DE102022004325A1

DE102022004325A1 - Verfahren zum Betreiben eines Fahrzeugs mittels einer Steuerungsvorrichtung

Info

Publication number: DE102022004325A1
Application number: DE102022004325.4A
Authority: DE
Inventors: Stefan Studer; Gerd Gaiselmann; Florian Etter
Original assignee: Mercedes Benz Group AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2022-11-21
Filing date: 2022-11-21
Publication date: 2024-05-23

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren (1) zum Betreiben eines Fahrzeugs (2), insbesondere eines batteriebetriebenen Fahrzeugs, mittels einer Steuerungsvorrichtung (3). Die Steuerungsvorrichtung (3) liest dabei aktuelle Sensordaten (S1, S2, Sn) des Fahrzeugs (2) ein und schätzt mittels eines trainierten Modells ausgehend aus den aktuellen Sensordaten (S1, S2, Sn) eine aktuelle Windgeschwindigkeit (WG) und/oder eine aktuelle Windrichtung (WR) ein.Die Erfindung betrifft auch die Steuerungsvorrichtung (3) zum Ausführen des Verfahrens (1).

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Fahrzeugs mittels einer Steuerungsvorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Die Erfindung betrifft auch die Steuerungsvorrichtung zum Ausführen des Verfahrens.
Die Windgeschwindigkeit und die Windrichtung weisen einen erheblichen Einfluss auf den Energieverbrauch und daher auf die Reichweite von batteriebetriebenen Fahrzeugen auf. Mithilfe der Information zur Windgeschwindigkeit und zur Windrichtung können daher Strategien wie beispielweise Verlangsamung von Fahrtgeschwindigkeit, Fahrspurempfehlung und Routenempfehlungen abgeleitet werden und dadurch die Reichweite von batteriebetriebenen Fahrzeugen erhöht werden. Nachteiligerweise sind Windsensoren schwierig zu verbauen, kostenaufwendig und wartungsempfindlich.
DE 10 2020 005 615 A1 offenbart ein Verfahren zum Betreiben eines Seitenwindassistenten eines Fahrzeugs. Der Seitenwindassistent kann anhand gespeicherter Daten zu früheren Regelungseingriffen und/oder Flottendaten bei Seitenwindereignissen eine vorteilhafte Fahrweise des Fahrzeugs lernen und trainieren. Dabei kann der Seitenwindassistent Stärke und Richtung des Seitenwindereignisses prognostizieren und basierend darauf die Fahrweise anpassen.
Die Aufgabe der Erfindung ist es daher, für ein Verfahren der gattungsgemäßen Art eine verbesserte oder zumindest alternative Ausführungsform anzugeben, bei der die beschriebenen Nachteile überwunden werden.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Die vorliegende Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, die physikalischen Sensoren zum Erfassen von Windgeschwindigkeit und/oder Windrichtung mittels eines sogenannten virtuellen durch ein Modell abgebildeten Sensors zu ersetzen.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist zum Betreiben eines Fahrzeugs, insbesondere eines batteriebetriebenen Fahrzeugs, mittels einer Steuerungsvorrichtung ausgelegt. Die Steuerungsvorrichtung liest dabei aktuelle Sensordaten des Fahrzeugs ein und berechnet mittels eines trainierten Modells ausgehend aus den aktuellen Sensordaten eine aktuelle Windgeschwindigkeit und/oder eine aktuelle Windrichtung. i
Die Steuerungsvorrichtung kann demnach die aktuelle Windgeschwindigkeit und/oder die aktuelle Windrichtung ohne deren direkte Messung mittels des trainierten Modells berechnen. Das Modell benutzt dabei als Inputgrößen die Sensordaten und gibt als Output-Grö-ßen die Windgeschwindigkeit und/oder die Windrichtung aus. Das Modell wird dabei durch ein maschinelles Lernen trainiert, wie unten näher beschrieben wird. Mit dem Verfahren werden also die Informationen zur aktuellen Windgeschwindigkeit und/oder zur aktuellen Windrichtung bereitgestellt, obwohl diese in dem Fahrzeug nicht messbar und auch nicht direkt beobachtbar sind. Das trainierte Modell bildet dadurch einen sogenannten virtuellen Sensor zum indirekten Erfassen der aktuellen Windgeschwindigkeit und/oder der aktuellen Windrichtung.
Zum Erfassen von Sensordaten kann die in dem Fahrzeug bereits verbaute Sensorik zum Erfassen von anderen Daten benutzt werden. Dadurch können Sensoren zum unmittelbaren Erfassen der aktuellen Windgeschwindigkeit und/oder der aktuellen Windrichtung entfallen und Kosten erspart werden. Die Informationen zur aktuellen Windgeschwindigkeit und/oder zur aktuellen Windrichtung können zur Änderung der Fahrweise wie beispielweise einer Verlangsamung des Fahrzeugs und/oder einem Fahrspurwechsel und dadurch zur Erhöhung der Reichweite des Fahrzeugs genutzt werden.
Als aktuelle Sensordaten kann die Steuerungsvorrichtung beispielweise Daten einer Fahrdynamikregelung des Fahrzeugs und/oder ein Lenkwinkel des Fahrzeugs und/oder eine Gierrate des Fahrzeugs mittels eines Gierratensensors und/oder eine Beschleunigung wenigstens einer Achse des Fahrzeugs mittels einer Inertialsensorik des Fahrzeugs und/oder eine Außentemperatur an dem Fahrzeug einlesen. Die Steuerungsvorrichtung kann als aktuelle Sensordaten eine Drehzahl wenigstens eines Rads des Fahrzeugs einlesen. Daraus kann dann die Steuerungsvorrichtung eine Geschwindigkeit des Fahrzeugs und/oder einen Radschlupf des wenigstens einen Rad des Fahrzeugs und/oder einen Lenkwinkel-Offset des Fahrzeugs und/oder eine Fahrbahnquerneigung ableiten. Als aktuelle Sensordaten kann die Steuerungsvorrichtung auch Kartendaten einlesen und daraus einen Fahrbahnverlauf und/oder eine Straßenkrümmung ableiten. Zudem kann die Steuerungsvorrichtung als aktuelle Sensordaten Umfelddaten mittels einer Umfeldsensorik des Fahrzeugs einlesen. Die Umfeldsensorik kann beispielsweise eine Kamera und/oder ein Radar (Englisch: Radio Detection And Ranging bzw. Deutsch: funkgestützte Ortung und Abstandsmessung) und/oder ein Lidar (Englisch: Light Detection And Ranging bzw. Deutsch: optische Abstands- und Geschwindigkeitsmessung) und/oder eine Infrarotkamera sein. Aus den Umfelddaten kann die Steuerungsvorrichtung einen Abstand und/oder eine Größe und/oder eine Trajektorie und/oder eine Relativgeschwindigkeit und/oder ein Fahrzeugmodell und/oder eine Fahrzeugklasse von weiteren, insbesondere vorausfahrenden, Fahrzeugen ableiten. Die Steuerungsvorrichtung muss also als aktuelle Sensordaten keine Daten über eine aktuelle Windgeschwindigkeit und/oder eine aktuelle Windrichtung einlesen.
Die Steuerungsvorrichtung kann mittels des trainierten Modells aus den aktuellen Sensordaten ein Antriebsmoment und/oder ein Schleppmoment und/oder ein Bremsmoment und/oder einen Luftwiderstand und/oder einen Rollwiderstand und/oder eine Steigung des Fahrzeugs berechnen. Daraus kann dann die Steuerungsvorrichtung mittels des trainierten Modells basierend auf einer Fahrwiderstandsgleichung die aktuelle Windgeschwindigkeit und/oder die aktuelle Windrichtung berechnen.
Die berechnete aktuelle Windgeschwindigkeit und/oder die berechnete aktuelle Windrichtung kann die Steuerungsvorrichtung ortsbezogen und/oder zeitbezogen an einen Backend-Server übermitteln. Die an den Backend-Server übermittelte Windgeschwindigkeit und/oder die an den Backend-Server übermittelte Windrichtung mehrerer Fahrzeuge können dann in dem Backend-Server aggregiert werden. Die im Backend-Server aggregierten Daten zu der Windgeschwindigkeit und/oder zu der Windrichtung können aufbereitet und der Steuerungsvorrichtung des Fahrzeugs und/oder anderen Fahrzeugen und/oder einer dritten Partei - wie beispielsweise Windkraftbetreibern oder Landwirten oder anderen Parteien - kostenlos oder kostenpflichtig bereitgestellt werden. So können beispielweise aktuelle Windkarten erstellt werden und zur weiteren Nutzung angeboten werden. Zudem können Strecken mit hoher Windanfälligkeit - wie beispielweise Küstenstrecken - erkannt und identifiziert werden. Die zur weiteren Nutzung angebotenen aggregierten und aufbereiteten Daten können dann zur Routenplanung herangezogen werden.
Die Steuerungsvorrichtung kann die berechnete aktuelle Windgeschwindigkeit und/oder die berechnete aktuelle Windrichtung einem Nutzer des Fahrzeugs ausgeben. Dabei kann eine Transparenz bezüglich des Zusammenhangs zwischen dem Energieverbrauch und der Windgeschwindigkeit und/oder der Windrichtung erreicht werden.
Die Steuerungsvorrichtung kann zudem basierend auf der berechneten aktuellen Windgeschwindigkeit und/oder der berechneten aktuellen Windrichtung einen Energieverbrauch berechnen und einem Nutzer des Fahrzeugs ausgeben. Durch die Informationen zur Windgeschwindigkeit und/oder zur Windrichtung kann die Schätzung des Energieverbrauchs deutlich verbessert werden.
Das Modell an sich kann dabei an einem Testfahrzeug mit wenigstens einem Windgeschwindigkeitssensor und/oder mit wenigstens einem Windrichtungssensor mittels des überwachten maschinellen Lernens trainiert werden. Beim Trainieren des Modells werden dabei eine Windgeschwindigkeit mit dem Windgeschwindigkeitssensor und/oder eine Windrichtung mit dem Windrichtungssensor erfasst. Dann wird die mit dem Modell berechnete aktuelle Windgeschwindigkeit mit der gemessenen Windgeschwindigkeit und/oder die mit dem Modell berechnete aktuelle Windrichtung mit der gemessenen Windrichtung abgeglichen. Mit anderen Worten werden mittels des Windgeschwindigkeitssensors und/oder des Windrichtungssensors während realen Fahrten des Testfahrzeugs und/oder während Tests an dem Testfahrzeug in einem Windkanal und/oder während Simulationsfahrten des Testfahrzeugs die reale Windgeschwindigkeit und/oder die reale Windrichtung aufgezeichnet und zusammen mit den Sensordaten dem Modell als Trainingsdaten bereitgestellt. Das Modell lernt dabei, anhand der bereitgestellten Sensordaten die Windgeschwindigkeit und/oder die Windrichtung zu approximieren. Ist das Modell trainiert, so kann sie basierend auf den aktuellen Sensordaten die Windgeschwindigkeit und/oder die Windrichtung ohne direkte Messung der Windgeschwindigkeit und/oder der Windrichtung einschätzen bzw. berechnen. Das trainierte Modell kann dann in die Fahrzeuge, die keine Sensoren zum Erfassen von Windgeschwindigkeit und/oder der Windrichtung aufweisen, übertragen werden. Dadurch kann in diesen Fahrzeugen ein sogenannter virtueller Sensor zum Berechnen der Windgeschwindigkeit und/oder der Windrichtung integriert werden. Dabei können die Windgeschwindigkeit und/oder die Windrichtung auch in quasi-stationären Fahrzuständen, in denen sich die Geschwindigkeit und/oder die Beschleunigung in Quer- und in Längsrichtung des Fahrzeugs und/oder der Lenkwinkel und/oder die Position des Fahrpedals und/oder des Bremspedals in einem Zeitintervall nur infinitesimal ändern, geschätzt werden.
Die Erfindung betrifft auch eine Steuerungsvorrichtung eines Fahrzeugs, insbesondere eines batteriebetriebenen Fahrzeugs, zum Berechnen einer aktuellen Windgeschwindigkeit und/oder einer aktuellen Windrichtung. Die Steuerungsvorrichtung ist dabei zum Ausführen des oben beschriebenen Verfahrens ausgelegt. Um Wiederholungen zu vermeiden, wird an dieser Stelle auf die obigen Ausführungen verwiesen.
Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.
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.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Bauteile beziehen.
Dabei zeigen, jeweils schematisch:

1 einen schematischen Ablauf eines erfindungsgemäßen Verfahrens;
2 eine Ansicht eines Fahrzeugs beim Betreiben mit dem erfindungsgemäßen Verfahren;
3 eine Ansicht eines Fahrzeugs mit einer erfindungsgemäßen Steuerungsvorrichtung zum Ausführen des erfindungsgemäßen Verfahrens.

1 zeigt einen schematischen Ablauf eines erfindungsgemäßen Verfahrens 1. Das erfindungsgemäße Verfahren 1 ist dabei zum Betreiben eines Fahrzeugs 2, insbesondere eines batteriebetriebenen Fahrzeugs, mittels einer erfindungsgemäßen Steuerungsvorrichtung 3 ausgelegt. In dem Verfahren 1 liest die Steuerungsvorrichtung 3 aktuelle Sensordaten S1, S2... Sn des Fahrzeugs 2 ein. Dann schätzt die Steuerungsvorrichtung 3 mittels eines trainierten Modells ausgehend aus den aktuellen Sensordaten S1, S2... Sn eine aktuelle Windgeschwindigkeit WG und eine aktuelle Windrichtung WR.
Das Modell wird dabei mit dem überwachten maschinellen Lernen in einem Testfahrzeug trainiert. Hierbei werden die Windgeschwindigkeit WG und die Windrichtung WR mittels spezieller Sensorik direkt gemessen und mit den Sensordaten S1, S2... Sn verknüpft. Das Modell kann nach dem Trainieren in das Fahrzeug 2, das keine spezielle Sensorik zum Erfassen der Windgeschwindigkeit WG und der Windrichtung WR aufweist, übertragen werden und basierend auf den Sensordaten S1, S2... Sn die Windgeschwindigkeit WG und die Windrichtung WR ohne deren direkte Messung berechnen.
2 zeigt Ansicht des Fahrzeugs 2 von oben beim Betreiben mit dem erfindungsgemäßen Verfahren 1. Aufgrund eines seitlichen Windes W muss das Fahrzeug 2 mit einem Lenkradwinkel α eines Lenkrads 4 des Fahrzeugs 2 und einem Radwinkel β eines Rands 5 des Fahrzeugs 2 geradegelenkt werden. Der Lenkradwinkel α und der Radwinkel β können von der Steuerungsvorrichtung 3 als Sensordaten S1 und S2 erfasst werden und die Steuerungsvorrichtung 3 kann mittels des trainierten Modells die Windgeschwindigkeit WG und die Windrichtung WR approximieren. Dazu können auch weitere Sensordaten Sn herangezogen werden.
3 zeigt eine Ansicht des Fahrzeugs 2 mit der Steuerungsvorrichtung 3 zum Ausführen des erfindungsgemäßen Verfahrens 1. Die Steuerungsvorrichtung 3 kann Sensordaten S1, S2... Sn von dem Fahrzeug 2 erfassen und mittels des trainierten Models die Windgeschwindigkeit WG und die Windrichtung WR berechnen.
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 102020005615 A1 [0003]

Claims

Verfahren (1) zum Betreiben eines Fahrzeugs (2), insbesondere eines batteriebetriebenen Fahrzeugs, mittels einer Steuerungsvorrichtung (3), dadurch gekennzeichnet, - dass die Steuerungsvorrichtung (3) aktuelle Sensordaten (S1, S2, Sn) des Fahrzeugs (2) einliest, und - dass die Steuerungsvorrichtung (3) mittels eines trainierten Modells ausgehend aus den aktuellen Sensordaten (S1, S2, Sn) eine aktuelle Windgeschwindigkeit (WG) und/oder eine aktuelle Windrichtung (WR) berechnet.
Verfahren (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerungsvorrichtung (3) als aktuelle Sensordaten (S1, S2, Sn) keine Daten über eine aktuelle Windgeschwindigkeit (WG) und/oder eine aktuelle Windrichtung (WR) einliest oder erfasst.
Verfahren (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, - dass die Steuerungsvorrichtung (3) als aktuelle Sensordaten (S1, S2, Sn) Daten einer Fahrdynamikregelung des Fahrzeugs (2) einliest, und/oder - dass die Steuerungsvorrichtung (3) als aktuelle Sensordaten (S1, S2, Sn) ein Lenkwinkel des Fahrzeugs (2) einliest, und/oder - dass die Steuerungsvorrichtung (3) als aktuelle Sensordaten (S1, S2, Sn) eine Drehzahl wenigstens eines Rads (5) des Fahrzeugs (2) einliest und daraus eine Geschwindigkeit des Fahrzeugs (2) und/oder einen Radschlupf des wenigstens einen Rads (5) des Fahrzeugs (2) und/oder einen Lenkwinkel-Offset des Fahrzeugs (2) und/oder eine Fahrbahnquerneigung ableitet, und/oder - dass die Steuerungsvorrichtung (2) als aktuelle Sensordaten (S1, S2, Sn) eine Beschleunigung wenigstens einer Achse des Fahrzeugs (2) mittels einer Inertialsensorik des Fahrzeugs (2) einliest, und/oder - dass die Steuerungsvorrichtung (3) als aktuelle Sensordaten (S1, S2, Sn) eine Gierrate des Fahrzeugs (2) mittels eines Gierratensensors des Fahrzeugs (2) einliest, und/oder - dass die Steuerungsvorrichtung (3) als aktuelle Sensordaten (S1, S2, Sn) Kartendaten einliest und daraus einen Fahrbahnverlauf und/oder eine Straßenkrümmung ableitet, und/oder - dass die Steuerungsvorrichtung (3) als aktuelle Sensordaten (S1, S2, Sn) eine Außentemperatur an dem Fahrzeug (2) einliest, und/oder - dass die Steuerungsvorrichtung (3) als aktuelle Sensordaten (S1, S2, Sn) Umfelddaten mittels einer Umfeldsensorik des Fahrzeugs (2), vorzugsweise mittels einer Kamera und/oder eines Radars und/oder eines Lidars und/oder einer Infrarotkamera, einliest und daraus einen Abstand und/oder eine Größe und/oder eine Trajektorie und/oder eine Relativgeschwindigkeit und/oder ein Fahrzeugmodell und/oder eine Fahrzeugklasse von weiteren, insbesondere vorausfahrenden, Fahrzeugen ableitet.
Verfahren (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerungsvorrichtung (3) mittels des trainierten Modells aus den aktuellen Sensordaten (S1, S2, Sn) ein Antriebsmoment und/oder ein Schleppmoment und/oder ein Bremsmoment und/oder einen Luftwiderstand und/oder einen Rollwiderstand und/oder eine Steigung des Fahrzeugs (2) berechnet und daraus basierend auf einer Fahrwiderstandsgleichung die aktuelle Windgeschwindigkeit (WG) und/oder die aktuelle Windrichtung (WR) berechnet.
Verfahren (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerungsvorrichtung (3) die berechnete aktuelle Windgeschwindigkeit (WG) und/oder die berechnete aktuelle Windrichtung (WR) ortsbezogen und/oder zeitbezogen an einen Backend-Server übermittelt.
Verfahren (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, - dass die an den Backend-Server übermittelte Windgeschwindigkeit (WG) und/oder die an den Backend-Server übermittelte Windrichtung (WR) mehrerer Fahrzeuge in dem Backend-Server aggregiert werden, und - dass die im Backend-Server aggregierten Daten zu der Windgeschwindigkeit (WG) und/oder zu der Windrichtung (WR) aufbereitet und der Steuerungsvorrichtung (3) des Fahrzeugs (2) und/oder anderen Fahrzeugen und/oder einer dritten Partei bereitgestellt werden.
Verfahren (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerungsvorrichtung (3) die berechnete aktuelle Windgeschwindigkeit (WG) und/oder die berechnete aktuelle Windrichtung (WR) einem Nutzer des Fahrzeugs (2) ausgibt.
Verfahren (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerungsvorrichtung (3) basierend auf der berechneten aktuellen Windgeschwindigkeit (WG) und/oder der berechneten aktuellen Windrichtung (WR) einen Energieverbrauch berechnet und einem Nutzer des Fahrzeugs (2) ausgibt.
Verfahren (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, - dass das Modell an einem Testfahrzeug mit wenigstens einem Windgeschwindigkeitssensor und/oder mit wenigstens einem Windrichtungssensor trainiert wird, - dass beim Trainieren des Modells eine Windgeschwindigkeit mit dem Windgeschwindigkeitssensor und/oder eine Windrichtung mit dem Windrichtungssensor erfasst werden, und - dass die mit dem Modell berechnete aktuelle Windgeschwindigkeit (WG) mit der gemessenen Windgeschwindigkeit und/oder die mit dem Modell berechnete aktuelle Windrichtung (WR) mit der gemessenen Windrichtung abgeglichen werden.
Steuerungsvorrichtung (3) eines Fahrzeugs (2) zum Berechnen einer aktuellen Windgeschwindigkeit (WG) und/oder einer aktuellen Windrichtung (WR), wobei die Steuerungsvorrichtung (3) zum Ausführen des Verfahrens (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche ausgelegt ist.