WO2022063480A1 - Verfahren und kontrollsystem zum energieoptimierten betrieb eines fahrzeugs - Google Patents

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Definitions

  • the presented invention relates to a method and a control system for the energy-optimized operation of a vehicle and a vehicle.
  • control information such as route information or control commands for controlling systems of the vehicle are generally provided, which are selected according to a higher-level action strategy.
  • Such an action strategy usually follows at least one goal, such as minimizing travel time and/or energy consumption.
  • an action strategy can be determined automatically and used to determine instructions for action.
  • Such instructions for action can be issued to a driver via an output unit in order to support him in controlling a vehicle. Additionally or alternatively, instructions for action can be converted into control commands for controlling systems of the vehicle, such as a cruise control system.
  • DE 11 2012 001 799 B4 describes a system for specifying a speed that is required to cross an intersection when a traffic light is green, in which a status of the traffic light is evaluated and taken into account when determining the speed.
  • DE 102017 218222 A1 describes a system for determining a stopping point for a vehicle at an infrastructure device, such as a traffic light, and the consideration of information about individual driving behavior, environmental data and data from the infrastructure device when determining the stopping point.
  • DE 102009 021 476 A1 describes a system for automatic longitudinal guidance of a vehicle, in which distances to a large number of vehicles driving ahead are determined and taken into account when driving the vehicle.
  • the presented invention relates to a method for energy-optimized operation of a vehicle.
  • the method includes a determination step for determining a main control strategy with main instructions for controlling the vehicle using route information of a predetermined route and a switching step for switching from the main control strategy to a secondary control strategy in the event that the vehicle receives traffic information from at least one traffic information source, and a Comparison of the traffic information is carried out with the route information, and the comparison shows that control of the vehicle according to the main control strategy is disturbed or prevented, the secondary control strategy includes secondary instructions for controlling the vehicle with optimal energy consumption, which are determined using the traffic information.
  • a traffic information source is to be understood as an information source that provides information about a current traffic situation, in particular that itself takes part in a traffic situation or regulates current traffic.
  • a traffic information source can, for example, be a vehicle that uses a so-called “Car-to-X” interface to receive information about its current traffic situation, such as its current speed and/or a current distance between the vehicle and other vehicles and/or a current Distance between the vehicle and at least one traffic infrastructure element, in particular a traffic light, provides.
  • the vehicle can use information provided by a traffic information source in relation to corresponding information of the vehicle, such as its current speed and/or its current position, to calculate the current distance from a respective traffic information source.
  • a traffic information source can be a traffic light that provides a timing plan, ie time information about a current traffic light phase and a traffic light phase planned for the future.
  • traffic information is to be understood as information about a current traffic situation and/or a traffic situation to be expected in the future.
  • traffic information can include data on vehicles and/or infrastructure elements or their status on a planned route.
  • a disruption of a main control strategy or a disrupted main control strategy is to be understood as meaning a state in which a main action instruction planned according to a main control strategy cannot be carried out, so that the main control strategy has to be adjusted.
  • the method presented is based on a switching process from a main control strategy, which is optimized, for example, for a minimum driving time, to a secondary control strategy, which is optimized for optimal or minimum energy consumption.
  • the switching process takes place when a comparison of received traffic information with predefined route information is carried out and this comparison shows that controlling a vehicle according to the main control strategy is disrupted.
  • a switch is made to an ancillary control strategy, which includes sub-action instructions aimed at operating the vehicle with optimized energy consumption, in particular minimum energy consumption.
  • the secondary control strategy is determined using traffic information that is or was provided by a traffic information source. Accordingly, the secondary control strategy is determined dynamically or as a function of the situation. This means that the secondary control strategy takes into account a current and/or an expected traffic situation when determining the respective secondary action instructions and, for example, provides for a vehicle to roll out using kinetic energy stored in the vehicle when it drives into the end of a traffic jam, instead of, for example According to a main control strategy, the vehicle is allowed to approach the end of the traffic jam while consuming drive energy and then to actively brake it if the distance to the end of the traffic jam falls below a minimum.
  • the switchover process provided according to the invention is provided in situations in which no added value in terms of time is created by a main control strategy and an added value in terms of energy is created by a secondary control strategy, ie energy is saved.
  • the ancillary control strategy can include coasting, such as shifting a transmission into neutral or what is known as “motor drag operation”.
  • the vehicle when updated traffic information is received, it can be checked whether an adjustment of main instructions for action is required in response to the updated traffic information, and if an adjustment of main instructions for action is required, the vehicle can be operated according to a secondary control strategy with an optimal or Minimum energy consumption can take place without there being an additional expenditure of time on an overall route. In the event that the vehicle can be operated according to a secondary control strategy with optimal or minimum energy consumption without additional expenditure of time occurring on an overall route, switching to the secondary control strategy can be provided.
  • the secondary control strategy may be envisaged to include sub-action instructions that cause a drive of the vehicle to be disabled for as long as possible, and the main strategy to include main action instructions that cause a travel time for the route to be minimized.
  • a minimal energy consumption of the vehicle can be achieved by means of action instructions that cause a drive of the vehicle to be deactivated for as long as possible, for example by the vehicle coasting using kinetic energy stored in the vehicle.
  • deactivating a drive enables energy-efficient coasting to a stop in front of the traffic light .
  • the deactivation of the drive can include switching off an electric drive and/or switching an internal combustion engine to idle operation.
  • a minimum speed can be provided which, for example, must not be fallen below when a drive of the vehicle is deactivated.
  • a point in time for deactivating the drive can be selected in such a way that a kinetic energy stored in the vehicle is sufficient for moving the vehicle at a speed greater than the minimum speed to a stopping point, or the drive at least temporarily switches to energy-efficient operation to provide Drive energy is switched to avoid falling below the minimum speed.
  • a respective vehicle includes an electric machine
  • this can be switched into a recuperation mode, i. H. an energy regeneration operation, in which kinetic energy stored in the vehicle is converted into electrical energy and stored in a battery.
  • a point in time at which the recuperation mode is activated can be selected such that the kinetic energy stored in the vehicle is sufficient for the vehicle to move at a speed greater than the minimum speed to a stopping point, or the recuperation mode is deactivated at least temporarily in order to to avoid falling below the minimum speed.
  • the road user can be caught up with minimal energy consumption, in which a respective vehicle is switched to coasting mode, for example, until the vehicle reaches a predetermined distance from the road user. Provision can furthermore be made for the main action instructions or the secondary action instructions to be output to a driver on an output unit or set by a control system in the vehicle.
  • a driver can be supported by issuing respective main action instructions or secondary action instructions, so that the driver can control a corresponding vehicle in an energy-optimized manner.
  • a control system allows the respective main action instructions or sub-action instructions to be used directly as control commands for controlling, ie for regulating or controlling, a respective vehicle.
  • a threshold value for saving time can be provided, which leads to a deactivation of the secondary control strategy.
  • the presented invention relates to a Kontra II system for a vehicle.
  • the control system includes a communication interface for communication with at least one traffic information source and a control unit that is configured to carry out a possible embodiment of the presented method.
  • the control unit of the control system presented can include a processor, an ASIC or any other programmable computing unit in order to carry out the respective steps of the method presented.
  • the control system may include an output device, such as a display and/or speaker, configured to output respective main action instructions or respective sub-action instructions.
  • an output device such as a display and/or speaker, configured to output respective main action instructions or respective sub-action instructions.
  • the control unit can be configured to communicate with systems of a respective vehicle, such as a steering actuator and/or a drive controller, in order to Adjust vehicle according to respective main action instructions or respective sub-action instructions.
  • a respective vehicle such as a steering actuator and/or a drive controller
  • the presented invention relates to a vehicle with a possible embodiment of the presented control system.
  • FIG. 1 shows a possible embodiment of the method according to the invention
  • FIG. 2 shows a possible embodiment of the control system according to the invention
  • FIG. 3 shows a possible embodiment of the vehicle according to the invention.
  • Figure 4a, 4b an example of a sequence of the method.
  • a method 100 is shown in FIG.
  • the method 100 is used for the energy-optimized operation of a vehicle and comprises a determination step 101 for determining a main control strategy with main instructions for controlling the vehicle using route information of a predetermined route and a switching step 103 for switching from the main control strategy to a secondary control strategy in the event that the vehicle Traffic information is received from at least one traffic information source, and a comparison of the traffic information with the route information is carried out, and the comparison shows that control of the vehicle according to the main control strategy is disturbed or prevented, with the secondary control strategy secondary instructions for controlling the vehicle with optimal energy consumption includes, which are determined using the traffic information.
  • the control system 200 comprises a communication interface 201 for communication with at least one traffic information source 203, such as a traffic light or a server of a traffic control system, and a control unit 205, which is configured to carry out a possible embodiment of the presented method, such as the method 100 and Issue main action instructions or sub-action instructions via an optional output unit 207 or set them to a control system.
  • traffic information source 203 such as a traffic light or a server of a traffic control system
  • control unit 205 which is configured to carry out a possible embodiment of the presented method, such as the method 100 and Issue main action instructions or sub-action instructions via an optional output unit 207 or set them to a control system.
  • a vehicle 300 is shown in FIG.
  • the vehicle 300 includes the control system 200.
  • the control system is connected to subsystems 301 of the vehicle, such as a steering actuator or a speed control system, in order to regulate or control it.
  • a sequence of the method 100 is shown as an example in FIGS. 4a and 4b.
  • a vehicle 300 is switched to standard operation with a main control strategy.
  • vehicle 300 drives at a specified speed of, for example, 50 km/h on a specified route along a road in order to pass a road user in the form of a traffic control system, in particular a traffic light 401 in a specified switching state, namely a green phase.
  • a slow-moving road user in the form of a truck 403 which is moving at a speed of 30 km/h, for example, turns onto the road.
  • the truck transmits traffic information about its speed and its planned route to the communication interface 201 of the vehicle 300 via a communication interface 405 .
  • the traffic light 401 transmits traffic information to the vehicle 300 via a communication interface 407 for a period in which the predefined switching state remains active.
  • the traffic light 401 and the truck 403 expand a data horizon of the vehicle 300, ie an area in which traffic information is available, beyond a range of sensors of the vehicle 300.
  • the truck 403 can act as a communication node by means of the communication interface 405 and forward traffic information from the traffic light 401 to the vehicle 300 .
  • the control unit 205 of the vehicle 300 is configured to compare the traffic information transmitted by the truck 403 and the traffic light 401 with route information specified by a route planning system of the vehicle 300 .
  • the comparison shows that the speed of the truck 403 prevents the traffic light 401 from being passed in the predetermined switching state. Accordingly, the traffic information controls the Vehicle 300 prevented according to the main control strategy, so that an alternative control strategy is required.
  • the truck 403 Since the truck 403 causes an unavoidable loss of time when driving at the speed of the truck 403 and when waiting in front of the traffic lights 401, it is irrelevant for a travel time that is necessary to travel the route specified by the route system of the vehicle 300, whether the vehicle 300 arrives at the traffic light 401 or a corresponding stopping point at a speed provided according to the main strategy or more slowly.
  • control unit 205 switches to an auxiliary control strategy, according to which vehicle 300 is operated in an energy-optimized manner. Accordingly, vehicle 300 switches to coasting mode or motor towing mode, in which no drive energy is consumed to drive vehicle 300 and vehicle 300 merely catches up with truck 403 through kinetic energy already stored in vehicle 300 and to a stopping point in front of the Traffic light 401 rolling.

Abstract

Die vorgestellte Erfindung betrifft ein Verfahren (100) zum energieoptimierten Betrieb eines Fahrzeugs (300). Das Verfahren (100) umfasst einen Ermittlungsschritt (101) zum Ermitteln einer Hauptsteuerungsstrategie mit Haupthandlungsanweisungen zum Steuern des Fahrzeugs (300) anhand von Routeninformationen einer vorgegebenen Route und einen Umschaltschritt (103) zum Umschalten von der Hauptsteuerungsstrategie auf eine Nebensteuerungsstrategie für den Fall, dass von dem Fahrzeug (300) Verkehrsinformationen von mindestens einer Verkehrsinformationsquelle (401, 403) empfangen werden, und ein Vergleich der Verkehrsinformationen mit den Routeninformationen durchgeführt wird, und der Vergleich ergibt, dass eine Steuerung des Fahrzeugs (300) gemäß der Hauptsteuerungsstrategie verhindert ist, wobei die Nebensteuerungsstrategie Nebenhandlungsanweisungen zum Steuern des Fahrzeugs (300) mit einem optimalen Energieverbrauch umfasst, die unter Einbeziehung der Verkehrsinformationen ermittelt werden.

Description

Beschreibung
Verfahren und Kontrollsystem zum energieoptimierten Betrieb eines Fahrzeugs
Die vorgestellte Erfindung betrifft ein Verfahren und ein Kontrollsystem zum energieoptimierten Betrieb eines Fahrzeugs sowie ein Fahrzeug.
Zum Betrieb eines Fahrzeugs werden in der Regel Steuerungsinformationen, wie bspw. Routeninformationen oder Kontrollbefehle zum Kontrollieren von Systemen des Fahrzeugs bereitgestellt, die gemäß einer übergeordneten Handlungsstrategie gewählt werden. Eine solche Handlungsstrategie folgt in der Regel mindestens einem Ziel, wie bspw. eine Fahrtzeit und/oder einen Energieverbrauch zu minimieren.
Unter Vorgabe jeweiliger Ziele und deren Gewichtung kann eine Handlungsstrategie automatisch bestimmt und zum Ermitteln von Handlungsanweisungen verwendet werden. Derartige Handlungsanweisungen können einem Fahrer über eine Ausgabeeinheit ausgegeben werden, um diesen beim Steuern eins Fahrzeugs zu unterstützen. Zusätzlich oder alternativ können Handlungsanweisungen in Kontrollbefehle zum Kontrollieren von Systemen des Fahrzeugs, wie bspw. einer Geschwindigkeitsregelanlage, umgewandelt werden.
Aufgrund von Schwankungen im Verkehrsaufkommen durch bspw. besonders langsam fahrende Fahrzeuge oder schaltende Verkehrsregelanlagen kann es zu Situationen kommen, in denen eine Handlungsstrategie ineffizient wird und ein Fahrzeug suboptimal betrieben wird. Bspw. ist ein Auffahren auf ein Stauende unter Verwendung von Antriebsenergie weder zeitlich noch energetisch sinnvoll, würde jedoch von einem lediglich sensorgestützten Abstandsregelsystem in der Regel durchgeführt werden.
Ferner ergeben sich bei einer Vorgabe unterschiedlicher Ziele, wie bspw. Fahrtzeitminimierung und Kraftstoffoptimierung, Zielkonflikte, die zu einem für jeweilig einzelne Ziele suboptimalen Kompromiss führen können.
Die DE 11 2012 001 799 B4 beschreibt ein System zum Vorgeben einer Geschwindigkeit, die erforderlich ist, um eine Kreuzung in einer Grünphase einer Ampel zu überqueren, bei dem ein Zustand der Ampel ausgewertet und beim Ermitteln der Geschwindigkeit berücksichtigt wird. Die DE 102017 218222 A1 beschreibt ein System zum Bestimmen eines Haltepunks für ein Fahrzeug an einer Infrastruktureinrichtung, wie bspw. einer Ampel und die Berücksichtigung von Informationen zu einem individuellen Fahrverhalten, Umfelddaten und Daten der Infrastruktureinrichtung beim Bestimmen des Haltepunkts.
Die DE 102009 021 476 A1 beschreibt ein System zur automatischen Längsführung eines Fahrzeugs, bei dem Abstände zu einer Vielzahl vorausfahrender Fahrzeuge ermittelt und beim Führen des Fahrzeugs berücksichtigt werden.
Vor diesem Hintergrund ist es eine Aufgabe der vorgestellten Erfindung, einen energieoptimierten Betrieb eines Fahrzeugs zu ermöglichen. Insbesondere ist es eine Aufgabe der vorgestellten Erfindung, einen fahrtzeitoptimierten und energieoptimierten Betrieb eines Fahrzeugs zu ermöglichen.
Die voranstehende Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche. Weitere Merkmale und Details der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen. Dabei gelten Merkmale und Details, die im Zusammenhang mit dem Verfahren, dem Kontra II system und dem Fahrzeug beschrieben sind, selbstverständlich auch jeweils umgekehrt, sodass bezüglich der Offenbarung zu den einzelnen Erfindungsaspekten stets wechselseitig Bezug genommen wird beziehungsweise Bezug genommen werden kann.
In einem ersten Aspekt betrifft die vorgestellte Erfindung ein Verfahren zum energieoptimierten Betrieb eines Fahrzeugs. Das Verfahren umfasst einen Ermittlungsschritt zum Ermitteln einer Hauptsteuerungsstrategie mit Haupthandlungsanweisungen zum Steuern des Fahrzeugs anhand von Routeninformationen einer vorgegebenen Route und einen Umschaltschritt zum Umschalten von der Hauptsteuerungsstrategie auf eine Nebensteuerungsstrategie für den Fall, dass von dem Fahrzeug Verkehrsinformationen von mindestens einer Verkehrsinformationsquelle empfangen werden, und ein Vergleich der Verkehrsinformationen mit den Routeninformationen durchgeführt wird, und der Vergleich ergibt, dass eine Steuerung des Fahrzeugs gemäß der Hauptsteuerungsstrategie gestört bzw. verhindert ist, wobei die Nebensteuerungsstrategie Nebenhandlungsanweisungen zum Steuern des Fahrzeugs mit einem optimalen Energieverbrauch umfasst, die unter Einbeziehung der Verkehrsinformationen ermittelt werden.
Unter einer Verkehrsinformationsquelle ist im Kontext der vorgestellten Erfindung eine Informationsquelle zu verstehen, die Informationen über eine aktuelle Verkehrslage bereitstellt, insbesondere selbst an einer Verkehrssituation teilnimmt bzw. einen aktuellen Verkehr regelt. Eine Verkehrsinformationsquelle kann bspw. ein Fahrzeug sein, das über eine sogenannte „Car-to-X“ Schnittstelle Informationen über seine aktuelle Verkehrssituation, wie bspw. seine aktuelle Geschwindigkeit und/oder einen aktuellen Abstand zwischen dem Fahrzeug und weiteren Fahrzeugen und/oder einen aktuellen Abstand zwischen dem Fahrzeug und mindestens einem Verkehrsinfrastrukturelement, insbesondere einer Ampel, bereitstellt. Anhand von durch eine Verkehrsinformationsquelle bereitgestellten Informationen in Relation zu entsprechenden Informationen des Fahrzeugs, wie bspw. seiner aktuellen Geschwindigkeit und/oder seiner aktuellen Position, kann das Fahrzeug den aktuellen Abstand zu einer jeweiligen Verkehrsinformationsquelle berechnen. Insbesondere kann eine Verkehrsinformationsquelle eine Ampel sein, die einen Taktungsplan, also Zeitinformationen über eine aktuelle und in der Zukunft geplante Ampelphasen, bereitstellt.
Es kann vorgesehen sein, dass Verkehrsinformationen, die von einer Verkehrsinformationsquelle bereitgestellt werden, von der Verkehrsinformationsquelle auf einen Server übertragen werden und von dem Server, der selbst als Verkehrsinformationsquelle wirken kann, an ein weiteres System, wie bspw. das erfindungsgemäße Fahrzeug, übertragen werden.
Unter Verkehrsinformationen sind im Kontext der vorgestellten Erfindung Informationen über eine aktuelle und/oder eine in der Zukunft zu erwartende Verkehrslage zu verstehen. Insbesondere können Verkehrsinformationen Daten zu Fahrzeugen und/oder Infrastrukturelementen bzw. deren Zustand auf einer geplanten Route umfassen.
Unter einer Störung einer Hauptsteuerungsstrategie bzw. einer gestörten Hauptsteuerungsstrategie ist im Kontext der vorgestellten Erfindung ein Zustand zu verstehen, bei dem eine gemäß einer Hauptsteuerungsstrategie geplante Haupthandlungsanweisung nicht durchgeführt werden kann, sodass die Hauptsteuerungsstrategie angepasst werden muss.
Das vorgestellte Verfahren basiert auf einem Umschaltvorgang von einer Hauptsteuerungsstrategie, die bspw. für eine minimale Fahrtdauer optimiert ist, auf eine Nebensteuerungsstrategie, die für einen optimalen bzw. minimalen Energieverbrauch optimiert ist. Dabei erfolgt der Umschaltvorgang dann, wenn ein Vergleich von empfangenen Verkehrsinformationen mit vorgegebenen Routeninformationen durchgeführt wird und dieser Vergleich ergibt, dass ein Steuern eines Fahrzeugs gemäß der Hauptsteuerungsstrategie gestört ist. Dies bedeutet, dass dann, wenn eine Hauptsteuerungsstrategie angepasst werden muss bzw. Haupthandlungsanweisungen der Hauptsteuerungsstrategie aufgrund der empfangenen Verkehrsinformationen nicht so wie gemäß der Hauptsteuerungsstrategie vorgesehen umgesetzt werden können, auf eine Nebensteuerungsstrategie umgeschaltet wird, die Nebenhandlungsanweisungen umfasst, die auf einen Betrieb des Fahrzeugs mit einem optimierten Energieverbrauch, insbesondere einem minimalen Energieverbrauch ausgerichtet ist.
Erfindungsgemäß wird die Nebensteuerungsstrategie unter Einbeziehung von Verkehrsinformationen ermittelt, die von einer Verkehrsinformationsquelle bereitgestellt werden bzw. wurden. Entsprechend wird die Nebensteuerungsstrategie dynamisch bzw. situationsabhängig ermittelt. Dies bedeutet, dass die Nebensteuerungsstrategie eine aktuelle und/oder eine zu erwartende Verkehrslage beim Ermitteln jeweiliger Nebenhandlungsanweisungen berücksichtigt und bspw. vorsieht, ein jeweiliges Fahrzeug beim Auffahren auf ein Stauende unter Verwendung einer in dem Fahrzeug gespeicherten kinetischen Energie ausrollen zu lassen, anstatt, wie bspw. gemäß einer Hauptsteuerungsstrategie vorgesehen, das Fahrzeug unter Verbrauch von Antriebsenergie sich dem Stauende nähern zu lassen und anschließend, bei Unterschreiten eines Mindestabstands zu dem Stauende, aktiv abzubremsen.
Insbesondere ist der erfindungsgemäß vorgesehene Umschaltvorgang in Situationen vorgesehen, in denen durch eine Hauptsteuerungsstrategie kein zeitlicher Mehrwert entsteht und durch eine Nebensteuerungsstrategie ein energetischer Mehrwert entsteht, also ein Einsparen von Energie erfolgt. Insbesondere kann die Nebensteuerungsstrategie ein Ausrollen, wie bspw. ein Schalten eines Getriebes in einen Leerlauf bzw. einen sogenannten „Motorschleppbetrieb“ umfassen.
Insbesondere kann für den erfindungsgemäß vorgesehenen Umschaltvorgang bei einem Empfang aktualisierter Verkehrsinformationen überprüft werden, ob eine Anpassung von Haupthandlungsanweisungen in Reaktion auf die aktualisierten Verkehrsinformationen erforderlich ist, und, wenn eine Anpassung von Haupthandlungsanweisungen erforderlich ist, ein Betrieb des Fahrzeugs gemäß einer Nebensteuerungsstrategie mit einem optimalen bzw. minimalen Energieverbrauch erfolgen kann, ohne dass es zu einem zusätzlichen Zeitaufwand auf einer Gesamtroute kommt. Für den Fall, dass ein Betrieb des Fahrzeugs gemäß einer Nebensteuerungsstrategie mit einem optimalen bzw. minimalen Energieverbrauch erfolgen kann, ohne dass es zu einem zusätzlichen Zeitaufwand auf einer Gesamtroute kommt, kann ein Umschalten auf die Nebensteuerungsstrategie vorgesehen sein.
Es kann vorgesehen sein, dass die Nebensteuerungsstrategie Nebenhandlungsanweisungen umfasst, die bewirken, dass ein Antrieb des Fahrzeugs so lange wie möglich deaktiviert wird, und die Hauptstrategie Haupthandlungsanweisungen umfasst, die bewirken, dass eine Fahrtzeit für die Route minimiert wird. Mittels Handlungsanweisungen, die bewirken, dass ein Antrieb des Fahrzeugs so lange wie möglich deaktiviert wird, kann ein minimaler Energieverbrauch des Fahrzeugs erreicht werden, indem bspw. das Fahrzeug mittels einer in dem Fahrzeug gespeicherten kinetischen Energie ausrollt. Insbesondere für den Fall, dass Verkehrsinformationen bereitgestellt werden, die umfassen, dass eine vorausliegende Ampel auf eine Rotphase schaltet bzw. die Ampel gemäß der Hauptsteuerungsstrategie nicht mehr regelkonform passiert werden kann, ermöglicht ein Deaktivieren eines Antriebs ein energieeffizientes Ausrollen bis zu einem Haltepunkt vor der Ampel. Bspw. kann die Deaktivierung des Antriebs ein Abschalten eines Elektroantriebs und/oder ein Schalten einer Brennkraftmaschine in einen Standgasbetrieb umfassen.
Es kann weiterhin vorgesehen sein, dass gemäß der Hauptsteuerungsstrategie die Haupthandlungsanweisungen derart gewählt werden, dass das Fahrzeug einen ausgewählten Routenabschnitt in einem durch Verkehrsinformationen eines Verkehrsleitsystems bedingten Zeitraum befährt, und in Reaktion auf von mindestens einer Verkehrsinformationsquelle übermittelte Verkehrsinformationen, von der Hauptsteuerungsstrategie auf die Nebensteuerungsstrategie umgeschaltet wird, wenn der ausgewählte Routenabschnitt aufgrund der durch die mindestens eine Verkehrsinformationsquelle übermittelten Verkehrsinformationen nicht in dem durch die Verkehrsinformationen des Verkehrsleitsystems bedingten Zeitraum befahren werden kann.
Insbesondere beim Befahren einer Route vor einem schaltbaren Verkehrsleitsystem, wie bspw. einer Ampel, kann es zu Situationen kommen, in denen Haupthandlungsanweisungen nicht umgesetzt werden können, da das Verkehrsleitsystem seinen Zustand ändert und/oder weitere Fahrzeuge, wie bspw. ausrollende Fahrzeuge, einen Betrieb gemäß der Haupthandlungsanweisungen verhindern. Um in einer derartigen Situation einen energetisch optimalen Betrieb zu ermöglichen, eignet sich ein Umschalten auf die Nebensteuerungsstrategie für den Fall, dass die Route vor dem Verkehrsleitsystem nicht in einem durch Verkehrsinformationen des Verkehrsleitsystems bedingten Zeitraum, wie bspw. in einer Grünphase und/oder einer Gelbphase, befahren werden kann.
Es kann weiterhin vorgesehen sein, dass die Nebensteuerungsstrategie Nebenhandlungsanweisungen umfasst, die bewirken, dass das Fahrzeug während die Nebensteuerungsstrategie aktiviert ist, bei einem minimalen Energieverbrauch so lange wie möglich mit einer Geschwindigkeit fährt, die größer ist als eine vorgegebene Mindestgeschwindigkeit. llm insbesondere beim Ausrollen eines Fahrzeugs eine Verkehrssicherheit auf einer jeweiligen Route nicht zu gefährden, kann eine Mindestgeschwindigkeit vorgesehen sein, die bspw. beim Deaktivieren eines Antriebs des Fahrzeugs nicht unterschritten werden darf. Entsprechend kann ein Zeitpunkt zum Deaktivieren des Antriebs derart gewählt werden, dass eine in dem Fahrzeug gespeicherte kinetische Energie für eine Bewegung des Fahrzeugs mit einer Geschwindigkeit größer der Mindestgeschwindigkeit bis zu einem Haltepunkt reicht, oder der Antrieb zumindest zeitweise in einen energetisch effizienten Betrieb zum Bereitstellen von Antriebsenergie geschaltet wird, um ein Unterschreiten der Mindestgeschwindigkeit zu vermeiden.
Es kann weiterhin vorgesehen sein, dass die Nebensteuerungsstrategie Nebenhandlungsanweisungen umfasst, die bewirken, dass das Fahrzeug während die Nebensteuerungsstrategie aktiviert ist bei einer maximalen Energierückgewinnung so lange wie möglich mit einer Geschwindigkeit fährt, die größer ist als eine vorgegebene Mindestgeschwindigkeit.
Für den Fall, dass ein jeweiliges Fahrzeug eine Elektromaschine umfasst, kann diese für einen energetisch optimierten Betrieb als Nebensteuerungsstrategie in einen Rekuperationsbetrieb, d. h. einen Betrieb mit Energierückgewinnung, geschaltet werden, bei dem in dem Fahrzeug gespeicherte kinetische Energie in elektrische Energie umgewandelt und in einer Batterie gespeichert wird. Dabei kann ein Zeitpunkt, zu dem der Rekuperationsbetrieb aktiviert wird, derart gewählt werden, dass eine in dem Fahrzeug gespeicherte kinetische Energie für eine Bewegung des Fahrzeugs mit einer Geschwindigkeit größer der Mindestgeschwindigkeit bis zu einem Haltepunkt reicht, oder der Rekuperationsbetrieb zumindest zeitweise deaktiviert wird, um ein Unterschreiten der Mindestgeschwindigkeit zu vermeiden.
Es kann weiterhin vorgesehen sein, dass die Nebensteuerungsstrategie Nebenhandlungsanweisungen umfasst, die bewirken, dass das Fahrzeug mit einem minimalen Energieverbrauch zu einem nächstkommenden Verkehrsteilnehmer aufschließt.
Für den Fall, dass ein Verkehrsteilnehmer aufgrund bspw. einer niedrigen Geschwindigkeit, einen Umschaltvorgang zu der erfindungsgemäß vorgesehenen Nebensteuerungsstrategie bedingt, kann ein Aufschließen zu dem Verkehrsteilnehmer mit minimalem Energieverbrauch erfolgen, in dem ein jeweiliges Fahrzeug bspw. in einen Rollbetrieb geschaltet wird, bis das Fahrzeug einen vorgegebenen Abstand zu dem Verkehrsteilnehmer erreicht. Es kann weiterhin vorgesehen sein, dass die Haupthandlungsanweisungen oder die Nebenhandlungsanweisungen einem Fahrer auf einer Ausgabeeinheit ausgegeben oder von einem Steuerungssystem in dem Fahrzeug eingestellt werden.
Mittels einer Ausgabeeinheit, wie bspw. einem Display und/oder einem Lautsprecher, kann ein Fahrer durch Ausgabe jeweiliger Haupthandlungsanweisungen oder Nebenhandlungsanweisungen unterstützt werden, sodass der Fahrer ein entsprechendes Fahrzeug energieoptimiert steuern kann.
Durch ein Steuerungssystem können jeweilige Haupthandlungsanweisungen oder Nebenhandlungsanweisungen direkt als Kontrollbefehle zur Kontrolle, also zum Regeln bzw. Steuern eines jeweiligen Fahrzeugs verwendet werden.
Es kann weiterhin vorgesehen sein, dass die Nebensteuerungsstrategie deaktiviert und die Hauptsteuerungsstrategie reaktiviert wird, wenn ein Steuern des Fahrzeugs gemäß der Hauptsteuerungsstrategie oder einer alternativen Hauptsteuerungsstrategie möglich ist.
Insbesondere kann vorgesehen sein, dass die erfindungsgemäß vorgesehene Nebensteuerungsstrategie deaktiviert wird, wenn eine Hauptsteuerungsstrategie vorliegt, die einen zeitlichen Vorteil, also eine Zeitersparnis auf einer Gesamtroute ermöglicht. Dabei kann ein Schwellenwert für eine Zeitersparnis vorgesehen sein, die zu einer Deaktivierung der Nebensteuerungsstrategie führt.
In einem zweiten Aspekt betrifft die vorgestellte Erfindung, ein Kontra II system für ein Fahrzeug. Das Steuerungssystem umfasst eine Kommunikationsschnittstelle zur Kommunikation mit mindestens einer Verkehrsinformationsquelle und eine Kontrolleinheit, die dazu konfiguriert ist, eine mögliche Ausgestaltung des vorgestellten Verfahrens durchzuführen.
Die Kontrolleinheit des vorgestellten Steuerungssystems kann einen Prozessor, einen ASIC oder jede weitere programmierbare Recheneinheit umfassen, um jeweilige Schritte des vorgestellten Verfahrens auszuführen.
Das Kontrollsystem kann eine Ausgabeeinheit, wie bspw. eine Anzeige und/oder einen Lautsprecher umfassen, die dazu konfiguriert ist, jeweilige Haupthandlungsanweisungen oder jeweilige Nebenhandlungsanweisungen auszugeben.
Die Kontrolleinheit kann dazu konfiguriert sein, mit Systemen eines jeweiligen Fahrzeugs, wie bspw. einem Lenkaktuator und/oder einer Antriebssteuerung zu kommunizieren, um das Fahrzeug gemäß jeweiliger Haupthandlungsanweisungen oder jeweiliger Nebenhandlungsanweisungen einzustellen.
In einem dritten Aspekt betrifft die vorgestellte Erfindung ein Fahrzeug mit einer möglichen Ausgestaltung des vorgestellten Steuerungssystems.
Weitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Figurenbeschreibung. Sämtliche aus den Ansprüchen, der Beschreibung oder den Figuren hervorgehenden Merkmale, einschließlich konstruktiver Einzelheiten und räumlichen Anordnungen, können sowohl für sich als auch in den verschiedenen Kombinationen verwendet sein. Es zeigen schematisch:
Figur 1 eine mögliche Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens,
Figur 2 eine mögliche Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Kontrollsystems,
Figur 3 eine mögliche Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Fahrzeugs, und
Figur 4a, 4b beispielhaft einen Ablauf des Verfahrens.
In Figur 1 ist ein Verfahren 100 dargestellt. Das Verfahren 100 dient zum energieoptimierten Betrieb eines Fahrzeugs und umfasst einen Ermittlungsschritt 101 zum Ermitteln einer Hauptsteuerungsstrategie mit Haupthandlungsanweisungen zum Steuern des Fahrzeugs anhand von Routeninformationen einer vorgegebenen Route und einen Umschaltschritt 103 zum Umschalten von der Hauptsteuerungsstrategie auf eine Nebensteuerungsstrategie für den Fall, dass von dem Fahrzeug Verkehrsinformationen von mindestens einer Verkehrsinformationsquelle empfangen werden, und ein Vergleich der Verkehrsinformationen mit den Routeninformationen durchgeführt wird, und der Vergleich ergibt, dass eine Steuerung des Fahrzeugs gemäß der Hauptsteuerungsstrategie gestört bzw. verhindert ist, wobei die Nebensteuerungsstrategie Nebenhandlungsanweisungen zum Steuern des Fahrzeugs mit einem optimalen Energieverbrauch umfasst, die unter Einbeziehung der Verkehrsinformationen ermittelt werden.
In Figur 2 ist ein Kontrollsystem 200 dargestellt. Das Kontrollsystem 200 umfasst eine Kommunikationsschnittstelle 201 zur Kommunikation mit mindestens einer Verkehrsinformationsquelle 203, wie bspw. einer Ampel oder einem Server eines Verkehrsleitsystems, und eine Kontrolleinheit 205, die dazu konfiguriert ist, eine mögliche Ausgestaltung des vorgestellten Verfahrens, wie bspw. das Verfahren 100 durchzuführen und Haupthandlungsanweisungen oder Nebenhandlungsanweisungen über eine optionale Ausgabeeinheit 207 auszugeben oder an einem Steuerungssystem einzustellen.
In Figur 3 ist ein Fahrzeug 300 dargestellt. Das Fahrzeug 300 umfasst das Kontrollsystem 200. Das Kontrollsystem ist mit Subsystemen 301 des Fahrzeugs, wie bspw. einem Lenkaktuator oder einem Geschwindigkeitskontrollsystem verbunden, um dieses zu regeln bzw. zu steuern.
In den Figuren 4a und 4b ist ein Ablauf des Verfahrens 100 beispielhaft dargestellt. Zu einem ersten Zeitpunkt t1 ist ein Fahrzeug 300 in einen Standardbetrieb mit einer Hauptsteuerungsstrategie geschaltet. Gemäß der Hauptsteuerungsstrategie fährt das Fahrzeug 300 mit einer vorgegebenen Geschwindigkeit von bspw. 50 km/h auf einer vorgegebenen Route entlang einer Straße, um einen Verkehrsteilnehmer in Form eines Verkehrsleitsystems, insbesondere einer Ampel 401 in einem vorgegebenen Schaltzustand, nämlich einer Grünphase, zu passieren.
Zu einem zweiten Zeitpunkt t2 biegt ein langsam fahrender Verkehrsteilnehmer in Form eines Lastkraftwagen 403, der sich bspw. mit einer Geschwindigkeit von 30 km/h bewegt, auf die Straße ein.
Über eine Kommunikationsschnittstelle 405 übermittelt der Lastkraftwagen der Kommunikationsschnittstelle 201 des Fahrzeugs 300 Verkehrsinformationen über seine Geschwindigkeit und seine geplante Route.
Ferner übermittelt dem Fahrzeug 300 die Ampel 401 über eine Kommunikationsschnittstelle 407 dem Fahrzeug Verkehrsinformationen über eine Dauer, in der der vorgegebene Schaltzustand aktiv bleibt. Entsprechend erweitern die Ampel 401 und der Lastkraftwagen 403 einen Datenhorizont des Fahrzeugs 300, also einen Bereich, in dem Verkehrsinformationen verfügbar sind, über eine Reichweite von Sensoren des Fahrzeugs 300 hinaus. Alternativ oder zusätzlich kann der Lastkraftwagen 403 mittels der Kommunikationsschnittstelle 405 als Kommunikationsknoten wirken und dem Fahrzeug 300 Verkehrsinformationen von der Ampel 401 weiterleiten.
Die Kontrolleinheit 205 des Fahrzeugs 300 ist dazu konfiguriert, die von dem Lastkraftwagen 403 und der Ampel 401 übermittelten Verkehrsinformationen mit von einem Routenplanungssystem des Fahrzeugs 300 vorgegebenen Routeninformationen abzugleichen. Bei dem Abgleich ergibt sich vorliegend, dass aufgrund der Geschwindigkeit des Lastkraftwagens 403 ein Passieren der Ampel 401 in dem vorgegebenen Schaltzustand verhindert wird. Entsprechend wird durch die Verkehrsinformationen eine Steuerung des Fahrzeugs 300 gemäß der Hauptsteuerungsstrategie verhindert, sodass eine alternative Steuerungsstrategie erforderlich wird.
Da durch den Lastkraftwagen 403 ein nicht zu verhindernder Zeitverlust beim Fahren mit der Geschwindigkeit des Lastkraftwagens 403 und beim Warten vor der Ampel 401 eintritt, ist es für eine Fahrtzeit, die zum Befahren der durch das Routenplanungssystem des Fahrzeugs 300 vorgegebenen Route nötig ist, unerheblich, ob das Fahrzeug 300 mit einer gemäß der Hauptstrategie vorgesehenen Geschwindigkeit oder langsamer an der Ampel 401 bzw. einem entsprechenden Haltepunkt ankommt.
Aufgrund der durch den Lastkraftwagen 403 verhinderten Hauptsteuerungsstrategie schaltet die Kontrolleinheit 205 auf eine Nebensteuerungsstrategie um, gemäß der das Fahrzeug 300 energieoptimiert betrieben wird. Entsprechend schaltet das Fahrzeug 300 in einen Rollbetrieb bzw. einen Motorschleppbetrieb, in dem keine Antriebsenergie zum Antreiben des Fahrzeugs 300 verbraucht wird und das Fahrzeug 300 lediglich durch in dem Fahrzeug 300 bereits gespeicherte kinetische Energie auf den Lastkraftwagen 403 aufschließt und bis zu einem Haltepunkt vor der Ampel 401 rollt.
Nachdem die Ampel 401 zu einem dritten Zeitpunkt t3 erneut in eine Grünphase schaltet, ist ein Standardbetrieb gemäß der Hauptsteuerungsstrategie wieder möglich und die Kontrolleinheit 205 schaltet von der Nebensteuerungsstrategie auf die Hauptsteuerungsstrategie um.
Bezugszeichenliste Verfahren Ermittlungsschritt Umschaltschritt Kontrollsystem Kommunikationsschnittstelle Verkehrsinformationsquelle Kontrolleinheit Ausgabeeinheit Fahrzeug Subsystem Ampel Lastkraftwagen Kommunikationsschnittstelle Kommunikationsschnittstelle

Claims

Patentansprüche Verfahren (100) zum energieoptimierten Betrieb eines Fahrzeugs (300), wobei das Verfahren (100) umfasst:
Ermitteln (101) einer Hauptsteuerungsstrategie mit Haupthandlungsanweisungen zum Steuern des Fahrzeugs (300) anhand von Routeninformationen einer vorgegebenen Route,
Umschalten (103) von der Hauptsteuerungsstrategie auf eine Nebensteuerungsstrategie für den Fall, dass von dem Fahrzeug (300) Verkehrsinformationen von mindestens einer Verkehrsinformationsquelle (401 , 403) empfangen werden, und ein Vergleich der Verkehrsinformationen mit den Routeninformationen durchgeführt wird, und der Vergleich ergibt, dass eine Steuerung des Fahrzeugs (300) gemäß der Hauptsteuerungsstrategie verhindert ist, wobei die Nebensteuerungsstrategie Nebenhandlungsanweisungen zum Steuern des Fahrzeugs (300) mit einem optimalen Energieverbrauch umfasst, die unter Einbeziehung der Verkehrsinformationen ermittelt werden. Verfahren (100) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Nebensteuerungsstrategie Nebenhandlungsanweisungen umfasst, die bewirken, dass ein Antrieb des Fahrzeugs (300) so lange wie möglich deaktiviert wird, und die Hauptstrategie Haupthandlungsanweisungen umfasst, die bewirken, dass eine Fahrtzeit für die Route minimiert wird. Verfahren (100) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass gemäß der Hauptsteuerungsstrategie die Haupthandlungsanweisungen derart gewählt werden, dass das Fahrzeug (300) einen ausgewählten Routenabschnitt in einem durch Verkehrsinformationen eines Verkehrsleitsystems (401) bedingten Zeitraum befährt, und in Reaktion auf von mindestens einer Verkehrsinformationsquelle (403) übermittelte Verkehrsinformationen, von der Hauptsteuerungsstrategie auf die Nebensteuerungsstrategie umgeschaltet wird, wenn der ausgewählte Routenabschnitt aufgrund der durch die mindestens eine Verkehrsinformationsquelle (403) übermittelten Verkehrsinformationen nicht in dem durch die Verkehrsinformationen des
Verkehrsleitsystems (401) bedingten Zeitraum befahren werden kann. Verfahren (100) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Nebensteuerungsstrategie Nebenhandlungsanweisungen umfasst, die bewirken, dass das Fahrzeug (300) während die Nebensteuerungsstrategie aktiviert ist, bei einem minimalen Energieverbrauch so lange wie möglich mit einer Geschwindigkeit fährt, die größer ist als eine vorgegebene Mindestgeschwindigkeit. Verfahren (100) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Nebensteuerungsstrategie Nebenhandlungsanweisungen umfasst, die bewirken, dass das Fahrzeug (300) während die Nebensteuerungsstrategie aktiviert ist bei einer maximalen Energierückgewinnung so lange wie möglich mit einer Geschwindigkeit fährt, die größer ist als eine vorgegebene Mindestgeschwindigkeit. Verfahren (100) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Nebensteuerungsstrategie Nebenhandlungsanweisungen umfasst, die bewirken, dass das Fahrzeug (300) mit einem minimalen Energieverbrauch zu einem nächstkommenden Verkehrsteilnehmer aufschließt. Verfahren (100) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Haupthandlungsanweisungen oder die Nebenhandlungsanweisungen einem Fahrer auf einer Ausgabeeinheit (207) ausgegeben oder von einem Steuerungssystem in dem Fahrzeug (300) eingestellt werden. Verfahren (100) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Nebensteuerungsstrategie deaktiviert und die Hauptsteuerungsstrategie reaktiviert wird, wenn ein Steuern des Fahrzeugs (300) gemäß der Hauptsteuerungsstrategie oder einer alternativen Hauptsteuerungsstrategie möglich ist. Kontrollsystem (200) für ein Fahrzeug (300), wobei das Steuerungssystem (200) umfasst: eine Kommunikationsschnittstelle (201) zur Kommunikation mit mindestens einer
Verkehrsinformationsquelle (401 , 403), eine Kontrolleinheit (205), wobei die Kontrolleinheit (205) dazu konfiguriert ist ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8 durchzuführen. Fahrzeug (300) mit einem Kontrollsystem (200) nach Anspruch 9.
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