Ausführungsbeispielen der Erfindung erfolgt eine Rückmeldung an den Fahrzeugführer 200 über die Effizienz seiner Fahrweise mit einem Vorschlag zur Effizienzsteigerung an den Fahrzeugführer 200. Dem Fahrzeugführer 200 wird optisch über eine Anzeigeeinheit eine realistisch erreichbare Restreichweite bei angepasstem Fahrverhalten im Vergleich zu der prognostizierten Reichweite angegeben, so dass dieser angeleitet wird, sein aktuelles Fahrverhalten anzupassen, um die Restreichweite zu verlängern.
Ein Fahrverhalten wird beispielsweise auch dadurch bestimmt, ob ein Fahrzeugführer viele Kurzstrecken oder viele Langstrecken, d.h. beispielsweise viel Stadtverkehr oder Überlandfahrten macht, ob der Fahrzeugführer ruckartig anfährt und abbremst oder eher vorausschauend fährt.
In wieder anderen bevorzugten Ausführungsbeispielen der Erfindung wird das antizipierte Fahrzeugführerverhalten aus einem gelernten Fahrzeugführermodell abgeleitet. Insbesondere wird das Fahrzeug Daten über das Fahrzeugführerverhalten sammeln, wie beispielsweise über Beschleunigungsvorgänge, Abbremsvorgänge, Fahrgeschwindigkeiten und Ähnliches. Vorteilhafterweise kann durch die Vorhersage des Fahrzeugführerverhaltens und durch die proaktive Handlungsempfehlung der Energieverbrauch des Elektrofahrzeugs reduziert werden, wodurch die Restreichweite optimiert werden kann.
Die Fahrzeugbetriebsstrategie umfasst vorzugsweise einen Energiesparmodus, einen Komfortmodus und/oder einen Sportmodus. Das Fahrzeugführermodell wird unter Berücksichtigung der Fahrzeugbetriebsstrategie vorzugsweise laufend aktualisiert bzw. ergänzt werden.
In weiteren bevorzugten Ausführungsbeispielen der Erfindung ist ein computerlesbares bzw. maschinenlesbares Speichermedium offenbart, das Computer-ausführbare Instruktionen enthält bzw. auf welchem ein Computerprogramm gespeichert ist. Die Instruktionen, wenn sie von einem Prozessor eines Computers ausgeführt werden, veranlassen den Computer dazu, das erfindungsgemäße Verfahren auszuführen. Das Computerprogramm ist ladbar oder wird in einen Speicher eines Computers mit von dem Computer lesbaren Befehlen zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geladen, wenn die Befehle auf dem Computer ausgeführt werden.
Erfindungsgemäß wird ein adaptives Verfahren bereitgestellt, welche eine Reichweitenberechnung mit minimalem Rechen- und Kostenaufwand bei hoher Genauigkeit bietet. Durch die Kennfeldrepräsentation der Wandlungskomponenten, dem adaptiven Verhalten und der Fahrzeugführerklassifizierung wird eine hohe Genauigkeit bei geringem Berechnungsaufwand bereitgestellt. Das Gesamtsystem ist robust und weist einen geringen Sensorik-Aufwand auf. Zudem sind keine Karten notwendig, auch werden keine Kommunikation und kein GPS benötigt. Das erfindungsgemäße Verfahren ist insbesondere nicht auf das GPS-Signal und auf das Kartenmaterial angewiesen. Vorteilhafterweise wird das erfindungsgemäße Verfahren durch das Vorhandensein und Auswerten eines GPS-Signals und/oder des Kartenmaterial noch genauer. Vorteilhafterweise kann das Verfahren in einem handelsüblichen Mikrocontroller implementiert werden.
Des Weiteren wird eine realistisch erreichbare Restreichweite bei angepasstem Fahrverhalten im Vergleich zu der prognostizierten Reichweite angegeben. Vorteilhafterweise werden auch Informationen aus der aktuellen Streckenplanung berücksichtigt, wobei gerade bei hohen Reisegeschwindigkeiten bzw. Fahrgeschwindigkeiten die Verluste durch den Luftwiderstand stark ansteigen und der Wirkungsgrad vom Elektromotor gleichzeitig in der Regel abnimmt. Durch eine Rückmeldung an den Fahrzeugführer zur Anpassung seines Fahrverhaltens können vorteilhafterweise die Verluste minimiert oder beseitigt und somit der Wirkungsgrad des Elektromotors optimiert werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102014215181 A1 [0002]

Claims

Verfahren zur Reichweitenberechnung eines elektrisch angetriebenen Fahrzeugs (400), umfassend die Schritte: a) Bestimmen (301) von Daten zu einem momentanen Energieverbrauchzustand (102) des Fahrzeugs (400) vor Fahrtantritt aus den vorliegenden Daten zum Fahrzeugführer (200), zum Fahrzeug (400) und zum Umfeld (500) des Fahrzeugs (400); und b) Berechnung (302) einer Restreichweite des Fahrzeugs (400) aus einer Schätzung von Zukunftsdaten (103) zum Energieverbrauch des Fahrzeugs (400), wobei die Zukunftsdaten (103) aus einer Datenzusammenführung (104) von Vergangenheitsdaten (101) zum Energieverbrauch des Fahrzeugs (400) und den Daten zu dem momentanen Energieverbrauchzustand (102) des Fahrzeugs (400) vor Fahrtantritt ermittelt werden.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei beim Schritt der Berechnung (302) der Restreichweite des Fahrzeugs (400) ein Wechsel des Fahrzeugführers (200) durch eine Adaption des zu erwartenden Energieverbrauchs des Fahrzeugs (400) an den Fahrzeugführer (200) und an das Umfeld (500) erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei beim Schritt der Berechnung (302) der Restreichweite des Fahrzeugs (400) eine zeitkontinuierliche Bewertung und Berechnung der Daten zu dem momentanen Energieverbrauchzustand (102) des Fahrzeugs (400) erfolgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, weiter umfassend den Schritt des Erfassens (303) der entnommenen Energie und der Dynamik des Energieflusses nach Fahrtantritt, um die Vergangenheitsdaten (101) zum Energieverbrauch des Fahrzeugs (400) zu bewerten.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Fahrzeug (400) in eine Mehrzahl von Subkomponenten eingeteilt wird, die den Lade- und Gesundheitszustand der Traktionsbatterie, die Leistungselektronik, den Antriebsstrang, die Formgebung, die Nebenverbraucher, die Massenträgheit, den Rollwiderstand und/oder den Luftfahrwiderstand umfassen.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Umfeld (500) des Fahrzeugs (400) vorliegende Witterungsverhältnisse, gefahrene Streckenabschnitte, Beschaffenheit der Umgebung, Temperaturen, Radschlupfwerte, Steigungs- und Gefällebewertung, Verkehrsdichte und/oder Standphasen mit eingeschalteter Zündung umfasst.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Fahrzeugführer (200) anhand seines Alters und Geschlechts, seiner Fahrpraxis und seines Fahrverhaltens durch Auswertung von Brems-, Beschleunigungs- und Lenkverhalten, durch den Betriebsbereitschaftszustand des Fahrzeugs (400), insbesondere durch die Stellung des Zündschlüssels, durch die Dauer des Fahrzeug-Aus-Zustands, durch die Schlupfwerte der Reifen und/oder durch die Fahrpedalstellung des Fahrzeugs (400) klassifiziert wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Rückmeldung an den Fahrzeugführer (200) über die Effizienz seiner Fahrweise und ein Vorschlag zur Effizienzsteigerung an den Fahrzeugführer (200) erfolgt, in dem ein Vergleich der berechneten Restreichweite des Fahrzeugs (400), die mit dem momentanen Fahrverhalten des Fahrzeugführers (200) erzielt wird, mit einer zu erwartenden Restreichweite des Fahrzeugs (400), die mit einem angepassten Fahrverhalten des Fahrzeugführers (200) erzielt wird, erfolgt und der Vergleich (105) beider Reichweiten sowie die für das angepasste Fahrverhalten einzuhaltende maximale Geschwindigkeit (106) des Fahrzeugs (400) dem Fahrzeugführer (200) signalisiert werden.
Computerprogramm, ladbar oder geladen in einen Speicher eines Computers mit von dem Computer lesbaren Befehlen zur Ausführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 8, wenn die Befehle auf dem Computer ausgeführt werden.
Maschinenlesbares Speichermedium, auf welchem ein Computerprogramm nach dem vorstehenden Anspruch gespeichert ist.