DE102021211053B4

DE102021211053B4 - Optimierung von Fahrerassistenzsystemen bei elektrisch angetriebenen Fahrzeugen

Info

Publication number: DE102021211053B4
Application number: DE102021211053.3A
Authority: DE
Inventors: Daniel Münning; Rainer Wrede
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2021-09-30
Filing date: 2021-09-30
Publication date: 2023-11-16
Anticipated expiration: 2041-10-01
Also published as: DE102021211053A1

Abstract

Vorrichtung (10) zur verbesserten Antriebssteuerung eines zumindest teilweise elektrisch-fahrenden Kraftfahrzeugs (26), mit:- einer Eingangsschnittstelle (12) zum Empfangen von BMS-Daten mit Informationen zu einem elektrischen Energiespeicher (30) des Kraftfahrzeugs (26) und von Fahrerassistenz-Daten eines Fahrerassistenzsystems (22) des Kraftfahrzeugs (26);- einer Analyseeinheit (14), die dazu ausgebildet ist, die BMS-Daten und die Fahrerassistenz-Daten zu analysieren und zu ermitteln, ob der Energiespeicher ausreichend Leistung abgeben kann, um ein Fahrmanöver durchzuführen und einen Steuerbefehl für das Fahrerassistenzsystem (22) zu erzeugen;- einer Ausgangsschnittstelle (16) zum Übermitteln des Steuerbefehls an das Fahrerassistenzsystem (22), dadurch gekennzeichnet, dass der Steuerbefehl das Fahrmanöver bewirkt, wenn die Analyseeinheit (14) ermittelt, dass der Energiespeicher ausreichend Leistung abgeben kann, um das Fahrmanöver durchzuführen, wobei die Analyseeinheit (14) ein Erholungsintegral ermittelt, um den Energiespeicher (30) nach der Leistungsabgabe während dem Erholungsintegral zu regenerieren.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur verbesserten Antriebssteuerung eines zumindest teilweise elektrisch-fahrenden Kraftfahrzeugs sowie ein entsprechendes System, Verfahren und Computer-Programm.
Um CO₂ Emissionen zu reduzieren, werden immer mehr Hybrid- und Elektrofahrzeuge verkauft und entwickelt. Es ist bekannt, bei den zur Zeit entwickelten neuen E-Fahrzeug-Modellen, die Fahrgeschwindigkeit zu limitieren, abhängig von einer maximalen Drehzahl der E-Maschine und/oder einer maximalen Leistungsabgabe der Batterie. Je höher die Fahrgeschwindigkeit ist, desto höher ist der Leistungsbedarf des Fahrzeugs. Dieser wird bei einem elektrischen Antriebsstrang durch eine Leistungsabgabe aus der Batterie bereitgestellt. In der Batterie wird im so genannten Batteriemanagement-System (BMS) unter anderem die Belastung der Batterie beobachtet, also beispielsweise wieviel Strom über welchen Zeitraum bei welcher Spannung entnommen wird. Bei einer zu hohen Belastung ist der maximal zu entnehmende Strom limitiert. Das führt zu Situationen, zum Beispiel bei kalten Außentemperaturen, bei denen das Fahrzeug nicht mehr dauerhaft die gewünschte Geschwindigkeit fahren kann, da sich durch zum Beispiel die kalten Temperaturen die Luftdichte erhöht und dadurch eine größere Leistung aus der Batterie benötigt wird. Weitere Beispiele für derartige Szenarien, bei denen eine Geschwindigkeit nicht mehr gehalten werden, sind: Gegenwind, Steigung, et cetera.
Aus der Druckschrift DE 10 2015 119 423 A1 ist ein Fahrzeugsystem mit einer Verarbeitungseinrichtung bekannt, die dazu programmiert ist, eine Fahrzeugbatterie zu überwachen, ein Fahrzeugmanöver zu prognostizieren und zu bestimmen, ob die Fahrzeugbatterie ausreichend Ladung zum Ausführen des prognostizierten Manövers durch das Fahrzeug aufweist. Die Verarbeitungseinrichtung ist weiterhin dazu programmiert, eine vorbereitende Aktion durchzuführen, falls es der Fahrzeugbatterie an ausreichend Ladung zum Ausführen des prognostizierten Manövers durch das Fahrzeug fehlt. Nachteilig hierbei ist, dass ein komplett neues System geschaffen wird, um die Fahrzeugbatterie zu überwachen und ein Manöver zu prognostizieren. Hierdurch kann ein Nachrüsten nur durch einen Austausch von Hardware erfolgen. Ferner beschäftigt sich die Lehre mit einer Ladung und einem Ladezustand der Batterie. Ein Schonen der Batterie vor zu hoher Leistungsabgabe, die auch bei vollgeladener Batterie schädlich sein kann, wird nicht diskutiert.
Die Druckschrift DE 10 2014 115 427 A1 betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Schutz des Akkumulators, wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst: Ermitteln des maximalen Werts der zulässigen Eingangsleistung des Akkumulators und Ermitteln des derzeitigen maximalen Werts der Spannung der einzelnen Zelle des Akkumulators; beurteilen, ob der Differenzwert zwischen dem maximalen Wert der Spannung und einem voreingestellten Schwellenwert für eine Überspannung größer als 0 ist. Nach einem Ausführungsbeispiel der offenbarten Lehre kann die Spannung der einzelnen Zellen des Akkumulators rasch unter den voreingestellten Wert der Überspannung herabgesetzt werden, wobei die Veränderung des Stroms stabil bleibt. Hierdurch soll einer Verletzung der Zelle aufgrund einer Überspannung entgegengewirkt werden. Nachteilig hierbei ist, dass eine einzelne Zellenüberwachung des Akkumulators durchgeführt werden muss. Eine derartige Überwachung ist aufwändig, benötigt eine Vielzahl von Sensoren und ist fehleranfällig, da ein einziger ausgefallener Sensor das Verfahren nachhaltig nachteilig beeinflussen kann.
Die Druckschrift US 2011 / 0 264 317 A1 betrifft ein selbstlernendes Fahrzeugsystem mit einer Hauptstromquelle zur Versorgung des Fahrzeugs mit Strom, einen Elektromotor zum Antrieb des Fahrzeugs und eine selbstlernende Steuereinheit, die Informationen von einer Vielzahl von Eingängen verwendet, um Vorhersagen über zukünftige Fahrbedingungen zu machen, um die Energiequellen des Fahrzeugs zu nutzen.
Die Druckschrift US 2001 / 0 024 104 A1 offenbart ein Steuergerät eines Fahrzeugs, das einen Lade-/Entladezustand entsprechend einer zukünftigen Fahrt des Fahrzeugs entspricht und einen Soll-SOC einer HV-Batterie erhöht, wenn vorhergesagt wird, dass eine große Entladung in der Zukunft zu erwarten ist und einen Ziel-SOC reduziert, wenn eine große Regenerationsleistung in der Zukunft zu erwarten ist.
Die Druckschrift DE 103 36 542 A1 offenbart ein Fahrzeug mit einer Regeleinrichtung zum Ermitteln einer maximalen Dauergeschwindigkeit des Fahrzeugs, beispielsweise unter Verwendung eines Wertes des Rollwiderstands zwischen mindestens einem Reifen des Hybrid-Elektrofahrzeugs und einer Oberfläche, eines Wertes des auf das Fahrzeug wirkenden Luftwiderstands, eines Wertes der auf das Fahrzeug wirkenden Steigungskraft und eines Wertes der auf das Fahrzeug wirkenden Trägheitskraft.
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte, kosteneffiziente und robuste Möglichkeit anzugeben, ein Fahrerassistenzsystem zu verbessern. Insbesondere soll ein Schonen eines Energiespeichers ermöglicht werden.
Gelöst wird diese Aufgabe durch eine Vorrichtung zur verbesserten Antriebssteuerung eines zumindest teilweise elektrisch fahrenden Kraftfahrzeugs, mit:

- einer Eingangsschnittstelle zum Empfangen von BMS-Daten mit Informationen zu einem elektrischen Energiespeicher des Kraftfahrzeugs und von Fahrerassistenz-Daten eines Fahrerassistenzsystems des Kraftfahrzeugs;
- einer Analyseeinheit, die dazu ausgebildet ist, die BMS-Daten und die Fahrerassistenz-Daten zu analysieren und zu ermitteln, ob der Energiespeicher ausreichend Leistung abgeben kann, um ein Fahrmanöver durchzuführen und einen Steuerbefehl für das Fahrerassistenzsystem zu erzeugen;
- einer Ausgangsschnittstelle zum Übermitteln des Steuerbefehls an das Fahrerassistenzsystem, wobei der Steuerbefehl das Fahrmanöver bewirkt, wenn die Analyseeinheit ermittelt, dass der Energiespeicher ausreichend Leistung abgeben kann, um das Fahrmanöver durchzuführen, wobei die Analyseeinheit ein Erholungsintegral ermittelt, um den Energiespeicher nach der Leistungsabgabe während dem Erholungsintegral zu regenerieren.

Ferner wird die obige Aufgabe gelöst von einem System zur verbesserten Antriebssteuerung eines zumindest teilweise elektrisch fahrenden Kraftfahrzeugs umfassend eine Vorrichtung, insbesondere eine Vorrichtung wie zuvor definiert, ein Fahrerassistenzsystem und ein BMS, wobei die Vorrichtung dazu ausgebildet ist, BMS-Daten mit Informationen zu einem elektrischen Energiespeicher des Kraftfahrzeugs vom BMS zu empfangen und Fahrerassistenz-Daten vom Fahrerassistenzsystem des Kraftfahrzeugs zu empfangen, wobei die Vorrichtung das Fahrerassistenzsystem steuert, um mittels des Fahrerassistenzsystems ein Fahrmanöver durchzuführen, für das der Energiespeicher ausreichend Leistung abgeben kann und wobei die Vorrichtung ein Erholungsintegral ermittelt, um den Energiespeicher nach der Leistungsabgabe während dem Erholungsintegral zu regenerieren.
Die obige Aufgabe wird zudem gelöst von einem Verfahren zur verbesserten Antriebssteuerung eines zumindest teilweise elektrisch-fahrenden Kraftfahrzeugs, umfassend die Schritte: Empfangen von BMS-Daten mit Informationen zu einem elektrischen Energiespeicher des Kraftfahrzeugs und von Fahrerassistenz-Daten eines Fahrerassistenzsystems des Kraftfahrzeugs; Analysieren der BMS-Daten und der Fahrerassistenz-Daten; Ermitteln, ob der Energiespeicher ausreichend Leistung abgeben kann, um das Fahrmanöver durchzuführen; Erzeugen eines Steuerbefehls für das Fahrerassistenzsystem; Übermitteln des Steuerbefehls an das Fahrerassistenzsystem, wobei der Steuerbefehl das Fahrmanöver bewirkt, wenn die Analyseeinheit ermittelt, dass der Energiespeicher ausreichend Leistung abgeben kann, um das Fahrmanöver durchzuführen, wobei die Analyseeinheit ein Erholungsintegral ermittelt, um den Energiespeicher nach der Leistungsabgabe während dem Erholungsintegral zu regenerieren.
Durch eine Eingangsschnittstelle kann eine kosteneffiziente Vorrichtung geschaffen werden, die vorzugsweise mit vorhandenen, im Kraftfahrzeug verbauten Systemen, Modulen und Einheiten verwendet werden kann. Eine Eingangsschnittstelle kann dabei kabelgebunden und/oder drahtlos ausgebildet sein und vorzugsweise ein oder mehrere Kommunikationsprotokolle unterstützen. Durch eine Analyseeinheit kann schnell und zuverlässig vorzugsweise prädikativ ermittelt werden, ob der Energiespeicher ausreichend Leistung abgeben kann, um ein gewünschtes Fahrmanöver durchzuführen. Hierdurch kann dem Fahrer nur eine Auswahl von durchführbaren Manövern bereitgestellt werden. Mit anderen Worten, gleichzeitig wird abgeschätzt, ob ein geplantes Fahrmanöver, beispielsweise Überholmanöver, mit der zur Verfügung stehenden Energie möglich ist. Bevorzugt können Randbedingungen, wie beispielsweise eine relative Geschwindigkeit des Egofahrzeuges und eines zu überholenden Fahrzeuges berücksichtigt werden. Zudem kann berücksichtigt werden, ob vom Zeitpunkt des Überholbeginns in einiger Entfernung eine Kreuzung, ein Ortseingangsschild oder dergleichen vorhanden ist, so dass der Energiebedarf bei zügiger Überholung wieder deutlich absinkt und dadurch der Überholvorgang möglich wird. Insbesondere kann ein Überholen verhindert werden, wenn nicht ausreichend Batterieleistung abrufbar ist, um den Überholvorgang komplett abzuschließen. Der Komfort und insbesondere die Sicherheit im Straßenverkehr werden erhöht. Eine Ausgangsschnittstelle ermöglicht eine kosteneffiziente Vorrichtung, die vorzugsweise mit vorhandenen Fahrerassistenzsystemen verwendet werden kann. Durch das Verwenden einer Eingangsschnittstelle zum Empfangen kann eine technisch einfache und kostengünstige Vorrichtung geschaffen werden, die insbesondere nicht selbst zum Erfassen der Informationen ausgebildet sein muss. Somit kann die Vorrichtung in bereits bestehende Navigations- oder Fahrerassistenzsysteme integriert werden. Es versteht sich, dass die Vorrichtung auch rein Softwaretechnisch geschaffen werden kann. Insbesondere ist es denkbar die Vorrichtung in Form einer Schnittstelle zwischen dem BMS und dem Fahrerassistenzsystem zu schaffen.
In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Vorrichtung zur Installation in ein Kraftfahrzeug ausgebildet und vorzugsweise Teil eines Bordcomputers, des Fahrerassistenzsystems und/oder der BMS ist, wobei das Kraftfahrzeug besonders bevorzugt ein zumindest teil-assistiert-fahrendes Kraftfahrzeug ist. Hierdurch kann eine kostengünstige Vorrichtung geschaffen werden, die insbesondere mit bereits verbauten Systemen verwendet werden kann. Insbesondere ist es denkbar, dass die Vorrichtung durch ein entsprechendes Umprogrammieren einer bereits im Kraftfahrzeug verbauten Elektronik geschaffen werden kann.
In weiterer bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Analyseeinheit dazu ausgebildet ist, basierend auf den Fahrerassistenz-Daten eine Zeitspanne und/oder einen Leistungsbedarf für ein Fahrmanöver zu ermitteln und basierend auf den BMS-Daten zu ermitteln, ob der elektrische Energiespeicher einen Betriebszustand aufweist, der zum Durchführen des Fahrmanövers eine Abgabe einer Leistung gemäß dem Leistungsbedarf und/oder eine Leistungsabgabe in der ermittelten Zeitspanne ermöglicht. Hierdurch kann technisch einfach, schnell und zuverlässig berechnet werden, ob das Fahrmanöver durchführbar ist. Insbesondere ist es denkbar, dass die Batteriesteuerung/Antriebsstrang-Steuerung eine Zeit übermittelt, wie lange die aktuelle Leistungsabgabe noch aufrechterhalten werden kann. Das Fahrerassistenzsystem und/oder die Vorrichtung kann dann ermitteln, ob die Zeit und/oder die Leistungsabgabe ausreichend ist, um eine Spurwechsel-Freigabe zu erteilen. Die Zeit die übertragen wird, kann zum Beispiel in diskreten Stufen und insbesondere frei applizierbar, übermittelt werden. Technisch könnte eine „unendlich“ lange Dauer durch eine gesendete Zeit von beispielsweise T=500 Sekunden übermittelt werden.
In weiterer bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Analyseeinheit dazu ausgebildet ist, basierend auf den BMS-Daten zu ermitteln, ob sich das Kraftfahrzeug in einem Bereich einer Maximalleistung oder einem Bereich einer Dauerleistung befindet und zu ermitteln, ob eine Leistungsabgabe aus dem Energiespeicher möglich ist, die ausreichend ist, um ein Fahrmanöver durchzuführen. Die Analyseeinheit ist erfindungsgemäß dazu ausgebildet, ein Erholungsintegral zu ermitteln, um den Energiespeicher nach der Leistungsabgabe während dem Erholungsintegral zu regenerieren. Hierdurch kann eine Überlastung des Energiespeichers zuverlässig verhindert werden, wobei dennoch dynamisch auf einen Fahrerwunsch eingegangen werden kann. Beispielsweise ist es denkbar, einen Überholvorgang noch zuzulassen, da anhand der Streckendaten bekannt ist, dass nach dem Überholvorgang eine Bergabfahrt durchgeführt wird, in der eine geringe Leistungsabgabe aus dem Energiespeicher erforderlich ist. Unter einer Regeneration des Energiespeichers ist insbesondere zu verstehen, dass der Energiespeicher eine Zeitspanne in einem Zustand einer geringeren Leistungsabgabe betrieben wird, sodass nach der Regeneration eine maximale Leistungsausgabe aus dem Energiespeicher wieder möglich ist. Regeneration bezieht sich bevorzugt nicht auf einen Ladezustand bzw. eine bevorratete Energiemenge sondern auf die Möglichkeit einer Leistungsabgabe.
In weiterer bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Steuerbefehl ein Aufrechterhalten einer Setzgeschwindigkeit des Fahrerassistenzsystems bewirkt, wobei die Analyseeinheit prädiktiv, basierend auf den BMS-Daten bestimmt, dass der Energiespeicher ausreichend Leistung abgeben kann, um eine momentane Setzgeschwindigkeit zu halten. Hierbei umfasst das Fahrmanöver ein Halten der Setzgeschwindigkeit beispielsweise für eine vordefinierte Zeitspanne. Beispielsweise kann, wenn das Kraftfahrzeug die Setzgeschwindigkeit fährt und das Fahrerassistenzsystem ermittelt, dass das Kraftfahrzeug in 500 m langsamer fahren wird als die aktuelle Setzgeschwindigkeit, die aktuelle Setzgeschwindigkeit beibehalten werden, da das Kraftfahrzeug danach langsamer fährt und sich der Energiespeicher regenerieren kann. Beispielsweise kann die Vorrichtung vom BMS empfangen, dass die Batterie in einen De-rating-Modus schaltet und sich die Geschwindigkeit reduziert. Vom Fahrerassistenzsystem empfängt die Vorrichtung die Information, dass sich in 10 Sekunden die Geschwindigkeit sowieso aufgrund des vorausfahrenden Fahrzeuges, prädiktiven Streckendaten, wie Geschwindigkeitslimits und/oder der durchschnittlichen fahrbaren Geschwindigkeit, wie durch Schwarmdaten ermittelbar, reduziert. Folglich kann die Vorrichtung einen Steuerbefehl bestimmen, der bewirkt, dass das Integral des Batterie-De-ratings weitere 10 Sekunden überschritten wird und zwar ohne Schaden an der Batterie zu nehmen, da diese nach 10 Sekunden einen Erholungsintervall durchlaufen kann.
In weiterer bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Fahrerassistenz-Daten, Daten eines Radars, einer Kamera und/oder eines Car2x Systems umfassen, wobei die Analyseeinheit dazu ausgebildet ist, basierend auf den Fahrerassistenz-Daten eine Zeitspanne zu ermitteln, in der eine Geschwindigkeitsreduzierung aufgrund der aktuellen Verkehrssituation stattfindet und basierend auf den BMS-Daten zu ermitteln, ob in der bestimmten Zeitspanne weniger Leistung benötigt wird, als der Energiespeicher abgeben kann, wobei die Analyseeinheit einen Steuerbefehl bestimmt, der ein Halten der aktuellen Geschwindigkeit bewirkt, wenn der Energiespeicher ausreichend Leistung abgeben kann. Der Energiespeicher kann folglich mehr Leistung abgeben als benötigt wird. Hierdurch kann zuverlässig der Fahrkomfort erhöht werden, ohne dabei eine Beschädigung des Energiespeichers zu riskieren.
In weiterer bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Ermitteln, ob der Energiespeicher ausreichend Leistung abgeben kann, um ein Fahrmanöver durchzuführen, ein Vergleichen einer Leistungsabgabe unter idealen Bedingungen mit der momentanen Leistungsabgabe umfasst, wobei die Abweichung zwischen der Leistungsabgabe unter idealen Bedingungen mit der momentanen Leistungsabgabe, vorzugsweise mittels eines frei applizierbaren Kennfelds, ermittelt wird und basierend auf der Abweichung der Steuerbefehl eine Ausgabe einer Warnung an den Fahrer bewirkt. Insbesondere kann, wenn die Gesamtleistung größer als ein erster Grenzwert ist, der Fahrer gewarnt und/oder informiert werden. Beispielsweise kann eine Ausgabe „automatischer Spurwechsel kritisch“ ausgegeben werden. Ferner kann, wenn eine Abweichung größer als ein zweiter Grenzwert ist, ein Spurwechsel unterbunden werden. Befindet sich eine Abweichung zwischen dem ersten Grenzwert und dem zweiten Grenzwert kann eine Warnung ausgegeben werden, dass ein Spurwechsel möglich ist, wobei gegebenenfalls die Setzgeschwindigkeit nicht dauerhaft haltbar ist.
Weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den übrigen, in den Unteransprüchen genannten Merkmalen.
Die verschiedenen in dieser Anmeldung genannten Ausführungsformen der Erfindung sind, sofern im Einzelfall nicht anders ausgeführt, mit Vorteil miteinander kombinierbar.
Eine Kennlinie oder ein Kennfeld ist eine Darstellung eines Zusammenhangs zwischen zwei oder mehr physikalischen Größen. Dabei ist der Zusammenhang für ein Bauteil, eine Baugruppe und/oder ein Gerät kennzeichnend. Der Zusammenhang wird als Linie in einem ebenen Koordinatensystem angegeben. Die Kennlinie dient zur Veranschaulichung des Zusammenhangs aber auch zu dessen quantitativer Wiedergabe, wenn eine algebraische Funktion des Zusammenhangs nicht bekannt ist. Während eine Kennlinie direkt aus Messwerten gewonnen werden kann, kann eine theoretisch nicht untermauerte, gleichwohl näherungsweise richtige Funktion zum Beispiel aus Messwerten durch Interpolation und Regression ermittelt werden.
Ein Fahrmanöver eines Fahrzeugs kann jede Art eines Manövers sein, das mit einem Fahrzeug durchgeführt werden kann. Insbesondere kann eine Anpassung beziehungsweise eine Änderung eines Fahrverhaltens des Fahrzeugs ein Manöver sein. Ein Manöver kann ein Abbiegen, Abbremsen, Beschleunigen, ein Spurwechsel, ein Überholen, et cetera sein. Insbesondere ist auch das nicht-Ändern des Fahrverhaltens vom Begriff Manöver umfasst.
Mit Car-to-Car Communication (Car2Car, C2C oder vehicle2vehicle - V2V) wird der Austausch von Informationen und Daten zwischen Kraftfahrzeugen bezeichnet, um dem Fahrer frühzeitig kritische und gefährliche Situationen zu melden. Car2Car ist ein Spezialfall von Car2X (auch unter V2X bekannt), der die Kommunikation von Fahrzeugen mit ihrer Umgebung (neben anderen Verkehrsteilnehmern insbesondere der Infrastruktur) bezeichnet.
Ein Batteriemanagementsystem (BMS) oder einfach Batteriemanagement ist vorzugsweise eine elektronische Schaltung, welche zur Überwachung, Regelung und zum Schutz von Akkumulatoren dient. Dabei handelt es sich zum Beispiel um Ladezustandserkennung, Tiefentladeschutz, Überladeschutz oder auch um komplexe Systeme mit Datenschnittstellen. In vielen mobilen Geräten umfasst das BMS auch die automatische Umschaltung der Stromversorgung je nachdem, ob ein Ladegerät oder eine begrenzt speisefähige Datenschnittstelle (USB) angeschlossen ist. Teilweise werden auch Betriebsdaten angezeigt oder für Servicezwecke gespeichert. BMS können insbesondere bei der Reihenschaltung mehrerer Akkuzellen zu einer Batterie und hier insbesondere bei Lithium-Akkus notwendig werden.
Die Erfindung wird nachfolgend in Ausführungsbeispielen anhand der zugehörigen Zeichnungen erläutert. Es zeigen:

1 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zur verbesserten Antriebssteuerung eines zumindest teilweise elektrisch-fahrenden Kraftfahrzeugs;
2 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Systems;
3 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Systems in einem Kraftfahrzeug;
4 eine schematische Darstellungen einer Situation im Straßenverkehr;
5a und 5b schematische Diagramme eines Leistungsabgabeverlaufs;
6 eine schematische Darstellung der Schritte eines erfindungsgemäßen Verfahrens.

1 zeigt eine schematische Darstellung einer Vorrichtung 10 zur verbesserten Antriebssteuerung eines zumindest teilweise elektrisch-fahrenden Kraftfahrzeugs. Die Vorrichtung 10 umfasst eine Eingangsschnittstelle 12, eine Analyseeinheit 14 und eine Ausgangsschnittstelle 16.
Die Eingangsschnittstelle 12 ist dazu ausgebildet, Daten, umfassend BMS-Daten, mit Informationen zu einem elektrischen Energiespeicher des Kraftfahrzeugs und von Fahrerassistenz-Daten eines Fahrerassistenzsystems des Kraftfahrzeugs zu empfangen. Die Daten können beispielsweise Positionen und Geschwindigkeiten von Kraftfahrzeugen in einer Umgebung des eigenen Kraftfahrzeugs, erkannte Verkehrsschilder und/oder einen Navigationshinweis umfassen und beispielsweise von einem Tachometer, GPS-Empfänger, einem Radar-, Laser-, oder Lidarsensor, einer Kamera und/oder Navigationssystem stammen. Die BMS-Daten können beispielsweise eine Temperatur, einen Ladezustand, eine momentane Leistungsabgabe und/oder eine vergangene Leistungsabgabe des Energiespeichers umfassen. Zum Empfangen ist die Eingangsschnittstelle 12 vorzugsweise an ein fahrzeuginternes Übertragungsnetz angeschlossen. Ferner kann die Eingangsschnittstelle 12 auch zur drahtlosen Kommunikation ausgebildet sein oder mit einem proprietären, beispielsweise kabelgebundenen, Übertragungsnetz verbunden sein.
Die Analyseeinheit 14 ist dazu ausgebildet, die Daten zu empfangen, zu analysieren und einen Steuerbefehl zu erzeugen, wobei der Steuerbefehl ein Fahrmanöver bewirkt, wenn die Analyseeinheit ermittelt, dass der Energiespeicher ausreichend Leistung abgeben kann, um das Fahrmanöver durchzuführen.
Die Ausgangsschnittstelle 16 ist dazu ausgebildet, den Steuerbefehl an das Fahrerassistenzsystem des Kraftfahrzeugs zu übermitteln. Die Ausgangsschnittstelle 16 kann analog zur Eingangsschnittstelle 12 zur Kommunikation ausgebildet sein. Es versteht sich, dass die Eingangsschnittstelle 12 und die Ausgangschnittstelle 16 auch kombiniert als Kommunikationsschnittstelle zum Senden und Empfangen ausgebildet sein können.
2 zeigt eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Systems 18 mit einer Vorrichtung 10, einem BMS 20 und einem Fahrerassistenzsystem 22.
Die Vorrichtung 10 empfängt, wie oben erläutert, Daten umfassend BMS-Daten und Fahrerassistenz-Daten.
Auf Basis der Daten erstellt die Vorrichtung 10 einen Steuerbefehl für das Fahrerassistenzsystem 22 und bewirkt so ein Fahrmanöver. In dem gezeigten Beispiel kann die Vorrichtung 10 basierend auf den Fahrerassistenz-Daten einen Leistungsbedarf für ein Fahrmanöver ermitteln und basierend auf den BMS-Daten ermitteln, ob der elektrische Energiespeicher einen Betriebszustand aufweist, der eine Leistungsabgabe zum Durchführen des Fahrmanövers ermöglicht.
3 zeigt eine schematische Darstellung einer Variante des erfindungsgemäßen Systems 18 in einem Kraftfahrzeug 26. Das erfindungsgemäße System 18 umfasst eine Vorrichtung 10, ein BMS 20 und ein Fahrerassistenzsystem 22.
Die Vorrichtung 10 empfängt, wie oben beschrieben, Daten, wobei die Fahrerassistenz-Daten Sensordaten umfassen können. In dem gezeigten Beispiel können die Sensordaten beispielsweise von einem Sensor 28, insbesondere einer Frontkamera, stammen. Es versteht sich, dass weitere Sensoren 28, wie ein Radar und/oder eine Car2x Kommunikationseinheit denkbar sind. Insbesondere können anstatt der Sensordaten auch prozessierte Daten oder ein geplantes und/oder mögliches Fahrmanöver vom Fahrerassistenzsystem 22 empfangen werden. Ferner kann von einem nicht gezeigten Navigationssystem eine geplante Route empfangen werden.
Die Vorrichtung 10 empfängt zudem BMS-Daten des BMS 20, das einen Energiespeicher 30 des Kraftfahrzeugs 26 überwacht. Insbesondere kann das BMS 20 einen Betriebszustand, eine Leistungsabgabe und/oder eine Temperatur des Energiespeichers 30 erfassen. Ferner kann das BMS 20 auch prozessierte Daten an die Vorrichtung 10 übermitteln und beispielsweise angeben, ab wann ein De-rating, also eine Reduzierung der Leistungsabgabe erfolgt, wenn der aktuelle Betriebszustand des Energiespeichers 30 beibehalten wird.
Die Vorrichtung 10 analysiert die empfangenen Daten und bestimmt einen Steuerbefehl, der ein Fahrmanöver bewirkt das mit der Leistungsabgabe aus dem Energiespeicher 30 durchführbar ist.
In 4 ist schematisch eine Situation im Straßenverkehr dargestellt. Das Kraftfahrzeug 26 umfasst ein System 18 wie oben beschrieben. Aus Gründen der Übersicht wurde auf eine detaillierte Darstellung des Systems 18 verzichtet. Ein weiteres Kraftfahrzeug 32 fährt in Fahrtrichtung vor dem Kraftfahrzeug 26. In dem gezeigten Beispiel fährt das Kraftfahrzeug 26 auf der rechten Spur mit einer Setzgeschwindigkeit von 180 km/h. Das weitere Kraftfahrzeug 32 fährt 150 km/h. Ein Fahrer des Kraftfahrzeugs 26 tippt beispielsweise den Blinker nach links für den assistierten Fahrstreifenwechsel mit dem Ziel das Kraftfahrzeug 26 auf der linken Spur auf 180 km/h zu beschleunigen. Es versteht sich, dass die Zahlenwerte hier nur beispielhaft gewählt wurden, um die Erfindung zu verdeutlichen.
Unter idealen Bedingungen, wie kein Wind und in einem bevorzugten Temperaturbereich, wird dieser Fahrstreifenwechsel normal ausgeführt. Ist es beispielsweise kälter als der bevorzugte Temperaturbereich und/oder gibt der Energiespeicher 30 bereits eine größere Leistung als normal ab, kann der Fahrer vor einem solchen Fahrstreifen-Wechsel gewarnt werden.
Bevorzugt wird ein Spurwechsel nur dann angeboten, wenn über eine prädiktive Abschätzung der Vorrichtung 10 gewährleistet werden kann, dass genügend Systemleistung bereitgestellt werden kann, um bei sich ändernden äußeren Bedingungen, wie beispielsweise Gegenwind beim Überholvorgang und/oder einer Steigung, die Fahrzeuggeschwindigkeit mindestens konstant zu halten. Mit anderen Worten wird ein Spurwechsel nur dann angeboten, wenn der Energiespeicher 30 ausreichend Leistung abgeben kann, um den Spurwechsel durchzuführen.
Generell überprüft die Vorrichtung 10 ob die aktuell zur Verfügung stehende Leistungsabgabe gehalten werden kann oder ein De-rating „droht“. Das heißt, wenn das Kraftfahrzeug 26 auf der rechten Spur fährt und in zum Beispiel 10 Sekunden die Leistung nicht mehr gehalten werden kann, wäre das ein für den Spurwechsel ungünstiges Szenario.
In den 5a und 5b sind Diagramme 34 eines Leistungsabgabeverlaufs schematisch dargestellt.
In der 5a ist auf der X-Achse 36 die Zeit und auf der Y-Achse 38 die abgebbare Leistung aufgetragen. Eine maximal abgebbare Leistung ist als waagerechte gestrichelte Linie dargestellt und mit 40 bezeichnet. Eine dauerhaft abgebbare Leistung ist ebenfalls als waagerechte gestrichelte Linie dargestellt und mit 42 bezeichnet. In einem ersten Bereich A1 kann die maximale Leistung abgerufen werden. Das Kraftfahrzeug 26 befindet sich in einem Bereich einer Maximalleistung. In einem anschließenden zweiten Bereich A2 wird die abrufbare Leistung exponentiell auf den Wert der dauerhaft abgebbaren Leistung reduziert, um den Energiespeicher 30 nicht zu beschädigen. Danach befindet sich das Kraftfahrzeug 26 in einem Bereich der Dauerleistung. Ferner ist ein Verlauf der Leistung unterhalb der dauerhaft abgebbaren Leistung dargestellt und mit 44 bezeichnet. In dieser Zeit kann sich der Energiespeicher 30 zumindest teilweise regenerieren, sodass danach wieder eine höhere Leistung als die dauerhaft abgebbare Leistung abgegeben werden kann.
In 5b ist in analoger Weise ein Leistungsabgabeverlauf dargestellt, wobei im Unterschied zu dem in 5a gezeigten Verlauf ein kurzfristiges zusätzliches Integral, das als Dreieck 46 dargestellt ist, vorhanden ist, um eine höhere Leistungsabgabe zu verdeutlichen. Die höhere Leistungsabgabe kann einer Ziel-Leistung entsprechen, die benötigt wird, um ein Fahrmanöver durchzuführen. Es kann sich beispielsweise um eine Abgabe der maximalen Leistung für 4 Sekunden zum Überholen handeln. Da nach dem Überholvorgang eine Phase folgen kann, in der eine geringe Leistungsabgabe erfolgt, kann der Überholvorgang durchgeführt werden. Die Phase mit geringer Leistungsabgabe ist im Diagramm 34 mit 48 bezeichnet.
Die Fläche des Dreiecks 46 kann zum Beispiel berechnet werden, wenn eine Erholungsphasen-Fläche, also die Fläche der Phase mit geringer Leistungsabgabe 48 bekannt ist. Es versteht sich, dass eine bekannte Erholungsphase keine zwingende Voraussetzung dafür ist, die höhere Leistungsabgabe zu ermöglichen. Denkbar ist es beispielsweise, nach der höheren Leistungsabgabe die maximal abrufbare Leistung schneller zu reduzieren und/oder für eine Zeitspanne auf einen Wert unterhalb der dauerhaft abgebbaren Leistung zu reduzieren.
In 6 sind schematisch die Schritte eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur verbesserten Antriebssteuerung eines zumindest teilweise elektrisch-fahrenden Kraftfahrzeugs 26 gezeigt.
In einem ersten Schritt S1 erfolgt ein Empfangen von BMS-Daten mit Informationen zu einem elektrischen Energiespeicher 30 des Kraftfahrzeugs 26 und von Fahrerassistenz-Daten eines Fahrerassistenzsystems 22 des Kraftfahrzeugs 26.
In einem zweiten Schritt S2 werden die BMS-Daten und die Fahrerassistenz-Daten analysiert.
In einem dritten Schritt S3 wird ermittelt, ob der Energiespeicher ausreichend Leistung abgeben kann, um ein Fahrmanöver durchzuführen und ein Steuerbefehl erzeugt.
In einem vierten Schritt S4 erfolgt ein Übermitteln des Steuerbefehls an das Fahrerassistenzsystem 22.
Der Steuerbefehl bewirkt das Fahrmanöver, wenn die Analyseeinheit 14 ermittelt, dass der Energiespeicher ausreichend Leistung abgeben kann, um das Fahrmanöver durchzuführen.
Das Ermitteln S3, ob der Energiespeicher ausreichend Leistung abgeben kann, um ein Fahrmanöver durchzuführen, kann durch ein Vergleichen einer Leistungsabgabe unter idealen Bedingungen mit der momentanen Leistungsabgabe erfolgen. Dabei wird vorzugsweise die Abweichung zwischen der Leistungsabgabe unter idealen Bedingungen mit der momentanen Leistungsabgabe mittels eines frei applizierbaren Kennfelds ermittelt. Der Steuerbefehl bewirkt basierend auf der Abweichung eine Ausgabe einer Warnung an den Fahrer.
Bezugszeichenliste

10: Vorrichtung
12: Eingangsschnittstelle
14: Analyseeinheit
16: Ausgangsschnittstelle
18: System
20: BMS
22: Fahrerassistenzsystem
26: Kraftfahrzeug
28: Sensor
30: Energiespeicher
32: weiteres Kraftfahrzeug
34: Diagramm
36: X-Achse
38: Y-Achse
40: maximal abgebbare Leistung
42: dauerhaft abgebbare Leistung
44: Leistung unterhalb der dauerhaft abgebbaren Leistung
46: Dreieck
48: Phase mit geringer Leistungsabgabe
A1: erster Bereich
A2: zweiter Bereich
S1-S4: Verfahrensschritte

Claims

Vorrichtung (10) zur verbesserten Antriebssteuerung eines zumindest teilweise elektrisch-fahrenden Kraftfahrzeugs (26), mit: - einer Eingangsschnittstelle (12) zum Empfangen von BMS-Daten mit Informationen zu einem elektrischen Energiespeicher (30) des Kraftfahrzeugs (26) und von Fahrerassistenz-Daten eines Fahrerassistenzsystems (22) des Kraftfahrzeugs (26); - einer Analyseeinheit (14), die dazu ausgebildet ist, die BMS-Daten und die Fahrerassistenz-Daten zu analysieren und zu ermitteln, ob der Energiespeicher ausreichend Leistung abgeben kann, um ein Fahrmanöver durchzuführen und einen Steuerbefehl für das Fahrerassistenzsystem (22) zu erzeugen; - einer Ausgangsschnittstelle (16) zum Übermitteln des Steuerbefehls an das Fahrerassistenzsystem (22), dadurch gekennzeichnet, dass der Steuerbefehl das Fahrmanöver bewirkt, wenn die Analyseeinheit (14) ermittelt, dass der Energiespeicher ausreichend Leistung abgeben kann, um das Fahrmanöver durchzuführen, wobei die Analyseeinheit (14) ein Erholungsintegral ermittelt, um den Energiespeicher (30) nach der Leistungsabgabe während dem Erholungsintegral zu regenerieren.
Vorrichtung (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (10) zur Installation in ein Kraftfahrzeug (26) ausgebildet und vorzugsweise Teil eines Bordcomputers, des Fahrerassistenzsystems (22) und/oder der BMS (20) ist, wobei das Kraftfahrzeug (26) besonders bevorzugt ein zumindest teil-assistiert-fahrendes Kraftfahrzeug (26) ist.
Vorrichtung (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Analyseeinheit (14) dazu ausgebildet ist, basierend auf den Fahrerassistenz-Daten eine Zeitspanne und/oder einen Leistungsbedarf für ein Fahrmanöver zu ermitteln und basierend auf den BMS-Daten zu ermitteln, ob der elektrische Energiespeicher (30) einen Betriebszustand aufweist, der zum Durchführen des Fahrmanövers eine Abgabe einer Leistung gemäß dem Leistungsbedarf und/oder eine Leistungsabgabe in der ermittelten Zeitspanne ermöglicht.
Vorrichtung (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Analyseeinheit (14) dazu ausgebildet ist, basierend auf den BMS-Daten zu ermitteln, ob sich das Kraftfahrzeug (26) in einem Bereich einer Maximalleistung (40) oder einem Bereich einer Dauerleistung (42) befindet.
Vorrichtung (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Steuerbefehl ein Aufrechterhalten einer Setzgeschwindigkeit des Fahrerassistenzsystems (22) bewirkt, wobei die Analyseeinheit (14) prädiktiv, basierend auf den BMS-Daten bestimmt, dass der Energiespeicher ausreichend Leistung abgeben kann, um eine momentane Setzgeschwindigkeit zu halten.
Vorrichtung (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Fahrerassistenz-Daten Daten eines Radars, einer Kamera und/oder eines Car2x Systems umfassen, wobei die Analyseeinheit (14) dazu ausgebildet ist, basierend auf den Fahrerassistenz-Daten eine Zeitspanne zu ermitteln, in der eine Geschwindigkeitsreduzierung aufgrund der aktuellen Verkehrssituation stattfindet und basierend auf den BMS-Daten zu ermitteln, ob in der bestimmten Zeitspanne weniger Leistung benötigt wird als der Energiespeicher abgeben kann, wobei die Analyseeinheit (14) einen Steuerbefehl bestimmt, der ein Halten der aktuellen Geschwindigkeit bewirkt, wenn der Energiespeicher ausreichend Leistung abgeben kann.
System (18) umfassend eine Vorrichtung (10), insbesondere eine Vorrichtung (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, ein Fahrerassistenzsystem (22) und ein BMS (20), wobei die Vorrichtung (10) dazu ausgebildet ist, BMS-Daten mit Informationen zu einem elektrischen Energiespeicher (30) des Kraftfahrzeugs (26) vom BMS (20) zu empfangen und Fahrerassistenz-Daten vom Fahrerassistenzsystem (22) des Kraftfahrzeugs (26) zu empfangen, wobei die Vorrichtung (10) das Fahrerassistenzsystem (20) steuert, um mittels des Fahrerassistenzsystems (20) ein Fahrmanöver durchzuführen, für das der Energiespeicher ausreichend Leistung abgeben kann, wobei die die Vorrichtung (10) ein Erholungsintegral ermittelt, um den Energiespeicher (30) nach der Leistungsabgabe während dem Erholungsintegral zu regenerieren.
Verfahren zur verbesserten Antriebssteuerung eines zumindest teilweise elektrisch-fahrenden Kraftfahrzeugs (26), umfassend die Schritte: - Empfangen (S1) von BMS-Daten mit Informationen zu einem elektrischen Energiespeicher (30) des Kraftfahrzeugs (26) und von Fahrerassistenz-Daten eines Fahrerassistenzsystems (22) des Kraftfahrzeugs (26); - Analysieren (S2) der BMS-Daten und der Fahrerassistenz-Daten; - Ermitteln (S3), ob der Energiespeicher ausreichend Leistung abgeben kann, um ein Fahrmanöver durchzuführen und Erzeugen eines Steuerbefehls für das Fahrerassistenzsystem (22); - Übermitteln (S4) des Steuerbefehls an das Fahrerassistenzsystem (22), dadurch gekennzeichnet, dass der Steuerbefehl das Fahrmanöver bewirkt, wenn die Analyseeinheit (14) ermittelt, dass der Energiespeicher ausreichend Leistung abgeben kann, um das Fahrmanöver durchzuführen, wobei die Analyseeinheit (14) ein Erholungsintegral ermittelt, um den Energiespeicher (30) nach der Leistungsabgabe während dem Erholungsintegral zu regenerieren.
Verfahren nach dem vorstehenden Anspruch, wobei das Ermitteln (S3), ob der Energiespeicher ausreichend Leistung abgeben kann, um ein Fahrmanöver durchzuführen, ein Vergleichen einer Leistungsabgabe unter idealen Bedingungen mit der momentanen Leistungsabgabe umfasst, wobei die Abweichung zwischen der Leistungsabgabe unter idealen Bedingungen mit der momentanen Leistungsabgabe, vorzugsweise mittels eines frei applizierbaren Kennfelds, ermittelt wird, und basierend auf der Abweichung der Steuerbefehl eine Ausgabe einer Warnung an den Fahrer bewirkt.
Computer-Programm mit Programm-Code-Mitteln, um alle Schritte eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 8 oder 9 durchzuführen, wenn das Computer-Programm auf einem Computer oder einer entsprechenden Recheneinheit ausgeführt wird.