DE102020119861A1

DE102020119861A1 - Verfahren und Assistenzeinrichtung zum iterativ optimierten Betreiben eines Kraftfahrzeugs und Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE102020119861A1
Application number: DE102020119861.2A
Authority: DE
Inventors: Andreas Maerkl
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2020-07-28
Filing date: 2020-07-28
Publication date: 2022-02-03

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Assistenzeinrichtung zum iterativen Optimieren einer Betriebsstrategie für ein Kraftfahrzeug sowie ein entsprechend eingerichtetes Kraftfahrzeug. Bei dem Verfahren werden im Betrieb des Kraftfahrzeugs Zustandsdaten erfasst, die dessen Energiebedarf charakterisieren. Daraus wird eine Energieverbrauchskarte erstellt. Für eine bevorstehend zu befahrende Strecke wird basierend auf der Energieverbrauchskarte eine Betriebsstrategie für das Kraftfahrzeug hinsichtlich wenigstens einer Zielvorgabe bestimmt. Nachdem die jeweilige Strecke von dem Kraftfahrzeug unter Anwendung der bestimmten Betriebsstrategie befahren wurde, wird anhand der dabei erfassten Zustandsdaten bewertet, inwieweit die Zielvorgabe erreicht wurde. Abhängig von dieser Bewertung wird wenigstens ein Parameterwert der Betriebsstrategie modifiziert, um eine hinsichtlich der Energieeffizienz optimierte Betriebsstrategie zu bestimmen, die dann für ein zukünftiges Befahren der jeweiligen Strecke hinterlegt wird.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum iterativen Optimieren einer Betriebsstrategie für ein Kraftfahrzeug hinsichtlich einer Energieeffizienz, eine Assistenzeinrichtung zum Durchführen eines solchen Verfahrens und ein entsprechend eingerichtetes Kraftfahrzeug
Im Betrieb von Kraftfahrzeugen gibt es häufig zumindest scheinbare Zielkonflikte, beispielsweise zwischen der Minimierung eines Energieverbrauchs zur Senkung von Emissionen und zu Maximierung einer Reichweite einerseits und einem maximalen Kundenkomfort durch permanente Bereitstellung einer maximierten Leistungsfähigkeit des Kraftfahrzeugs und beispielsweise eine besonders schnelle und stabile Temperierung eines Fahrzeuginnenraums andererseits. Gerade bei elektrisch betriebenen, also mit einer Traktionsbatterie oder einem Hochvoltspeicher ausgestatteten Kraftfahrzeugen können das Kühlen und Heizen des Hochvoltspeichers sowie die Klimatisierung des Fahrzeuginnenraums hinsichtlich eines Energiebedarfs und damit einer verfügbaren Reichweite des Kraftfahrzeugs bedeutende Aufgaben im Betrieb des Kraftfahrzeugs darstellen. Die dafür aufgewendete Energie kann einerseits einen effizienteren Betrieb des Kraftfahrzeugs ermöglichen - etwa aufgrund einer Temperaturabhängigkeit einer Leistungsfähigkeit heutiger Traktionsbatterien sowie einer verbesserten Windschlüpfrigkeit des Kraftfahrzeugs wenn jeweilige Insassen aufgrund einer leistungsfähigen Klimatisierung nicht die Notwendigkeit verspüren, Seitenfenster des Kraftfahrzeugs zu öffnen - steht aber andererseits nicht direkt als Antriebsenergie zur Verfügung und kann somit die Reichweite des Kraftfahrzeugs verringern. Damit ergibt sich also eine Optimierungsaufgabe bzw. ein Optimierungsproblem für ein Energiemanagement, insbesondere ein Wärme- oder Thermomanagement, im Betrieb des Kraftfahrzeugs hinsichtlich einer maximierten Energieeffizienz bei gleichzeitig zumindest ausreichender Erfüllung jeweils gegebener Anforderungen. Problematisch ist dabei insbesondere, dass es eine Vielzahl von Einflussfaktoren und Betriebssituationen gibt, durch die ein Lösungs- oder Parameterraum dieses Optimierungsproblems derartig groß und komplex werden kann, dass eine vollständige analytische Lösung, insbesondere in Echtzeit während des Betriebs des Kraftfahrzeugs nicht praktikabel darstellbar ist.
Als einen Ansatz zur Optimierung eines Fahrzeugbetriebs beschreibt die DE 10 2014 204 206 A1 eine Fahrwegnavigation mit optimalem Geschwindigkeitsprofil. Konkret ist darin ein System zur Optimierung eines Energieverbrauchs eines Fahrzeugs beschrieben, das einen Streckenrechner, einen Geschwindigkeitsprofilgenerator und einen Geschwindigkeitaktualisierer umfasst. Damit soll ein Profil für eine hinsichtlich des Energieverbrauchs optimale Geschwindigkeit unter Verwendung eines Energieverbrauchsmodells des Fahrzeugs und Straßenanstiegsdaten für eine jeweilige Strecke berechnet werden. Dabei werden mehrere denkbare Geschwindigkeitsprofiltrajektorien zwischen einer Höchsttrajektorie und einer Mindesttrajektorie miteinander verglichen. Der Geschwindigkeitaktualisierer reagiert dann auf eine aktuelle Position des Fahrzeugs und das Profil für die optimale Geschwindigkeit, um eine entsprechende Zielgeschwindigkeit für die aktuelle Positionen auszulösen. Problematisch ist dabei jedoch, dass das verwendete Energieverbrauchsmodell des Fahrzeugs für praktikable Berechnungen notwendigerweise nicht vollständig realistisch sein kann, wodurch letztendlich weiteres Energieeinsparpotenzial beim Betrieb des Kraftfahrzeugs ungenutzt bleibt.
Weiter ist aus der DE 10 2009 034 096 A1 ein adaptives Fahrzeugsteuerungssystem mit Fahrstilerkennung bekannt. Dabei werden basierend auf Sensormesssignalen charakteristische Manöver des Fahrzeugs identifiziert und Verkehrs- und Straßenbedingungen erkannt. Darauf basierend sollen ein jeweiliger Fahrstil klassifiziert und Fahrstilklassifizierungssignale geliefert werden, die den Typ eines das Fahrzeug fahrenden Fahrers identifizieren. Damit soll die Fahrzeugsteuerung an eine Fahrumgebung oder die Fahrcharakteristiken des Fahrers angepasst werden, um für den Fahrer das wünschenswerteste Fahrzeugverhalten zur Verfügung zu stellen. Dies kann zwar gegebenenfalls eine Erfüllung von fahrerseitigen Anforderungen an das jeweilige Fahrzeug ermöglichen, stellt jedoch keine optimale Energieeffizienz beim Betrieb des Fahrzeugs sicher.
Anstelle des Fahrstils oder Typs des jeweiligen Fahrers können ebenso jeweilige Verkehrssituationen den Betrieb des Fahrzeugs beeinflussen. Dazu beschreibt die DE 10 2011 083 677 A1 eine Prognose einer Verkehrssituation für ein Fahrzeug. Dabei wird anhand eines aktuellen Zustands des Fahrzeugs und anhand historischer Daten mindestens eine mögliche Zukunft für die Verkehrssituation des Fahrzeugs bestimmt.
Dazu kann beispielsweise anhand einer Simulation ein zukünftiger Verkehrsfluss in Fahrtrichtung des Fahrzeugs bestimmt werden, insbesondere in mehreren Simulationsdurchläufen, um mehrere zukünftig mögliche Verkehrssituationen zu bestimmen.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen effizienteren Fahrzeugbetrieb zu ermöglichen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der vorliegenden Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen, in der Beschreibung und in der Zeichnung angegeben.
Das erfindungsgemäße Verfahren dient zum iterativen Optimieren einer Betriebsstrategie für ein Kraftfahrzeug hinsichtlich einer Energieeffizienz. Dabei werden im Betrieb des Kraftfahrzeugs für befahrene Strecken jeweilige Zustandsdaten erfasst, die einen Energiebedarf des Kraftfahrzeugs für die jeweilige Strecke, also einen Energiefluss in dem Kraftfahrzeug beim Befahren der Strecke, charakterisieren und/oder beeinflussen. Die Zustandsdaten können einen jeweiligen Betriebszustand oder technischen Zustand des Kraftfahrzeugs angeben, also beispielsweise dessen Ladezustand und ob das Kraftfahrzeug oder dessen Antrieb warm oder kalt ist. Ebenso können die Zustandsdaten einen Umgebungszustand angeben, also eine jeweilige Situation charakterisieren, in der sich das Kraftfahrzeug befindet, etwa hinsichtlich des Wetters, der Zeit, eines Straßentyps, eines Zustands einer Fahrbahnoberfläche, eines umgebenden Verkehrsgeschehens, einer geographischen Position und/oder dergleichen mehr. Insbesondere können als die Zustandsdaten oder als Teil der Zustandsdaten jeweilige Anfangs-, Zwischen- und Endzustände oder -bedingungen erfasst werden. Mit anderen Worten können die Zustandsdaten jeweils vor oder zu Beginn des Befahrens der Strecke, an einem oder mehreren Punkten oder Stationen entlang der Strecke und am Ende oder nach dem Befahren der Strecke erfasst werden. Letztlich können dabei eine Vielzahl von den Energiebedarf charakterisierenden oder beeinflussenden Größen oder Faktoren erfasst oder nachverfolgt werden, wie etwa eine Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs, eine Lastanforderung, ein Betriebsmodus, eine verwendete Antriebsart, Temperaturen einer oder mehrerer Komponenten des Kraftfahrzeugs sowie einer Umgebung, Nutzereinstellungen, eine Beladung des Kraftfahrzeugs und/oder dergleichen mehr.
Weiter wird als Teil des erfindungsgemäßen Verfahrens aus oder basierend auf den erfassten Zustandsdaten, insbesondere automatisch, eine Energieverbrauchskarte, die ortsaufgelöste Energieverbräuche oder Energieflüsse des Kraftfahrzeugs oder in dem Kraftfahrzeug angibt oder darstellt, erstellt. Initial, also bei einer ersten Anwendung des Verfahrens kann diese Karte neu erstellt werden, während bei späteren Anwendungen oder Durchläufen des Verfahrens eine vorhandene Energieverbrauchskarte aktualisiert werden kann. In der Energieverbrauchskarte ist für die befahrenen Strecken oder einzelne Punkte entlang der befahrenen Strecken ein jeweiliger dortiger Energieverbrauch des Kraftfahrzeugs angegeben. Dazu können auch Zustände, Situationen oder Bedingungen, bei denen die Energieverbräuche zustande gekommen sind, in der Energieverbrauchskarte, beispielsweise in Form entsprechender Zusatzdaten oder Attribute, angegeben sein. Die Energieverbrauchskarte kann in Form einer Land- oder Straßenkarte, beispielsweise ergänzt um entsprechende Einträge oder wenigstens eine entsprechende Datenschicht oder in einem abstrakten Datensatz gegeben sein. Die befahrenen Strecken können dazu beispielsweise mittels eines, beispielsweise satellitengestützten, Positionsbestimmungs- oder Navigationssystems bestimmt oder nachverfolgt werden. Anhand der Energieverbrauchskarte kann letztlich für die befahrenen Strecken oder die genannten Punkte oder Positionen oder Stationen entlang der Strecken ein jeweiliger Energieverbrauch und/oder Betriebszustand des Kraftfahrzeugs bestimmt bzw. nachvollzogen oder rekonstruiert werden, beispielsweise als Grundlage für eine Abschätzung des Energieverbrauchs bei einem zukünftigen befahren der jeweiligen Strecke.
Weiter wird als Teil des erfindungsgemäßen Verfahrens für eine bevorstehend von dem Kraftfahrzeug zu befahrende Strecke basierend auf der Energieverbrauchskarte eine Betriebsstrategie für das Kraftfahrzeug bestimmt. Die Betriebsstrategie gibt dabei an, wie das Kraftfahrzeug entlang der zu befahrenden Strecke hinsichtlich wenigstens einer Zielvorgabe, also wenigstens eines Steuer- oder Regelziels, zu betreiben ist. Die Betriebsstrategie charakterisiert mit anderen Worten also einen Betrieb, eine Steuerung oder eine Regelung des Kraftfahrzeugs bzw. einer oder mehrerer Komponenten des Kraftfahrzeugs entlang der zu befahrenden Strecke zum Erreichen der wenigstens einen Zielvorgabe. Die eine oder mehreren Komponenten des Kraftfahrzeugs können entlang der Strecke dann also gemäß der bestimmten Betriebsstrategie betrieben werden. Das Bestimmen der Betriebsstrategie kann initial beispielsweise bedeuten, dass eine vorgegebene oder hinterlegte Standardbetriebsstrategie abgerufen oder zur Verwendung vorgesehen wird. Ebenso kann automatisch dynamisch eine neue Betriebsstrategie angelegt oder erzeugt werden. Bei späteren Anwendungen oder Durchläufen des erfindungsgemäßen Verfahrens kann jeweils eine aktuelle, insbesondere optimierte hinterlegte Betriebsstrategie ausgewählt oder abgerufen werden. Die Betriebsstrategie kann jeweils beispielsweise ein Lastprofil, einen Arbeitspunkt, eine einzustellende Temperatur, eine Betriebszeit oder Betriebsfrequenz, einen einzustellenden Betriebs- oder Schaltzustand, eine vorzuhaltende Leistungs- oder Energiereserve oder - abrufbarkeit, eine maximale Geschwindigkeit, eine maximale Beschleunigung und/oder dergleichen mehr angeben oder vorgeben.
Nachdem die jeweilige Strecke, also die genannte zu befahrende Strecke, von dem Kraftfahrzeug unter Anwendung der bestimmten Betriebsstrategie befahren wurde, wird weiter als Teil des erfindungsgemäßen Verfahrens anhand der dabei erfassten Zustandsdaten bewertet, inwieweit, also wie gut die jeweilige wenigstens eine Zielvorgabe erreicht oder umgesetzt wurde. Die Zielvorgabe kann dabei eine grundsätzliche oder allgemeine Zielvorgabe, wie etwa die Minimierung des Energiebedarfs, die Maximierung der Energieeffizienz, gegebenenfalls in Abhängigkeit von einem Nutzen oder Komfort für Insassen des Kraftfahrzeugs, und/oder dergleichen mehr sein oder umfassen. Ebenso kann die Zielvorgabe beispielsweise durch einen Fahrer oder Insassen des Kraftfahrzeugs individuell vorgegeben sein. Dazu kann der Fahrer beispielsweise einen bestimmten Betriebs- oder Fahrmodus des Kraftfahrzeugs, mit dem jeweils wenigstens ein vorgegebenes Regelziel verknüpft ist, vorgegeben oder eingestellt werden, beispielsweise ein Sport-, Dynamik- oder Eco-Modus oder dergleichen. Es wird hier mit anderen Worten also automatisch die Güte einer erreichten Regelperformance bzw. einer Effizienz und Effektivität der Erfüllung oder Umsetzung der wenigstens einen Zielvorgabe bzw. wenigstens eines entsprechenden Regelziels bestimmt und beispielsweise nach einer vorgegebenen Skala, einem vorgegebenen Schema oder einem vorgegebenen Maßstab bewertet. Dazu kann beispielsweise ein minimaler, maximaler und/oder durchschnittlicher Abstand zwischen einer jeweiligen Ist-Größe und dem zugehörigen Regelziel oder eine Abweichung eines tatsächlichen Energieverbrauchs oder Energiebedarfs von einem in der Vergangenheit beim Befahren der Strecke gegebenen Energiebedarfs und/oder von einem gemäß der Betriebsstrategie und gegebenenfalls einem vorgegebenen theoretischen Berechnungsmodell für die jeweilige Strecke zu erwartenden Energieverbrauch bestimmt werden. Ein geringerer Energieverbrauch oder eine bessere Erfüllung der wenigstens einen Zielvorgabe kann dabei eine bessere oder höhere Güte bedeuten, also entsprechend höher oder besser bewertet werden.
Weiter wird als Teil des erfindungsgemäßen Verfahrens dann abhängig von der Bewertung wenigstens ein Parameterwert der Betriebsstrategie modifiziert oder variiert, um eine hinsichtlich der Energieeffizienz optimierte Betriebsstrategie zu bestimmen, die dann für ein zukünftiges Befahren der Strecke hinterlegt wird. Diese hinterlegte optimierte Betriebsstrategie kann bei einem späteren Durchlauf des Verfahrens, wenn also die jeweilige befahrene Strecke erneut befahren werden soll, zur Verwendung bestimmt, also abgerufen oder herangezogen oder ausgewählt werden. Dabei können für eine bestimmte Strecke mehrere unterschiedliche Betriebsstrategien hinterlegt sein, beispielsweise jeweils spezifisch für eine bestimmte Zielvorgabe, einen bestimmten Fahr- oder Betriebsmodus, einen bestimmten Zustand des Kraftfahrzeugs, einen bestimmten Zustand einer Umgebung des Kraftfahrzeugs bzw. entlang der jeweiligen Strecke, eine bestimmte Kombination daraus und/oder dergleichen mehr.
Im Gegensatz zu einem reinen modellbasierten Modellieren oder Vorhersagen des Fahrzeugzustands, der Verkehrssituation oder des Energieverbrauchs sieht die vorliegende Erfindung also eine Überprüfung und eine Rückkopplung vor, wodurch eine iterative Verbesserung auf Basis realer Daten oder Ereignisse ermöglicht wird. Obwohl also keine vollständig analytisch lösbaren Modelle vorliegend bzw. durchgerechnet werden müssen, kann so im Laufe der Zeit eine Verbesserung erzielt bzw. eine optimale Betriebsstrategie für das Kraftfahrzeug gefunden und angewendet werden, indem aus vergangenen realen Betriebszeiten und dabei tatsächlich angefallenen Verbrauchs- und Ergebnisdaten automatisch gelernt wird. Damit kann also vor jedem Fahrtantritt eine jeweils dafür ideale oder optimierte Betriebs- oder Energieverteilungsstrategie bestimmt werden, insbesondere abhängig von jeweiligen Rahmenbedingungen, also den vor oder bei Fahrtantritt vorliegenden Bedingungen oder Zustandsdaten.
Das Verfahren kann für eine bestimmte Strecke iterativ mehrfach wiederholt, insbesondere bei jedem Befahren der Strecke durchlaufen werden, wodurch eine schrittweise Verbesserung oder Optimierung erreicht werden kann. Eine Strecke kann dabei eine Route von einem Start- oder Ausgangspunkt zu einem jeweiligen Ziel oder Endpunkt sein. Ebenso kann eine Strecke im Sinne der vorliegenden Erfindung einen Abschnitt einer solchen Route sein. Anfangs- und Endpunkte einer Strecke müssen also nicht notwendigerweise mit Punkten zusammenfallen, an denen das Kraftfahrzeug initial in Betrieb genommen bzw. ausgeschaltet wird. Beispielsweise kann eine Strecke als Straßenabschnitt zwischen zwei, insbesondere entlang der Strecke aufeinanderfolgenden, Kreuzungen oder dergleichen definiert sein.
Im Laufe der Zeit, wenn das erfindungsgemäße Verfahren also für verschiedene Betriebszeiten des Kraftfahrzeugs wiederholt angewendet wird, kann die Energieverbrauchskarte nach und nach befüllt und aktualisiert werden. Wie bereits angedeutet kann dabei für noch nicht von dem jeweiligen Kraftfahrzeug befahrene Strecken eine initiale Betriebsstrategie vorgegeben sein. Ebenso kann für derartige Strecken eine Betriebsstrategie anhand von Zustandsdaten anderer Kraftfahrzeuge optimiert und zur Verwendung durch das Kraftfahrzeug hinterlegt werden, was weiter unten noch näher erläutert wird.
Durch Anwendung der vorliegenden Erfindung kann vorteilhaft letztlich Energie eingespart werden, insbesondere ohne Reduzierung eines Nutzerkomforts oder, etwa durch eine vergrößerte Reichweite elektrischer Fahrzeuge, sogar mit vergrößertem Kundennutzen.
Besonders bevorzugt kann anhand der Zustandsdaten der Energieverbrauch bzw. -bedarf individuell für mehrere verschiedene Komponenten oder Einrichtungen des Kraftfahrzeugs erfasst werden. Insbesondere können entlang der befahrenen Strecken differenzielle oder relative Zustandsdaten erfasst werden, zumindest soweit sie den Fahrzeugzustand des Kraftfahrzeugs betreffen. So können beispielsweise zusätzlich oder alternativ zu absoluten Daten oder Werten jeweilige Veränderungen zu Werten oder Daten an einem vorherigen Punkt der jeweiligen Strecke erfasst oder bestimmt werden. So können beispielsweise Temperaturveränderungen, Veränderungen eines Lade- oder Gesundheitszustands einer Batterie, Veränderungen einer Leistungsanforderung, eines Leistungsbedarf oder einer Leistungsabgabe und/oder dergleichen mehr bestimmt oder erfasst werden. Derartige relative Daten können oftmals einfacher zu erfassen und/oder letztlich relevanter sein als jeweilige Absolutwerte.
Die Energie bzw. der Energiebedarf kann hier vorteilhaft als gemeinsamer Nenner für verschiedene Energiearten oder Einrichtungen des Kraftfahrzeugs, also über verschiedene physikalische und/oder betriebliche Domänen hinweg verwendet werden. Damit können vorteilhaft beispielsweise Abhängigkeiten oder Beeinflussungen zwischen verschiedenen Einrichtungen des Kraftfahrzeugs besonders einfach erfasst oder abgebildet werden. Beispielsweise kann ein Betrieb einer mechanischen Einrichtung Abwärme oder einen Luftstrom erzeugen, wodurch eine andere, beispielsweise rein oder primär elektrische Einrichtung beeinflusst werden kann. Ebenso kann beispielsweise ein bestimmter Betrieb einer elektrischen oder verbrennungsmotorischen Einrichtung Temperaturen in einem anderen Bereich des Kraftfahrzeugs, beispielsweise in einem Innenraum oder einem Kühlkreislauf, beeinflussen und damit entsprechend beispielsweise einen Betrieb bzw. einen Energiebedarf einer thermodynamischen Einrichtung, wie etwa eines Klimatisierungsgeräts oder dergleichen verändern. Derartige Beeinflussungen können durch jeweilige Energiebedarfe oder Energieflüsse besonders einfach und konsistent berücksichtigt werden, was letztlich eine besonders einfache und zuverlässige Bestimmung bzw. Bewertung der Energieeffizienz des Kraftfahrzeugs insgesamt ermöglicht.
Für die Optimierung der Betriebsstrategie, also zum Auffinden einer hinsichtlich der Energieeffizienz verbesserten optimierten Betriebsstrategie, können ein oder mehrere Parameter zufällig oder nach einem vorgegebenen Schema oder Modell variiert werden. Nachdem ein Parameter oder Parameterwert variiert wurde, kann das Befahren der jeweiligen Strecke, also eine jeweilige Fahrt des Kraftfahrzeugs, unter Verwendung des oder der modifizierten Parameter oder Parameterwerte modellbasiert oder in einer Simulation nachgerechnet oder nachvollzogen werden. Dabei können die entlang der Strecke erfassten Zustandsdaten als Eingangsdaten oder Parameter für ein entsprechendes vorgegebenes Modell oder eine entsprechende Simulation verwendet werden. Auf diese Weise kann ermittelt werden, ob mit dem oder den jeweiligen modifizierten Parameter werden eine Verbesserung, also ein verbessertes Erreichen oder Umsetzen der wenigstens einen Zielvorgabe bzw. eine höhere Energieeffizienz erreicht worden wäre bzw. voraussichtlich beim nächsten Befahren der jeweiligen Strecke, insbesondere unter den gleichen Bedingungen, erreicht werden wird. Derartige Variationen können beispielsweise für eine vorgegebene Anzahl von Iterationen oder Durchläufen, für eine vorgegebene Zeitspanne, bis zum Erreichen einer Verbesserung oder bis zum Abflachen oder Stagnieren mit zusätzlichen Variationen erreichter Verbesserungen durchgeführt, also modelliert oder simuliert werden.
Für die Bewertung der jeweiligen Betriebsstrategie kann beispielsweise eine Kosten-Nutzen-Rechnung angewendet, also ein Kosten-Nutzen-Verhältnis als Kriterium verwendet werden. Dies kann insbesondere in Verbindung mit zulässigen oder erlaubten Wertebereichen für eine oder mehrere Größen oder Parameter vorteilhaft sein. So kann beispielsweise ein Abschaltzeitpunkt für eine Klimatisierungseinrichtung vor ein jeweiliges Fahrtende gesetzt werden. Damit können sich als Kosten potenziell ein Abweichen von einer eingestellten Zieltemperatur, als Nutzen jedoch ein reduzierter Energiebedarf ergeben. Aufgrund der Trägheit thermischer Systeme wird sich jedoch nicht instantan eine signifikante Temperaturveränderung ergeben. Vielmehr kann die jeweilige Temperatur für eine gewisse Zeitspanne innerhalb eines zulässigen Bereiches verbleiben, während die Klimatisierungseinrichtung ausgeschaltet ist. Damit kann die Zielvorgabe, also die als Regelziel eingestellte Zelltemperatur, mit verbesserter Energieeffizienz bzw. verbessertem Kosten-Nutzen-Verhältnis erfüllt werden. In einem anderen Beispiel hängt in einem elektrischen Kraftfahrzeug eine Effizienz einer Traktionsbatterie von deren Temperatur ab. Liegt, beispielsweise zu Fahrtbeginn, die Temperatur der Traktionsbatterie unterhalb eines für eine maximale Effizienz erforderlichen Temperaturbereiches, so kann Energie zum Aufheizen der Traktionsbatterie aufgewendet werden. Diese aufgewendete Heizenergie stellt damit Kosten dar, denen jedoch eine im späteren Betrieb vergrößerte Effizienz der Traktionsbatterie als Nutzen gegenüberstehen kann. Bei einer relativ langen Fahrt oder einer besonders großen initialen Leistungsanforderung kann sich durch das Aufwenden der Heizenergie letztlich eine verbesserte Energieeffizienz ergeben. Das Gegenteil kann jedoch der Fall sein, wenn die Fahrt bzw. die jeweilige Strecke nur so kurz ist, dass die nach dem Aufheizen der Traktionsbatterie erreichte zusätzliche Effizienz der Traktionsbatterie den initialen Energieaufwand für deren Aufheizen nicht ausgleichen kann.
Zur Umsetzung oder Implementierung des erfindungsgemäßen Verfahrens oder Teilen davon können herkömmliche Algorithmen oder Modelle ebenso wie Einrichtungen des maschinellen Lernens oder der künstlichen Intelligenz eingesetzt werden. Letzteres kann insbesondere für das Auffinden der optimierten Betriebsstrategie aufgrund der Komplexität dieses Problems vorteilhaft sein.
In vorteilhafter Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung wird ein jeweiliger Satz oder Schnappschuss der Zustandsdaten, also ein vollständiger Satz von für das Bestimmen der Betriebsstrategie bzw. deren Optimierung oder für die Bestimmung oder Modellierung des erwarteten Energieverbrauchs verwendeten Daten, entlang der jeweiligen befahrenen Strecke nur für mehrere diskrete Positionen erfasst und gespeichert. Mit anderen Worten findet also keine durchgehende oder kontinuierliche Erfassung und Speicherung aller verwendeten Zustandsdaten entlang der jeweiligen Strecke statt. Dadurch kann vorteilhaft ein zu verarbeitendes Datenvolumen und damit entsprechender Rechenaufwand eingespart werden. Dennoch können die genannten Vorteile erzielt werden, da die Einrichtungen des Kraftfahrzeugs ebenso wie Zustände in dessen Umgebung einer gewissen Trägheit unterliegen, sich also typischerweise nicht beliebig schnell ändern können. Durch die vollständige Erfassung aller verwendeten, also relevanten Zustandsdaten, bilden die jeweiligen diskreten Positionen bzw. die für diese erfassten vollständigen Sätze der Zustandsdaten Stützpunkte, die eine Reproduzierbarkeit oder Rekonstruktion des Betriebs des Kraftfahrzeugs entlang der jeweiligen Strecke ermöglichen. Die Sätze von Zustandsdaten können dabei zueinander referenziert sein, also etwa den jeweils vorausgehenden oder zuvor erfassten Satz von Zustandsdaten referenzieren, also angeben. Dadurch kann beispielsweise nachvollzogen oder rekonstruiert werden, unter welchen Bedingungen oder entlang welcher Route eine jeweilige der mehreren diskreten Positionen erreicht wurde. Auf diese Weise kann letztlich also die Bewertung und das Auffinden der optimierten Betriebsstrategie mit besonders geringem Aufwand ermöglicht werden. Damit ist jedoch nicht ausgeschlossen, dass entlang der Strecke ein Teil der Zustandsdaten kontinuierlich erfasst wird, beispielsweise wenn damit ein mit vertretbarem Aufwand handhabbares Datenvolumen verbunden ist.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung werden jeweilige Situationsdaten als Teil der Zustandsdaten erfasst und beim Bestimmen der Betriebsstrategie und/oder der optimierten Betriebsstrategie verwendet. Die Situationsdaten können dabei insbesondere jeweils aktuelle Wetterdaten und/oder Verkehrsdaten für die jeweilige Strecke sein oder umfassen. Die Situationsdaten können also variable oder veränderliche Bedingungen oder Zustände angeben, wie etwa das Wetter, eine Verkehrsdichte, eine Zeit, so beispielsweise eine Uhrzeit, einen Wochentag und/oder eine Jahreszeit, und/oder dergleichen mehr. Dies kann im Gegensatz zu fixen oder zumindest im Wesentlichen unveränderlichen Zustandsdaten gesehen werden, die zusätzlich erfasst werden können. Derartige fixe oder unveränderliche Zustandsdaten können über die Zeit hinweg konstante Zustände, Daten, Eigenschaften oder Angaben des Kraftfahrzeugs oder der jeweiligen Strecke betreffen. Dies können beispielsweise ein Ort, also eine räumliche Position der Strecke, deren barometrische Höhe, deren Steigung, ein Modell oder eine Ausstattung des Kraftfahrzeugs und/oder dergleichen mehr sein.
Verschiedene erfasste Zustandsdaten können in der Energieverbrauchskarte hinterlegt oder referenziert sein, beispielsweise durch punktuelle Dateneinträge oder als jeweilige Datenschicht. Durch Hinzufügen oder zusätzliches Berücksichtigen zusätzlicher derartiger Datenschichten können dann die ortsaufgelösten Energieverbräuche entsprechend verändert werden. Die fixen oder unveränderlichen Zustandsdaten, insbesondere von dem Kraftfahrzeug unabhängige Zustandsdaten wie etwa ein Streckenverlauf und ein Höhenprofil, können beispielsweise in einer Basisdatenschicht der Energieverbrauchskarte hinterlegt oder zum Bestimmen eines Basisenergieverbrauchs verwendet oder berücksichtigt werden. Je nach aktueller Situation oder betrachteten Kraftfahrzeug können dann entsprechende weitere Datenschichten hinzugenommen, also zusätzlich berücksichtigt oder ausgewertet werden, um für die jeweilige Situation bzw. das jeweilige Kraftfahrzeug relevante ortsaufgelöste Energieverbräuche zu erhalten und somit letztlich die geeignetste Betriebsstrategie zu bestimmen bzw. bestimmen zu können.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung wird für das Bestimmen der optimierten Betriebsstrategie mittels eines vorgegebenen Modells das Befahren der jeweiligen Strecke unter Verwendung der bei deren tatsächlichem Befahren erfassten Zustandsdaten für unterschiedliche Parameterwerte des wenigstens einen Parameters simuliert. Das vorgegebene Modell modelliert insbesondere einen Energieverbrauch von Fahrzeugkomponenten, einen Wärmestrom innerhalb des Kraftfahrzeugs und/oder eine Temperaturveränderung oder ein Temperaturverhalten von Fahrzeugkomponenten. Durch das jeweilige Simulieren wird also ein mit verschiedenen Betriebsstrategien theoretisch erwarteter Energieverbrauch für die jeweilige Strecke ermittelt. Dafür wird dann zudem jeweils bestimmt, inwieweit die Zielvorgabe erfüllt wurde. Für die optimierte Betriebsstrategie wird dann diejenige Kombination von Parametern oder Parameterwerten verwendet, die zu dem geringsten simulierten Energiebedarf bzw. zur besten Erfüllung der Zielvorgabe geführt hat. Durch das Verwenden der tatsächlich erfassten, realen Zustandsdaten kann die Simulation besonders realistisch sein, also die Energieverbräuche der Fahrzeugkomponenten, das heißt der Energiebedarf des Kraftfahrzeugs insgesamt, besonders genau oder besonders zuverlässig bestimmt werden.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung werden durch eine fahrzeugexterne Servereinrichtung die Zustandsdaten für eine Vielzahl von Kraftfahrzeugen und Strecken aggregiert, um die Energieverbrauchskarte zu erstellen und die optimierte Betriebsstrategie zu bestimmen. Anderen Worten werden also die Zustandsdaten als Flottendaten einer Fahrzeugflotte erfasst und server- oder cloudbasiert verarbeitet. Die Servereinrichtung kann also ein Backend oder Cloudserver oder dergleichen sein. Die Kraftfahrzeuge können ihre erfassten Zustandsdaten über eine jeweilige kabellose Datenverbindung, beispielsweise per Mobilfunk, an die Servereinrichtung übermitteln. Für eine bevorstehend zu befahrende Strecke kann ein jeweiliges Kraftfahrzeug der Fahrzeugflotte die beste derzeit verfügbare Betriebsstrategie von der Servereinrichtung abfragen. Nach dem Befahren der Strecke kann das Kraftfahrzeug mit dieser Betriebsstrategie erzielte Ergebnisse an die Servereinrichtung übermitteln. Die Servereinrichtung kann darauf basierend dann die Energieverbrauchskarte und/oder die Betriebsstrategie aktualisieren. Auf diese Weise lässt sich letztendlich ein fahrzeugübergreifendes Energiemanagement realisieren.
Da dabei ein einzelnes Kraftfahrzeug von den durch andere Kraftfahrzeuge der Fahrzeugflotte erfassten Zustandsdaten und deren Verarbeitung durch die Servereinrichtung profitieren kann, insbesondere ohne eine entsprechende Strecke in der Vergangenheit selbst befahren zu haben, können einzelne Kraftfahrzeuge der Flotte somit vorteilhaft auch für neue zu befahrende Strecken, und damit besonders häufig von einer jeweiligen optimierten Betriebsstrategie profitieren. Da durch die Aggregation der Zustandsdaten durch die Servereinrichtung dieser zudem mehr Zustandsdaten zur Verfügung stehen können als einem einzelnen Kraftfahrzeug kann zudem besonders effektiv und zuverlässig für verschiedene Strecken die jeweils optimale Betriebsstrategie gefunden werden.
In vorteilhafter Weiterbildung der vorliegenden Erfindung wird die jeweilige optimierte Betriebsstrategie zunächst an vordefinierten Testfahrzeugen getestet, bevor sie zur Anwendung in übrigen oder allen der Vielzahl von Kraftfahrzeugen hinterlegt bzw. freigegeben wird. Die Testfahrzeugen können beispielsweise eine Teilmenge der Vielzahl von Kraftfahrzeugen sein. Ebenso können als Testfahrzeuge für diesen Zweck dedizierte Fahrzeuge verwendet werden. Besonders bevorzugt können die Testfahrzeuge nichtpersonenindividuell, sondern von einer Vielzahl unterschiedlicher Fahrer verwendete Fahrzeuge, wie beispielsweise Mietwagen oder Carsharing-Fahrzeuge oder dergleichen sein. Dadurch kann die jeweilige optimierte Betriebsstrategie besonders einfach und schnell unter unterschiedlichen Bedingungen getestet werden. Aufgrund der Komplexität heutiger Software- oder Betriebsprogramme in Kraftfahrzeugen kann ein derartiger Test einer modifizierten Betriebsstrategie an einer begrenzten Anzahl von realen Testfahrzeugen vorteilhaft sein, um auf besonders zuverlässige Weise mit gleichzeitig beschränktem Risiko ein aus der jeweiligen Betriebsstrategie resultierendes reales Fahrzeugverhalten zu verifizieren.
In vorteilhafter Weiterbildung der vorliegenden Erfindung werden durch die Servereinrichtung Unterschiede zwischen den durch verschiedene Kraftfahrzeuge erfassten Zustandsdaten bestimmt. Dafür können insbesondere für jeweils dieselbe Strecke sowie gegebenenfalls unter den gleichen Bedingungen und mit derselben Betriebsstrategie erfasste Zustandsdaten verwendet werden. Darauf basierend werden durch die Servereinrichtung dann automatisch Fehlerfälle der Kraftfahrzeuge erkannt. Fehlerfälle in diesem Sinne können beispielsweise Betriebsfehler, Verschleißerscheinungen, Beschädigungen der Kraftfahrzeuge oder einzelner Einrichtungen oder Komponenten der Kraftfahrzeuge und/oder dergleichen mehr sein. Derartige Fehlerfälle können zu einem veränderten, insbesondere erhöhten, Energiebedarf führen. Bei einer genügend großen Anzahl von Kraftfahrzeugen, für die Zustandsdaten erfasst werden, kann statistisch praktisch ausgeschlossen werden, dass sämtliche dieser Kraftfahrzeuge zum gleichen Zeitpunkt an den gleichen Orten den gleichen Fehlerfall aufweisen. Somit können anhand der Zustandsdaten einer entsprechenden Fahrzeugflotte Fehlerfälle einzelne Kraftfahrzeuge zuverlässig erkannt werden, insbesondere potenziell bevor diese einem Nutzer oder Fahrer des jeweiligen Kraftfahrzeugs selbst auffallen.
Um einen soliden Vergleich und damit eine besonders zuverlässige Erkennung der Fehlerfälle zu ermöglichen, kann von den Kraftfahrzeugen ein jeweiliger Fahrzeugkonfigurationsdatensatz an die Servereinrichtung übermittelt werden. Darin können beispielsweise ein Modell, eine Motorisierung, eine Ausstattung, eine Version einer Steuergerätesoftware, die verwendete Betriebsstrategie und/oder dergleichen mehr für das jeweilige Kraftfahrzeug angegebenen sein. Damit können zumindest situations- oder umgebungsunabhängige andere Einflüsse, die zu unterschiedlichen Energieverbräuchen oder Energiebedarfen verschiedener Kraftfahrzeuge führen können, als Ursache für erkannte Unterschiede ausgeschlossen werden. Dazu können beispielsweise nur die Zustandsdaten von Kraftfahrzeugen mit zumindest im Wesentlichen identischen Fahrzeugkonfigurationsdatensätzen verglichen werden. Ebenso können beispielsweise Korrekturen oder Korrekturfaktoren zum Berücksichtigen von Unterschieden in den Fahrzeugkonfigurationsdatensätzen berücksichtigt bzw. in den Vergleich bzw. die jeweiligen Energieverbräuche eingerechnet werden. Wurde für eines der Kraftfahrzeuge ein - zumindest vermuteter - Fehlerfall erkannt, so kann die Servereinrichtung ein entsprechendes Hinweissignals das jeweilige Kraftfahrzeug senden. Dadurch kann eine besonders zeitnahe Reaktion zur Behebung des Fehlerfalls ermöglicht werden, was letztendlich ebenfalls der Energieeffizienz des Kraftfahrzeugs zugutekommen kann.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung wird die optimierte Betriebsstrategie zunächst einem Nutzer oder Fahrer des jeweiligen Kraftfahrzeugs als Vorschlag unterbreitet, also angezeigt. Nur bei Zustimmung durch den Nutzer oder Fahrer zu der Verwendung der vorgeschlagenen optimierten Betriebsstrategie wird diese dann für einen zukünftigen Betrieb des Kraftfahrzeugs tatsächlich angewendet. Dadurch kann eine für den jeweiligen Fahrer oder Nutzer des Kraftfahrzeugs unerwartete Veränderung in einem Verhalten oder Eigenschaften des Kraftfahrzeugs vermieden werden, was letztendlich zu einer verbesserten Sicherheit und/oder einem verbesserten Nutzungskomfort beitragen kann. Der jeweilige Vorschlag kann beispielsweise mittels einer Anzeigeeinrichtung des Kraftfahrzeugs angezeigt oder ausgegeben werden. Bevorzugt können dabei entsprechende Erläuterungen, beispielsweise hinsichtlich eines zu erwartenden Effizienzgewinns ausgegeben werden. Dies kann in der Praxis zu einer größeren Akzeptanz des erfindungsgemäßen Verfahrens beitragen.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine Assistenzeinrichtung zum iterativen Optimieren einer Betriebsstrategie für ein Kraftfahrzeug. Die Assistenzeinrichtung weist eine Eingangsschnittstelle zum Erfassen von Zustandsdaten, die einen Energiebedarf des Kraftfahrzeugs charakterisieren, auf. Die Assistenzeinrichtung weist weiter eine Datenverarbeitungseinrichtung zum Verarbeiten der Zustandsdaten zum Erstellen einer Energieverbrauchskarte und zum Optimieren der Betriebsstrategie hinsichtlich einer Energieeffizienz auf. Weiter weist die Assistenzeinrichtung eine Ausgangsschnittstelle zum Bereitstellen oder Ausgeben einer entsprechend optimierten Betriebsstrategie für einen zukünftigen Betrieb des Kraftfahrzeugs auf. Die erfindungsgemäße Assistenzeinrichtung ist dabei zum automatischen Durchführen oder Ausführen wenigstens einer Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens eingerichtet. Dazu kann die Assistenzeinrichtung, insbesondere deren Datenverarbeitungseinrichtung, einen computerlesbaren Datenspeicher und eine damit verbundene Prozessoreinrichtung, beispielsweise einen Mikroprozessor, einen Mikrochip, einen Mikrocontroller oder dergleichen, aufweisen. Auf dem Datenspeicher kann dann ein Betriebs- oder Computerprogramm gespeichert sein, welches das entsprechende Verfahren, also dessen Abläufe oder Maßnahmen oder entsprechende Steueranweisungen, codiert oder repräsentiert. Dieses Computerprogramm kann dann durch die Prozessoreinrichtung automatisch ausgeführt werden, um die Assistenzeinrichtung zum Durchführen des Verfahrens zu veranlassen. Die Assistenzeinrichtung kann ganz oder teilweise als Einrichtung für ein Kraftfahrzeug, also als fahrzeugseitige Einrichtung ausgebildet sein. Ebenso kann die Assistenzeinrichtung ganz oder teilweise als fahrzeugexterne Einrichtung ausgebildet sein, beispielsweise als die genannte fahrzeugexterne Servereinrichtung.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Kraftfahrzeug, das zumindest einen fahrzeugseitigen Teil der erfindungsgemäßen Assistenzeinrichtung aufweist und/oder zur Kommunikation mit einem fahrzeugexternen dann Teil der erfindungsgemäßen Assistenzeinrichtung zum Durchführen des erfindungsgemäßen Verfahrens eingerichtet ist. Das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug kann insbesondere das im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren und/oder im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Assistenzeinrichtung genannte Kraftfahrzeug sein. Dementsprechend kann das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug einige oder alle der in diesen Zusammenhängen genannten Eigenschaften und/oder Merkmale aufweisen.
Weitere Merkmale der Erfindung können sich aus den Ansprüchen, den Figuren und der Figurenbeschreibung ergeben. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
Die Zeichnung zeigt in:

1 eine schematische Übersichtsdarstellung zur Veranschaulichung eines Verfahrens zum Optimieren einer Betriebsstrategie eines Kraftfahrzeugs;
2 ein erstes Schema zur weiteren Veranschaulichung des Verfahrens; und
3 ein zweites Schema zur weiteren Veranschaulichung des Verfahrens.

In den Figuren sind gleiche und funktionsgleiche Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
Im Betrieb herkömmlicher Kraftfahrzeuge ist rückblickend oftmals zu beobachten, dass tatsächlich erreichte Effizienzen sich von bei der realen Fahrzeugnutzung grundsätzlich möglichen Effizienzen unterscheiden. Es gibt also bisher noch nicht ausgenutzte Effizienzpotenziale. Beispielsweise werden Kraftfahrzeuge heutzutage typischerweise derart betrieben, dass jederzeit ihr volles Leistungspotenzial abrufbar ist. Ein solcher Vorhalt von Leistungspotenzial bzw. dessen Abrufbarkeit ist in der Praxis jedoch nicht immer notwendig, da in vielen Situationen das volle Leistungspotenzial des Kraftfahrzeugs tatsächlich eben nicht abgerufen oder genutzt wird. Für das Vorhalten des vollen Leistungspotenzials wird jedoch Energie benötigt. Diese Energie hätte dann im tatsächlichen Betrieb also eingespart werden können, wenn das volle Leistungspotenzial tatsächlich nicht abgerufen oder benötigt wurde. Es gibt zwar bereits Ansätze, um Betriebsstrategien für Kraftfahrzeuge zu optimieren, also effizienter zu gestalten, weitere Verbesserungen sind jedoch wünschenswert. Um dies besonders effektiv zu erreichen, wird vorliegend eine intelligente Rückkopplung durch Bewertung eines mit einer jeweiligen Betriebsstrategie erreichten Ergebnisses und eine entsprechende Anpassung der Betriebsstrategie, um bei einem späteren Betrieb ein besseres Ergebnis zu erzielen, vorgeschlagen.
Dies kann als Optimierungsproblem bzw. Optimierung einer Regelungsaufgabe aufgefasst werden. Damit sind jedoch ein sehr großer Aufwand und eine sehr große Komplexität verbunden, sodass eine vollständige Modellierung und analytische Lösung nicht praktikabel ist.
Zur Veranschaulichung eines hier vorgeschlagenen Verfahrens zum iterativen Optimieren einer Betriebsstrategie eines Fahrzeugs zeigt 1 eine ausschnittweise schematische Übersichtsdarstellung. Dargestellt sind hier ein Kraftfahrzeug 10 sowie eine von diesem zu befahrende Strecke 12. Die zu befahrende Strecke 12 reicht von einem Startpunkt A zu einem Ziel B. Die Strecke 12 kann beispielsweise ein Arbeitsweg sein, den ein Nutzer oder Fahrer des Kraftfahrzeugs 10 das ganze Jahr über immer wieder mit dem Kraftfahrzeug 10 zurücklegt. Dabei können sich im Laufe der Zeit jedoch Umstände oder Bedingungen, also die jeweilige Situation ändern, was einen Einfluss auf den Betrieb des Kraftfahrzeugs 10 bzw. dessen Energiebedarf haben kann. So können sich entlang der Strecke 12 im Laufe der Zeit beispielsweise eine Verkehrssituation, der energetische Zustand eines Hochvoltspeichers des Kraftfahrzeugs 10, vorherrschende Temperaturen oder klimatische Verhältnisse und dergleichen mehr verändern. Aufgrund dieser Veränderungen kann eine einzige starre Betriebsstrategie typischerweise nicht zu jedem Zeitpunkt oder in jeder Situation zu einer optimalen, also maximalen Energieeffizienz des Kraftfahrzeugs 10 beim Befahren der Strecke 12 führen.
Zum Erfassen jeweiliger Zustandsdaten 22 (siehe 2), die sowohl einen aktuellen Zustand des Kraftfahrzeugs 10 selbst als auch einer jeweiligen Umgebung angeben oder charakterisieren können, weist das Kraftfahrzeug 10 vorliegend eine Sensorik 14 auf. Diese Sensorik 14 kann mehrere Einzelsensoren, beispielsweise zur Umgebungserfassung, zum Erfassen von Betriebs- oder Schaltzuständen, Temperaturen und/oder dergleichen mehr umfassen. Zum Verarbeiten von mittels der Sensorik 14 erfassten Zustandsdaten 22 weist das Kraftfahrzeug 10 vorliegend eine Fahrzeugassistenzeinrichtung 16 auf. Diese Fahrzeugassistenzeinrichtung 16 kann je nach Ausgestaltung zur Durchführung des vorliegend beschriebenen Verfahrens und/oder zur Kommunikation mit einer hier schematisch angedeuteten, zur Durchführung des beschriebenen Verfahrens eingerichteten fahrzeugexternen Servereinrichtung 18 eingerichtet sein.
Beim Befahren der Strecke 12 werden mehrere zueinander referenzierte Datensätze von Zustandsdaten 22 erfasst bzw. angelegt, anhand derer die jeweilige Fahrt energetisch, also hinsichtlich eines Energiebedarfs bzw. eines Energieflusses in dem Kraftfahrzeug 10, und nach Umgebungssituation, insbesondere Verkehrssituation, rekonstruiert oder reproduziert werden kann. Dabei kann auch eine Attribuierung erfolgen, um verschiedene Rahmenaspekte statistisch leichter zugänglich zu machen. So können beispielsweise Merkmale einer jeweiligen Verkehrslage zu entsprechenden Koordinaten gespeichert werden. Vorliegend werden solche Datensätze am Startpunkt A, am Ziel B und mehreren dazwischenliegenden Messpositionen S1 bis S4 erfasst bzw. angelegt.
Diese Datensätze können dabei mehrere Teildatensätze umfassen. Als ein Teildatensatz kann beispielsweise ein Orts- und Bewegungsdatensatz erfasst werden. Ein solcher Orts- und Bewegungsdatensatz kann beispielsweise jeweilige Ortskoordinaten, einen Verlauf einer theoretischen, also modellbasiert ermittelten oder angenommenen Trajektorie, eine reale Trajektorie, der das Kraftfahrzeug 10 also beim Befahren der Strecke 12 tatsächlich gefolgt ist, theoretisch und real zum Befahren der Strecke 12 oder eines zwischen zwei Messpositionen S1 bis S4 liegenden Streckenabschnitts benötigte Zeiten, theoretische und reale Verkehrssituationen, die Tageszeit, den Wochentag, die Jahreszeit, eine Streckenbeschaffenheit, eine zulässige Höchstgeschwindigkeit, theoretische, etwa in Abhängigkeit von der Verkehrssituation ermittelte oder angenommene, und reale Maximalgeschwindigkeiten, theoretische und reale Minimalgeschwindigkeiten, theoretische und reale Durchschnittsgeschwindigkeiten, eine Steigerungsrate, die bewältigte Höhenmeter pro Zeiteinheit angibt, einen absoluten Energieverbrauch, gegebenenfalls pro zurückgelegter Wegstrecke, beispielsweise gemessen an einer Energieentnahme aus einer Traktionsbatterie des Kraftfahrzeugs 10 oder einem Füllstands von dessen Kraftstofftank, eine rekuperierte Energie, gegebenenfalls pro zurückgelegter Wegstrecke, eine unmittelbar zum Vortrieb eingesetzte Energie, gegebenenfalls pro zurückgelegter Wegstrecke, eine in die Traktionsbatterie nachgeladene Energiemenge, gegebenenfalls pro zurückgelegter Wegstrecke oder Zeiteinheit und/oder dergleichen mehr angeben oder enthalten.
Als weiterer Teildatensatz kann ein Massedatensatz erfasst werden. Ein solchermaßen Massedatensatz kann beispielsweise ein fahrzeugspezifisches Leergewicht des Kraftfahrzeugs 10, dessen Betriebsstoffe oder Betriebsenergieart, eine Zuladung oder Anhängelast, eine Anzahl von Fahrzeuginsassen und/oder dergleichen mehr angeben oder enthalten.
Als weiterer Teildatensatz kann beispielsweise ein Zustands- und Temperaturdatensatz erfasst bzw. angelegt werden. Ein solcher Zustands- und Temperaturdatensatz kann beispielsweise einen Ladezustand (SoC) und einen Gesundheitszustand (SoH) der Traktionsbatterie des Kraftfahrzeugs 10, eine Umgebungstemperatur, eine oder mehrere Komponententemperaturen, gegebenenfalls in Bezug auf eine jeweilige Solltemperatur, wie etwa eine Innenraumtemperatur, eine Verdampfertemperatur, eine Batterietemperatur, eine Antriebstemperatur und dergleichen mehr, jeweilige Wärmestromverluste für eine oder mehrere Komponenten, wie etwa Konvektionsverluste, Strahlungsverluste, thermische Verluste, Verluste aufgrund eines Wirkungsgrads und/oder dergleichen mehr, angeben oder enthalten.
Vor Fahrtbeginn, also am Startpunkt A, kann für die Strecke 12 eine Vorausberechnung, beispielsweise anhand eines vorgegebenen Modells, angenommener durchschnittlicher Verbrauchsdaten für Abschnitte der Strecke 12 und/oder dergleichen mehr, durchgeführt werden, um einen Referenzwert für den Energiebedarf zum Befahren der Strecke 12 zu erhalten bzw. eine Betriebsstrategie für das Kraftfahrzeug 10 zum Befahren der Strecke 12 zu bestimmen. Während des Befahrens der Strecke 12 werden dann die beschriebenen Zustandsdaten 22 im tatsächlichen Einsatz, also unter entsprechenden realen Bedingungen zumindest am Startpunkt A, am Ziel B und an den diskreten Messpositionen S1 bis S4 erfasst. Je nach Länge der Strecke 12 kann dabei auch während des Befahrens der Strecke 12 für einen jeweils verbleibenden, noch zu befahrenden Abschnitt die Vorausberechnung oder eine Energiebudgetplanung aktualisiert werden.
Nach dem Befahren der Strecke 12 werden die erfassten Zustandsdaten 22 ausgewertet, um eine Energieverbrauchskarte 44 (siehe 2) zu erstellen und eine optimierte Betriebsstrategie für das Kraftfahrzeug 10 für die Strecke 12 zu bestimmen. Dies kann durch die Fahrzeugassistenzeinrichtung 16 und/oder die Servereinrichtung 18 automatisch durchgeführt werden. Dabei kann die Servereinrichtung 18 auch entsprechende Zustandsdaten 22 von anderen, hier der Übersichtlichkeit halber nicht in dargestellten Fahrzeugen erfassen und entsprechend verarbeiten.
Zur weiteren Veranschaulichung des Verfahrens zeigt 2 ein erstes Verfahrensschema 20. Darin sind die während der Fahrt des Kraftfahrzeugs 10 entlang der Strecke 12 erfassten Zustandsdaten 22 schematisch repräsentiert. Die Zustandsdaten 22 können hier beispielsweise ein Streckenprofil 24, ein Bewegungsprofil 26, ein Energieverhalten 28, das durch ein Wärmestromverhalten 30 und einen Energieverbrauch 32 charakterisiert ist, und ein Temperaturverhalten 36 umfassen. Das Wärmestromverhalten 30 sowie der Energieverbrauch 32 können dabei gemäß einer vorgegebenen Funktionsstandardlogik 34 bestimmt sein bzw. erfasst oder ermittelt werden. Dabei kann es sich um eine vorgegebene fahrzeug- oder modellspezifische Standardapplikation für einen Betrieb oder eine Steuerung des Kraftfahrzeugs 10 oder einer oder mehrerer Komponenten des Kraftfahrzeugs 10 handeln.
Aus den erfassten Zustandsdaten 22, die also eine jeweilige tatsächliche oder reale Situation bzw. reale Zustände beim Befahren der Strecke 12 durch das Kraftfahrzeug 10 widerspiegeln, können Fahrzeugverhaltensdaten 38, Nutzerverhaltensdaten 40 eines Nutzers oder Fahrers des Kraftfahrzeugs 10 sowie Verkehrsdaten 42 bestimmt bzw. gelernt werden. Ebenso kann basierend auf den Zustandsdaten 22 eine Energieverbrauchskarte 44 erstellt werden. Diese Energieverbrauchskarte 44 kann Abschnitten oder Positionen der Strecke 12, beispielsweise zwischen den Messpositionen S1 bis S4 liegenden Streckenabschnitten oder den Messpositionen S1 bis S4 selbst, einen jeweiligen Energiebedarf zuordnen.
Weiter ist hier schematisch ein Modellblock 46 repräsentiert, der mehrere Teilmodelle, also mehrere vorgegebene Berechnungs- oder Simulationsmodelle umfasst. Vorliegend sind dies beispielhaft ein Streckenmodell 48, ein Bewegungsmodell 50, ein Energieflussmodell 52, das seinerseits ein Wärmestrommodell 54 und ein Energieverbrauchsmodell 56 umfasst, und wenigstens ein Temperaturmodell 58. Der Modellblock 46 bzw. die darin zusammengefassten einzelnen Teilmodelle können zunächst als theoretische Initialmodelle vorgegeben sein. Vor dem tatsächlichen Befahren der Strecke 12 durch das Kraftfahrzeug 10 können diese theoretischen Initialmodelle im Rahmen einer Vorverarbeitung zunächst an eine jeweilige Situation angepasst werden. Dies kann beispielsweise auf Basis von vor dem Befahren der Strecke 12 erfassten oder gegebenen Daten erfolgen. Beispielsweise können das Streckenmodell 48 und das Bewegungsmodell 50 anhand von erfassten oder vorhergesagten Verkehrsdaten 42 für die Strecke 12 angepasst werden. Ebenso können die Teilmodelle des Energieflussmodells 52 anhand der vorgegebenen Funktionsstandardlogik 34 für das spezifische Kraftfahrzeug 10 oder dessen Modell oder Typ angepasst werden. Daraus kann sich auch eine entsprechende Anpassung des wenigstens einen Temperaturmodells 58 ergeben, das Temperaturveränderungen einer oder mehrerer Komponenten oder Bauteile des Kraftfahrzeugs 10 modellieren kann.
Nach dem Befahren der Strecke 12 durch das Kraftfahrzeug 10, wenn also die tatsächlichen Zustandsdaten 22 erfasst wurden und vorliegen, können diese als Eingangsdaten bzw. Trainingsdaten den Teilmodellen des Modellblock 46 zugeführt werden, wie dies hier durch entsprechende Pfeile schematisch veranschaulicht ist.
So können als Eingangs- oder Trainingsdaten dem Streckenmodell 48 das Streckenprofil 24 entlang der Strecke 12, dem Bewegungsmodell 50 das Bewegungsprofil 26 des Kraftfahrzeugs 10 entlang der Strecke 12, dem Wärmestrommodell 54 das in dem Kraftfahrzeug 10 erfasste Wärmestromverhalten 30, dem Energieverbrauchsmodell 56 der in dem Kraftfahrzeug 10 erfasste Energieverbrauch 32 und dem Temperaturmodell 58 das in dem Kraftfahrzeug 10 erfasste Temperaturverhalten 36 einer oder mehrerer Komponenten oder Einrichtungen des Kraftfahrzeugs 10 zugeführt werden.
Basierend auf den real erfassten Zustandsdaten 22 kann der Modellblock 46, also dessen Teilmodelle, weiter angepasst oder trainiert werden. Dazu kann beispielsweise ein Fehlermodell 60 vorgegeben sein, dass eine Lern- oder Trainingsroutine für den Modellblock 46 implementiert, vorgegeben sein. Auf diese Weise können die Teilmodelle des Modellblock 46 also anhand realer Daten verbessert werden.
Zur weiteren Veranschaulichung des Verfahrens zeigt 3 ein zweites Verfahrensschema 62 zum Illustrieren einer Betriebsstrategieoptimierung für das Kraftfahrzeug 10 für die Strecke 12. Dazu werden verschiedene Strategievariationen 64, also beispielsweise eine Standardbetriebsstrategie 66 sowie mehr mehrere unterschiedliche modifizierte Betriebsstrategien 68 vorgegeben. Unter Verwendung der vorgegebenen Strategievariationen 64 werden die Teilmodelle des Modellblock 46 für die Strecke 12 erneut evaluiert. Hier wird also das Befahren der Strecke 12 durch das Kraftfahrzeug 10 unter den tatsächlich dabei gegebenen realen Bedingungen, also letztlich basierend auf den dabei erfassten Zustandsdaten 22, für verschiedene Betriebsstrategien 66, 68 des Kraftfahrzeugs 10 bzw. einer oder mehrerer Komponenten oder Einrichtungen des Kraftfahrzeugs 10 modelliert oder simuliert. Für die verschiedenen Betriebsstrategien 66, 68 ergeben sich dabei jeweilige Ergebnisdaten 70, die beispielsweise eine mit der jeweiligen Betriebsstrategie 66, 68 erreichte Energieeffizienz des Kraftfahrzeugs 10 beim simulierten Befahren der Strecke 12 und/oder einen Erfüllungsgrad oder eine Güte einer Erfüllung wenigstens einer vorgegebenen Zielvorgabe oder eines vorgegebenen Regelziels angeben.
Die verschiedenen Betriebsstrategien 66, 68 sowie deren jeweilige Ergebnisdaten 70 werden dann einem Potentialanalyseblock 72 zugeführt. Der Potentialanalyseblock 72 vergleicht die verschiedenen Betriebsstrategien 66, 68 und die damit erreichten Ergebnisdaten 70 und bestimmt darauf basierend weitere zu simulierende Strategievariationen 64 und/oder eine optimale bzw. optimierte Betriebsstrategie, die für ein zukünftiges Befahren der Strecke 12 - zumindest unter ansonsten gleichen oder ähnlichen Bedingungen - anzuwenden ist. Dazu kann der Potentialanalyseblock 72 beispielsweise ein vorgegebenes Maschinenlernverfahren, wie beispielsweise Reinforcement Learning, Active Learning oder Self-Training, anwenden. Für die entsprechende Lern- und Potenzialanalyse können neben der systematisch und attribuiert befüllten Energieverbrauchskarte 44 zur statistischen Sensitivitätsanalyse auch, beispielsweise offline verfügbare, statistisch adaptierte Energiemodelle herangezogen werden.
Vorliegend können also Ausgangs-, Betriebs- und Endbedingungen oder entsprechende Daten, beispielsweise Energieflüsse, Energiebilanzen und dergleichen mehr, während der Fahrt des Kraftfahrzeugs 10 ebenso wie diese beeinflussende Faktoren erfasst bzw. getrackt werden. Mit einer statistischen Bewertung dann verfügbarer Daten, beispielsweise in Form einer Landkarte wie der Energieverbrauchskarte 44, lässt sich dann die Güte einer erreichten Regelperformance pro verfolgtem vorgegebenen Regelziel auswerten und mit intelligenten Algorithmen nachbessern. Ein solches System ist also imstande, aus vergangenen Betriebszeiten zu lernen. Wenn also typische Ergebnis- und energetische Verbrauchsdaten von Strecken oder Streckenabschnitten, deren Bedingungen, klimatischen Verhältnisse und dergleichen mehr verfügbar sind, kann vor jedem Fahrtantritt zum Befahren einer solchen Strecke 12 unter Berücksichtigung vorherrschender Rahmenbedingungen eine ideale Energieverteilungsstrategie, also eine optimierte Betriebsstrategie für das jeweilige Kraftfahrzeug 10 bestimmt oder ausgewählt und nach Fahrtbeendigung bewertet und gegebenenfalls weiter optimiert werden. Damit kann in einem iterativen Prozess nach und nach die Energieeffizienz des Kraftfahrzeugs 10 bzw. einer Vielzahl von in das Verfahren eingebundenen Flottenfahrzeugen auf praktikable Weise für eine Vielzahl unterschiedlicher Streckenabschnitte, Situationen und Betriebsbedingungen verbessert werden.
Insgesamt zeigen die beschriebenen Beispiele damit wie eine felddatenbasierte optimierende Energie- oder Wärmestromverteilungsstrategie insbesondere für batteriebetriebene Fahrzeuge gefunden und angewendet werden kann.
Bezugszeichenliste

10: Kraftfahrzeug
12: Strecke
14: Sensorik
16: Fahrzeugassistenzeinrichtung
18: Servereinrichtung
20: erstes Verfahrensschema
22: Zustandsdaten
24: Streckenprofil
26: Bewegungsprofil
28: Energieverhalten
30: Wärmestromverhalten
32: Energieverbrauch
34: Funktionsstandardlogik
36: Temperaturverhalten
38: Fahrzeugverhaltensdaten
40: Nutzerverhaltensdaten
42: Verkehrsdaten
44: Energieverbrauchskarte
46: Modellblock
48: Streckenmodell
50: Bewegungsmodell
52: Energieflussmodell
54: Wärmestrommodell
56: Energieverbrauchsmodell
58: Temperaturmodell
60: Fehlermodell
62: zweites Verfahrensschema
64: Strategievariationen
66: Standardbetriebsstrategie
68: modifizierte Betriebsstrategien
70: Ergebnisdaten
72: Potentialanalyseblock
S1-S4: Messpositionen
A: Startpunkt
B: Ziel

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 102014204206 A1 [0003]
DE 102009034096 A1 [0004]
DE 102011083677 A1 [0005]

Claims

Verfahren (20, 62) zum iterativen Optimieren einer Betriebsstrategie (66, 68) für ein Kraftfahrzeug (10) hinsichtlich einer Energieeffizienz, bei dem - im Betrieb des Kraftfahrzeugs (10) für befahrene Strecken (12) jeweilige Zustandsdaten (22) erfasst werden, die einen Energiebedarf des Kraftfahrzeugs (10) für die jeweilige Strecke (12) charakterisieren, - daraus eine Energieverbrauchskarte (44), die ortsaufgelöste Energieverbräuche angibt, erstellt wird, -jeweils für eine bevorstehend von dem Kraftfahrzeug (10) zu befahrende Strecke (12) basierend auf der Energieverbrauchskarte (44) eine Betriebsstrategie (66, 68), die angibt, wie das Kraftfahrzeug (10) entlang der zu befahrenden Strecke (12) hinsichtlich wenigstens einer Zielvorgabe zu betreiben ist, bestimmt wird, - nachdem die jeweilige Strecke (12) von dem Kraftfahrzeug (10) unter Anwendung der bestimmten Betriebsstrategie (66, 68) befahren wurde anhand der dabei erfassten Zustandsdaten (22) bewertet wird, inwieweit die Zielvorgabe erreicht wurde, und - abhängig von der Bewertung wenigstens ein Parameterwert der Betriebsstrategie (66, 68) modifiziert wird, um eine hinsichtlich der Energieeffizienz optimierte Betriebsstrategie (68) zu bestimmen, die dann für ein zukünftiges Befahren der Strecke (12) hinterlegt wird.
Verfahren (20, 62) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein jeweiliger vollständiger Satz der Zustandsdaten (22) entlang der jeweiligen befahrenen Strecke (12) nur für mehrere diskrete Positionen (A, B, S1, S2, S3, S4) erfasst und gespeichert wird.
Verfahren (20, 62) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jeweilige Situationsdaten, insbesondere jeweils aktuelle Wetterdaten und/oder Verkehrsdaten für die jeweilige Strecke (12), als Teil der Zustandsdaten (22) erfasst und beim Bestimmen der Betriebsstrategie (66, 68) und/oder der optimierten Betriebsstrategie (68) verwendet werden.
Verfahren (20, 62) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für das Bestimmen der optimierten Betriebsstrategie (68) mittels eines vorgegebenen Modells (46), das insbesondere einen Energieverbrauch von Fahrzeugkomponenten, einen Wärmestrom innerhalb des Kraftfahrzeugs (10) und/oder eine Temperaturveränderung von Fahrzeugkomponenten modelliert, das Befahren der jeweiligen Strecke (12) unter Verwendung der bei deren tatsächlichem Befahren erfassten Zustandsdaten (22) für unterschiedliche Parameterwerte des wenigstens einen Parameters simuliert wird.
Verfahren (20, 62) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass durch eine fahrzeugexterne Servereinrichtung (18) die Zustandsdaten (22) für eine Vielzahl von Kraftfahrzeugen (10) und Strecken (12) aggregiert werden, um die Energieverbrauchskarte (44) zu erstellen und die optimierte Betriebsstrategie (68) zu bestimmen.
Verfahren (20, 62) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die jeweilige optimierte Betriebsstrategie (68) zunächst an vordefinierten Testfahrzeugen getestet wird, bevor sie zur Anwendung in übrigen der Vielzahl von Kraftfahrzeugen (10) hinterlegt wird.
Verfahren (20, 62) nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Servereinrichtung (18) Unterschiede zwischen den, insbesondere für jeweils dieselbe Strecke (12) und mit derselben Betriebsstrategie (66, 68) erfassten, Zustandsdaten (22) verschiedener Kraftfahrzeuge (10) bestimmt und darauf basierend Fehlerfälle der Kraftfahrzeuge (10) erkannt werden.
Verfahren (20, 62) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die optimierte Betriebsstrategie (68) zunächst einem Nutzer des Kraftfahrzeugs (10) als Vorschlag unterbreitet und nur bei Zustimmung durch den Nutzer zur Verwendung der vorgeschlagenen optimierten Betriebsstrategie (68) für einen zukünftigen Betrieb des Kraftfahrzeugs (10) angewendet wird.
Assistenzeinrichtung (16, 18) zum iterativen Optimieren einer Betriebsstrategie (66, 68) für ein Kraftfahrzeug (10), aufweisend eine Eingangsschnittstelle zum Erfassen von Zustandsdaten (22), die einen Energiebedarf des Kraftfahrzeugs (10) charakterisieren, eine Datenverarbeitungseinrichtung zum Verarbeiten der Zustandsdaten (22), zum Erstellen einer Energieverbrauchskarte (44) und zum Optimieren der Betriebsstrategie (66, 68) hinsichtlich einer Energieeffizienz und eine Ausgangsschnittstelle zum Bereitstellen einer entsprechend optimierten Betriebsstrategie (68) für einen zukünftigen Betrieb des Kraftfahrzeugs (10), wobei die Assistenzeinrichtung (16, 18) zum automatischen Durchführen eines Verfahrens (20, 62) nach einem der vorhergehenden Ansprüche eingerichtet ist.
Kraftfahrzeug (10), das zumindest einen fahrzeugseitigen Teil einer Assistenzeinrichtung (16, 18) nach Anspruch 9 aufweist und/oder zur Kommunikation mit einem fahrzeugexternen Teil einer Assistenzeinrichtung (16, 18) nach Anspruch 9 zum Durchführen eines Verfahrens (20, 62) nach einem der Ansprüche 1 bis 8 eingerichtet ist.