WO2022037968A1 - Steuervorrichtung und verfahren zum prädiktiven betreiben eines energiebordnetzes - Google Patents

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Andreas Heimrath
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Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft
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    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/62—Hybrid vehicles

Definitions

  • the invention relates to a control device and a method for operating an on-board power supply system of a motor vehicle.
  • the invention also relates to a central database device that can communicate in particular with the control device.
  • the operational actions required to continue operating the vehicle electrical system are determined solely as a function of the operating parameters of the vehicle itself.
  • a control device for operating an on-board power supply system of a motor vehicle having in particular a hybrid drive with an electric machine and an internal combustion engine or at least one internal combustion engine and the ability for recuperation.
  • the control device has an input unit that is set up to determine, in particular to detect, and, in particular, to determine operating parameters of the vehicle electrical system (ie, in particular, an operating state) of the motor vehicle and/or one or more environmental parameters of the vehicle (ie, in particular, an environmental state).
  • an on-board network operating action to a processing unit of the control device.
  • At least one environmental parameter is a probability of a third-vehicle operating action, wherein the third-vehicle operating action can be, for example, active recuperation of the electrical machine or an activated start-stop functionality (ie a temporarily switched-off internal combustion engine).
  • This enables a better prediction of a future operating state of the vehicle electrical system, for example a better prediction of a charge quantity that is likely to be available for the vehicle electrical system in the near future (for example within a prediction horizon) - with a simultaneously small quantity of data to be provided or transmitted (to the input unit) and /or greater independence from other operating parameters of third-party vehicles.
  • This also results in an improved possibility of optimally conditioning an energy store of the vehicle electrical system for an expected amount of charge, so that sufficient storage space is available and/or it can be filled at an optimal degree of charge.
  • a probability for a specific operational action in other vehicles from a fleet such as third-party vehicles
  • specific predictions - such as a recuperation prediction -
  • a reliable metric for environmental conditions which, based on their properties, allows a deterministic-physical determination difficult to enable. This is the case, for example, with a recuperation prediction on level terrain, whereas on a steeply sloping road, a deterministic determination of an expected charge quantity is possible with a high level of quality depending on parameters such as vehicle weight and speed.
  • control device also has a processing unit for implementing an operating strategy and an output unit for outputting corresponding control commands.
  • control device is to be understood in particular as an on-board power supply control means that is professionally designed beyond all embodiments of the invention, in particular for a motor vehicle with a hybrid drive.
  • control is to be understood broadly and can in particular also include “regulating”.
  • “determine” can be understood to mean any possibility of making available or finding out a value of a parameter;
  • “detection” can be understood in particular as making available a value of a parameter determined by means of a sensor device.
  • operating state can be understood here as the totality of the characteristics (the terms characteristic and value can be used synonymously in the present case) of operating parameters that are relevant for a consideration.
  • an on-board network operation action is to be understood in particular as an action of the on-board network which is aimed at a, in particular desired, change in the operating state of the motor vehicle.
  • a method for operating an on-board energy supply system of a motor vehicle having at least the following steps, which can be carried out in the specified order or in any other order that makes sense for a person skilled in the art:
  • (c) Determination of a vehicle electrical system operation action, in particular a possible one, as a function of the determined values, in particular of the determined probability of the third-vehicle operating action.
  • the value of operating parameters of the vehicle electrical system and/or of one or more environmental parameters of the vehicle can be determined using the input unit of the control device.
  • the determined values of the parameters are forwarded to the processing unit of the control device.
  • the likelihood of a third party vehicle operational action is determined by
  • the vehicle electrical system operating action is determined as a function of the ascertained probabilities of the third-vehicle operating action by (c1) considering all probability values that are above a relevance limit value and whose georeference points are within a prediction horizon, and/or
  • (c_i) determines the vehicle electrical system operating action based on a learned operating strategy, in particular an adaptive unit of the processing unit of the control device of the motor vehicle, and/or
  • (cji) checks the vehicle electrical system operation based on a predetermined checking strategy, in particular a reflex unit of the processing unit of the control device of the motor vehicle.
  • a predetermined checking strategy in particular a reflex unit of the processing unit of the control device of the motor vehicle.
  • an (environmental) probability-based prediction can contribute to faster and/or better learning of an efficient operating strategy for the vehicle electrical system, with effective control by the reflex unit also being able to be provided according to one embodiment.
  • updated (i.e. current) probabilities can contribute to a continuous further development of the operating strategy, because with the security of the control of the proposed vehicle electrical system operating actions by the reflex unit, learning of the adaptive unit can also take place in regular customer operation.
  • the processing unit has a learning unit that is set up to output a possible vehicle electrical system operating action based on a learned operating strategy.
  • the processing unit has a reflex unit that is set up to check the possible operational action based on a predetermined strategy. Examples of such a processing unit and associated Reflex-Augmented Reinforcement Learning algorithms are shown in the publication "International Conference on Artificial Intelligence ICAI 18, pages 429-430, ISBN: 1-60132-480-4, published in CSREA Press", but also in DE 10 2017 214 384 A1.
  • a central database device in particular a server with a database and a communication device for data exchange with the vehicle under consideration and all other vehicles in a vehicle fleet, is specified.
  • the device is set up to
  • each vehicle in the fleet can be provided with a value for a probability of a specific operational action for all or all relevant third vehicles that have passed the geo-reference point for each geo-reference point.
  • all vehicle-related operating parameters of each vehicle of the fleet considered are stored in the database of the central database device for each geo-reference point of the considered map for the point in time in a geo-reference point data set.
  • the georeference point data record contains in particular all environment-related parameters of the georeference point.
  • certain operating parameters transmitted by the individual third-party vehicles can be used to calculate probabilities for the existence of an operating action, based on all or all of a specific parameter value -Combination of relevant third-party vehicles to be determined.
  • the data transmissions take place on the one hand between each of the third-party vehicles and the central database device to store the values of the parameters for a georeference point and on the other hand between the central database device and the vehicle under consideration to retrieve the probability and, if necessary, the required parameter values by means of a data connection and /or a cellular network.
  • Whether a third-party vehicle or a data record of a third-party vehicle is considered relevant for the requesting vehicle can be decided, for example, depending on the vehicle class and/or a time of day and/or a type of day etc.
  • the probability in question is calculated using a ratio of the number of relevant third-party vehicles that have passed the queried geo-reference point and the number of those vehicles among the third-party vehicles taken into account for which the operational action for which the probability of existence is queried was present ( or at least to a relevant degree).
  • the invention is based, among other things, on the idea that georeferenced probabilities for recuperation can be used to increase the efficiency of the control algorithms, in particular - but not only - in a method of artificial intelligence (e.g. Reinforcement Learning (RL) or Reflex-Augmented Reinforcement Learning (RARL)).
  • RL Reinforcement Learning
  • RARL Reflex-Augmented Reinforcement Learning
  • a map with fleet data in which probabilities of recuperation (ie active recuperation of the electrical machine of the vehicle drive) are stored at georeference points along an expected route of the vehicle.
  • probabilities for recuperation are stored at the reference points.
  • the route information from the navigation device can be used to determine the georeference points that the vehicle will pass in the next few seconds (for example a prediction horizon of 10 or 30 seconds).
  • characteristic charges that are to be expected in a vehicle type for the road type and for a given speed interval are determined according to one embodiment. For example, only reference points with a recuperation probability above a relevance limit (eg a threshold of 75%) are taken into account.
  • the data is sent from the backend - i.e. the central database device - to the vehicle in real time or on a daily basis, or is stored there in a basic version.
  • the characteristic charges can be calculated in accordance with an embodiment in the vehicle using physical models (for example kinetic energy, incline, etc.).
  • the characteristic loads for the road type and the expected speed of the vehicle are added up so that a predicted load for the prediction horizon can be determined.
  • the predicted loading of the prediction horizon is passed to the energy management algorithm (e.g. RARL).
  • the energy management algorithm e.g. RARL
  • RARL energy management algorithm
  • the energy store can be preconditioned in order to be able to absorb all the energy from the predicted recuperation. Without preconditioning, it might not be possible to absorb all of the energy from recuperation, or only in a battery charging area with poor charge acceptance, which would lead to lower vehicle efficiency.
  • the probability of a third-vehicle operational action is determined from a presence or absence or a degree of the third-vehicle operational action in a plurality of third-party vehicles.
  • the vehicle under consideration can be enabled to make an improved prediction of its own vehicle electrical system operating actions. This applies in particular when the vehicle under consideration is in the situation (e.g. location, time, vehicle type, etc.) for which the probability of the third-party vehicle operating action was determined.
  • a third-party vehicle operating action is to be understood in particular as an operating action (for example a drive, consumer and/or vehicle electrical system operating action) of another vehicle, in particular of the fleet.
  • the probability is linked to a georeference, so that in particular the probability of the third-party vehicle operational action is determined for a specific georeference point.
  • an operating state and/or an operating parameter can be predicted for specific locations—and thus in particular also for an expected route of the vehicle along a plurality of consecutive georeference points.
  • the presence or absence or the degree of the third-party vehicle operational action is determined for each of the third-party vehicles at a geo-reference point or possibly in a geo-reference area around the point.
  • a georeference point is to be understood in particular as a pair of coordinates (or another suitable definition of an area-free point) on a map, in particular of a navigation system, of the vehicle. Even if the geo-reference point is specified as a pair of coordinates, values of operational parameters or operational actions determined for this geo-reference point can relate to a geo-reference area that surrounds the geo-reference point. For example, two adjacent georeference points can have a georeference area that extends to the middle of the distance between the two georeference points.
  • control device has a processing unit that is set up to, depending on the probability determined to determine on-board network operation action.
  • the ascertained probability value for the third-party vehicle operating action can be included in the determination of the vehicle electrical system operating action to be selected.
  • control device has an output unit that is set up to output a control command for the operation of the vehicle electrical system based on the specific vehicle electrical system operating action, in particular if the check by the reflex unit is positive.
  • the processing unit is set up to determine the vehicle electrical system operating action as a function of a plurality of probabilities of the third-party vehicle operating action. As a result, the information quality of the probabilities used as an overall indicator for a prediction can be improved.
  • the probabilities for different georeference points are determined, with each of the probabilities for a different georeference point being determined in particular.
  • the probabilities for consecutive georeference points along an expected route of the motor vehicle are determined.
  • the prediction of an operating state and/or an operating parameter can be related to situations that are similar in terms of the underlying location.
  • the probability of the existence of a recuperation operational action in other vehicles at one or more georeference points can be used to decide for the vehicle under consideration whether conditioning its own energy storage device makes sense in the light of an expected charge quantity or not.
  • an expected route can be understood in particular as the route currently provided by the navigation system and/or considered to be the most likely, in particular for the following near future in the order of magnitude of a few seconds to a few minutes.
  • the plurality of probabilities in particular the plurality of consecutive geo-reference points for which the probability is determined in each case, is limited by a prediction horizon.
  • the prediction - but in particular also the necessary data transfer - can be limited to that time window after which no meaningful reductions are possible anyway, because the probabilities of occurrence of a predicted scenario deviate from the predicted scenario due to the ever-increasing number of intervening factors , getting smaller.
  • the prediction horizon is defined by an expected time delay until the associated georeference point is expected to be reached or by a number of consecutive georeference points.
  • the vehicle electrical system operation action is determined, in particular only, on the basis of those geo-reference points whose ascertained probability value for the third-vehicle operation action corresponds to at least one relevance limit value, in particular 60% or 75% or 90%.
  • the processing unit is set up to determine a charge quantity to be expected for each of the georeference points taken into account.
  • the processing unit can be provided with a reliable basis for decision-making in the form of a parameter that enables an assessment of the size of the benefit to be expected (e.g. optimized charging) in relation to the disadvantage involved (e.g. preconditioning of the vehicle’s energy storage).
  • Which georeference points are to be taken into account is determined in particular with a view to or as a function of the relevance limit value and/or the prediction horizon and/or the route to be expected of the vehicle.
  • the charge quantity to be expected is determined in particular as a function of environmental parameters recorded for the geo-reference point and/or of at least one operating parameter of the third-party vehicles.
  • An expected amount of charge is to be understood in particular as an amount of charge that results from the environmental parameters and the operating parameters of the vehicle at a specific georeference point or specific neighboring georeference points, taking into account the probability(s) determined.
  • the processing unit is set up to determine the vehicle electrical system operating action on the basis of a characteristic indicator of the georeference point as a function of (I) the probability of the third-party vehicle operating action, or (II) one or more other environmental parameters known for the georeference point, to determine.
  • the processing unit can use the characteristic indicator to decide whether a prediction based on physical relationships between the operating parameters and the environmental parameters of the vehicle is more promising, or a prediction based on the probability values for the operating action under consideration by the third-party vehicles, the better prediction basis can always be used for each georeference point to get voted.
  • the physical connection can be used to determine the vehicle electrical system operating action to be selected.
  • a characteristic indicator can assume the values "deterministic” or "probabilistic".
  • the value "deterministic" can be assigned, for example, if a recuperation potential for a geo-reference point can be calculated quasi-deterministically as a function of the incline, the vehicle weight and the speed, or if the combustion engine has a start-stop shutdown a georeference point can be calculated quasi-deterministically as a function of the time of day or a day type (e.g. workday, public holiday, weekend day, travel day, vacation day on a commuter route, etc.).
  • a day type e.g. workday, public holiday, weekend day, travel day, vacation day on a commuter route, etc.
  • the value "probabilistic" can be assigned, for example, if there is a level road at the georeference point with different influences on the recuperation potential that do not follow a law, or if there is a start-stop shutdown of the combustion engine.
  • control device in particular the input unit, is set up to obtain the values of the environmental parameters for the georeference points (i) online and/or currently from a central database device, and/or (ii) from a memory of the Control device, in particular the processing unit to relate.
  • the reference from the central database device in particular a backend server, enables, among other things, a constant updating of the probability data.
  • mixed operation in which a probability data record stored in the local memory of the control device is updated with data that has been updated in the meantime (update operation) not in real time but at regular or freely selectable or predetermined intervals. .
  • the third-party vehicle operating action for which the probability is determined is at least one action from the following group: (1) a recuperation operation of the electric drive of the third-party vehicle, and/or (2) a temporary shutdown of the internal combustion engine of the Third-party vehicle with subsequent restart, and / or (3) a queried consumer power in the electrical system that is above a high-power limit or below a low-power limit.
  • values for passing vehicles for various parameters can be determined/transmitted for each georeference point and stored in a, in particular central, database device, in particular:
  • P re f (e.g. x-coordinate, y-coordinate, if necessary radius or similar. Description of a surrounding area
  • Time of day (e.g. morning, daytime, evening, night)
  • - Day type (e.g. working day, public holiday, weekend day, travel day, vacation day on commuter routes, etc.)
  • Time of day (e.g. morning, daytime, evening, night)
  • - Day type (e.g. working day, public holiday, weekend day, travel day, vacation day on commuter routes, etc.)
  • the vehicle-related parameters are determined both by third-party vehicles and by the vehicle under consideration, used internally and, if appropriate (if a corresponding function is activated), transmitted to the central database device for each geo-reference point passed.
  • FIG. 1 shows a diagram of the interaction of a control device according to an embodiment of the invention with a central database device according to an embodiment of the invention, and a fleet of third-party vehicles.
  • FIG. 2 shows a schematic view of the control device from FIG. 1 when carrying out a method according to an embodiment of the invention.
  • FIG. 3 shows a schematic view of a map with which the control device and the database device. 1 interact with a plurality of georeference points for which values for parameters are used when carrying out the method according to FIG.
  • FIG. 4 shows a schematic view of the central database device from FIG. 1 when carrying out the method according to FIG. 6.
  • FIG. 5 shows, in a schematic view, the determination of a probability of an operating action for relevant third-party vehicles as part of the implementation of the method according to FIG. 6.
  • FIG. 6 shows a flowchart for carrying out a method according to an exemplary embodiment of the invention in an arrangement according to FIG. 1.
  • FIG. 1 shows a diagram of the interaction of a control device 10 of a vehicle 1 according to an exemplary embodiment of the invention with a central database device 20 according to an exemplary embodiment of the invention and a third-party vehicle fleet 30 with a large number of third-party vehicles.
  • the diagram also shows a map 2 whose underlying navigation datasets - and in particular the georeference points P re f specified on the map - are available both for the vehicle 1 and its control device 10 and for the central database device 20 .
  • the vehicle 1 has a communication device 11 which is also connected to the control device 10 of the vehicle 1 and is set up to exchange data with a communication device 21 of the central database device 20 . In particular, this data exchange takes place via a mobile radio network 3 .
  • the vehicle 1 supplies the central database device 20 in particular Values of the operating parameters present in the vehicle electrical system (i.e.
  • an operating state BZ for each passed geo-reference point P re f and receives values for environmental parameters of geo-reference points P re f to be passed next and also values for the probabilities (in the exemplary embodiment at least one probability for a recuperation operation WREKU, possibly a probability of a start-stop operation WSSA) of certain third-vehicle operating actions, such as a recuperation operation REKU (possibly a start-stop operation SSA).
  • the control device 10 has an input unit 12, a processing unit 13 and an output unit 14 and is set up to control an on-board network 15 of the motor vehicle 1 with this topology.
  • the processing unit 13 is designed as a learning system, having a learning unit 16 for making decisions regarding possible vehicle electrical system operating actions B and a reflex unit 17 for checking the decision proposals of the learning unit 16.
  • Each of the vehicles in the third-party vehicle fleet 30 also has a communication device, which is also used to transmit the current values of the operating parameters (in summary, the operating state) for each georeference point Pref passed to the central database device 20 and stored there in a database memory 22.
  • the database device 20 has a computing server 23 which controls the database device 20 and manages the data inputs and data outputs when vehicles 1 make inquiries.
  • each geo-reference point P re f there is a geo-reference point data record in the database memory 22, which, in addition to the values of the environmental parameters of the point (the environmental condition), also contains the large number of stored operating states of the third-party vehicles from the fleet 30 when they pass the respective geo-reference point, with each Operating state is defined by the totality of the values the individual operating parameters.
  • each of the geo-reference point data records for the relevant point P ref contains a value for a probability of a specific vehicle electrical system operating action ( REKII and/or SSA in the exemplary embodiment) based on the operating states of the previously stored values, which is updated continuously or at predetermined intervals Passages of the various third-party vehicles at the georeference point.
  • such a georeference point data set contains values for some or all of the parameters specified below:
  • indicator for an atypical consumer performance of at least one consumer connected to the vehicle electrical system during the passage i i_
  • FIG. 2 shows details of the information processing in the control device 10.
  • FIG. 4 shows details of the information processing of the data supplied by the vehicles in fleet 30 in central database device 20.
  • FIG. 6 shows an exemplary flowchart for important method steps of the exemplary method.
  • FIG. 2 shows how the input unit 12 can use the communication device 11 of the control device 10 to determine the required parameter values for describing a current or future relevant operating state BZ and environmental state UZ.
  • a higher-level vehicle controller (not shown) provides an expected route 4 (compare FIG. 3), which is defined by a track of consecutive georeference points Pref for the purposes of the exemplary embodiment of the invention.
  • the environmental status UZ with the corresponding values of the respectively associated parameters relates in each case to a specific geo-reference point, which was determined as relevant using the left-hand data on map 2 in the navigation system (cf. Fig. 6, S110), normally because it is in lies on the expected Route 4 in the immediate future.
  • the route 4 to be expected is marked by a trace of neighboring geo-reference points Prem to P re f,n+x.
  • dotted lines indicate the georeference point P re f,n to which the information processing shown refers.
  • this reference to the route 4 to be expected is entered symbolically in the map 2.
  • the operating state BZ with the corresponding values of the associated parameters in each case relates to the current state of the vehicle 1 or its on-board network 15.
  • the processing unit 13 can now access the current operating state BZ of the vehicle electrical system 15 and the vehicle 1 as well as the environmental state UZ of the geo-reference point P re f under consideration in order to make a decision about possible vehicle electrical system operating actions B.
  • the latter contains in particular a value WREKU for the probability of the third-vehicle operating action REKU.
  • a learning unit 16 of the processing unit 13 proposes a suitable operating action B, which corresponds to a predetermined operating strategy that may have been supplemented and/or replaced by previous learning processes.
  • a reflex unit 17 of the processing unit 13 checks the proposed operational action B for suitability according to a predetermined strategy and transmits a reward or a punishment to the learning unit 16 depending on the result of the check. If the action B is rejected by the reflex unit 17, the reflex unit 17 can also forward a modified, permitted operational action B' to the output unit 14.
  • the task of the output unit 14 is to trigger a decided (see FIG. 6, S160) operating action B (or B') in the vehicle electrical system 15.
  • the resulting change in the operating state BZ can be reported back directly to the input unit 12 or in abstract form to the learning unit 16 in the form of a delayed reward/punishment.
  • a typical possible vehicle electrical system operating action B is conditioning of the energy store E of the motor vehicle, in particular in the sense of an intentional discharge when the charge contribution is to be expected (indicator: high recuperation probability for the next georeference point or points) or in the sense of an intentional charge when Expected discharge contribution (indicator: high start-stop probability for the next georeference point or points).
  • FIG. 3 shows what information is stored in database memory 22 as a function of an associated georeference point P ref , and on the basis of which logic this is queried by control device 10 of motor vehicle 1 .
  • a route 4 to be expected is known for the control device 10, which route is defined by a track 5 of consecutively adjacent georeference points P ref .
  • the control device 10 uses the communication device 11 to query the central database device 20 for the information stored about the corresponding points P ref . If necessary, these can be parameters of the operating status of third-party vehicles from the fleet 30, but are usually at least the parameters of the environmental status UZ. In the present case, in particular, there is also at least the probability of a recuperation operating action B for those third-party vehicles that have already passed the corresponding georeference point earlier and have left a data record for this in the central database device 20 .
  • a data record is stored in the database memory 22 for each georeference point P ref on the map 2, which record contains the definition of the point and its environmental status UZ, as well as a large number of operating statuses of those vehicles in the fleet 30, which have already passed the Pref georeference point at an earlier point in time.
  • FIG. 5 shows how a probability for the presence of a specific third-vehicle operational action, here a probability for the presence of a recuperation operational action REKU, can be determined from this data.
  • This probability can either be determined by means of the computer server 23 of the database device 20 and transmitted in advance to the control device 10 of the vehicle 1, or the stored bases for the calculation are transferred to the control device 10 and the determination itself is carried out there. In both cases, the determination can be carried out as shown in Figure 5:
  • the vehicle 1 uses its control device 10 (not shown in FIG. 5) to request the data records for the associated georeference point or points P ref , taking into account the route 4 to be expected.
  • the respective data record stores how many vehicles have passed the corresponding georeference point in the past.
  • ten vehicles are shown in a very simplified manner.
  • the data set shows that the indicator IREKU for the presence of a recuperation operational action REKII is set for eight vehicles (icons with dark background), but not for two vehicles (icons with light background).
  • seven relevant vehicles remain, six of which have set the IREKU indicator.
  • This probability WREKU is also compared with a predetermined relevance limit value Wrei, which is 0.75 in the exemplary embodiment (compare FIG. 6, S130). Since the probability is higher than the relevance limit value, it is taken into account when deciding on possible vehicle electrical system operating actions B.
  • the decision is made in particular on the basis of expected (discharge) charge amounts or (discharge) charge contributions, which are determined as a function of the probabilities WREKU and/or possibly WSSA that are determined and must be taken into account.
  • expected (discharge) charge amounts or (discharge) charge contributions are determined as a function of the probabilities WREKU and/or possibly WSSA that are determined and must be taken into account.
  • step S 110 the route 4 to be expected with the georeference points Pref located thereon along the track 5 is first determined.
  • step S 120 it is determined--in particular according to FIG. 5--for all geo-reference points P ref on track 5 whether they lie within a prediction horizon HPR ⁇ D .
  • the probability WREKU for a recuperation operational action and/or possibly WSSA for a start-stop operational action WSSA for the third-party vehicles in the fleet 30 considered is determined.
  • step S 130 those georeference points P ref are identified for which the determined value for the probability WREKU (or WSSA) is above a relevance limit Wrei in order to identify those cases in which an improvement in the prediction - in particular compared to a physical determined determination of a (discharge) charge contribution - is at all possible.
  • the charge contribution to be expected is then determined in step S 140 for all identified geo-reference points.
  • a characteristic indicator IC is determined in step S 141, which can result, for example, from a road type S, a direction of travel R and/or in particular an incline G at the georeference point under consideration, and makes a statement about how reliable an expected charge contribution can be determined on the basis of the physical conditions surrounding the georeference point.
  • Values for the characteristic indicator lc can, for example, be "deterministic” or “probabilistic”, depending on whether a specific operational action typically occurs for a specific georeference point, or whether such a clear statement is not possible.
  • step S 150 the sum of the charge contributions of the individual geo-reference points to be taken into account along track 5 of expected route 4 is transmitted to input unit 12 (via communication device 11).
  • step S 160 the processing unit 13 decides on possible operating actions B of the vehicle electrical system 15 on the basis of the sum transmitted.
  • step S170 the operational action B is performed if the processing unit 13 has instructed the output unit 14 accordingly and the output unit 14 has output a corresponding control command.
  • the operating action B is, for example, a conditioning of the energy store E of the vehicle 1 with regard to an expected (discharge) quantity of charge.
  • the conditioning can include a targeted discharging of the energy store E if, on the basis of a probability WREKU, a larger amount of charge that will soon be available is to be expected.
  • the conditioning can include a targeted charging of the energy storage device E if, on the basis of a probability WSSA, a larger amount of charge to be made available soon is to be expected.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Steuervorrichtung zum Betreiben eines Energiebordnetzes eines Kraftfahrzeugs, aufweisend eine Eingabeeinheit, die dazu eingerichtet ist, Betriebsparameter des Energiebordnetzes des Kraftfahrzeugs und/oder einen oder mehrere Umgebungsparameter des Kraftfahrzeugs zu ermitteln und an eine Verarbeitungseinheit der Steuervorrichtung weiterzuleiten, sowie eine zentrale Datenbankvorrichtung. Dabei ist wenigstens ein Umgebungsparameter eine Wahrscheinlichkeit einer Drittfahrzeug-Betriebsaktion.

Description

Steuervorrichtung und Verfahren zum prädiktiven Betreiben eines Energiebordnetzes
Die Erfindung betrifft eine Steuervorrichtung und ein Verfahren zum Betreiben eines Energiebordnetzes eines Kraftfahrzeugs. Die Erfindung betrifft ferner eine zentrale Datenbankvorrichtung, die insbesondere mit der Steuervorrichtung kommunizieren kann.
Bei vielen bekannten Betriebsverfahren von Bordnetzen, insbesondere in Hybridfahrzeugen, erfolgt eine Bestimmung der zum Weiterbetrieb des Bordnetzes (insbesondere also zur Regelung der Traktion mittels der elektrischen Maschine des Hybridfahrzeugs) benötigten Betriebsaktionen lediglich in Abhängigkeit von den Betriebsparametern des Fahrzeugs selbst.
Mit dem Aufkommen von Navigationssystemen und flankierenden Technologien wie dem Zuordnen von Geländeparametern (oder allgemein Umgebungsparametern) zu Georeferenzpunkten auf den Karten der Navigationssysteme, ergibt sich die Möglichkeit, Betriebsaktionen zur Regelung des Antriebs in Abhängigkeit von solchen Gegebenheiten, beispielsweise einer abfälligen Strecke auf der geplanten Route, vorzusehen. Dann kann beispielsweise vorgesehen sein, die Batterie bei einem initial hohen Ladestand der Batterie vor der abfälligen Strecke aktiv zu entladen, um die „kostenlose“ Energie aus Rekuperation am Hang vollständig aufnehmen zu können.
Mit der Steigerung der Übertragungsfähigkeit von Mobilfunknetzen ergibt sich sukzessive auch die Möglichkeit, Betriebszustände und/oder Betriebsparameter anderer Fahrzeuge in die Steuerung des eigenen Fahrzeugs einfließen zu lassen. Systeme mit derartigen Funktionalitäten sind beispielsweise in DE 10 2017 214 384 A1 oder US 9,327,712 B2 festgehalten.
Aufgrund der Vielzahl zu beachtender Betriebsparameter ist es allerdings schwierig, als Anhaltspunkt für die Steuerung des betrachteten Fahrzeugs ein ausreichend genau passendes "Vorbild" für die Konditionierung der Steuerung des eigenen Fahrzeuges zu finden - denn neben dem Fahrzeugtyp, der Tageszeit und dem genauen Ort muss auch noch ein spezifischer Zustand des Fahrzeugs übermittelt werden, um sicherzustellen, dass genau dieses Fahrzeug als "Vorbild" infrage kommt. Und dieser spezifische Zustand ergibt sich wiederum aus einer Vielzahl von Betriebsparametern des anderen Fahrzeugs, die dann allesamt übertragen werden müssen. Eine solche Lösung erfordert also den Austausch von großen Datenmengen und es ist zudem unsicher, ob für eine bestimmte Ortsreferenz immer ein geeignetes "Vorbild" zur Verfügung steht, das dort bereits Daten hinterlassen hat.
Vor diesem Hintergrund ist es eine Aufgabe der Erfindung, einen Betrieb einer Bordnetzsteuerung in einem Kraftfahrzeug zu verbessern, insbesondere hinsichtlich einer ressourcenoptimierenden Prädiktion zu erwartender Ladungsflüsse im Bordnetz.
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Steuervorrichtung mit den Merkmalen von Anspruch 1 , ein Verfahren mit den Merkmalen von Anspruch 8 sowie eine zentrale Datenbankvorrichtung mit den Merkmalen von Anspruch 10. Die abhängigen Ansprüche betreffen vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung.
Gemäß einem Aspekt wird eine Steuervorrichtung zum Betreiben eines Energiebordnetzes eines Kraftfahrzeugs angegeben, wobei das Kraftfahrzeug insbesondere einen Hybridantrieb mit einer elektrischen Maschine und einem Verbrennungsmotor oder zumindest einen Verbrennungsmotor und die Fähigkeit zur Rekuperation aufweist.
Die Steuervorrichtung weist eine Eingabeeinheit auf, die dazu eingerichtet ist, Betriebsparameter des Energiebordnetzes (d.h. insbesondere einen Betriebszustand) des Kraftfahrzeugs und/oder einen oder mehrere Umgebungsparameter des Fahrzeugs (d.h. insbesondere einen Umgebungszustand) zu ermitteln, insbesondere zu erfassen, und, insbesondere zur Bestimmung einer Bordnetzbetriebsaktion, an eine Verarbeitungseinheit der Steuervorrichtung weiterzuleiten. Wenigstens ein Umgebungsparameter ist eine Wahrscheinlichkeit einer Drittfahrzeug- Betriebsaktion, wobei die Drittfahrzeug-Betriebsaktion beispielsweise eine aktive Reku- peration der elektrischen Maschine oder eine aktivierte Start-Stopp-Funktionalität (sprich ein vorübergehend abgeschalteter Verbrennungsmotor) sein kann.
Dies ermöglicht eine bessere Prädiktion eines zukünftigen Betriebszustands des Bordnetzes, beispielsweise eine bessere Prädiktion einer in naher Zukunft (beispielsweise innerhalb eines Prädiktionshorizonts) voraussichtlich bereitstehender Ladungsmenge für das Bordnetz - bei einer gleichzeitig geringen Menge von (an die Eingabeeinheit) bereitzustellenden bzw. zu übertragender Daten und/oder einer größeren Unabhängigkeit von weiteren Betriebsparametern von Drittfahrzeugen. Damit ergibt sich auch eine verbesserte Möglichkeit, einen Energiespeicher des Bordnetzes auf eine zu erwartende Ladungsmenge hin optimal zu konditionieren, sodass genügend Speicherplatz vorhanden und/oder dieser bei einem optimalen Ladungsgrad befüllt werden kann.
Zudem ermöglicht das Heranziehen einer Wahrscheinlichkeit für eine bestimmte Betriebsaktion bei anderen Fahrzeugen aus einer Flotte (= Drittfahrzeugen), für bestimmte Prädiktionen - wie beispielsweise eine Rekuperations-Prädiktion - die Verwendung einer zuverlässigen Metrik für Umgebungsbedingungen, die auf Basis ihrer Eigenschaften eine deterministisch-physikalische Bestimmung nur schwer ermöglichen. Dies ist zum Beispiel der Fall bei einer Rekuperations-Prädiktion in ebenem Gelände, wohingegen bei stark abfallendem Straßenverlauf eine deterministische Bestimmung einer zu erwartenden Ladungsmenge mit einer hohen Güte in Abhängigkeit von Parametern wie dem Fahrzeuggewicht und der Geschwindigkeit möglich ist.
Insbesondere weist die Steuervorrichtung zudem eine Verarbeitungseinheit zur Umsetzung einer Betriebsstrategie sowie eine Ausgabeeinheit zur Ausgabe entsprechender Steuerbefehle auf.
Unter einer Steuervorrichtung ist vorliegend insbesondere ein jenseits aller Ausführungen der Erfindung fachmännisch ausgebildetes Bordnetz-Steuermittel, insbesondere für ein Kraftfahrzeug mit Hybridantrieb, zu verstehen. Der Begriff "Steuern" ist dabei breit zu verstehen und kann insbesondere auch ein "Regeln" beinhalten.
Unter "Ermitteln" kann vorliegend jede Möglichkeit verstanden werden, einen Wert eines Parameters verfügbar zu machen bzw. herauszufinden; unter "Erfassen" kann vorliegend insbesondere die Verfügbarmachung eines mittels einer Sensoreinrichtung ermittelten Wertes eines Parameters verstanden werden.
Der Begriff "Betriebszustand" kann vorliegend als Gesamtheit der Ausprägungen (die Begriffe Ausprägung und Wert können vorliegend synonym verwendet werden) von für eine Betrachtung relevanten Betriebsparametern verstanden werden. Der Begriff "Umgebungszustand" kann vorliegend als Gesamtheit der Ausprägungen (=Werte) von für eine Betrachtung relevanten Umgebungsparametern verstanden werden.
Unter einer Bordnetzbetriebsaktion ist vorliegend insbesondere eine Aktion des Bordnetzes zu verstehen, die auf eine, insbesondere gewünschte, Veränderung des Betriebszustandes des Kraftfahrzeugs abzielt.
Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Verfahren zum Betreiben eines Energiebordnetzes eines Kraftfahrzeugs angegeben, aufweisend wenigstens die folgenden Schritte, die in der angegebenen oder einer beliebigen anderen, fachmännisch sinnvollen Reihenfolge gelaufen werden können:
(a) Ermitteln von jeweils einem, insbesondere aktuellen und/oder aktuell verfügbaren, Wert von Betriebsparametern des Energiebordnetzes und/oder von einem oder mehreren Umgebungsparametern des Fahrzeugs, wobei wenigstens einer der Umgebungsparameter eine Wahrscheinlichkeit einer Drittfahrzeug-Betriebsaktion ist.
(b) Weiterleiten der ermittelten Werte an eine Verarbeitungseinheit der Steuervorrichtung.
(c) Bestimmen einer, insbesondere möglichen, Bordnetzbetriebsaktion in Abhängigkeit von den ermittelten Werten, insbesondere von der ermittelten Wahrscheinlichkeit der Drittfahrzeug- Betriebsaktion. Insbesondere können Wert von Betriebsparametern des Energiebordnetzes und/oder von einem oder mehreren Umgebungsparametern des Fahrzeugs mittels der Eingabeeinheit der Steuervorrichtung ermittelt werden.
Gemäß einer Ausführung erfolgt ein Weiterleiten der ermittelten Werte der Parameter an die Verarbeitungseinheit der Steuervorrichtung.
Gemäß einer Ausführung wird die Wahrscheinlichkeit einer Drittfahrzeug-Betriebsaktion ermittelt, indem
(a1) eine zu erwartende Route des vorliegend betrachteten Fahrzeugs ermittelt, (a2) für alle Georeferenzpunkte auf dieser Route eine Wahrscheinlichkeit der Drittfahrzeug-Betriebsaktion ermittelt wird.
Gemäß einer Ausführung wird die Bordnetzbetriebsaktion in Abhängigkeit von den ermittelten Wahrscheinlichkeiten der Drittfahrzeug-Betriebsaktion bestimmt, indem (c1) alle Wahrscheinlichkeitswerte berücksichtigt werden, die über einem Relevanzgrenzwert liegen, und deren Georeferenzpunkte innerhalb eines Prädiktionshorizonts liegen, und/oder
(c2) zu jedem der berücksichtigten Wahrscheinlichkeitswerte bzw. Georeferenzpunkt ein zu erwartender Ladungsbeitrag bestimmt wird, und/oder
(c3) eine Summe der zu erwartenden Ladungsbeiträge an die Eingabeeinheit übermittelt wird, und/oder
(c4) die Verarbeitungseinheit auf Basis der Summe über die Bordnetzbetriebsaktion entscheidet.
Gemäß einer Ausführung wird
(c_i) die Bordnetzbetriebsaktion basierend auf einer erlernten Betriebsstrategie, insbesondere einer lernfähigen Einheit der Verarbeitungseinheit der Steuervorrichtung des Kraftfahrzeugs, bestimmt, und/oder
(cji) die Bordnetzbetriebsaktion basierend auf einer vorgegebenen Überprüfungsstrategie, insbesondere einer Reflexeinheit der Verarbeitungseinheit der Steuervorrichtung des Kraftfahrzeugs, überprüft. Dadurch kann eine (Umgebungs-)Wahrscheinlichkeits-basierte Prädiktion zum schnelleren und/oder besseren Erlernen einer effizienten Betriebsstrategie für das Bordnetz beitragen, wobei gemäß einer Ausführung weiterhin eine wirksame Kontrolle durch die Reflexeinheit vorgesehen sein kann. Auf diese Weise können aktualisierte (sprich aktuelle) Wahrscheinlichkeiten zu einer stetigen Weiterentwicklung der Betriebsstrategie beitragen, weil mit der Sicherheit der Kontrolle der vorgeschlagenen Bordnetz-Betriebsaktionen durch die Reflexeinheit auch im regulären Kundenbetrieb ein Lernen der lernfähigen Einheit stattfinden kann.
Gemäß einer Ausführung weist die Verarbeitungseinheit eine lernfähige Einheit auf, die dazu eingerichtet ist, eine mögliche Bordnetz- Betriebsaktion basierend auf einer erlernten Betriebsstrategie auszugeben. Insbesondere weist die Verarbeitungseinheit eine Reflexeinheit auf, die dazu eingerichtet ist, die mögliche Betriebsaktion basierend auf einer vorgegebenen Strategie zu überprüfen. Beispiele für eine solche Verarbeitungseinheit und zugehörige Reflex-Augmented Reinforcement Learning Algorithmen sind in der Veröffentlichung „International Conference on Artificial Intelligence ICAI 18, Seiten 429-430, ISBN: 1-60132-480-4, erschienen in CSREA Press" gezeigt, aber auch in der DE 10 2017 214 384 A1.
Gemäß einem weiteren Aspekt wird eine zentrale Datenbankvorrichtung, insbesondere ein Server mit einer Datenbank und einer Kommunikationseinrichtung zum Datenaustausch mit dem vorliegend betrachteten Fahrzeug und allen anderen Fahrzeugen einer Fahrzeugflotte, angegeben.
Die Vorrichtung ist dazu eingerichtet,
(i) einen Wert eines Indikators für eine Betriebsaktion an einem oder im Bereich eines Georeferenzpunktes von mehreren Drittfahrzeugen, insbesondere über eine Mobilfunkverbindung der Kommunikationseinrichtung, zu empfangen und ggf. zu speichern, und/oder
(ii) aus den übermittelten Werten des Indikators eine Wahrscheinlichkeit für das Vorliegen der Betriebsaktion an dem Georeferenzpunkt zu ermitteln, und/oder
(iii) die derart ermittelte Wahrscheinlichkeit für den Georeferenzpunkt (d.h. die zu dem Georeferenzpunkt gehörende Wahrscheinlichkeiten) an eine Steuervorrichtung eines Kraftfahrzeugs, die insbesondere gemäß einem der Ansprüche 1 bis 12 ausgebildet ist, insbesondere über die Mobilfunkverbindung, zu übermitteln.
Dadurch kann jedem Fahrzeug der Flotte zu jedem Georeferenzpunkt ein Wert für eine Wahrscheinlichkeit einer bestimmten Betriebsaktion bei allen oder allen relevanten dritten Fahrzeugen, die den Georeferenzpunkt passiert haben, bereitgestellt werden.
Gemäß einer Ausführung werden in der Datenbank der zentralen Datenbankvorrichtung zu jedem Georeferenzpunkt der berücksichtigten Landkarte alle Fahrzeug-bezo- genen Betriebsparameter jedes Fahrzeugs der berücksichtigten Flotte für den Zeitpunkt in einen Georeferenzpunkt-Datensatz abgespeichert. Der Georeferenzpunkt-Datensatz enthält zudem insbesondere alle Umgebungs-bezogenen Parameter des Georeferenzpunkts.
Insbesondere können aus bestimmten, von den einzelnen Drittfahrzeugen übermittelten Betriebsparametern, beispielsweise eines Indikators für einen Rekuperations-Be- trieb oder eine aktive Start-Stopp-Automatik, jeweils Wahrscheinlichkeiten für das Vorliegen einer Betriebsaktion, bezogen auf alle oder alle hinsichtlich einer bestimmten Parameter-Werte-Kombination relevanten Drittfahrzeuge, ermittelt werden.
Insbesondere finden die Datenübermittlungen zum einen zwischen jedem der Drittfahrzeuge und der zentralen Datenbankvorrichtung zum Speichern der Werte der Parameter zu einem Georeferenzpunkt und zum anderen zwischen der zentralen Datenbankvorrichtung und dem vorliegend betrachteten Fahrzeug zum Abrufen der Wahrscheinlichkeit- und ggf. der benötigten Parameterwerte mittels einer Datenverbindung und/oder einem Mobilfunknetz statt.
Ob ein Drittfahrzeug oder ein Datensatz eines Drittfahrzeugs für das anfragende Fahrzeug als relevant angesehen wird, kann beispielsweise in Abhängigkeit von der Fahrzeugklasse und/oder einer Tageszeit und/oder einer Tagesart etc. entschieden werden. Gemäß einer Ausführung berechnet sich die fragliche Wahrscheinlichkeit mittels eines Verhältnisses der Anzahl der relevanten Drittfahrzeuge, welche den abgefragten Georeferenzpunkt passiert haben, und der Anzahl derjenigen Fahrzeuge unter den berücksichtigten Drittfahrzeugen, bei welchen die Betriebsaktion, zu der die Wahrscheinlichkeit des Vorliegens abgefragt wird, vorlag (oder zumindest zu einem relevanten Grad vorlag).
Die Erfindung basiert unter anderem auf der Idee, dass georeferenzierte Wahrscheinlichkeiten für die Rekuperation zur Steigerung der Effizienz der Regelalgorithmen genutzt werden können, insbesondere - aber nicht nur - in einem Verfahren der künstlichen Intelligenz (z.B. Reinforcement Learning (RL) oder Reflex-Augmented Reinforcement Learning (RARL)).
Der Ansatz einer Prädiktion mittels Auftretenswahrscheinlichkeiten einer Betriebsaktion an einem Georeferenzpunkt kann beispielsweise auch auf das Auftreten von Start- Stopp-Situation angewendet werden. Nachfolgend ist die Erfindung mit ihren Ausführungen allerdings hauptsächlich am Beispiel einer Rekuperations-Prädiktion erläutert.
Gemäß einer Ausführung wird eine Landkarte mit Flottendaten verwendet, in der an Georeferenzpunkten entlang einer zu erwartenden Fahrtstrecke des Fahrzeugs Wahrscheinlichkeiten der Rekuperation (also einer aktiven Rekuperation der elektrischen Maschine des Fahrzeugantriebs) gespeichert sind. In dieser Landkarte sind an den Referenzpunkten Wahrscheinlichkeiten für die Rekuperation hinterlegt.
Mit der Routeninformation aus dem Navigationsgerät können in einer Ausführung die Georeferenzpunkte bestimmt werden, die das Fahrzeug in den nächsten Sekunden (beispielsweise ein Prädiktionshorizont von 10 oder 30 Sekunden) passieren wird.
Beispielsweise in Messkampagnen bei der Fahrzeugentwicklung und/oder in Echtzeit mit Online-Abfrage aus einer zentralen Datenbankvorrichtung werden gemäß einer Ausführung charakteristische Ladungen, die in einem Fahrzeugtyp für den Straßentyp und für ein gegebenes Geschwindigkeitsintervall zu erwarten sind, ermittelt. Beispielsweise werden nur Referenzpunkte mit einer Rekuperationswahrscheinlichkeit über einem Relevanzgrenzwert (z.B. ein Threshold von 75 %) berücksichtigt.
Die Daten werden beispielsweise aus dem Backend - also der zentralen Datenbankvorrichtung - in Echtzeit oder tagesaktuell ins Fahrzeug geschickt oder sind in einer Basisversion dort hinterlegt. Alternativ können die charakteristischen Ladungen bei nicht ausreichender Datengrundlage gemäß einer Ausführung im Fahrzeug mit physikalischen Modellen (beispielsweise kinetische Energie, Steigung, etc.) berechnet werden.
Für alle Georeferenzpunkte im Prädiktionshorizont mit einer Rekuperationswahrschein- lichkeit über dem Relevanzgrenzwert werden gemäß einer Ausführung die charakteristischen Ladungen für den Straßentyp und die erwartete Geschwindigkeit des Fahrzeugs (beispielsweise Nutzung von Stauprädiktion) aufaddiert, sodass eine prädizierte Ladung für den Prädiktionshorizont ermittelt werden kann.
Die prädizierte Ladung des Prädiktionshorizonts wird gemäß einer Ausführung an den Energiemanagement-Algorithmus (z.B. RARL) übergeben. Bei erwarteter Ladung durch Rekuperation können beispielsweise Betriebsaktionen angesteuert werden, die ein weniger starkes Laden oder sogar ein schwaches Entladen des Energiespeichers des Fahrzeugantriebs im Bordnetz nach sich ziehen. So kann eine Präkonditionierung des Energiespeichers erfolgen, um die komplette Energie aus der prädizierten Rekuperation aufnehmen zu können. Ohne Präkonditionierung könnte evtl, nicht die ganze Energie aus Rekuperation aufgenommen werden oder nur in einem Batterieladungsbereich mit schlechter Ladungsakzeptanz, was zu einer geringeren Effizienz des Fahrzeugs führen würde.
Gemäß einer Ausführung wird die Wahrscheinlichkeit einer Drittfahrzeug-Betriebsaktion aus einem Vorliegen oder Fehlen oder einem Grad der Drittfahrzeug-Betriebsaktion bei einer Mehrzahl von Drittfahrzeugen ermittelt.
Indem eine Wahrscheinlichkeit für eine bestimmte Betriebsaktion aus der entsprechenden Situation von mehreren verschiedenen Drittfahrzeugen, beispielsweise jeweils am gleichen Ort und/oder zur gleichen Zeit und/oder zugehörig zum gleichen Fahrzeugtyp etc., ermittelt wird, kann dem vorliegend betrachteten Fahrzeug eine verbesserte Prädiktion eigener Bordnetz-Betriebsaktionen ermöglicht werden. Dies gilt insbesondere dann, wenn sich das vorliegend betrachtete Fahrzeug in derjenigen Situation (zum Beispiel Ort, Zeit, Fahrzeugtyp etc.) befindet, für welche die Wahrscheinlichkeit der Drittfahrzeug-Betriebsaktion ermittelt wurde.
Unter einer Drittfahrzeugs-Betriebsaktion ist insbesondere eine Betriebsaktion (beispielsweise eine Antriebs-, Verbraucher, und/oder Bordnetz-Betriebsaktion) eines anderen Fahrzeuges, insbesondere der Flotte zu verstehen.
Gemäß einer Ausführung ist die Wahrscheinlichkeit mit einer Georeferenz verknüpft, sodass insbesondere die Wahrscheinlichkeit der Drittfahrzeugs-Betriebsaktion für einen bestimmten Georeferenzpunkt ermittelt wird.
Dadurch kann die Prädiktion eines Betriebszustands und/oder eines Betriebsparameters für bestimmte Orte - und damit insbesondere auch für eine zu erwartende Route des Fahrzeugs entlang mehrerer, aufeinanderfolgender Georeferenzpunkte - erfolgen.
Insbesondere wird das Vorliegen oder das Fehlen oder der Grad der Drittfahrzeug-Betriebsaktion für jedes der Drittfahrzeuge an einem Georeferenzpunkt bzw. ggf. in einem Georeferenzbereich um den Punkt ermittelt.
Unter einem Georeferenzpunkt ist vorliegend insbesondere ein Koordinatenpaar (oder eine andere geeignete Definition einen flächenfreien Punkts) auf einer Landkarte, insbesondere eines Navigationssystems, des Fahrzeugs zu verstehen. Auch wenn der Georeferenzpunkt als Koordinatenpaar angegeben ist, können sich zu diesem Georeferenzpunkt ermittelte Werte von Betriebsparametern oder Betriebsaktionen auf einen Georeferenzbereich beziehen, der den Georeferenzpunkt umgibt. Beispielsweise können zwei benachbarte Georeferenzpunkte einen Georeferenzbereich aufweisen, der jeweils bis zur Mitte des Abstandes zwischen den beiden Georeferenzpunkten reicht.
Gemäß einer Ausführung weist die Steuervorrichtung eine Verarbeitungseinheit auf, die dazu eingerichtet ist, in Abhängigkeit von der ermittelten Wahrscheinlichkeit eine Bordnetzbetriebsaktion zu bestimmen. Dadurch kann der ermittelte Wahrscheinlichkeitswert für die Drittfahrzeug-Betriebsaktion in die Bestimmung der zu wählenden Bordnetz-Betriebsaktion einbezogen werden.
Gemäß einer Ausführung weist die Steuervorrichtung eine Ausgabeeinheit auf, die dazu eingerichtet ist, einen Steuerbefehl für den Betrieb des Energiebordnetzes basierend auf der bestimmten Bordnetz-Betriebsaktion auszugeben, insbesondere wenn die Überprüfung durch die Reflexeinheit positiv ist.
Gemäß einer Ausführung ist die Verarbeitungseinheit dazu eingerichtet, die Bordnetzbetriebsaktion in Abhängigkeit von einer Mehrzahl von Wahrscheinlichkeiten der Drittfahrzeug-Betriebsaktion zu bestimmen. Dadurch kann die Aussagequalität der verwendeten Wahrscheinlichkeiten als Gesamtindikator für eine Prädiktion verbessert werden.
Insbesondere sind die Wahrscheinlichkeiten zu unterschiedlichen Georeferenzpunkten ermittelt, wobei insbesondere jede der Wahrscheinlichkeiten zu einem anderen Georeferenzpunkt ermittelt ist.
Gemäß einer Ausführung werden die Wahrscheinlichkeiten für aufeinanderfolgende Georeferenzpunkte entlang einer zu erwartenden Route des Kraftfahrzeugs ermittelt. Dadurch kann die Prädiktion eines Betriebszustands und/oder eines Betriebsparameters auf Situation bezogen werden, die sich durch den zugrunde liegenden Ort ähneln.
Beispielsweise kann die Wahrscheinlichkeit des Vorliegens einer Rekuperations-Be- triebsaktion bei anderen Fahrzeugen an einem bestimmten oder mehreren Georeferenzpunkten für die Entscheidung des vorliegend betrachteten Fahrzeugs herangezogen werden, ob eine Konditionierung des eigenen Energiespeichers im Lichte einer gegebenenfalls zu erwartenden Ladungsmenge sinnvoll ist oder nicht.
Unter einer zu erwartenden Route kann vorliegend insbesondere die gegenwärtig vom Navigationssystem vorgesehene und/oder für am wahrscheinlichsten erachtete Route verstanden werden, insbesondere für die nachfolgende nahe Zukunft in der Größenordnung von einigen Sekunden bis wenigen Minuten. Gemäß einer Ausführung ist die Mehrzahl der Wahrscheinlichkeiten, insbesondere die Mehrzahl aufeinanderfolgender Georeferenzpunkte, zu welchen jeweils die Wahrscheinlichkeit bestimmt wird, durch einen Prädiktionshorizont begrenzt.
Dadurch kann die Prädiktion - damit aber insbesondere auch der notwendige Datentransfer - auf dasjenige Zeitfenster beschränkt werden, nach dessen Ablauf ohnehin keine sinnvollen Reduktionen mehr möglich sind, weil die Eintretenswahrscheinlichkeiten eines prädizierten Szenarios durch die immer größere Anzahl zeitlich dazwischenliegender Faktoren, die vom prädizierten Szenario abweichen, immer kleiner werden.
Insbesondere ist der Prädiktionshorizont durch einen zu erwartenden Zeitverzug bis zum zu erwartenden Erreichen des zugehörigen Georeferenzpunkts oder durch eine Anzahl von aufeinanderfolgenden Georeferenzpunkten definiert.
Gemäß einer Ausführung wird die Bordnetzbetriebsaktion, insbesondere nur, auf Basis derjenigen Georeferenzpunkte bestimmt, deren ermittelter Wahrscheinlichkeitswert für die Drittfahrzeug-Betriebsaktion wenigstens einem Relevanzgrenzwert, insbesondere von 60% oder 75% oder 90%, entspricht.
Dadurch kann sichergestellt werden, dass nur Wahrscheinlichkeiten bzw. Georeferenzpunkte zu einer Bestimmung der Bordnetz-Betriebsaktion herangezogen werden, die aufgrund ihrer deutlichen Tendenz überhaupt erst in der Lage sind, zu einer Verbesserung der Prädiktion (insbesondere verglichen mit einer physikalisch determinierten Ermittlung, beispielsweise einer zu erwartenden Ladungsmenge für die Energiespeicher des Fahrzeugs) beizutragen.
Gemäß einer Ausführung ist die Verarbeitungseinheit dazu eingerichtet, zu den berücksichtigten Georeferenzpunkten jeweils eine zu erwartende Ladungsmenge zu ermitteln.
Dadurch kann der Verarbeitungseinheit eine verlässliche Entscheidungsgrundlage in Form einer Kenngröße bereitgestellt werden, welche eine Beurteilung der Größe des zu erwartenden Vorteils (zum Beispiel optimierte Ladung) im Verhältnis zu dem dafür einzugehenden Nachteil (zum Beispiel Vorkonditionierung der Energiespeicher des Fahrzeugs) ermöglichen. Welche Georeferenzpunkte zu berücksichtigen sind, ergibt sich insbesondere mit Blick auf den bzw. in Abhängigkeit von dem Relevanzgrenzwert und/oder den Prädiktionshorizont und/oder die zu erwartende Route des Fahrzeugs.
Die zu erwartende Ladungsmenge wird insbesondere in Abhängigkeit von zu dem Georeferenzpunkt festgehaltenen Umgebungsparametern und/oder von wenigstens einem Betriebsparameter der Drittfahrzeuge ermittelt.
Unter einer zu erwartenden Ladungsmenge ist insbesondere eine Ladungsmenge zu verstehen, die sich aus den Umgebungsparametern und den Betriebsparametern des Fahrzeugs an einem bestimmten oder bestimmten benachbarten Georeferenzpunkten unter Berücksichtigung der ermittelten Wahrscheinlichkeit/en ergibt.
Gemäß einer Ausführung ist die Verarbeitungseinheit dazu eingerichtet, die Bordnetz- Betriebsaktion auf Basis eines Charakteristik-Indikators des Georeferenzpunkts in Abhängigkeit von (I) der Wahrscheinlichkeit der Drittfahrzeug-Betriebsaktion, oder (II) einem oder mehreren anderen, zu dem Georeferenzpunkt bekannten, Umgebungsparametern, zu bestimmen.
Indem die Verarbeitungseinheit anhand des Charakteristik-Indikator entscheiden kann, ob eine Prädiktion auf Basis physikalischer Zusammenhänge der Betriebsparameter und der Umgebungsparameter des Fahrzeuges vielversprechender ist, oder eine Prädiktion auf Basis der Wahrscheinlichkeitswerte für die betrachtete Betriebsaktion der Drittfahrzeuge, kann für jeden Georeferenzpunkt immer die bessere Prädiktionsbasis gewählt werden.
Dabei ermöglicht das Heranziehen der Wahrscheinlichkeit für eine bestimmte Betriebsaktion bei anderen Fahrzeugen, für bestimmte Prädiktionen - wie beispielsweise eine Rekuperations-Prädiktion - die Verwendung einer zuverlässigen Metrik für solche Umgebungsbedingungen, die auf Basis ihrer Eigenschaften eine deterministisch-physikalische Bestimmung nur schwer ermöglichen.
Dies ist zum Beispiel der Fall bei einer Rekuperations-Prädiktion in ebenem Gelände, wohingegen bei stark abfallendem Straßenverlauf eine deterministische Bestimmung einer zu erwartenden Ladungsmenge mit einer guten Wahrscheinlichkeit in Abhängigkeit von Parametern wie dem Fahrzeuggewicht und der Geschwindigkeit möglich ist. In Fällen wie dem zuletzt beispielhaft genannten, kann anstatt der Wahrscheinlichkeit der physikalische Zusammenhang zur Bestimmung der zu wählenden Bordnetz- Betriebsaktion herangezogen werden.
Durch die Wahlmöglichkeit der Prädiktions-Basis kann daher eine Steigerung der Effizienz im elektrischen Energiebordnetz erreicht werden. Insbesondere kann ein Charakteristik-Indikator beispielsweise die Werte „deterministisch“ oder "probabilistisch" annehmen.
Der Wert "deterministisch" kann z.B. vergeben werden, wenn ein Rekuperations-Po- tential für einen Georeferenzpunkt quasi-deterministisch als Funktion der Steigung, des Fahrzeuggewichts und der Geschwindigkeit berechnet werden kann, oder wenn ein Vorliegen einer Start-Stopp-Abschaltung des Verbrennungsmotors an einem Georeferenzpunkt quasi-deterministisch als Funktion der Tageszeit oder einer Tagesart (z.B. Werktag, Feiertag, Wochenendtag, Reiseverkehrstag, Ferientag auf Berufspendlerstrecke, etc.) berechnet werden kann.
Der Wert „probabilistisch“ kann z.B. vergeben werden, wenn am Georeferenzpunkt eine ebene Straße mit unterschiedlichen, nicht einer Gesetzmäßigkeit folgenden Einflüssen auf das Rekuperations-Potential oder das Vorliegen einer Start-Stopp Abschaltung des Verbrennungsmotors vorliegt.
Gemäß einer Ausführung ist die Steuervorrichtung, insbesondere die Eingabeeinheit, dazu eingerichtet, die Werte der Umgebungsparameter für die G eorefe re nzp unkte (i) online und/oder aktuell von einer zentralen Datenbankvorrichtung zu beziehen, und/oder (ii) aus einem Speicher der Steuervorrichtung, insbesondere der Verarbeitungseinheit, zu beziehen.
Der Bezug von der zentralen Datenbankvorrichtung, insbesondere einem Backend- Server, ermöglicht unter anderem eine ständige Aktualisierung der Wahrscheinlichkeitsdaten. Der Bezug aus einem Speicher der Steuervorrichtung, wo die Wahrscheinlichkeitsdaten insbesondere bei der Montage oder einer Werkstatt- Wartung des Fahrzeuges aufgespielt bzw. aktualisiert werden können, ermöglichte Nutzung der Erfindung ohne Datenverbindung und/oder ein Mobilfunknetz.
Gemäß einer Ausführung ist auch ein gemischter Betrieb vorgesehen, bei welchem nicht in Echtzeit, sondern in regelmäßigen oder frei wählbaren oder vorgegebenen Abständen ein im lokalen Speicher der Steuervorrichtung hinterlegter Wahrscheinlichkeit- Datensatz mit zwischenzeitlich aktualisierten Daten auf den neuesten Stand gebracht wird (Update-Betrieb).
Gemäß einer Ausführung ist die Drittfahrzeug- Betriebsaktion, für welche die Wahrscheinlichkeit ermittelt wird, wenigstens eine Aktion ist aus der folgenden Gruppe: (1) ein Rekuperations-Betrieb des elektrischen Antriebs des Drittfahrzeugs, und/oder (2) ein temporäres Abschalten des Verbrennungsmotors des Drittfahrzeugs mit anschließendem Wiederstart, und/oder (3) eine abgefragte Verbraucherleistung im Energiebordnetz, die über einem Hochleistungsgrenzwert oder unter einem Niedrigleistungsgrenzwert liegt.
Gemäß einer Ausführung können also zu jedem Georeferenzpunkt Werte für passierende Fahrzeuge zu verschiedenen Parametern ermittelt/übermittelt und in einer, insbesondere zentralen, Datenbankvorrichtung gespeichert werden, insbesondere:
(1) Örtliche Definition des Georeferenzpunkts: Pref (z.B. x-Koordinate, y-Koordinate, ggf. Radius o.ä. Beschreibung eines umgebenden Bereichs
(2) Beispiele für Betriebs-(bezogene) Parameter:
- Fahrzeugklasse und/oder -gewichtsklasse
- Fahrzeuggeschwindigkeit
- Tageszeit (z.B. morgens, tagsüber, abends, nachts)
- Tagesart (z.B. Werktag, Feiertag, Wochenendtag, Reiseverkehrstag, Ferientag auf Berufspendlerstrecke, etc.)
- Fahrtrichtung
- Rekuperation an/aus/ ggf. Grad - Start-Stopp-Automatik mit Verbrennungsmotor aus/an/ ggf. Dauer
- aktuelle Verbraucherleistung
- etc.
(3) Beispiele für Umgebungs-(bezogene) Parameter:
- Wahrscheinlichkeit für einen Rekuperations-Betrieb bei Fahrzeugen, die den Georeferenzpunkt passiert haben, während der Passage
- Wahrscheinlichkeit für eine aktivierte Start-Stopp-Vorrichtung bei Fahrzeugen, die den Georeferenzpunkt passiert haben, während der Passage.
- Wahrscheinlichkeit für eine untypische Verbraucherleistung wenigstens eines an das Bordnetz angeschlossenen Verbrauchers bei Fahrzeugen, die den Georeferenzpunkt passiert haben, während der Passage
- Charakteristik-Indikator „deterministisch“ oder "probabilistisch"
- Tageszeit (z.B. morgens, tagsüber, abends, nachts)
- Tagesart (z.B. Werktag, Feiertag, Wochenendtag, Reiseverkehrstag, Ferientag auf Berufspendlerstrecke, etc.)
- Fahrtrichtung
- Straßenart (z.B. innerorts, über Land, Autobahn)
- Steigung der Straße G (z.B. als Prozentwert)
- etc.
Die Fahrzeug-bezogenen Parameter werden gemäß einer Ausführung sowohl von Drittfahrzeugen als auch von dem vorliegend betrachteten Fahrzeug ermittelt, intern verwendet und ggf. (falls eine entsprechende Funktion freigeschaltet ist) zu jedem passierten Georeferenzpunkt an die zentrale Datenbankvorrichtung übermittelt.
Weitere Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung im Zusammenhang mit den Figuren.
Fig. 1 zeigt ein Schaubild der Interaktion einer Steuervorrichtung gemäß einer Ausführung der Erfindung mit einer zentralen Datenbankvorrichtung gemäß einer Ausführung der Erfindung, und einer Drittfahrzeug-Flotte. Fig. 2 zeigt in einer schematischen Ansicht die Steuervorrichtung aus Fig. 1 bei der Durchführung eines Verfahrens nach einer Ausführung der Erfindung.
Fig. 3 zeigt in einer schematischen Ansicht eine Landkarte, mit welcher die Steuervorrichtung und die Datenbankvorrichtung aus. Fig. 1 interagieren, mit einer Mehrzahl von Georeferenzpunkten, zu denen Werte für Parameter bei der Durchführung des Verfahrens gemäß Fig. 6 verwendet werden.
Fig. 4 zeigt in einer schematischen Ansicht die zentrale Datenbankvorrichtung aus Fig. 1 bei der Durchführung des Verfahrens gemäß Fig. 6.
Fig. 5 zeigt in einer schematischen Ansicht die Ermittlung einer Wahrscheinlichkeit einer Betriebsaktion bei relevanten Drittfahrzeugen im Rahmen der Durchführung des Verfahrens gemäß Fig. 6.
Fig. 6 zeigt ein Ablaufdiagramm einer Durchführung eines Verfahrens nach einer beispielhaften Ausführung der Erfindung in einer Anordnung gemäß Fig. 1.
In Figur 1 ist ein Schaubild der Interaktion einer Steuervorrichtung 10 eines Fahrzeugs 1 gemäß einer beispielhaften Ausführung der Erfindung mit einer zentralen Datenbankvorrichtung 20 gemäß einer beispielhaften Ausführung der Erfindung und einer Drittfahrzeug-Flotte 30 mit einer Vielzahl von Drittfahrzeugen dargestellt. In dem Schaubild ist zudem eine Landkarte 2 dargestellt, deren zugrunde liegende Navigation-Datensätze - und insbesondere die auf der Landkarte festgelegten Georeferenzpunkte Pref - sowohl für das Fahrzeug 1 und dessen Steuervorrichtung 10, als auch für die zentrale Datenbankvorrichtung 20 verfügbar sind.
Das Fahrzeug 1 weist eine Kommunikationseinrichtung 11 auf, die auch mit der Steuervorrichtung 10 des Fahrzeugs 1 verbunden ist, und dazu eingerichtet ist, mit einer Kommunikationseinrichtung 21 der zentralen Datenbankvorrichtung 20 Daten auszutauschen. Insbesondere findet dieser Datenaustausch über ein Mobilfunknetz 3 statt. Dabei liefert das Fahrzeug 1 an die zentrale Datenbankvorrichtung 20 insbesondere Werte der im Bordnetz vorliegenden Betriebsparameter (also einen Betriebszustand BZ) zu jedem passierten Georeferenzpunkt Pref und erhält Werte zu Umgebungsparametern demnächst zu passierender Georeferenzpunkte Pref und zudem Werte für die Wahrscheinlichkeiten (im Ausführungsbeispiel zumindest einer Wahrscheinlichkeit für einen Rekuperations-Betrieb WREKU, ggf. einer Wahrscheinlichkeit für einen Start- Stopp-Betrieb WSSA) bestimmter Drittfahrzeug-Betriebsaktionen, wie beispielsweise eines Rekuperations-Betriebs REKU (ggf. eines Start-Stopp- Betriebs SSA).
Die Steuervorrichtung 10 weist eine Eingabeeinheit 12, eine Verarbeitungseinheit 13 und eine Ausgabeeinheit 14 auf, und ist dazu eingerichtet, mit dieser Topologie ein Bordnetz 15 des Kraftfahrzeugs 1 zu steuern.
Die Verarbeitungseinheit 13 ist im Ausführungsbeispiel als lernendes System ausgeführt, aufweisend eine lernende Einheit 16 zur Entscheidungsfindung hinsichtlich möglicher Bordnetz-Betriebsaktionen B sowie eine Reflexeinheit 17 zur Überprüfung der Entscheidungsvorschläge der lernenden Einheit 16.
Auch jedes der Fahrzeuge der Drittfahrzeug-Flotte 30 weist eine Kommunikationseinrichtung auf, mittels welcher ebenfalls die aktuellen Werte der Betriebsparameter (zusammenfassend der Betriebszustand) zu jedem passierten Georeferenzpunkt Pref an die zentrale Datenbankvorrichtung 20 übertragen und dort in einem Datenbankspeicher 22 hinterlegt wird.
Die Datenbankvorrichtung 20 weist neben der Kommunikationseinrichtung 21 und dem Datenbankspeicher 22 einen Rechenserver 23 auf, der die Datenbankvorrichtung 20 steuert und die Dateneingänge und Datenausgänge bei Anfragen von Fahrzeugen 1 verwaltet.
Zu jedem Georeferenzpunkt Pref liegt im Datenbankspeicher 22 ein Georeferenzpunkt- Datensatz vor, welcher neben den Werten der Umgebungsparameter des Punkts (dem Umgebungszustand) auch die Vielzahl an hinterlegten Betriebszuständen der Drittfahrzeuge aus der Flotte 30 beim jeweiligen passieren des jeweiligen Georeferenzpunkts beinhalten, wobei jeder Betriebszustand definiert ist durch die Gesamtheit der Werte der einzelnen Betriebsparameter. Zusätzlich enthält jeder der Georeferenzpunkt-Datensätze für den betreffenden Punkt Pref einen - ständig oder in vorbestimmten Abständen aktualisierten - Wert für eine Wahrscheinlichkeit jeweils einer bestimmten Bordnetz-Betriebsaktion (im Ausführungsbeispiel REKII und/oder SSA) bezogen auf die Betriebszustände bei den bisher gespeicherten Passagen der verschiedenen Drittfahrzeuge am Georeferenzpunkt.
Im Einzelnen enthält ein solcher Georeferenzpunkt-Datensatz im Ausführungsbeispiel Werte für einige oder alle der nachfolgend angegebenen Parameter:
(1) Örtliche Definition des Georeferenzpunkts: Pref
(2) Betriebsparameter der Fahrzeuge, die den Georeferenzpunkt in der Vergangenheit passiert haben:
- Fahrzeugklasse: K
- Fahrzeuggeschwindigkeit: v
- Tageszeit: t
- Tagesart: d
- Fahrtrichtung: R
- Indikator für einen Rekuperations-Betrieb während der Passage: IREKU
- ggf. Indikator für eine aktivierte Start-Stopp-Vorrichtung während der Passage: issA;
- ggf. Indikator für eine untypische Verbraucherleistung wenigstens eines an das Bordnetz angeschlossenen Verbrauchers während der Passage: i i_
(3) Umgebungsparameter:
- Wahrscheinlichkeit für REKU während der Passage: WREKU
- ggf. Wahrscheinlichkeit für SSA während der Passage: WSSA
- ggf. Wahrscheinlichkeit für VL während der Passage: WVL
- Charakteristik-Indikator lc
- Fahrtrichtung: R
- Straßenart: S
- Steigung der Straße: G
Anhand der Figuren 2 bis 6 wird nachfolgend eine beispielhafte Ausführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Betreiben des Bordnetzes 15 in der gemäß Figur 1 geschilderten Infrastruktur näher erläutert. Dazu zeigt Figur 2 Details der Informationsverarbeitung in der Steuereinrichtung 10. Figur 3 zeigt exemplarisch die Rolle der Landkarte 2 bei der Bestimmung der Bordnetz- Betriebsaktion B auf. Figur 4 zeigt Details der Informationsverarbeitung der durch die Fahrzeuge der Flotte 30 gelieferten Daten in der zentralen Datenbankvorrichtung 20. in Figur 5 ist exemplarisch gezeigt, wie die Wahrscheinlichkeit WREKU für eine Drittfahrzeug-Betriebsaktion REKII ermittelt und im Fahrzeug 1 verwendet werden kann. Figur 6 zeigt schließlich ein exemplarisches Flussdiagramm für wichtige Verfahrensschritte des beispielhaften Verfahrens.
Figur 2 zeigt, wie mittels der Kommunikationseinrichtung 11 der Steuervorrichtung 10 die Eingabeeinheit 12 die benötigten Parameterwerte zur Beschreibung eines gegenwärtigen oder zukünftig relevanten Betriebszustands BZ und Umgebungszustands UZ ermitteln kann.
Zunächst stellt dazu eine übergeordnete, nicht dargestellte Fahrzeugsteuerung eine zu erwartende Route 4 (vergleiche Figur 3) zur Verfügung, welche für die Zwecke der beispielhaften Ausführung der Erfindung durch eine Spur von aufeinanderfolgenden Georeferenzpunkten Pref definiert ist.
Der Umgebungszustand UZ mit den entsprechenden Werten der jeweils zugehörigen Parameter bezieht sich jeweils auf einen bestimmten Georeferenzpunkt, der mittels der im Navigationssysteme der linken Daten der Landkarte 2 als relevant ermittelt wurde (vgl. Fig. 6, S110), im Normalfall, weil er in unmittelbarer Zukunft auf der zu erwartenden Route 4 liegt. Die zu erwartende Route 4 ist durch eine Spur benachbarter Georeferenzpunkte Prem bis Pref,n+x gekennzeichnet. In der Figur 2 ist symbolisch durch gepunktete Linien eingetragen, zu welchem Georeferenzpunkt Pref,n die dargestellte Informationsverarbeitung Bezug nimmt. In der Figur 3 ist dieser Bezug zu der zu erwartenden Route 4 symbolisch in die Landkarte 2 eingetragen.
Der Betriebszustand BZ mit den entsprechenden Werten der jeweils zugehörigen Parameter bezieht sich im Ausführungsbeispiel jeweils auf den gegenwärtigen Zustand des Fahrzeugs 1 bzw. seines Bordnetzes 15. Ein Wert zu jedem der in Figur 2 eingetragenen Betriebsparameter BZ und Umgebungsparameter UZ (zu Pref.n) ist also nun für die Eingabeeinheit 12 verfügbar und wird an die Verarbeitungseinheit 13 weitergegeben.
Für jeden relevanten Georeferenzpunkt Pref kann die Verarbeitungseinheit 13 also nun zur Entscheidungsfindung über mögliche Bordnetz-Betriebsaktionen B auf den aktuellen Betriebszustand BZ des Bordnetzes 15 und des Fahrzeugs 1 sowie auf den Umgebungszustand UZ des betrachteten Georeferenzpunkts Pref zurückgreifen. Letztere enthält im Ausführungsbeispiel insbesondere einen Wert WREKU für die Wahrscheinlichkeit der Drittfahrzeug- Betriebsaktion REKU.
Auf Basis dieses Informationsstands schlägt eine lernende Einheit 16 der Verarbeitungseinheit 13 eine geeignete Betriebsaktion B vor, die einer vorgegebenen und gegebenenfalls durch vorherige Lernvorgänge ergänzten und/oder ersetzten Betriebsstrategie entspricht. Eine Reflexeinheit 17 der Verarbeitungseinheit 13 überprüft die vorgeschlagene Betriebsaktion B gemäß einer vorbestimmten Strategie auf Eignung und übermittelt der lernenden Einheit 16 je nach Ergebnis der Prüfung eine Belohnung oder eine Bestrafung. Wenn die Aktion B durch die Reflexeinheit 17 abgelehnt wird, kann die Reflexeinheit 17 auch eine veränderte, erlaubte Betriebsaktion B‘ an die Ausgabeeinheit 14 weiterleiten. Aufgabe der Ausgabeeinheit 14 ist es, eine beschlossene (vgl. Fig. 6, S160) Betriebsaktion B (oder B‘) im Bordnetz 15 anzusteuern.
Die daraus resultierende Veränderung des Betriebszustands BZ kann direkt an die Eingabeeinheit 12 oder abstrahiert in Form einer verzögerten Belohnung/Bestrafung an die lernende Einheit 16 rückgemeldet werden.
Im hier beschriebenen Ausführungsbeispiel ist eine typische mögliche Bordnetz-Betriebsaktion B eine Konditionierung des Energiespeichers E des Kraftfahrzeugs, insbesondere im Sinn einer absichtlichen Entladung bei zu erwartendem Ladungsbeitrag (Indikator: hohe Rekuperationswahrscheinlichkeit für den oder die nächsten Georeferenzpunkte) oder im Sinn einer absichtlichen Aufladung bei zu erwartendem Entladungsbeitrag (Indikator: hohe Start-Stopp-Wahrscheinlichkeit für den oder die nächsten Georeferenzpunkte). Anhand Figur 3 lässt sich erkennen, welche Informationen im Datenbankspeicher 22 in Abhängigkeit von einem zugehörigen Georeferenzpunkt Pref abgespeichert sind, und auf Basis welcher Logik diese von der Steuervorrichtung 10 des Kraftfahrzeugs 1 abgefragt werden.
Für die Steuervorrichtung 10 ist aufgrund der Einbindung des Navigationssystems mit seiner hinterlegten Landkarte 2 eine zu erwartende Route 4 bekannt, die sich durch eine Spur 5 aufeinanderfolgend benachbarter Georeferenzpunkte Pref definiert. Um Informationen über den Umgebungszustand UZ der dementsprechend bald zu passierenden Georeferenzpunkte Pref zu ermitteln, fragt die Steuervorrichtung 10 mittels der Kommunikationseinrichtung 11 bei der zentralen Datenbankvorrichtung 20 die zu den entsprechenden Punkten Pref gespeicherten Informationen ab. Das können nötigenfalls Parameter des Betriebszustands von Drittfahrzeugen aus der Flotte 30 sein, sind aber im Regelfall immer zumindest die Parameter des Umgebungszustands UZ. Vorliegend also insbesondere auch zumindest die Wahrscheinlichkeit einer Rekuperation-Be- triebsaktion B bei denjenigen Drittfahrzeugen, die den entsprechenden Georeferenzpunkt bereits früher passiert und dafür einen Datensatz bei der zentralen Datenbankvorrichtung 20 hinterlassen haben.
Wie der Fig. 4 entnommen werden kann, ist in dem Datenbankspeicher 22 also zu jedem Georeferenzpunkt Pref auf der Landkarte 2 ein Datensatz hinterlegt, der jeweils die Definition des Punkts und seinen Umgebungszustand UZ enthält, sowie eine Vielzahl von Betriebszuständen derjenigen Fahrzeuge der Flotte 30, welche den Georeferenzpunkt Pref bereits zu einem früheren Zeitpunkt passiert haben.
In Figur 5 ist dargestellt, wie aus diesen Daten eine Wahrscheinlichkeit für das Vorliegen einer bestimmten Drittfahrzeug- Betriebsaktion, hier eine Wahrscheinlichkeit für das Vorliegen einer Rekuperations-Betriebsaktion REKU, ermittelt werden kann.
Diese Wahrscheinlichkeit kann wahlweise mittels des Rechenservers 23 der Datenbankvorrichtung 20 bestimmt und vorermittelt an die Steuervorrichtung 10 des Fahrzeugs 1 übermittelt werden, oder die hinterlegten Grundlagen für die Berechnung wer- den an die Steuervorrichtung 10 übergeben und die Ermittlung selbst wird dort durchgeführt. In beiden Fällen kann die Ermittlung wie in Figur 5 dargestellt durchgeführt werden:
Das Fahrzeug 1 fragt mittels seiner (in Fig .5 nicht dargestellten) Steuervorrichtung 10 unter Berücksichtigung der zu erwartenden Route 4 die Datensätze für den oder die zugehörigen Georeferenzpunkte Pref an.
Im jeweiligen Datensatz ist hinterlegt, wie viele Fahrzeuge den entsprechenden Georeferenzpunkts in der Vergangenheit passiert haben. In der Figur 5 sind grob vereinfachend zehn Fahrzeuge dargestellt. Im Datensatz ist hinterlegt, dass bei acht Fahrzeugen der Indikator IREKU für das Vorliegen einer Rekuperation-Betriebsaktion REKII gesetzt ist (dunkel hinterlegte Icons), bei zwei Fahrzeugen nicht (hell hinterlegte Icons).
In einem zusätzlichen Schritt werden auf Basis des Betriebszustands BZ des Fahrzeugs 1 diejenigen „historischen“ Drittfahrzeuge, deren Betriebszustand nicht ausreichend vergleichbar ist, aus der Betrachtung entfernt.
Übrig bleiben im Ausführungsbeispiel sieben relevante Fahrzeuge, von welchen sechs den Indikator IREKU gesetzt haben.
Daraus ergibt sich eine Wahrscheinlichkeit WREKU für das Vorliegen einer Rekuperation am betrachteten Georeferenzpunkt Pref von 6 von 7, also von 0,857.
Diese Wahrscheinlichkeit WREKU wird noch mit einem vorbestimmten Relevanzgrenzwert Wrei verglichen, der im Ausführungsbeispiel 0,75 beträgt (vergleiche Figur 6, S130). Da die Wahrscheinlichkeit höher als der Relevanzgrenzwert ist, wird sie bei der Entscheidung über mögliche Bordnetz-Betriebsaktionen B berücksichtigt.
Die Entscheidung erfolgt im Ausführungsbeispiel insbesondere auf Basis von zu erwartenden (Ent-)Ladungsmengen bzw. (Ent-) Ladungsbeiträgen, die in Abhängigkeit von den ermittelten und zu berücksichtigenden Wahrscheinlichkeiten WREKU und/oder ggf. WSSA ermittelt werden. ln Figur 6 sind dazu zusammenfassend einzelne Verfahrensschritte dargestellt.
In Schritt S 110 wird zunächst die zu erwartende Route 4 mit den darauf liegenden Georeferenzpunkten Pref entlang der Spur 5 ermittelt.
In Schritt S 120 wird - insbesondere gemäß Figur 5 - für alle Georeferenzpunkte Pref auf der Spur 5 ermittelt, ob sie innerhalb eines Prädiktionshorizonts HPRÄD liegen. Zu denjenigen Pref innerhalb des Prädiktionshorizonts HPRÄD wird jeweils die Wahrscheinlichkeit WREKU für eine Rekuperations-Betriebsaktion und/oder ggf. WSSA für eine Start- Stopp-Betriebsaktion WSSA bei den berücksichtigten Drittfahrzeugen in der Flotte 30 ermittelt.
In Schritt S 130 werden diejenigen Georeferenzpunkte Pref identifiziert, für welche der ermittelte Wert für die Wahrscheinlichkeit WREKU (bzw. WSSA) oberhalb einer Relevanzgrenze Wrei liegt, um diejenigen Fälle zu identifizieren, bei denen eine Verbesserung der Prädiktion - insbesondere gegenüber einer physikalisch-determinierten Ermittlung eines (Ent-)Ladungsbeitrags - überhaupt möglich ist.
Für alle identifizierten Georeferenzpunkte wird anschließend in Schritt S 140 der zu erwartende Ladungsbeitrag ermittelt.
Für alle anderen Georeferenzpunkte wird hingegen in Schritt S 141 ein Charakteristik- Indikator IC ermittelt, der sich beispielsweise aus einer Straßenart S, einer Fahrtrichtung R und/oder insbesondere einer Steigung G an dem betrachteten Georeferenzpunkt ergeben kann, und eine Aussage darüber trifft, wie verlässlich auf Basis physikalischer Gegebenheiten der Umgebung des Georeferenzpunkts ein zu erwartender Ladungsbeitrag ermittelt werden kann. Werte für den Charakteristik-Indikator lc können beispielsweise „deterministisch“ oder "probabilistisch" sein, je nachdem ob für einen bestimmten Georeferenzpunkt typischerweise eine bestimmte Betriebsaktion eintritt, oder ob solch eine klare Aussage nicht möglich ist.
Folgend auf Schritt S 141 wird in Schritt S 142 nur zu denjenigen Georeferenzpunkts mit lc = „deterministisch“ der zu erwartende Ladungsmenge Tag ermittelt. ln Schritt S 150 wird die Summe der Ladungsbeiträge der einzelnen, zu berücksichtigenden Georeferenzpunkte entlang der Spur 5 der zu erwartenden Route 4 an die Eingabeeinheit 12 (via Kommunikationseinrichtung 11) übermittelt.
In Schritt S 160 entscheidet die Verarbeitungseinheit 13 auf Basis der übermittelten Summe über mögliche Betriebsaktionen B des Bordnetzes 15.
In Schritt S 170 wird die Betriebsaktion B durchgeführt, wenn die Verarbeitungseinheit 13 die Ausgabeeinheit 14 entsprechend angewiesen hat und die Ausgabeeinheit 14 einen entsprechenden Steuerungsbefehl ausgegeben hat. Im Ausführungsbeispiel ist die Betriebsaktion B beispielsweise eine Konditionierung der Energiespeicher E des Fahr- zeugs 1 im Hinblick auf eine zu erwartende (Ent-)Ladungsmenge.
Dabei kann die Konditionierung ein gezieltes Entladen des Energiespeichers E beinhalten, wenn auf Basis einer Wahrscheinlichkeit WREKU eine größere, bald zur Verfügung stehende Ladungsmenge zu erwarten ist.
Hingegen kann die Konditionierung ein gezieltes Laden des Energiespeichers E bein- halten, wenn auf Basis einer Wahrscheinlichkeit WSSA eine größere, bald zur Verfügung zu stellende Ladungsmenge zu erwarten ist.
BEZUGSZEICHENLISTE
1 Kraftfahrzeug
2 Landkarte
3 Mobilfunknetz
4 zu erwartende Route
5 Spur
10 Steuervorrichtung
11 Kommunikationseinrichtung
12 Eingabeeinheit
13 Verarbeitungseinheit
14 Ausgabeeinheit
15 Bordnetz
16 Lernende Einheit
17 Reflexeinheit
20 Datenbankvorrichtung
21 Kommunikationseinrichtung
22 Datenbankspeicher
23 Rechenserver
30 Drittfahrzeug-Flotte
B Bordnetz-Betriebsaktion
BZ Betriebszustand d Tagesart
E Energiespeicher
G Steigung/Gefälle
Hpräd Prädiktionshorizont lc Charakteristik-Indikator
K Fahrzeugklasse und/oder -gewichtsklasse
Pref Georeferenzpunkt t Tageszeit
UZ Umgebungszustand
R Fahrtrichtung
REKU Betriebsaktion Rekuperation iREKu Indikator Rekuperation an/aus/Grad
S Straßenart
SSA Betriebsaktion Start-Stopp-Automatik issA Indikator Start-Stopp-Automatik mit Verbrennungsmotor aus/an v Fahrzeuggeschwindigkeit WREKU Rekuperationswahrscheinlichkeit
Wrei Relevanzgrenzwert
WSSA Start-Stopp-Wahrscheinlichkeit

Claims

- 28 -ANSPRÜCHE
1. Steuervorrichtung (10) zum Betreiben eines Energiebordnetzes (15) eines Kraftfahrzeugs (1), aufweisend eine Eingabeeinheit (14), die dazu eingerichtet ist, Betriebsparameter (K, v, t, d, R, iREKu, issA) des Energiebordnetzes des Kraftfahrzeugs und/oder einen oder mehrere Umgebungsparameter (t, d, R, S, G, lc) des Kraftfahrzeugs zu ermitteln und an eine Verarbeitungseinheit der Steuervorrichtung weiterzuleiten, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Umgebungsparameter (WREKU, WSSA) eine Wahrscheinlichkeit einer Drittfahrzeug- Betriebsaktion (REKU, SSA) ist.
2. Steuervorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wahrscheinlichkeit mit einer Georeferenz (Pref) verknüpft ist.
3. Steuervorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuervorrichtung eine Verarbeitungseinheit (13) aufweist, die dazu eingerichtet ist,
- in Abhängigkeit von der ermittelten Wahrscheinlichkeit eine Bordnetzbetriebsaktion (B) zu bestimmen, und
- die Bordnetzbetriebsaktion in Abhängigkeit von einer Mehrzahl von Wahrscheinlichkeiten der Drittfahrzeug-Betriebsaktion zu bestimmen, wobei insbesondere die Wahrscheinlichkeiten für aufeinanderfolgende Georeferenzpunkte entlang einer zu erwartenden Route (4) des Kraftfahrzeugs ermittelt werden.
4. Steuervorrichtung gemäß einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Mehrzahl der Wahrscheinlichkeiten, insbesondere die Mehrzahl aufeinanderfolgender Georeferenzpunkte, zu welchen jeweils die Wahrscheinlichkeit bestimmt wird, durch einen Prädiktionshorizont (HPRÄD) begrenzt ist.
5. Steuervorrichtung gemäß einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Bordnetzbetriebsaktion nur auf Basis derjenigen Georeferenzpunkte bestimmt wird, deren ermittelter Wahrscheinlichkeitswert für die Drittfahrzeug-Betriebsaktion wenigstens einem Relevanzgrenzwert (Wrei) entspricht.
6. Steuervorrichtung gemäß einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Verarbeitungseinheit dazu eingerichtet ist, die Bordnetz-Betriebsaktion auf Basis eines Charakteristik-Indikators (lc) des Georeferenzpunkts in Abhängigkeit von
- der Wahrscheinlichkeit der Drittfahrzeug-Betriebsaktion, oder
- von einem oder mehreren anderen, zu dem Georeferenzpunkt bekannten, Umgebungsparametern, zu bestimmen. Steuervorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Drittfahrzeug- Betriebsaktion, für welche die Wahrscheinlichkeit ermittelt wird, wenigstens eine Aktion ist aus der folgenden Gruppe ist:
- ein Rekuperations-Betrieb (REKU) des elektrischen Antriebs des Drittfahrzeugs, und/oder
- ein temporäres Abschalten des Verbrennungsmotors des Drittfahrzeugs mit anschließendem Wiederstart (SSA), und/oder
- eine abgefragte Verbraucherleistung (VL) im Energiebordnetz, die über einem Hochleistungsgrenzwert oder unter einem Niedrigleistungsgrenzwert liegt. Verfahren zum Betreiben eines Energiebordnetzes (15) eines Kraftfahrzeugs (1), aufweisend wenigstens die Schritte:
- Ermitteln von jeweils einem Wert von Betriebsparametern (K, v, t, d, R, iREKu, issA) des Energiebordnetzes und/oder von einem oder mehreren Umgebungsparametern (t, d, R, S, G, lc) des Fahrzeugs, wobei wenigstens einer der Umgebungsparameter (WREKU, WSSA) eine Wahrscheinlichkeit einer Drittfahrzeug-Betriebsaktion (REKU, SSA) ist, und
- Bestimmen einer Bordnetzbetriebsaktion (B) in Abhängigkeit von den ermittelten Werten. Verfahren gemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass
- die Bordnetzbetriebsaktion basierend auf einer erlernten Betriebsstrategie bestimmt wird, und/oder
- die Bordnetzbetriebsaktion basierend auf einer vorgegebenen Überprüfungsstrategie überprüft wird. Zentrale Datenbankvorrichtung (20), insbesondere Server (23) mit einer Datenbank (22), wobei die Vorrichtung dazu eingerichtet ist,
- einen Wert eines Indikators (IREKU, ISSA) für eine Betriebsaktion (REKU, SSA) an einem oder im Bereich eines Georeferenzpunktes (Pref) von mehreren Drittfahrzeugen (30) zu empfangen,
- aus den übermittelten Werten des Indikators eine Wahrscheinlichkeit (WREKU, WSSA) für das Vorliegen der Betriebsaktion an dem Georeferenzpunkt zu ermitteln,
- die derart ermittelte Wahrscheinlichkeit an eine Steuervorrichtung (10) eines Kraftfahrzeugs (1) zu übermitteln, die insbesondere gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7 ausgebildet ist.
PCT/EP2021/071966 2020-08-19 2021-08-06 Steuervorrichtung und verfahren zum prädiktiven betreiben eines energiebordnetzes WO2022037968A1 (de)

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