DE102021202468A1

DE102021202468A1 - Vorrichtung und Verfahren zur modellbasierten prädizierten Regelung einer Komponente eines Fahrzeugs

Info

Publication number: DE102021202468A1
Application number: DE102021202468.8A
Authority: DE
Inventors: Timon Busse
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2021-03-15
Filing date: 2021-03-15
Publication date: 2022-09-15
Also published as: WO2022194410A1; CN116963934A

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur modellbasierten prädizierten Regelung einer Komponente eines Fahrzeugs mit einer Batterie und einem Elektromotor, umfassend: eine erste Eingangsschnittstelle (20) zum Empfang von Sensordaten eines Sensors (14) des Fahrzeugs (34); eine zweite Eingangsschnittstelle (22) zum Empfang von Daten betreffend eine Topologie in der Umgebung des Fahrzeugs (34); eine Steuereinheit (25) zum Ausführen eines Prädizier-Algorithmus (26) zum Erzeugen eines Steuerwertes für die Komponente (18) des Fahrzeugs (34); eine Ausgangsschnittstelle (24) zur Ausgabe des in der Steuereinheit (25) ermittelten Steuerwertes für die Komponente (18) des Fahrzeugs (34); wobei der Prädizier-AIgorithmus (26) ein Fahrzeugmodell (28) und eine Optimierungsfunktion (30) umfasst; das Fahrzeugmodell (28) ein Batteriemodell (32) umfasst und die Sensordaten und Daten betreffend die Topologie in dem Prädizier-Algorithmus (26) verarbeitet werden; die Optimierungsfunktion (30) eine elektrische Energie und eine Fahrzeit umfasst, wobei die Energie von dem Batteriemodell (32) und die Fahrzeit von dem Fahrzeugmodell (28) prädiziert sind; die Optimierungsfunktion (30) eine Information zu einem Ladepunkt (48) auf einer von dem Fahrzeugmodell (28) prädizierten Wegstrecke (44) des Fahrzeugs (34) in einem Prädizierhorizont umfasst und eine Information zu dem prädizierten Energieinhalt der Batterie (33) am Ort des Ladepunktes (48); und der Prädizier-Algorithmus (26) den Steuerwert durch Minimieren der Optimierungsfunktion (30) erzeugt. Die vorliegende Erfindung betrifft weiterhin ein System und ein Verfahren zur modellbasierten prädizierten Regelung einer Komponente eines Fahrzeugs.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung sowie ein System und ein Verfahren zur modellbasierten prädizierten Regelung einer Komponente eines Fahrzeugs mit einer Batterie und einem Elektromotor.
Moderne Fahrzeuge (Autos, Transporter, Lastwagen, Motorräder etc.) umfassen eine Vielzahl an Systemen, die dem Fahrer Informationen zur Verfügung stellen und einzelne Funktionen des Fahrzeugs teil- oder vollautomatisiert steuern. Über Sensoren wird die Umgebung des Fahrzeugs erfasst und basierend hierauf ein Modell der Fahrzeugumgebung erzeugt, das in ein vorhandenes Fahrzeugmodell integriert wird. Durch die fortschreitende Entwicklung im Bereich der autonom und teilautonom fahrenden Fahrzeuge werden der Einfluss und der Wirkungsbereich solcher Fahrerassistenzsysteme (Advanced Driver Assistance Systems, ADAS) immer größer. Insbesondere bei Fahrzeugen mit elektrischen Maschinen, also Elektromotoren, als Antriebsmaschine werden auch Methoden der modellbasierten prädiktiven Regelung (im Englischen: Model Predictive Control oder abgekürzt MPC) verwendet, die beispielsweise auf dem Gebiet der Trajektorien-Regelung und insbesondere im Bereich der Motor-Regelung in Kraftfahrzeugen eingesetzt werden. Beispielsweise kann durch die prädiktive Regelung der Antriebsmaschine der Verbrauch elektrischer Energie optimiert werden.
Aus der EP2610836 A1 ist eine Optimierung einer Energiemanagement-Strategie bekannt, die durch Minimierung einer Kostenfunktion und auf Basis eines Vorausschauhorizonts und weiterer Umgebungsinformationen ausgeführt wird. Hierzu wird ein Neuronales Netz zur Nutzung im Fahrzeug erstellt. Weiterhin erfolgt eine Modellierung des Fahrers sowie eine Vorhersage des vom Fahrer wahrscheinlich gewählten Geschwindigkeitsverlaufs. Die EP1256476 B1 offenbart eine Strategie zur Reduktion des Energiebedarfs beim Fahren und zur Erhöhung der Reichweite. Dabei werden Informationen des Navigationsgeräts genutzt, nämlich eine aktuelle Fahrzeugposition, Straßenmuster, Geografie mit Datum und Uhrzeit, Höhenveränderung, Geschwindigkeitsbeschränkungen, Kreuzungsdichte, Verkehrsüberwachung und Fahrmuster des Fahrers.
Den größten Einfluss auf den Energieverbrauch beim Betreiben eines Kraftfahrzeugs haben der Fahrer und sein Fahrstil. Auch bei der Verwendung von bekannten Tempomaten zur Geschwindigkeitssteuerung wird der Energieverbrauch nicht berücksichtigt. Bekannte vorausschauende Fahrstrategien sind typischerweise regelbasiert und liefern nicht in jeder Situation optimale Ergebnisse. Optimierungsbasierte Strategien sind ferner sehr rechenaufwändig und werden bisher nur als Offline-Lösung eingesetzt oder werden mit dynamischer Programmierung gelöst.
Bei batteriebetriebenen Elektrofahrzeugen spielen auch die anderen mit elektrischer Energie versorgten Komponenten eine entscheidende Rolle für den Gesamtenergieverbrauch und somit für die Reichweite des Fahrzeugs. Diese Komponenten werden beim Energiemanagement-System aber nicht oder nur unzureichend berücksichtigt.
Ausgehend hiervon stellt sich der vorliegenden Erfindung die Aufgabe, ein System mit einer verbesserten MPC-Regelung vorzuschlagen, bei dem ein verbessertes Energiemanagement verwendet wird, um den Energieverbrauch flexibel an gegebene Randbedingungen anzupassen.
Zum Lösen dieser Aufgabe betrifft die Erfindung in einem ersten Aspekt eine Vorrichtung zur modellbasierten prädizierten Regelung einer Komponente eines Fahrzeugs mit einer Batterie und einem Elektromotor, umfassend:

eine erste Eingangsschnittstelle zum Empfang von Sensordaten eines Sensors des Fahrzeugs;
eine zweite Eingangsschnittstelle zum Empfang von Daten betreffend eine Topologie in der Umgebung des Fahrzeugs;
eine Steuereinheit zum Ausführen eines Prädizier-Algorithmus zum Erzeugen eines Steuerwertes für die Komponente des Fahrzeugs;
eine Ausgangsschnittstelle zur Ausgabe des in der Steuereinheit ermittelten Steuerwertes für die Komponente des Fahrzeugs;

der Prädizier-Algorithmus ein Fahrzeugmodell und eine Optimierungsfunktion umfasst;
das Fahrzeugmodell ein Batteriemodell umfasst und die Sensordaten und Daten betreffend die Topologie in dem Prädizier-Algorithmus verarbeitet werden;
die Optimierungsfunktion eine elektrische Energie und eine Fahrzeit umfasst, wobei die Energie von dem Batteriemodell und die Fahrzeit von dem Fahrzeugmodell prädiziert sind;
die Optimierungsfunktion eine Information zu einem Ladepunkt auf einer von dem Fahrzeugmodell prädizierten Wegstrecke des Fahrzeugs in einem Prädizierhorizont umfasst und eine Information zu dem prädizierten Energieinhalt der Batterie am Ort des Ladepunktes; und
der Prädizier-Algorithmus den Steuerwert durch Minimieren der Optimierungsfunktion erzeugt.

In einem weiteren Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung ein System zur modellbasierten prädizierten Regelung einer Komponente eines Fahrzeugs mit einer Batterie und einem Elektromotor, umfassend:

eine Vorrichtung wie oben beschrieben, einen Sensor zur Ermittlung von Sensordaten mit Informationen zur Umgebung des Fahrzeugs und eine Topologieeinheit zum Bereitstellen von Daten betreffend die Topologie.

Weitere Aspekte der Erfindung betreffen ein entsprechendes Verfahren, ein Fahrzeug und ein Computerprogrammprodukt mit Programmcode zum Durchführen der Schritte des Verfahrens, wenn der Programmcode auf einem Computer ausgeführt wird, sowie ein Speichermedium, auf dem ein Computerprogramm gespeichert ist, das, wenn es auf einem Computer ausgeführt wird, eine Ausführung des hierin beschriebenen Verfahrens bewirkt.
Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung werden in den abhängigen Ansprüchen beschrieben. Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen. Insbesondere können das Verfahren und das Computerprogrammprodukt entsprechend der für die Vorrichtung und das System in den abhängigen Ansprüchen beschriebenen Ausgestaltungen ausgeführt sein.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung verwendet insbesondere eine Steuereinheit zum Ausführen eines Prädizier-Algorithmus, um einen Steuerwert für eine Fahrzeugkomponente zu erzeugen. Der Prädizier-Algorithmus beruht dabei auf einem Fahrzeugmodell und einer Optimierungsfunktion. Das Fahrzeugmodell kann beispielsweise neben einem Dynamikmodell für den Antrieb in Längsrichtung des Fahrzeugs auch weitere Modelle für einzelne Komponenten des Fahrzeugs umfassen. Beispielsweise ist in dem Fahrzeugmodell ein Batteriemodell umfasst, an das das Batteriemanagement sowie die Batterie modelliert. Zum Fahrzeugmodell gehören auch Informationen und Parameter, die andere Komponenten, wie beispielsweise die Klimaanlage, die Bremse oder unterschiedliche Kameras, modellieren. Auch gehört das Navigationssystem sowie die dort hinterlegte elektronische Karte sowie Informationen zur Topologie in der Umgebung des Fahrzeugs, z.B. Straßenmuster, und andere Informationen dazu. Das Batteriemodell umfasst neben der Batterie selbst auch das Temperaturmanagement der Batterie und Modelle, die den Ladezyklus und die Energieabgabe der Batterie, beispielsweise in Abhängigkeit der Temperatur der Batterie, beschreiben. Das Batteriemodell kann eine Batteriekühlpumpe oder ein Temperiersystem umfassen.
Der von der Steuereinheit ausgeführte Prädizier-Algorithmus basiert auf einem MPC-Solver oder MPC-Algorithmus (Model Predictive Control). Der Prädizier-Algorithmus ermöglicht eine effiziente Planung verschiedener für die Gesamtenergieeffizienz des Fahrzeugs relevanter Freiheitsgrade auf Gesamtfahrzeugebene. Dabei können energieeffiziente und zum Teil auch komfortable Aktuatorkombinationen durch Verwendung des Prädizier-Algorithmus zur Planung verschiedener Freiheitsgrade verwendet werden. Die prädizierten und geplanten Freiheitsgrade können optimal an einen sogenannten Targetgenerator übergeben werden, der dann die einzelnen Aktoren, wie beispielsweise Aktoren des Antriebsstrangs oder andere Komponenten und Aktoren im Fahrzeug, steuern kann.
In modernen Fahrzeugen werden verschiedene energieeffizienzrelevante Komponenten verbaut, die nicht nur zum Antriebsstrang gehören. Eine Optimierung des Energieverbrauchs und eine Optimierung des Energiemanagements einschließlich Planung von Ladephasen für die Batterie unter Berücksichtigung von Fahrzeit und Energieverbrauch werden von dem durch die Steuereinheit ausgeführten Prädizier-Algorithmus ermöglicht. So lässt sich in jeder Situation unter den gegebenen Randbedingungen und Beschränkungen eine optimale Lösung für eine „Driving Efficiency“-Fahrfunktion ermitteln, die eine energieeffiziente Fahrweise ermöglicht. Das dabei zugrundeliegende Systemmodell oder Fahrzeugmodell beschreibt das Verhalten des Fahrzeugs in seiner Gesamtheit. Der Prädizier-Algorithmus verwendet eine Zielfunktion oder Optimierungsfunktion, die auch als Kostenfunktion bezeichnet wird. Hierdurch wird ein Optimierungsproblem beschrieben und bestimmt, wobei festgelegt ist, welche Zustandsgrößen optimiert werden sollen.
Die Optimierung betrifft hierbei die Minimierung der Optimierungsfunktion. In der Optimierungsfunktion wird beschrieben, welche Zustandsgrößen minimiert werden sollen. Insbesondere sind hierbei die vom Fahrzeug verbrauchte elektrische Energie sowie die Fahrzeit relevante Größen. Die Optimierung von Energieverbrauch und Fahrzeit kann beispielsweise auf Basis der vor dem Fahrzeug liegenden Strecke, die von dem Fahrzeugmodell prädiziert wird, sowie einem Prädizierhorizont optimal ausgelegt werden. Dabei können Beschränkungen der Geschwindigkeit und/oder der Antriebskraft berücksichtigt werden sowie der allgemeine Fahrzeugzustand. Neben der Optimierung der elektrischen Energie und der Fahrzeit umfasst die Optimierungsfunktion Informationen zu einem Ladepunkt auf einer von dem Fahrzeugmodell prädizierten Wegstrecke des Fahrzeugs in dem Prädizierhorizont. Somit wird berücksichtigt, wo die nächste Lademöglichkeit entlang der prädizierten Fahrstrecke liegt. Weiter umfasst die Optimierungsfunktion Informationen zu dem in dem Batteriemodell prädizierten Energieinhalt der Batterie am Ort des Ladepunktes auf der prädizierten Wegstrecke. Aus diesen Werten kann ein für den Anwendungsfall spezifischer Steuerwert für eine Komponente des Fahrzeugs ermittelt werden.
Handelt es sich beispielsweise bei dem Fahrzeug um einen Bus, so kann in der erfindungsgemäßen Vorrichtung weiterhin auch ein als Haltestelle kategorisierter Punkt auf der prädizierten Wegstrecke des Busses berücksichtigt werden. Die Optimierungsfunktion kann dann entsprechend angepasst werden, wobei gegebenenfalls Ankunftszeiten an den Haltestellen mit in die Optimierungsfunktion einfließen können. Möglich ist auch, dass an den Haltestellen zusätzlich ein Ladepunkt vorgesehen ist, was die Optimierungsfunktion repräsentieren kann.
Bei der Komponente des Fahrzeugs kann es sich beispielsweise um eine Komponente des Antriebsstrangs des Fahrzeugs handeln. Hierbei kann die Optimierungsfunktion auf ein Längsdynamikmodell des Kraftfahrzeugs zurückgreifen, das beispielsweise auch ein Verlustmodell des Fahrzeugs umfassen kann. Verschiedene Fahrzeugparameter sowie Antriebsstrangverluste können berücksichtigt werden, die beispielsweise durch Betriebsparameter oder Kennfelder in den Modellen hinterlegt sein können. Die entsprechenden Werte können beispielsweise berechnet oder simuliert werden. Die Verwendung solcher Verlustmodelle ist bekannt.
Um die für den Prädizier-Algorithmus und die Optimierungsfunktion notwendigen Eingaben zu ermitteln, greift die erfindungsgemäße Vorrichtung auf Sensordaten eines oder mehrerer Sensoren des Fahrzeugs sowie auf Daten betreffend eine Topologie in der Umgebung des Fahrzeugs zurück. Diese Daten werden über eine erste bzw. zweite Eingangsschnittstelle an die Vorrichtung übermittelt. Die Sensordaten können beispielsweise unterschiedliche optische Sensoren sein. Mögliche Sensoren sind Radarsensoren, Lidarsensoren oder Kamerasensoren. Hiermit lässt sich die direkte Umgebung des Fahrzeugs ermitteln. Zur Bestimmung der Position des Fahrzeugs kann auf GNSS-Sensoren oder GPS-Sensoren zurückgegriffen werden. Diese können in Kombination mit den Topologiedaten einer Topologieeinheit verwendet werden, um eine Wegstrecke des Fahrzeugs innerhalb des Prädizierhorizonts vorherzusagen. Durch die Informationen zur Topologie wie auch zur aktuellen Position des Fahrzeugs können beispielsweise Steigungen oder Ähnliches oder Straßenmuster berücksichtigt werden.
Die Berücksichtigung der elektrischen Energie, die innerhalb des Prädizierhorizonts von der Batterie zur Verfügung gestellt wird, und die Berücksichtigung der Fahrzeit, die bis zum Erreichen eines Wegpunktes oder des Prädizierhorizonts von dem Fahrzeugmodell prädiziert wird, sind aus dem Stand der Technik bekannt. Durch die Erweiterung der Optimierungsfunktion und Berücksichtigung von Informationen zu einem Ladepunkt auf der prädizierten Wegstrecke sowie zu dem prädizierten Energieinhalt beim Erreichen des Ladepunkts kann eine energieeffiziente Fahrstrategie weiter verbessert werden. Hierbei kann durch Wahl und Gewichtung der Randbedingungen eine Anpassung und Verbesserung, beispielsweise eine den Fahrerwünschen entsprechende Optimierung erfolgen. Insbesondere ist es möglich, den Energieverbrauch in Abhängigkeit der Entfernung zu einem Ladepunkt oder in Abhängigkeit des prädizierten Energieinhalts der Batterie am Ort des Ladepunktes zu berücksichtigen. Beispielsweise lässt sich mittels der Eingangsgrößen ein besonders optimaler Motorbetriebspunkt der elektrischen Maschine einstellen. Auf diese Weise kann eine direkte Einregelung der optimalen Geschwindigkeit des Fahrzeugs erfolgen.
Die von der Vorrichtung gesteuerte Komponente des Fahrzeugs kann auch eine Komponente außerhalb des Antriebsstrangs sein. Um eine energieeffiziente Regelung des Fahrzeugs zu ermöglichen, kann es notwendig sein, einzelne Verbraucher in Abhängigkeit des Fahrzeugmodells zu regeln. Beispielsweise ist es möglich, den Verbrauch einzelner Verbraucher zurückzufahren, wenn entsprechende Informationen zur Topologie oder zur Umgebung des Fahrzeugs vorliegen. Denkbar wäre es beispielsweise, bei einer innerhalb des Prädizierhorizonts zu erwartenden Steigung die Leistungsaufnahme einzelner Verbraucher zu reduzieren, um die vorhandene Energie optimal einzusetzen. Werden in dem Fahrzeugmodell beispielsweise Wettermodelle berücksichtigt, so kann der Energieverbrauch und die Geschwindigkeitstrajektorie des Fahrzeugs an die Wetterbedingungen angepasst werden.
Beispielsweise wäre es auch möglich, elektrische Fenster zu schließen, um den Luftwiderstand des Fahrzeugs zu verringern, wenn der am Ort des Ladepunkts prädizierte Energieinhalt der Batterie ein vorgegebenes Limit unterschreitet oder wenn beispielsweise Informationen zu dem Ladepunkt eine Situation erwarten lassen, bei der ein Laden der Batterie nicht oder nur unkomfortabel möglich ist. In diesem Fall könnte ein anderer Ladepunkt angefahren werden, sodass eine effiziente und verbrauchsarme Fahrweise des Fahrzeugs notwendig wird, um das Erreichen des alternativen Ladepunktes zu ermöglichen.
Die Vorrichtung bietet also den Vorteil, sowohl die Ladevorgänge zu planen als auch eine Planung des Verbrauchs durchzuführen und somit Verbrauch von elektrischer Energie und Ladung der Batterie anzupassen und abzustimmen.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung werden in der Optimierungsfunktion die Energie, die Fahrzeit, die Information zu dem Ladepunkt und/oder der Energieinhalt der Batterie am Ort des Ladepunktes als gewichteter Term berücksichtigt. Jedes der einzelnen Merkmale in der Optimierungsfunktion hat einen eigenen Gewichtungsfaktor, wobei die Gewichtungsfaktoren unabhängig voneinander sein können. Somit umfasst die Optimierungsfunktion mehrere gewichtete Terme. Dies hat den Vorteil, dass die einzelnen Parameter in Abhängigkeit von vorgegebenen Randbedingungen oder anderen Beschränkungen unterschiedlich gewichtet sein können. Beispielsweise ist es so auch möglich, einzelne Parameter unter bestimmten Randbedingungen zu sanktionieren.
Vorzugsweise umfasst die Optimierungsfunktion eine Information zu einem Wegpunkt, der als Haltestelle kategorisiert ist. Der Wegpunkt liegt auf der vom Fahrzeugmodell prädizierten Wegstrecke innerhalb des Prädizierhorizonts. Dieser als Haltestelle kategorisierte Wegpunkt ist ein Punkt, den das Fahrzeug jedenfalls passieren muss und bei dem das Fahrzeug mit einer gegebenen Wahrscheinlichkeit anhalten wird. Handelt es sich bei dem Fahrzeug beispielsweise um einen Bus oder einen Linienbus, so wäre die Haltestelle ein Punkt, an dem der Bus planmäßig zum Stillstand kommt, jedenfalls wenn ein Fahrgast des Busses einen Aussteigewunsch äußert oder sich ein neuer Fahrgast an der Haltestelle aufhält. Allerdings ist es auch möglich, andere interessante oder interessierende Wegpunkte als Haltestelle zu kategorisieren. Dies könnten beispielsweise besondere Sehenswürdigkeiten sein, bei denen es unter bestimmten Bedingungen lohnenswert ist anzuhalten. Denkbar wäre auch, dass Kreuzungen mit Ampeln als Haltestelle kategorisiert werden.
Besonders bevorzugt wird die Information zu dem als Haltestelle kategorisierten Wegpunkt in der Optimierungsfunktion als gewichteter Term aufgenommen. Folglich umfasst die Optimierungsfunktion einen weiteren Term, der einen weiteren Gewichtungsfaktor aufweist, um eine individuelle Gewichtung zu realisieren.
In einer ebenfalls bevorzugten Ausführung umfasst die Optimierungsfunktion zusätzlich zu einem als Haltestelle kategorisierten Wegpunkt eine Ankunftszeit, zu der das Fahrzeug voraussichtlich an der Haltestelle ankommen wird. Auf diese Weise könnten beispielsweise bei einem Linienbus im öffentlichen Nahverkehr Ankunftszeiten und Fahrpläne realisiert und bei der modellbasierten prädizierten Regelung berücksichtigt werden. Abhängig von der gewünschten oder geforderten Ankunftszeit könnte kurzfristig oder für einen bestimmten Zeitraum oder eine bestimmte Wegstrecke die Optimierungsfunktion andere Ergebnisse bringen als ohne diese Berücksichtigung.
Vorzugsweise umfasst die Optimierungsfunktion des Prädizier-Algorithmus neben der Information zu dem Ort eines Ladepunktes auch einen Term mit einem Belegungsparameter für den Ladepunkt, der die Belegung des Ladepunkts berücksichtigt. So kann beispielsweise berücksichtigt werden, dass ein Ladepunkt zeitweise von einem anderen Fahrzeug genutzt wird und somit für das aktuelle Fahrzeug nicht zur Verfügung steht, jedenfalls nicht für einen bestimmten Zeitpunkt. Vorzugsweise kann der Belegungsparameter auch eine Zeitspanne umfassen, in der voraussichtlich eine Belegung des Ladepunkts vorliegt. Der Fahralgorithmus bzw. die Geschwindigkeitstrajektorie kann hieran angepasst werden, sodass ein Erreichen des Ladepunkts zu einem Zeitpunkt erfolgt, an dem keine Belegung vorliegt. Auf diese Weise kann bei Erreichen des Ladepunktes unverzüglich mit einem Ladevorgang begonnen werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Steuerwert, der mittels des Prädizier-Algorithmus in der Steuereinheit ermittelt wird, ein Motorsteuerwert für den Elektromotor des Fahrzeugs. Somit kann die elektrische Antriebsmaschine als Teil des Antriebsstrangs von der erfindungsgemäßen Vorrichtung angesteuert werden. In diesem Fall kann das Fahrzeugmodell ein Längsdynamikmodell des Antriebsstrangs umfassen und beispielsweise eine Geschwindigkeitstrajektorie berücksichtigen, die zu einer direkten Ansteuerung des Antriebsmotors führt.
In einer weiter bevorzugten Ausführungsform ist der Steuerwert, der in der Steuereinheit mittels des Prädizier-Algorithmus erzeugt wird, ein Pumpensteuerwert. Der Pumpensteuerwert dient zur Ansteuerung einer Batteriekühlpumpe, um die Batterie entsprechend dem Batteriemodell zu temperieren. Die Batteriekühlpumpe ist somit ebenfalls Teil des Batteriemodells und wird im Fahrzeugmodell berücksichtigt. Beispielsweise kann es durchaus sinnvoll sein, die Batteriekühlpumpe der Batterie zu steuern, um Energie zu sparen. Ist beispielsweise die Batterie recht kühl und sollte gewärmt werden, damit sie in einem optimalen Betriebspunkt arbeitet, kann es unter bestimmten Voraussetzungen sinnvoll sein, auf das Temperieren bzw. Heizen der Batterie zu verzichten. Dies kann beispielsweise dann der Fall sein, wenn nach einer kurzen Strecke von wenigen Kilometern die prädizierte Fahrstrecke eine lange und große Steigung vorsieht, die eine hohe Energieentnahme aus der Batterie erforderlich macht. Durch die hohe Energieentnahme wird die Batterie aufgeheizt und müsste dann, wenn sie vorgeheizt wird, wieder gekühlt werden. Durch den Verzicht auf das Vorheizen ist es zwar möglich, dass das Fahrzeug zunächst in einem energetisch schlechteren Zustand fährt. Allerdings wird durch den Verzicht auf das vorher vorgenommene Heizen und die notwendige Kühlung insgesamt ein deutlich energieeffizienteres Verhalten des Fahrzeugs hervorgerufen. Solche und ähnliche Szenarien können vorteilhafterweise durch die bevorzugte Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung berücksichtigt werden.
In einer ebenfalls bevorzugten Ausführungsform ist der mittels des Prädizier-Algorithmus erzeugte Steuerwert der Steuereinheit ein Innenraum-Klimatisierungssteuerwert. Der Innenraum-Klimatisierungssteuerwert wird zum Ansteuern einer Innenraum-Klimaanlage des Fahrzeugs verwendet. Es kann vorteilhaft sein, die Innenraum-Klimatisierung auszuschalten, beispielsweise wenn eine hohe Energieentnahme aus der Batterie notwendig ist und/oder nur ein stark reduzierter Energieinhalt der Batterie zur Verfügung steht. Beispielsweise kann dies an Steigungen der Wegstrecke sein, insbesondere wenn mit dem Fahrzeug zusätzliche Lasten transportiert oder gezogen werden.
Das System zur modellbasierten prädizierten Regelung einer Komponente eines Fahrzeugs, das eine Batterie und einen Elektromotor hat, umfasst die oben beschriebene Vorrichtung sowie wenigstens einen Sensor zur Ermittlung von Sensordaten mit Informationen zur Umgebung des Fahrzeugs. Weiterhin umfasst das System eine Topologieeinheit zum Bereitstellen von Daten betreffend die Topologie. Die Sensoren können beispielsweise optische Sensoren sein, wie Radarsensoren, Lidarsensoren oder Kamerasensoren, die typischerweise im Fahrzeug verbaut sind. Weitere Sensoren können Positionssensoren sein, um die Position des Fahrzeugs zu ermitteln. Diese Informationen werden mit Daten aus einer elektronischen Karte kombiniert, sodass die Position des Fahrzeugs in einer vorgegebenen Umgebung ermittelt werden kann. Auch sind die Topologiedaten aus der Topologieeinheit notwendig, um Aussagen über die Wegstrecke, wie beispielsweise Steigungen, Gefälle, Kurven, Art der Wegstrecke bzw. der Straße, sowie Daten zu Geschwindigkeitsbeschränkungen oder anderen Randbedingungen zu erhalten. Neben den allgemeinen Daten für die Umgebung des Fahrzeugs werden durch die optischen Sensoren Informationen zur unmittelbaren Umgebung ermittelt, beispielsweise in der Umgebung befindliche andere Fahrzeuge, Personen oder Objekte.
Gemäß einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung ein Fahrzeug mit einer Batterie und einem Elektromotor. Das Fahrzeug umfasst das oben beschriebene System sowie eine Komponente, für die von dem System ein Steuerwert erzeugt wird und die von dem System modellbasiert und prädiktiv geregelt wird.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Fahrzeug ein Bus, sehr bevorzugt ein Linienbus. Die Optimierungsfunktion umfasst eine Information zu einem als Haltestelle kategorisierten Wegpunkt auf einer von dem Fahrzeugmodell prädizierten Wegstrecke des Fahrzeugs in einem Prädizierhorizont. Die Optimierungsfunktion kann weiterhin einen Term, der eine Ankunftszeit an dem als Haltestelle kategorisierten Wegpunkt berücksichtigt, umfassen.
Neben den genannten Randbedingungen können auch die im Stand der Technik verwendeten Randbedingungen und Parameter berücksichtigt werden. Dies sind beispielsweise Geschwindigkeitslimits, die durch die Art der Straße oder den Ort, an dem sich das Fahrzeug aufhält, etwa ein Stadtgebiet, vorgegeben werden. Dies umfasst auch Geschwindigkeitslimits, die sich verschieben, beispielsweise wenn das Fahrzeug aus der Stadt herausfährt und eine Landstraße erreicht. Weitere bekannte Einschränkungen können beispielsweise Drehmomentbegrenzungen sein, damit ein Fahrzeug nicht zu stark beschleunigt und eine für die Fahrzeuginsassen unkomfortable Fahrsituation hervorgerufen wird.
Neben diesen Randbedingungen werden in der vorliegenden Vorrichtung weitere Randbedingungen erfüllt, die beispielsweise Haltestellen auf dem prädizierten Weg des Fahrzeugs berücksichtigen. Dies ist insbesondere dann wichtig, wenn es sich bei dem Fahrzeug um einen Bus oder einen Linienbus handelt. Hierbei können als weitere Parameter der Optimierungsfunktion oder als Randbedingungen (sogenannte Constraints) Ankunftszeiten an den Haltestellen berücksichtigt werden und in die Optimierungsfunktion einfließen.
Das Fahrzeugmodell kann neben dem Batteriemodell auch ein Fahrdynamikmodell oder ein Längsdynamikmodell eines Kraftfahrzeugs umfassen. Beispielsweise kann ein Fahrdynamikmodell eines Kraftfahrzeugs eine Traktionskraft, die auf die Räder des Fahrzeugs ausgeübt wird, eine Rollwiderstandskraft, die Effekte der Verformung der Reifen beim Rollen und der Belastung der Räder berücksichtigt, eine Steigungswiderstandskraft, die eine Längskomponente der Schwerkraft beschreibt und abhängig von der Neigung der Fahrbahn ist, und eine Luftwiderstandskraft des Fahrzeugs umfassen. Mathematisch kann das Fahrzeugmodell als zeitliche Ableitung der Geschwindigkeit aufgefasst werden, wobei die Summe der Kräfte in Bezug auf die äquivalente Masse des Fahrzeugs bezogen ist. Die äquivalente Masse des Fahrzeugs kann die Trägheit der Drehteile des Antriebsstrangs umfassen. Die Optimierungsfunktion ist eine Kostenfunktion, die beispielsweise Gewichtungsfaktoren für den Energieverbrauch der Batterie, den Energieverbrauch der Batterie, die Wegstrecke, die Antriebskraft, die Zeit, Informationen zu einem Ladepunkt und zu einem Energieinhalt der Batterie am Ort des Ladepunkts und zu Beginn des Prädizierhorizonts sowie unterschiedliche Gewichtungsfaktoren für die einzelnen Terme, die beispielsweise summiert sein können, umfasst. Aktuelle Zustandsgrößen können gemessen werden, entsprechende Daten können aufgenommen und dem Prädizier-Algorithmus zugeführt werden. So können beispielsweise Streckendaten aus einer elektronischen Karte, aus der Topologieeinheit oder aus einem Navigationssystem für einen Vorausschauhorizont bzw. Prädizierhorizont vor dem Kraftfahrzeug aktualisiert werden, beispielsweise zyklisch aktualisiert werden. Der Prädizierhorizont umfasst vorzugsweise einen Bereich von wenigstens 100 m, sehr bevorzugt von wenigstens 500 m, besonders bevorzugt von wenigstens 1 km. Streckendaten oder Topologiedaten können Steigungsinformationen, Kurveninformationen, Geschwindigkeitslimitierungen und Ähnliches umfassen. Die prädizierte Wegstrecke ist eine vorausgesagte Wegstrecke innerhalb des Prädizierhorizonts, die von dem Fahrzeugmodell erstellt wird. Ein Ladepunkt ist ein Ort mit einer Einrichtung, die zum Laden eines Fahrzeugs mit einer Batterie geeignet ist. Dies kann beispielsweise eine Ladesäule sein. Induktive Lademöglichkeiten können ebenso vorgesehen sein wie beispielsweise Ladung über einen Stromabnehmer. Ein Bus ist ein Fahrzeug zum Personentransport, insbesondere auf einer vorgeplanten oder festgelegten Wegstrecke, die in der elektronischen Karte vermerkt sein oder in dem Fahrzeugmodell hinterlegt sein kann. Insbesondere bei Bussen im Linienverkehr ist die Wegstrecke prinzipiell bekannt. Allerdings kann das Fahrzeug von der vorgegebenen und bekannten Wegstrecke abweichen. Informationen zu der Wegstrecke können in dem Fahrzeugmodell und/oder der Optimierungsfunktion berücksichtigt und verarbeitet werden.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand einiger ausgewählter Ausführungsbeispiele im Zusammenhang mit den beiliegenden Zeichnungen näher beschrieben und erläutert. Es zeigen:

1 eine schematische Darstellung des Systems gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung;
2 eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs mit dem System;
3 eine schematische Darstellung einer Fahrsituation; und
4 eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Verfahrens.

1 zeigt ein System 10 mit einer Vorrichtung 12 gemäß der Erfindung, einem Sensor 14 und einer Topologieeinheit 16. Zusätzlich zeigt 1 eine Komponente 18, die mit dem System 10 verbunden ist und angesteuert wird.
Die Vorrichtung 12 umfasst eine erste Eingangsschnittstelle 20, die mit dem Sensor 14 verbunden ist und die Sensordaten des Sensors 14 empfängt. Die Vorrichtung 12 hat eine zweite Eingangsschnittstelle 22 zum Empfang von Daten betreffend die Topologie in der Umgebung eines Fahrzeugs. Die zweite Eingangsschnittstelle 22 ist mit der Topologieeinheit 16 verbunden und empfängt die Daten von der Topologieeinheit 16. Eine Steuereinheit 25 der Vorrichtung 12 weist einen Prädizier-Algorithmus 26 auf, der einen Steuerwert für eine Komponente, z.B. Komponente 18, erzeugt. Eine Ausgangsschnittstelle 24 gibt den in der Vorrichtung 12 ermittelten Steuerwert für die Komponente 18 aus. Dieser Steuerwert wird von der Ausgangsschnittstelle 24 an die Komponente 18 übermittelt.
Der Prädizier-Algorithmus 26 der Vorrichtung 12 verarbeitet die Sensordaten von der ersten Eingangsschnittstelle 20 und die Daten von der zweiten Eingangsschnittstelle 22. Der Prädizier-Algorithmus 26 umfasst ein Fahrzeugmodell 28 und eine Optimierungsfunktion 30, die verschiedene Parameter eines Fahrzeugs und von dem Fahrzeugmodell 28 zur Verfügung gestellte Parameter berücksichtigt. Bevorzugt ist die Optimierungsfunktion 30 eine Kostenfunktion. Die Optimierungsfunktion 30 wird minimiert, wobei eine quadratische oder eine andere Minimierungsfunktion zur Anwendung kommen kann. Derartige Optimierungsfunktionen oder Kostenfunktionen sind im Stand der Technik prinzipiell bekannt; ebenso die Minimierung einer Optimierungsfunktion.
Das Fahrzeugmodell 28 umfasst ein Batteriemodell 32, mit dem eine Batterie eines Fahrzeugs einschließlich des Energiemanagements der Batterie sowie die Modellierung einer Batteriekühlpumpe oder Batterietemperiereinheit modelliert werden können. Weiter kann das Fahrzeugmodell 28 ein Fahrdynamikmodell 31 umfassen, das z.B. den Antriebsstrang und dessen Komponenten berücksichtigt.
Beispielsweise kann die Optimierungsfunktion 30 eine elektrische Energie und eine Fahrzeit eines Fahrzeugs umfassen, wobei bevorzugt die Energie von dem Batteriemodell 32 und die Fahrzeit von dem Fahrzeugmodell 28 oder Fahrdynamikmodell 31 prädiziert werden. Die Optimierungsfunktion 30 kann weiter Informationen zu einem Ladepunkt auf einer von dem Fahrzeugmodell 28 prädizierten Wegstrecke des Fahrzeugs in einem Prädizierhorizont umfassen sowie beispielsweise Informationen zu dem prädizierten Energieinhalt der Batterie am Ort des Ladepunktes auf der Wegstrecke. Der Prädizier-Algorithmus 26 verarbeitet die ihm zur Verfügung stehenden Daten und prädizierten Werte, beispielsweise aus dem Fahrzeugmodell 28, und ermittelt durch Minimierung der Optimierungsfunktion 30 einen Steuerwert für eine Komponente 18 eines Fahrzeugs.
2 zeigt eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs 34 mit der Vorrichtung 12, einer Topologieeinheit 16, die ein Navigationssystem 36 des Fahrzeugs 34 ist und Daten bezüglich der Topologie liefert. Diese Daten können beispielsweise aus der elektronischen Karte des Navigationssystems 36 stammen. Das Fahrzeug 34 umfasst mehrere Sensoren 14, die hier beispielsweise ein Radarsensor 38 und ein Lidarsensor 40 sind. Die beiden Sensoren liefern Daten bezüglich der direkten Umgebung des Fahrzeugs, beispielsweise Sensordaten über andere Fahrzeuge, die sich in der Nähe befinden.
Die Vorrichtung 12 steuert eine Komponente 18 des Fahrzeugs 34, die im vorliegenden Fall ein Elektromotor 42 eines Antriebsstrangs ist. Der Elektromotor 42 treibt ein Rad des Fahrzeugs 34 an. Eine Batterie 33 stellt die notwendige Energie zur Verfügung. Sie wird mittels des Batteriemodells 32 modelliert.
3 zeigt eine schematische Darstellung einer Verkehrssituation mit einem als Bus 42 ausgebildeten Fahrzeug 34. Der Bus 42 fährt entlang einer Wegstrecke 44, die einen Haltepunkt umfasst. Der Haltepunkt ist eine Haltestelle 46 beispielsweise eines Linienverkehrs im öffentlichen Nahverkehr. An der Haltestelle 46 besteht die Möglichkeit, das Fahrzeug 34 zu laden, sodass die Haltestelle 46 einen Ladepunkt 48 umfasst. Zum optimierten Energiemanagement des Busses 42 kann beispielsweise der prädizierte Energieinhalt der Batterie 33 des Fahrzeugs an der Haltestelle 46 sein.
Auch ist es möglich, bei der Optimierung des Energieverbrauchs des Fahrzeugs und/oder der Optimierung der Reichweite des Fahrzeugs die laut Fahrplan vorgesehenen Ankunftszeiten an der Haltestelle 46 zu berücksichtigen. Diese vorgegebenen Ankunftszeiten können mit prädizierten Ankunftszeiten aus dem Fahrzeugmodell abgeglichen und in Einklang gebracht werden. Dies kann beispielsweise durch eine entsprechende Gewichtung der prädizierten Ankunftszeit in der Optimierungsfunktion erfolgen.
Auch ist es beispielsweise möglich, einzelne Komponenten des Fahrzeugs abzuschalten, um Energie zu sparen. Die gesparte Energie steht dann dem Fahrdynamikmodell zur Verfügung und kann beispielsweise von dem Antriebsmotor verbraucht werden, um ein jedenfalls zeitweise höheres Drehmoment und damit eine höhere Geschwindigkeit des Fahrzeugs hervorzurufen, um auf diese Weise planmäßig an der Haltestelle 46 anzukommen. Die ermittelte Geschwindigkeitstrajektorie wird dann basierend auf der Optimierungsfunktion angepasst.
Selbstverständlich ist es möglich, auch einen Ladepunkt auf einer Wegstrecke vorzusehen, der unabhängig von einer Haltestelle 46 ist. Der Ladepunkt kann durch andere Fahrzeuge belegt sein, sodass ein Laden nicht möglich ist. In diesem Fall kann entweder gewartet werden oder der Ladepunkt 48 passiert werden und ein anderer Ladepunkt angefahren werden. Die Belegung des Ladepunkts 48 kann in der Optimierungsfunktion berücksichtigt sein. Dies erfolgt bevorzugt durch einen Gewichtungsfaktor, der einen belegten Ladepunkt 48 sanktionieren kann. Denkbar wäre es auch, einen belegten Ladepunkt 48 nicht in der Optimierungsfunktion zu berücksichtigen.
Ähnliche Szenarien und andere Randbedingungen können als weiche Randbedingungen, Soft Constraints, oder als harte Randbedingungen, Hard Constraints, realisiert und in dem Fahrzeugmodell hinterlegt sein. Beispielsweise könnte die Ankunftszeit eine harte Randbedingung sein, um einen vorgegebenen Fahrplan einzuhalten. Diese Randbedingung hätte dann Priorität und müsste immer erfüllt sein. Es könnte möglich sein, den Energieverbrauch des Fahrzeugs zu erhöhen, um zu einem vorgegebenen Zeitpunkt an der Haltestelle 46 einzutreffen. Auch ist es möglich, einzelne Verbraucher oder Komponenten des Fahrzeugs abzuschalten, um hinreichend Energie zur Verfügung zu stellen. Auf diese Weise lässt sich ein vorteilhaftes und weiterentwickeltes Energiemanagement realisieren.
4 zeigt einen schematischen Ablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens zur modellbasierten prädizierten Regelung einer Komponente 18 eines Fahrzeugs 34 mit einer Batterie und einem Elektromotor. In einem ersten Schritt des Empfangens S10 werden Sensordaten eines Sensors 14 des Fahrzeugs 34 empfangen. In einem weiteren Schritt des Empfangens S12 von Daten betreffend eine Topologie werden Topologiedaten bezüglich der Umgebung des Fahrzeugs 34 empfangen. Ein Schritt des Ausführens S14 führt den Prädizier-Algorithmus aus, um einen Steuerwert für eine Komponente 18 des Fahrzeugs 34 zu erzeugen. Ein Schritt des Ausgebens S16 gibt den ermittelten Steuerwert für die Komponente 18 an die Komponente 18 aus. Der Steuerwert wird in der Steuereinheit in Schritt S14 ermittelt.
In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens werden in dem Schritt des Ausführens S14 des Prädizier-Algorithmus mehrere weitere Unterschritte durchgeführt. Diese Unterschritte sind optional und deshalb in 4 gestrichelt dargestellt. So kann ein Schritt S20 das Prädizieren einer elektrischen Energie umfassen. Ein Prädizierschritt S22 kann das Prädizieren einer Fahrzeit basierend auf dem Fahrzeugmodell umfassen. Ein Schritt S24 kann das Ausführen einer Optimierungsfunktion umfassen, bei dem die prädizierte elektrische Energie und Fahrzeit sowie Informationen zu einem Ladepunkt auf einer prädizierten Wegstrecke des Fahrzeugs 34 und Informationen eines prädizierten Energieinhalts der Batterie 33 am Ort des Ladepunktes 48 umfassen. Vorzugsweise wird in dem Schritt eine Minimierung der Optimierungsfunktion durchgeführt, um so bevorzugt den Steuerwert für die Komponente 18 zu ermitteln.
Die Erfindung wurde anhand der Zeichnungen und der Beschreibung umfassend beschrieben und erklärt. Die Beschreibung und Erklärung sind als Beispiel und nicht einschränkend zu verstehen. Die Erfindung ist nicht auf die offenbarten Ausführungsformen beschränkt. Andere Ausführungsformen oder Variationen ergeben sich für den Fachmann bei der Verwendung der vorliegenden Erfindung sowie bei einer genauen Analyse der Zeichnungen, der Offenbarung und der nachfolgenden Patentansprüche.
In den Patentansprüchen schließen die Wörter „umfassen“ und „mit“ nicht das Vorhandensein weiterer Elemente oder Schritte aus. Der undefinierte Artikel „ein“ oder „eine“ schließt nicht das Vorhandensein einer Mehrzahl aus. Ein einzelnes Element oder eine einzelne Einheit kann die Funktionen mehrerer der in den Patentansprüchen genannten Einheiten ausführen. Ein Element, eine Einheit, eine Schnittstelle, eine Vorrichtung und ein System können teilweise oder vollständig in Hard- und/oder in Software umgesetzt sein. Die bloße Nennung einiger Maßnahmen in mehreren verschiedenen abhängigen Patentansprüchen ist nicht dahingehend zu verstehen, dass eine Kombination dieser Maßnahmen nicht ebenfalls vorteilhaft verwendet werden kann. Ein Computerprogramm kann auf einem nichtflüchtigen Datenträger gespeichert/vertrieben werden, beispielsweise auf einem optischen Speicher oder auf einem Halbleiterlaufwerk (SSD). Ein Computerprogramm kann zusammen mit Hardware und/oder als Teil einer Hardware vertrieben werden, beispielsweise mittels des Internets oder mittels drahtgebundener oder drahtloser Kommunikationssysteme. Bezugszeichen in den Patentansprüchen sind nicht einschränkend zu verstehen.
Bezugszeichenliste

10: System
12: Vorrichtung
14: Sensor
16: Topologieeinheit
18: Komponente
20: erste Eingangsschnittstelle
22: zweite Eingangsschnittstelle
24: Ausgangsschnittstelle
25: Steuereinheit
26: Prädizier-Algorithmus
28: Fahrzeugmodell
30: Optimierungsfunktion
31: Fahrdynamikmodell
32: Batteriemodell
33: Batterie
34: Fahrzeug
35: Elektromotor
36: Navigationssystem
38: Radarsensor
40: Lidarsensor
42: Bus
44: Wegstrecke
46: Haltestelle
48: Ladepunkt

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

EP 2610836 A1 [0003]
EP 1256476 B1 [0003]

Claims

Vorrichtung (12) zur modellbasierten prädizierten Regelung einer Komponente (18) eines Fahrzeugs (34) mit einer Batterie (33) und einem Elektromotor (35), umfassend - eine erste Eingangsschnittstelle (20) zum Empfang von Sensordaten eines Sensors (14) des Fahrzeugs (34); - eine zweite Eingangsschnittstelle (22) zum Empfang von Daten betreffend eine Topologie in der Umgebung des Fahrzeugs (34); - eine Steuereinheit (25) zum Ausführen eines Prädizier-Algorithmus (26) zum Erzeugen eines Steuerwertes für die Komponente (18) des Fahrzeugs (34); - eine Ausgangsschnittstelle (24) zur Ausgabe des in der Steuereinheit (25) ermittelten Steuerwertes für die Komponente (18) des Fahrzeugs (34); wobei der Prädizier-Algorithmus (26) ein Fahrzeugmodell (28) und eine Optimierungsfunktion (30) umfasst; das Fahrzeugmodell (28) ein Batteriemodell (32) umfasst und die Sensordaten und Daten betreffend die Topologie in dem Prädizier-Algorithmus (26) verarbeitet werden; die Optimierungsfunktion (30) eine elektrische Energie und eine Fahrzeit umfasst, wobei die Energie von dem Batteriemodell (32) und die Fahrzeit von dem Fahrzeugmodell (28) prädiziert sind; die Optimierungsfunktion (30) eine Information zu einem Ladepunkt (48) auf einer von dem Fahrzeugmodell (28) prädizierten Wegstrecke (44) des Fahrzeugs (34) in einem Prädizierhorizont umfasst und eine Information zu dem prädizierten Energieinhalt der Batterie (33) am Ort des Ladepunktes (48); und der Prädizier-Algorithmus (26) den Steuerwert durch Minimieren der Optimierungsfunktion (30) erzeugt.
Vorrichtung (12) nach Anspruch 1, wobei die Optimierungsfunktion (30) die Energie, die Fahrzeit, die Information zu dem Ladepunkt und/oder der Energieinhalt als einen gewichteten Term umfasst.
Vorrichtung (12) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Optimierungsfunktion (30) eine Information zu einem als Haltestelle (46) kategorisierten Wegpunkt auf der von dem Fahrzeugmodell (28) prädizierten Wegstrecke (44) des Fahrzeugs (34) in einem Prädizierhorizont umfasst, wobei die Information zu dem als Haltestelle (46) kategorisierten Wegpunkt als gewichteter Term in der Optimierungsfunktion (30) umfasst ist.
Vorrichtung (12) nach Anspruch 3, wobei die Optimierungsfunktion (30) einen Term umfasst, der eine Ankunftszeit an dem als Haltestelle (46) kategorisierten Wegpunkt berücksichtigt.
Vorrichtung (12) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Optimierungsfunktion (30) einen Term mit einem Belegungsparameter umfasst, der eine Belegung des Ladepunkts (48) berücksichtigt.
Vorrichtung (12) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der in der Steuereinheit (25) mittels des Prädizier-Algorithmus (26) erzeugte Steuerwert ein Motorsteuerwert für den Elektromotor (35) des Fahrzeugs (34) ist.
Vorrichtung (12) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der mittels des Prädizier-Algorithmus (26) erzeugte Steuerwert ein Pumpensteuerwert zum Ansteuern einer Batteriekühlpumpe zum Temperieren der Batterie (33) ist.
Vorrichtung (12) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der mittels des Prädizier-Algorithmus (26) erzeugte Steuerwert ein Innenraum-Klimatisierungssteuerwert zum Ansteuern einer Innenraum-Klimaanlage des Fahrzeugs (34) ist.
System (10) zur modellbasierten prädizierten Regelung einer Komponente (18) eines Fahrzeugs (34) mit einer Batterie (33) und einem Elektromotor (35), umfassend eine Vorrichtung (12) nach einem der vorhergehenden Ansprüche; einen Sensor (14) zur Ermittlung von Sensordaten mit Informationen zur Umgebung des Fahrzeugs (34); und eine Topologieeinheit (16) zum Bereitstellen von Daten betreffend die Topologie.
System (10) nach Anspruch 9, wobei der Sensor (14) zur Ermittlung von Sensordaten mit Informationen zur Umgebung des Fahrzeugs (34) ein optischer Sensor, ein Radarsensor (38), ein Lidarsensor (40), eine Kamera, ein GNSS-Sensor oder ein GPS-Sensor ist.
Fahrzeug (34) mit einer Batterie (33) und einem Elektromotor (35) umfassend ein System (10) nach Anspruch 9 oder 10 und einer Komponente (18), für die von dem System (10) ein Steuerwert erzeugt wird.
Fahrzeug (34) nach Anspruch 11, wobei das Fahrzeug (34) ein Bus (42) ist und die Optimierungsfunktion (30) eine Information zu einem als Haltestelle (46) kategorisierten Wegpunkt auf der von dem Fahrzeugmodell (28) prädizierten Wegstrecke (44) des Fahrzeugs (34) in einem Prädizierhorizont umfasst und die Optimierungsfunktion (30) einen Term umfasst, der eine Ankunftszeit an dem als Haltestelle (46) kategorisierten Wegpunkt berücksichtigt.
Verfahren zur modellbasierten prädizierten Regelung einer Komponente (18) eines Fahrzeugs (34) mit einer Batterie (33) und einem Elektromotor (35), umfassend die folgenden Schritte: Empfangen von Sensordaten eines Sensors (14) des Fahrzeugs (34); Empfangen von Daten betreffend eine Topologie in der Umgebung des Fahrzeugs (34); Ausführen eines Prädizier-Algorithmus (26) zum Erzeugen eines Steuerwertes für die Komponente (18); Ausgeben des ermittelten Steuerwertes für die Komponente; wobei der Prädizier-Algorithmus (26) ein Fahrzeugmodell (28) und eine Optimierungsfunktion (30) umfasst; das Fahrzeugmodell (28) ein Batteriemodell (32) umfasst und die Sensordaten und Daten betreffend die Topologie in dem Prädizier-Algorithmus (26) verarbeitet werden; die Optimierungsfunktion (30) eine elektrische Energie und eine Fahrzeit umfasst, wobei die Energie von dem Batteriemodell (32) und die Fahrzeit von dem Fahrzeugmodell (28) prädiziert sind; die Optimierungsfunktion (30) eine Information zu einem Ladepunkt (48) auf einer von dem Fahrzeugmodell (28) prädizierten Wegstrecke (44) des Fahrzeugs (34) in einem Prädizierhorizont umfasst und eine Information zu dem prädizierten Energieinhalt der Batterie (33) am Ort des Ladepunktes (48); und der Prädizier-Algorithmus (26) den Steuerwert durch Minimieren der Optimierungsfunktion (30) erzeugt.
Verfahren nach Anspruch 13, wobei die Optimierungsfunktion (30) eine Information zu einem als Haltestelle (46) kategorisierten Wegpunkt auf der von dem Fahrzeugmodell (28) prädizierten Wegstrecke (44) des Fahrzeugs (34) in einem Prädizierhorizont umfasst.
Computerprogrammprodukt mit Programmcode zum Durchführen der Schritte des Verfahrens nach Anspruch 13, wenn der Programmcode auf einem Computer ausgeführt wird.