DE4344369C2 - Verbrauchsorientierte Fahrleistungsbegrenzung eines Fahrzeugantriebs - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur verbrauchsorientierten Fahrleistungsbegrenzung eines Fahrzeugantriebs gemäß dem Ober­ begriff des Hauptanspruchs 1 und eine Vorrichtung zu dessen Durchführung. Das erfindungsgemäße Verfahren ist auf Fahrzeuge aller Art zu Wasser, zu Lande und in der Luft anwendbar, die einen Ener­ giespeicher zur Bereitstellung der Antriebsenergie mit sich füh­ ren, insbesondere Elektrofahrzeuge mit Traktionsbatterien.

Aus der DE 30 01 470 C2 ist ein Fahrdatenrechner mit zugeordne­ ter Anzeigevorrichtung für Kraftfahrzeuge bekannt, mit dem zum einen aktuelle Informationen, wie z. B. augenblicklich vorlie­ gende Parameterwerte des Fahrzeugs, und zum anderen aus diesen Parameterwerten und vom Fahrer eingegebenen Werten ermittelte Informationen nach Bedarf abgerufen werden können. So ist bei­ spielsweise vorgesehen, daß die aufgrund des augenblicklichen Tankinhalts noch verbleibende Reichweite, der momentane Kraft­ stoffverbrauch sowie ein daraus abgeleiteter mittlerer Kraft­ stoffverbrauch abrufbar ist. Weiterhin ist vorgesehen, daß der Rechner nach Eingabe der vorausliegenden Wegstrecke (Distanz) und der gewünschten Ankunftszeit die einzuhaltende Sollgeschwin­ digkeit errechnet und zur Anzeige bringt. Außerdem kann ein Ge­ schwindigkeitsgrenzwert eingegeben werden, dessen Erreichen oder überschreiten durch ein akustisches oder optisches Signal ange­ zeigt wird.

Der bekannte Fahrdatenrechner gibt dem Fahrer mit der Anzeige der Reichweite und dem Geschwindigkeitsbegrenzer nur eine grobe Hilfestellung bei der Einteilung des vorhandenen Kraftstoffvor­ rats. Für Kraftfahrzeuge mit Verbrennungsmotor ist dies unkri­ tisch, weil für diese in der Regel ein relativ dichtes Netz von Tankstellen zur Verfügung steht.

Dies gilt jedoch nicht bei Elektrofahrzeugen, die mit Batterie betrieben werden. Ein versehentliches Liegenbleiben auf der Strecke muß unbedingt verhindert werden, weil das Netz der Nach­ ladestationen bezogen auf die derzeitig verfügbaren Reichweiten noch sehr weitgefaßt ist. Da ferner ein Nachladevorgang unter Umständen sehr zeitraubend ist, kann es eventuell lohnend sein, durch eine gezielt gedrosselte Fahrweise den Energievorrat so einzuteilen, daß der vorhandenen Energievorrat gerade ausreicht, das Ziel zu erreichen.

Die DE 30 46 076 C2 offenbart eine Schaltung, die den Fahrer ei­ nes mit Flüssigkraftstoff betriebenen Kraftfahrzeugs bei der Einteilung des Kraftstoffvorrats unterstützen soll, indem ihm u. a. eine Reichweite angezeigt wird. Die Schaltung ermittelt die maximale Reichweite in km auf der Basis des momentanen Kraft­ stoffverbrauches, der momentanen Geschwindigkeit und des Tankin­ halts. Diese Schaltung hat den Nachteil, daß der Fahrer selber die noch zu überwindende, vorausliegende Restdistanz ermitteln muß, bevor er aus einem Vergleich mit der angezeigten Reichweite Schlüsse auf sein Fahrverhalten ziehen kann. Wenn die Restdi­ stanz die angezeigte Reichweite übersteigt, muß er seine Fahrge­ schwindigkeit solange absenken, bis die angezeigte neue Reich­ weite die von ihm ermittelte Restdistanz übersteigt. Dieser Ab­ gleich sollte während der Fahrt in regelmäßigen Abständen erfol­ gen. Es ist klar, daß dabei der Fahrer von seiner eigentlichen Aufgabe - dem Steuern des Fahrzeugs - abgelenkt wird. Die gege­ benenfalls erforderlichen Anpassungen der Fahrgeschwindigkeit geschehen dabei nicht gezielt und vorausschauend sondern nach dem Prinzip "Versuch und Irrtum". Ein solches Verfahren ist in der Praxis sehr unbefriedigend.

Die DE 31 42 038 A1 offenbart ein Verfahren zur Bestimmung einer Reichweite bei einem Elektrofahrzeug. Das offenbarte Verfahren ist, abgesehen von der Abstimmung auf die Verhältnisse beim Elektrofahrzeug, mit dem vorangehend dargestellten Verfahren vergleichbar. Im Unterschied werden jedoch nicht die momentanen Werte für Fahrgeschwindigkeit und Energieverbrauch zugrundege­ legt sondern Werte, die über ein zurückliegendes Fahrzeitinter­ vall gemittelte wurden.

Aus dem Artikel "Forschungsprojekt Prometheus: Schneller, siche­ rer, umweltfreundlicher" in: Funkschau 4/1987, Seiten 36 bis 39 ist ein Reiserechner mit Fahrzeiteingabe, Distanzberechnung, Ausgabe von Streckenalternativen auf Basis eines Landkartenspei­ chers unter Berücksichtigung der Fahrzeit bekannt, wobei durch den Rechner auch ein Eingriff ins Fahrgeschehen möglich ist.

Aus der DE 37 00 552 A1 geht hervor, daß im Landkartenspeicher auch Zusatzinformationen wie Steigungen und Gefälle, vorgegebene Geschwindigkeit etc. zur Verfügung gestellt werden können.

Der DE 28 41 233 A1 ist ein Verfahren zur Optimierung des Kraft­ stoffverbrauches unter Zuhilfenahme einer Kennlinie des Zusam­ menhangs zwischen Geschwindigkeit und Verbrauch entnehmbar.

Aus der DE 29 24 391 A1 ist eine Begrenzung der Fahrgeschwindig­ keit über die Aufteilung des Pedalweges in verschiedene Winkel­ bereiche mit unterschiedlicher Betätigungskraft durch einen Stellmotor bekannt.

Aufgabe der Erfindung ist es, den Fahrzeugführer darin zu unter­ stützen, seinen Zielort unter weitgehend optimaler und ökonomi­ scher Ausnutzung eines vorgegebenen Energievorrats möglichst schnell zu erreichen.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und eine Vorrichtung nach Pa­ tentanspruch 13 gelöst.

Der Erfindung liegt der Zusammenhang zugrunde, daß bei Fahrzeu­ gen mit mitgeführten Energiespeichern die Reichweite mit zuneh­ mender Reisegeschwindigkeit drastisch sinkt. Das ist zum einen auf den mit der Fahrgeschwindigkeit zunehmenden Fahrwiderstand zurückzuführen und zum anderen auf den im oberen Leistungsbe­ reich schlechteren Wirkungsgrad der Antriebsmaschinen und man­ cher Energiespeicher. Insbesondere bei elektrischen Energiespei­ chern steigen die ohmschen Verluste mit dem abgeforderten Strom.

Das erfindungsgemäße Verfahren gestattet nun durch eine Regelung der Fahrleistung insbesondere durch Vorgabe einer Richtgeschwin­ digkeit, welche in Abhängigkeit der zu überwindenden Wegstrecke von dem Rechner ermittelt wird, den Energievorrat des Energie­ speichers optimal auszunutzen ohne Gefahr zu laufen, daß vor Er­ reichen des Zieles der Energievorrat erschöpft wird. Dies wird vor allem dadurch erreicht, daß während des Fahrbetriebes die Vorgabe zur Fahrleistungsbegrenzung immer wieder aktualisiert wird und dem tatsächlich noch vorhandenen Energievorrat und der vorausliegenden Restdistanz angepaßt wird. Dies bringt den wei­ teren Vorteil mit sich, daß die Energie-Sicherheitsreserven knapper kalkuliert werden können, was das Gewicht des Fahrzeugs reduziert und zur Wirtschaftlichkeit beiträgt.

Weitere Vorteile und Ausgestaltungen gehen aus den Unteransprü­ chen und der Beschreibung hervor. Die Erfindung ist nachstehend anhand der Zeichnung näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 ein Blockschaltbild der Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens,

Fig. 2 ein Flußdiagramm zu dem erfindungsgemäßen Verfahren,

Fig. 3 typische Kennlinienverläufe für den Streckenverbrauch,

Fig. 4 eine Vorrichtung zur Fahrleistungsbegrenzung.

Die wesentlichen Bausteine, die zur Durchführung des erfindungs­ gemäßen Verfahrens benötigt werden, sind in Fig. 1 gezeigt. Ein Reiserechner 1 erhält über eine Eingabeeinheit 2 von dem Fahr­ zeugführer Angaben über die bevorstehende Fahrt, die er mit fahrzeugbezogenen Meßdaten, insbesondere einer Wegerfassung 3 und einer Energievorratserfassung 4 zu einer Vorgabe V für eine Vorrichtung zur Fahrleistungsbegrenzung 6 verrechnet. Dabei kann der Reiserechner 1 auch auf empirische Daten zugreifen, die in einem Speicher 5 abgelegt sind. Nimmt der Reiserechner 1 auch Navigationsaufgaben wahr, so sind in dem Speicher 5 auch Stra­ ßennetzinformationen abgelegt. Weiterhin ist eine Anzeigeeinheit 7 vorgesehen, welche zur menügeführte Eingabe der Fahrtangaben und zur Information des Fahrzeugführers dient.

Die wesentlichen erfindungsgemäßen Verfahrensschritte sind Fig. 2 dargestellt und werden im folgenden eingehend beschrieben.

Der Start des Verfahrens, Schritt 100, wird entweder zu Beginn jeder Fahrt automatisch oder durch Eingabe eines eigenen Be­ fehls, z. B. durch Betätigung einer entsprechenden Taste, einge­ leitet.

In Schritt 101 gibt der Fahrzeugführer die Fahrtangaben ein, welche auf die vorausliegende Wegstrecke bezogen sind und zu ei­ ner möglichst genauen Berechnung des voraussichtlichen Energie­ bedarfes verwertbar sind. Die wichtigste Angabe bezieht sich auch die zurückzulegende Distanz. Weitere mögliche Angaben be­ treffen Abweichungen von den zunächst zugrunde gelegten Stan­ dardbedingungen (Default-Einstellung), beispielsweise die Art des vorausliegenden geodätischen Fahrstreckenprofils (eben, hü­ gelig, bergig), die zu bewältigenden Netto-Höhendifferenz zwi­ schen Start und Ankunft, die Verkehrsverhältnisse (Stadt, Land­ straße, Schnellstraße), die Zahl der Insassen und ob eine Ener­ giereserve zurückbehalten werden soll. Als weitere Möglichkeit kann eine mit einem einzigen Befehl, z. B. "Wohnung zur Arbeit", abrufbaren Eingabe eines für diese Fahrstrecke spezifischen Da­ tensatzes vorgesehen sein. Dieser Datensatz kann durch den Fah­ rer abgespeichert werden, entweder durch Eingabe von Hand oder mittels einer Aufnahme der tatsächlichen Werte bei einer Probe­ fahrt entlang der Fahrstrecke.

Im Schritt 102 werden unter Berücksichtigung der Fahrtangaben die Startwerte ermittelt und zugewiesen, welche für die weiteren Berechnungen benötigt werden. Wichtigster Startwert ist die vor­ ausliegende Distanz D₀.

Der Schritt 103 ist der erste Schritt einer Verfahrensschleife, bei der die Fahrleistungsbegrenzung während des Fahrbetriebs laufend dem aktuellen Energievorrat angepaßt wird. Im Schritt 103 wird der seit dem Start zurückgelegte Weg S abgefragt und dann die vorausliegende Restdistanz D = D₀ - S bestimmt.

In Schritt 104 folgt eine Abfrage, ob das Ziel erreicht ist, in­ dem die Restdistanz D abgefragt wird. Liegt die Restdistanz un­ terhalb eines Grenzwertes (D < D_e), so ist das Ziel nahezu er­ reicht und das Verfahren wird beendet. Ansonsten wird das Ver­ fahren mit Schritt 105 fortgeführt.

In Schritt 105 wird der aktuelle Energievorrat E abgefragt und der zur Bewältigung der Restdistanz D zulässige Streckenver­ brauch K = E/D ermittelt. Dieser Streckenverbrauch K darf zwar kurzzeitig überschritten werden, muß im Mittel aber eingehalten werden, um das Ziel mit dem vorliegenden Energievorrat E errei­ chen zu können.

Im Schritt 106 wird auf der Basis des zulässigen Streckenver­ brauches K der Vorgabewert V für die Fahrleistungsbegrenzung be­ rechnet. Der Zusammenhang zwischen dem entsprechenden Vorgabe­ wert V an die Fahrleistungsbegrenzung und dem Streckenverbrauch K wird durch ein abgespeichertes Kennfeld oder durch eine Formel vermittelt. Weiterhin kann vorgesehen sein, daß die Formel oder das Kennfeld mittels verschiedener Parameter an Abweichungen von den Standardbedingungen angepaßt werden kann, wobei zunächst die in Schritt 102 aus den Fahrtangaben ermittelten Startwerte die Parameter festlegen. Weiterhin ist auch ein laufende Anpassung der Parameter an die Bedingungen des Fahrbetriebs möglich. Eine technische Ausführung, die von einer Geschwindigkeitsvorgabe zur Fahrleistungsbegrenzung Gebrauch macht, wird weiter unten be­ schrieben.

In Schritt 107 wird der berechnete Vorgabewert V an die Vorrich­ tung zur Fahrleistungsbegrenzung, beispielsweise einen Geschwin­ digkeitsbegrenzer gegeben.

In Schritt 108 wird parallel auf einer Anzeigentafel der Fahr­ zeugführer über alle wichtigen Angaben und Parameter informiert, die für die Einteilung des Energievorrats von Bedeutung sind, wie z. B. die Gesamtdistanz, Restdistanz, Reichweite und voraus­ sichtliche Fahrzeit bei vorliegender Reisegeschwindigkeit.

Nach Schritt 108 folgt der Rücksprung vor Schritt 103, womit die Verfahrensschleife geschlossen wird. Der Verfahrensumlauf kann entweder laufend erfolgen oder nach Intervallen der Fahrzeit oder Fahrstrecke getaktet sein. Weiterhin ist auch denkbar, daß ein Verfahrensumlauf durch ein definiertes Ereignis hervorgeru­ fen wird, z. B. durch das Anfahren nach einem längeren Halt, was den Vorteil hätte, daß ein Wiederauffüllen des Energiespeichers durch ein "Nachtanken" während der Fahrt sofort in der Berech­ nung des Vorgabewertes V berücksichtigt würde. Es ist auch denk­ bar, daß ein neuer Verfahrensumlauf durch einen Reset-Befehl hervorgerufen wird, der z. B. über die Eingabeeinheit eingebbar ist.

Im laufenden Betrieb wird der auf einem Streckenintervall tat­ sächlich erreichte Streckenverbrauch in der Regel von dem der Fahrleistungsbegrenzung zugrundegelegten zulässigen Streckenver­ brauch K abweichen. Das liegt zum einen daran, daß die Fahrlei­ stungsbegrenzung nur eine Obergrenze darstellt, die im Fahrbe­ trieb auch unterschritten werden kann, und zum anderen daran, daß nur eine grobe Schätzung darüber angestellt werden kann, wie sich die Fahrleistungsbegrenzung nun tatsächlich auf den Streckenverbrauch auf dem vorausliegenden Streckenabschnitt aus­ wirkt. Ferner können auch unvorhergesehene Einflüsse wie z. B. starker Gegenwind oder hohes Verkehrsaufkommen sich erheblich auf den Streckenverbrauch auswirken. Eine Fehleinschätzung der Fahrbedingungen wird jedoch im darauffolgenden Verfahrensumlauf ausgeglichen, weil der nächste Vorgabewert V in Funktion des tatsächlich vorliegenden Energievorrats E gebildet wird. Dadurch führt beispielsweise ein Mehrverbrauch auf einem Streckeninter­ vall zu einer stärkeren Fahrleistungsbegrenzung und damit Ener­ gieeinsparung auf der nachfolgenden Wegstrecke. Für eine ruhige Regelungsdynamik ist es allerdings von Vorteil, wenn der zugrun­ degelegte Zusammenhang zwischen Vorgabewert V und zulässigem Streckenverbrauch K so gut an die realen Fahrbedingungen ange­ paßt ist, daß der zulässige Streckenverbrauch K tatsächlich ein­ gehalten wird.

Es sind verschiedene Mittel zur Fahrleistungsbegrenzung möglich, z. B. Drehzahlbegrenzung, Abriegelung der Fahrleistung oberhalb einer Beschleunigungs- oder Geschwindigkeitsgrenze. Eine direkte Leistungsbegrenzung ist auch möglich, beispielsweise durch Kraftstoffzufuhrbegrenzung beim Diesel-Verbrennungsmotor oder Strombegrenzung beim Elektrofahrzeug. Letzteres ist insbesondere deshalb sinnvoll, weil die aus der Batterie entnehmbare Energie überproportional mit dem Entladestrom abnimmt und im oberen Lastbereich einen starken Reichweiteneinbruch zur Folge hätte. Weitere Möglichkeit der Fahrleistungsbegrenzung bestehen in der Anzeige einer Richtgeschwindigkeit, bei deren Überschreitung ein Warnsignal ausgegeben wird, oder in der Vorgabe einer Reisege­ schwindigkeit an einen Tempomaten.

Im folgenden wird auf Berechnungsverfahren für den Vorgabewert V eingegangen, welche im Schritt 106 verwendbar ist. Die konkrete Ausführung bezieht sich auf den Fall, daß als Vorgabewert V eine einzuhaltende mittlere Geschwindigkeit v an eine entsprechende Vorrichtung zur Fahrleistungsbegrenzung gegeben wird. Besteht die Vorrichtung zur Fahrleistungsbegrenzung aus einem Geschwin­ digkeitsbegrenzer kann die Grenzgeschwindigkeit beispielsweise durch Multiplikation mit einer Konstante aus der einzuhaltenden mittleren Geschwindigkeit v hervorgehen.

Für ein bestimmtes Fahrzeug und gegebenen Fahrbedingungen, wie z. B. eine ebene Landstraße bei mittlerem Verkehrsaufkommen, kann der Zusammenhang zwischen mittlerem Streckenverbrauch K und mittlerer Geschwindigkeit v empirisch ermittelt werden. Die Fig. 3 zeigt eine entsprechende Verbrauchs-Kennlinienschar K(v;p), die nach verschiedenen Fahrbedingungen p = a, b . . . f parametri­ siert ist. In die Kennlinien für den Streckenverbrauch gehen zum einen die äußeren Fahrwiderstände wie Luftwiderstand, Rollwider­ stand, Steigungs- und Bremswiderstand sowie Beschleunigungswi­ derstand ein, als auch der Übertragungswirkungsgrad des Trieb­ stranges und das Motor-Verbrauchskennfeld. Die Kennlinien zeigen alle einen überproportionalen Anstieg mit zunehmender mittlerer Geschwindigkeit v, der vor allem auf den quadratischen Anstieg des Luftwiderstandes mit der Geschwindigkeit v zurückzuführen ist. Die dargestellten Kennlinien stellen exemplarisch die fol­ genden Fahrsituationen dar:

• a) ebene Landstraße, mittlere Verkehrsdichte (Standardbedingung),
• b) Stadtverkehr,
• c) hügelige Topographie,
• d) bergige Topographie, bergauf,
• e) Autobahn bei geringer Verkehrsdichte,
• f) leicht bergige Topographie, bergab.

Eine weitere Unterteilungen der Kennlinien und Zuordnungen zu Fahrbedingungen sind ohne weiteres möglich. Eine Modifikation der Kennlinien mittels multiplikativer oder additiver Einfluß­ therme ist ebenso denkbar.

Da die Kennlinien in Fig. 3 dazu verwendet werden sollen, bei gegebenem zulässigen Streckenverbrauch K die einzuhaltende mitt­ lere Geschwindigkeit v zu berechnen, müßte im Prinzip immer die Kennlinie zugrundegelegt werden, weiche man empirisch, über die gesamte vorausliegende Wegstrecke gemittelt, erhalten würde. Da diese in der Regel nicht bekannt ist, können nur Schätzungen an­ gestellt werden. Im folgenden werden einige Schätzverfahren für die der vorausliegenden Wegstrecke entsprechende Kennlinie dar­ gestellt.

Bei dem ersten Schätzverfahren wird über die gesamte Wegstrecke eine einzige Kennlinie zugrundegelegt. Diese wurde zuvor - in der Regel vom Fahrzeughersteller - unter Standardbedingungen em­ pirisch aufgenommen. Wenn zu Beginn der Fahrt spezifizierende, von den Standardbedingungen abweichende Fahrtangaben gemacht wurden, wird die entsprechende Kennlinie aus der Kennlinienschar K(v;p), Fig. 3, ausgewählt, wobei diese Schar die empirischen Kennlinien für alle möglichen vorgesehenen Fahrbedingungen p um­ faßt.

Weiterhin kann vorgesehen sein, daß für eine spezifische Fahr­ strecke, z. B. der Weg zur Arbeit, der Fahrzeugführer die Identi­ fizierung der Kennlinie bei einer Probefahrt empirisch voll­ zieht, worauf diese Kennlinie mit einer Eingabe des Befehls "Wohnung zur Arbeit" abrufbar ist. Die empirische Zuordnung kann in der Weise erfolgen, daß die Kennlinie in Fig. 3 der Fahr­ strecke zugeordnet wird, welche dem durch den tatsächlichen Streckenverbrauch <K< bei der Probefahrt und der dabei erreich­ ten mittleren Geschwindigkeit <v< festgelegten Punkt am nächsten kommt.

Für den Fall, daß neben der Antriebsleistung auch eine ver­ gleichbare Versorgungsleistung für Verbraucher im Fahrzeug auf­ gewendet wird, beispielsweise für Heizung oder Licht, kann der daraus resultierende Energieverzehr in folgender Weise von dem Rechenverfahren in Fig. 2 berücksichtigt werden: Während der Fahrt wird laufend die Verbraucherleistung ermittelt, welche multipliziert mit der abgeschätzten Restfahrzeit den geschätzten Energieverzehr auf der gesamten vorausliegenden Wegstrecke dar­ stellt. Da dieser für die Antriebsleistung nicht zur Verfügung steht, muß die voraussichtliche Verbraucherenergie von dem vor­ handenen Energievorrat abgezogen werden, bevor in Schritt 105 der zulässige Streckenverbrauch bestimmt wird. Die geschätzte Restfahrzeit ist z. B. aus der vorausliegenden Restdistanz D und der zuletzt bestimmten zulässigen Geschwindigkeit v ermittelbar.

Bei dem zweiten Schätzverfahren für die der vorausliegenden Weg­ strecke entsprechende Kennlinie wird das zuvor geschilderte Ver­ fahren dahingehend weitergebildet, daß die zu Beginn der Fahrt aufgrund der Fahrtangaben erfolgte Festlegung der Kennlinie nicht für die gesamte Wegstrecke beibehalten wird, sondern auch den vorliegenden Verhältnissen angepaßt wird. Dazu werden lau­ fend der tatsächliche Streckenverbrauch <K< und die erreichte mittlere Geschwindigkeit <v< auf der zurückliegenden Wegstrecke bestimmt und eine diesem Wertepaar zugeordnete Kennlinie zur Korrektur der zuletzt verwendeten oder der Ausgangskennlinie be­ nutzt. Die somit aktualisierte Kennlinie wird dann der Berech­ nung des Vorgabewertes in Schritt 106 zugrundegelegt.

Eine laufende Anpassung der Kennlinie, bei der die zuletzt vor­ gegebene Kennlinie adaptiert wird, hat den Vorteil, daß auf die Eingabe von spezifizierende Fahrtangaben verzichtet werden kann, weil von Standardbedingungen ausgehend, die Kennlinie an die re­ al vorliegenden Bedingungen angepaßt wird. Allerdings kann es passieren, weil das Verfahren von den zuletzt vorherrschenden Verhältnissen ausgeht, daß gegen Ende einer bis dahin bei fla­ cher Kennlinie verlaufenen Fahrt für ein letztes Stück im Stadt­ verkehr oder zur Überwindung eines höheren Berges nur noch ein so geringer Energievorrat vorhanden ist, daß sehr langsam gefah­ ren werden muß.

Eine laufende Anpassung der Kennlinie, bei der die Ausgangskenn­ linie adaptiert wird, bietet dagegen den Vorteil, daß eine vor­ ausschauende Einteilung des Energievorrats von dem Fahrzeugfüh­ rer dadurch bewirkt werden kann, daß er die zu Beginn der Fahrt einzugebenden Fahrtangaben an den Fahrbedingungen gegen Ende der Fahrt orientiert, sofern diese ihm bekannt sind. Da die aktuali­ sierte Kennlinie immer von der Ausgangskennlinie ausgehend be­ stimmt wird, berücksichtigt das Verfahren von Anfang an, ob ge­ gen Ende der Fahrt ein steile oder flache Kennlinie vorliegt, so daß Energie eingespart bzw. in Erwartung günstiger Fahrverhält­ nisse vorweg verbraucht werden kann.

Das dritte Schätzverfahren setzt voraus, daß für die zu bewälti­ gende Wegstrecke, im voraus und nach der Wegstrecke parametri­ siert, die lokalen Fahrbedingungen dem Reiserechner zur Verfü­ gung stehen, auf deren Basis die der vorausliegenden Wegstrecke entsprechende Kennlinie jederzeit, von einem beliebigen Ort ent­ lang der Fahrstrecke ausgehend bestimmt werden kann.

So kann für eine ausgezeichnete Wegstrecke z. B. die Strecke "Wohnung zur Arbeit" während einer Probefahrt vom Reiserechner eine Zuordnungstabelle erstellt werden, in der für einzelne auf­ einanderfolgende Streckenintervalle die entsprechende lokale Kennlinienidentifikation abgelegt wird. Letztere wird mit Hilfe der auf dem jeweiligen Streckenintervall i aufgenommen Werte für den Streckenverbrauch <K<_i und mittlere Geschwindigkeit <v<_i gewonnen, wobei z. B. die Kennlinie zugeordnet wird, welche dem Wertepaar am nächsten kommt. Diese Tabelle ermöglicht dem Reise­ rechner während der Fahrt, für jedes Streckenintervall i eine Kennlinie für den auf die gesamte vorausliegende Wegstrecke bezogenen zulässigen Streckenverbrauch zu bestimmen, indem ein Mittel über die den vorausliegenden Streckenintervallen zuge­ ordneten lokalen Kennlinien gebildet wird. Dabei ist es günstig, das Gewicht einer in die Mittelung eingehenden lokalen Kennlinie entsprechend der Länge des zugeordneten Streckenintervall zu wählen.

Eine weitere Anwendung für das dritte Schätzverfahren ergibt sich, wenn der Reiserechner des Fahrzeugs dafür ausgelegt ist, Navigationsaufgaben wahrzunehmen und auf in einem Speicher abge­ legte Straßennetzinformationen zugreifen kann, um den Fahrzeug­ führer an einen zu Beginn der Fahrt eingegebenen Zielort zu lei­ ten. Solche Navigationssysteme sind an sich bekannt und werden hier nicht weiter beschrieben. Für das weitere wird vorausge­ setzt, daß die Straßennetzinformationen neben Straßenkarten und Stadtplänen mit Angaben zu Einbahnverkehr auch Höhenangaben und Angaben zu Geschwindigkeitsbegrenzungen umfassen.

Nach Eingabe des Zielortes und Festlegung der Reiseroute gene­ riert der Reiserechner zunächst, beispielsweise im Schritt 102 in Fig. 2, mittels der Straßennetzinformationen eine auf die ge­ wählte Route bezogene Zuordnungstabelle in welcher, wie voran­ stehend beschrieben, zu aufeinanderfolgenden Streckenintervallen jeweils eine Kennlinienidentifikation eingetragen wird. Diese Zuordnungstabelle wird für jedes Streckenintervall entlang der Route mittels einer Bewertung der lokalen Fahrbedingungen gewon­ nen. Die lokalen Fahrbedingungen sind aus den gespeicherten Straßennetzinformationen herleitbar und z. B. durch die aus den Höhenangaben ableitbare Steigung und durch den Erwartungswert von erzwungenen Brems- und Beschleunigungsmanöver charakteri­ siert, wobei letzterer aus der über einen lokalen Streckenab­ schnitt ermittelten Anzahl von Straßenkreuzungen abschätzbar ist. Mit diesen lokalen Kennlinienidentifikationen kann für je­ den Punkt entlang der Wegstrecke eine Kennlinie ermittelt wer­ den, welche auf die gesamte vorausliegenden Wegstrecke bezogen ist und aus einer Mittelung der den vorausliegenden Streckenin­ tervallen entsprechenden lokalen Kennlinien hervorgeht.

Das zuletzt beschriebene Schätzverfahren liefert, verglichen mit den zuvor beschriebenen Verfahren, den besten Schätzwert für die auf die Restdistanz bezogene Kennlinie und damit auch die beste, weil vorausschauende Einteilung des Energievorrats. In vorteil­ hafter Weise werden bei diesem Verfahren Faktoren, die den Ge­ samtverbrauch stark beeinflussen wie z. B. ein steiler Bergan­ stieg am Ende der Fahrt, von Anfang an mitberücksichtigt, weil die Berechnung des Vorgabewertes für die Fahrleistungsbegrenzung die Fahrbedingung auf der gesamten vorausliegenden Wegstrecke einbezieht.

Das geschilderte dritte Schätzverfahren kann auch zur prospekti­ ven Bewertung alternativer Routen zum Zielort vor Antritt der Fahrt herangezogen werden. In einer vorteilhafte Ausgestaltung kann vorgesehen sein, daß der Fahrzeugführer zu Beginn als Fahrtangabe lediglich den Zielort angibt, worauf der Reiserech­ ner die optimale Route ermittelt. Kommen mehrere Routen zunächst in Frage, weil die jeweiligen Distanzen zum Zielort nicht sehr differieren, kann der Reiserechner in folgender Weise eine ener­ getische Bewertung vornehmen: Für jede Route wird die zugehörige Zuordnungstabelle für die lokalen Kennlinienidentifikationen aufgestellt und anschließend die auf die vorausliegende Gesamt­ distanz bezogenen mittlere Kennlinie bestimmt. Diese Kennlinie charakterisiert den fahrstreckenbedingten Einfluß zum Energie­ verbrauch und gestattet eine energetische Bewertung der alter­ nativen Routen. Bei einem gegebenen zulässigen Gesamtstrecken­ verbrauch, kann dann für jede Route die entsprechende einzuhal­ tende mittlere Geschwindigkeit v und damit auch die voraussicht­ liche Fahrzeit bestimmt werden.

Der Reiserechner wählt die Route mit der kürzesten Fahrzeit und zeigt gegebenenfalls auch Alternativen dem Fahrzeugführer an. Dieser entscheidet sich per Eingabebefehl für einen Vorschlag und läßt sich von dem Reiserechner zum Ziel führen.

Bei Elektrofahrzeugen ist für die Einteilung des Energievorrats von Bedeutung, daß der Innenwiderstand der Traktionsbatterie und damit die Entnahmeverluste mit abnehmendem Ladezustand anstei­ gen, wobei der Anstieg an der Erschöpfungsgrenze sehr stark ist. Für den Wirkungsgrad der Energieausbeute aus dem Speicher, in diesem Fall die Batterie, ist es daher nicht gleichgültig, ob ein erhöhter Fahrwiderstand, der beispielsweise aus der Überwin­ dung einer Steigung herrührt, am Anfang oder am Ende der Fahr­ strecke liegt. Bei der Wahl zwischen zwei alternativen, gleich langen Routen, bei der jedoch auf der ersten Route ein Berg gleich zu Beginn der Strecke zu bewältigen ist und auf der zwei­ ten Route erst gegen Ende der Strecke, ist die erste Route auf­ grund der geringeren Entnahmeverluste bevorzugt. Somit kann das erfindungsgemäße Verfahren wie auch die prospektive Bewertung alternativer Routen durch den Reiserechner dadurch optimiert werden, daß die Verlustleistung der Energieentnahme, welche mit dem Entladegrad und daher mit dem zurückgelegten Weg ansteigt, einbezogen wird. Dies kann beispielsweise dadurch geschehen, daß die Kennlinien in Fig. 3 mit einem Faktor multipliziert werden, der von dem aktuellen oder bei einer Vorausberechnung von dem vorausberechneten Energievorrat abhängig ist und mit abnehmendem Energievorrat größer wird.

Ein anderes denkbares Bewertungsverfahren besteht darin, durch Variantenvergleich zu ermitteln, mit welchem Geschwindigkeitsmo­ dulationsmuster - unter Berücksichtigung der Topographie und der Verteilung der gesetzlich erlaubten Geschwindigkeiten über den Streckenverlauf - die Strecke bei gegebenem Energievorrat in kürzester Zeit durchfahren wird. Das optimale Modulationsmuster kann dann zur Vorgabe der einzuhaltenden mittleren Geschwindig­ keit herangezogen werden.

In der Fig. 4 ist eine Vorrichtung zur Fahrlei­ stungsbegrenzung nach Patentanspruch 14 dargestellt. Die Vorrichtung stellt im wesent­ lichen ein elektronisches Fahrpedal dar, bei dem in an sich be­ kannter Weise die Stellung des Fahrpedals 8 über ein Potentiome­ ter 9 erfaßt und an eine Antriebsregelung (nicht dargestellt) weitergeleitet wird. Es wird vorgeschlagen, den kon­ struktiv vorgesehenen Weg des Fahrpedals 8 in zwei Bereiche auf­ zuteilen, die durch die Winkel α und β dargestellt sind. Der Win­ kel α überstreicht den Leistungsbereich unterhalb des entspre­ chend dem Vorgabewert V abgeriegelten Leistungsbereich des Fahr­ zeugs. Im Bereich des Winkels β ist das Fahrpedal nur mit einer erhöhten Betätigungskraft zu bedienen. Dieser Winkelbereich stellt eine dosierbare Kick-Down-Funktion zur Verfügung, bei der höhere Antriebsleistungen kontinuierlich steigend vorgegeben werden können. Die Leistungsspanne reicht von der Leistung, die der Vorgabewert V gerade noch zuläßt bis zur Maximalleistung des Antriebs.

In einer ersten Ausgestaltung ist der gesamte Pedalweg fest in die Winkel α und β aufgeteilt, wobei der freigegebene und der ab­ geriegelte Leistungsbereich jeweils auf die Teilpedalwege gelegt werden.

In einer zweiten Ausgestaltung ist die Aufteilung des Pedalweges in die Winkel α und β variabel gestaltet, indem ein Stellmotor einen Anschlag 11 für die Zusatzfederkraft beim Beginn des Win­ kelbereichs β verschiebt. Der Stellmotor wird von einem Steuerge­ rät 10 entsprechend dem Vorgabewert V angesteuert. Diese Ausge­ staltung hat den Vorteil, daß bei ausreichendem Energievorrat, wenn die Höchstleistung des Antriebs über die gesamte Distanz abverlangt werden kann, der Winkel β auf null zurückgeführt wer­ den kann. Damit steht im Fahrbetrieb ohne Fahrleistungsbegren­ zung wieder der gesamte Pedalweg zur Verfügung.

Claims (15)

1. Verfahren zur verbrauchsorientierten Fahrleistungsbegrenzung eines Fahrzeugantriebs in Abhängigkeit von einem Fahrziel und vom Energievorrat des die Antriebsleistung bereitstellenden Energiespeichers,

• - bei dem der Fahrer zu Beginn der Fahrt über eine Eingabeein­ heit einem Reiserechner Fahrtangaben vorgibt (101), aus denen mindestens die Gesamtdistanz zum Zielort ermittelbar ist,
• - bei dem der Reiserechner wiederholt während der Fahrt auf der Basis des gemessenen aktuellen Energievorrats den zulässigen Soll-Streckenverbrauch zur Überwindung der vorausliegenden Distanz ermittelt (105),
• - bei dem aus dem Soll-Streckenverbrauch ein Vorgabewert abgeleitet wird (106), der einer Vorrichtung zur Fahrlei­ stungsbegrenzung in der Weise als Vorgabe dient (107), daß die Fahrleistung um so stärker begrenzt wird, je kleiner der ermittelte Soll-Streckenverbrauch ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die eingebbaren Fahrtangaben (101) spezifizierende Fahrtangaben zu Fahrbedingungen umfassen, welche Einflußfaktoren zum Streckenverbrauch charakterisieren.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorgabewert mittels einer Kennlinie aus dem Soll-Strecken­ verbrauch bestimmt wird (106), wobei die Kennlinie entweder vorgegeben ist oder mittels spezifizierender Fahrtangaben aus einer Kennlinienschar (K(v;p), p = a . . . f) wählbar ist.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß während des Fahrbetriebs fahrzeugbezogenen Meßdaten, insbesondere die auf einem zurückliegenden Streckenintervall erzielte mittlere Geschwindigkeit und der dazu benötigte Streckenverbrauch, dazu verwendet werden, die Kennlinie den tatsächlich vorliegenden Fahrbedingungen anzupassen oder eine den vorliegenden Fahrbedingungen entsprechende neue Kennlinie zugrundezulegen (106).

5. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß für eine ausgesuchte Fahrstrecke eine Zuordnungstabelle erstellt wird, in der zu aufeinanderfolgenden Streckenintervallen jeweils die entsprechende Kennlinienidentifikation abgespeichert ist, welche auf dem Streckenintervall den Zusammenhang zwischen Streckenverbrauch und Vorgabewert am besten vermittelt.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß während des Fahrbetriebs für die Kennlinie zur Ermittlung des Vorgabewertes (106) eine laufend aktualisierte auf die voraus­ liegende Distanz bezogene Kennlinie zugrundegelegt wird, die durch eine Mittelung über streckenintervallbezogenen lokalen Kennlinien gebildet wird, wobei nur über die lokalen Kennlinien gemittelt wird, die vorausliegenden Streckenintervallen entsprechen.

7. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuordnungstabelle dadurch gebildet wird, daß während einer Probefahrt entlang der ausgesuchten Fahrstrecke mittels fahrzeugbezogener Meßdaten, insbesondere der auf einem Streckenintervall erzielten mittleren Geschwindigkeit und dem dazu benötigten Streckenverbrauch, die lokale Kennlinie identifiziert und auf das Streckenintervall bezogen in die Zuordnungstabelle eingetragen wird.

8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Reiserechner auf Straßennetzinformationen zugreifen kann, welche auch Angaben über Höhenlinien und/oder Geschwindigkeitsbegrenzungen beinhalten, und daraus nach Eingabe des Zielortes (101) mindestens die Gesamtdistanz auf der ausgesuchten Fahrstrecke ermittelt (102).

9. Verfahren nach Anspruch 5 und 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Reiserechner die Zuordnungstabelle in der Weise bildet, daß mittels der gespeicherten Straßennetzinformationen den einzelnen Streckenintervalle eine den lokalen Fahrbedingungen entsprechen­ de Kennlinienidentifikation zugeordnet wird.

10. Verfahren nach Anspruch 9 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß das für den Fahrbetrieb ausgelegte Verfahren auch vor Fahrtbeginn zur prospektiven Bewertung von alternativen Fahrrouten verwendet wird.

11. Verfahren nach Anspruch 1 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß für Elektrofahrzeuge, die mit einer Traktionsbatterie betrieben werden, die vom Ladezustand abhängigen Entnahmever­ luste, den Vorgabewert in der Weise beeinflussen, daß die Fahrleistung um so-stärker begrenzt wird, je größer die Entnahmeverluste sind.

12. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bewertung alternativer Fahrrouten der Reiserechner für jede Fahrroute ein optimiertes Geschwindigkeitsmodulationsmuster ermittelt und nach Energieverbrauch und Fahrzeit bewertet.

13. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung aus einem Reiserech­ ner (1) und mit diesem Daten austauschende Komponenten besteht, wobei die Komponenten mindestens umfassen: eine Eingabeeinheit (2) zur Eingabe von Fahrtangaben, aus denen mindestens die Ge­ samtdistanz zum Zielort ermittelbar ist, einen Datenspeicher (5), eine Wegerfassung (3), eine Energievorratserfassung (4), eine Anzeigeeinheit (7) und eine Vorrichtung zur Fahrleistungs­ begrenzung (6), wobei durch den Reiserechner (1) wiederholt wäh­ rend der Fahrt auf der Basis des von der Energievorratserfassung (4) bestimmten aktuellen Energievorrats der zulässigen Soll-Streckenverbrauch und ein daraus abgeleiteter Vorgabewert für die Fahrleistungsbegrenzung (6) ermittelbar ist.

14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung zur Fahrleistungsbegrenzung (6) abhängig von dem Vorgabewert in die Antriebsregelung eingreift,

• - indem der Leistungsbereich in einen freigegebenen unteren Lei­ stungsbereich und einen oberen abgeriegelten Leistungsbereich aufgeteilt wird,
• - wobei der Eingriff in die Antriebsregelung in der Weise er­ folgt, daß der Weg eines elektronischen Fahrpedals (8) in zwei Winkelbereiche aufgeteilt ist,
• - wobei der erste Winkelbereich (α) dem freigegebenen Leistungs­ bereich und der zweite Winkelbereich (β) eine erhöhte Betäti­ gungskraft erfordert und dem abgeriegelten Leistungsbereich zu­ geordnet ist.

15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Anschlag (11) zur Aufteilung des Pedalweges in die zwei Winkelbereich (α, β) durch einen Stellmotor veränderbar ist, welcher von einem Steuergerät (10) in Abhängigkeit von dem Vorgabewert gesteuert wird.