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Aus
dem Sachbuch „Vieweg-Handbuch Kraftfahrzeugtechnik",
von Braess und Seiffert, Vieweg-Verlag, 4. Auflage, Seite 126 und
127 sind Hybridantriebe in Kraftfahrzeugen offenbart, die
mindestens zwei Energiewandler umfassen. Die zwei Energiewandler
sind beispielsweise als Verbrennungsmotor und Elektromotor ausgebildet,
die unterschiedlich zusammenarbeiten können. So können
diese beispielsweise parallel die Räder des Kraftfahrzeugs
antreiben, so z. B. verbrennungsmotorisch und/oder elektrisch. Ferner
können die Energiewandler seriell angeordnet sein, wobei
der Antrieb der Räder rein elektrisch erfolgt und die dazu
benötigte Energie von dem Verbrennungsmotor in Verbindung
mit einem Generator erzeugt wird.
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Die
Aufgabe, die der Erfindung zugrunde liegt, ist es, ein Verfahren
und eine Vorrichtung zum Betreiben eines Kraftfahrzeugs anzugeben,
das bzw. die einen besonders effizienten Betrieb des Kraftfahrzeugs
ermöglicht.
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Die
Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale der unabhängigen
Patentansprüche. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung
sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
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Die
Erfindung zeichnet sich aus, durch ein Verfahren und eine korrespondierende
Vorrichtung zum Betreiben eines Kraftfahrzeugs, bei dem eine Betriebsstrategie
für das Kraftfahrzeug vorgegeben wird. Die Betriebsstrategie
ermöglicht einen vorgegebenen Betrieb des Kraftfahrzeugs.
Dabei werden Werte zumindest einer ersten Betriebsgröße
des vorgegebenen Betriebs und/oder Werte zumindest einer Zusatzgröße,
die unabhängig ist von dem vorgegebenen Betrieb, erfasst.
Abhängig von den Werten der zumindest einen ersten Betriebsgröße
und/oder den Werten der zumindest einen Zusatzgröße
wird zumindest ein Schätzwert ermittelt, der repräsentativ
ist für mindestens einen zu erwartenden Wert der zumindest
einen ersten Betriebsgröße oder zumindest einer
zweiten Betriebsgröße des vorgegebenen Betriebs.
Abhängig von den erfassten Werten der zumindest einen ersten
Betriebsgröße und/oder den erfassten Werten der
zumindest einen Zusatzgröße und/oder dem ermittelten
zumindest einen Schätzwert wird zumindest ein Prognosewert
ermittelt, der repräsentativ ist für einen zu
erwartenden Betriebszustand des Kraftfahrzeugs. Der ermittelte zumindest eine
Prognosewert wird mit zumindest einem vorgegebenen Vergleichswert,
der repräsentativ ist für zumindest einen vorgegebenen
Betriebszustand des Kraftfahrzeugs, verglichen. Abhängig
von einem Ergebnis des Vergleichs und abhängig von dem
zumindest einen Schätzwert wird die Betriebsstrategie derart
eingestellt, dass das Kraftfahrzeug im Sinne eines Vermeidens des
zumindest einen vorgegebenen Betriebszustandes betrieben wird. Eine
derart eingestellte Betriebsstrategie ermöglicht einen
besonders effizienten Betrieb des Kraftfahrzeugs. Die zumindest eine
erste oder zweite Betriebsgröße sind dem vorgegebenen
Betrieb zugeordnet und repräsentieren beispielsweise einen
Ladezustand eines Energiespeichers des Kraftfahrzeugs und/oder eine
Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs und/oder ein Bremssignal des
Kraftfahrzeugs und/oder eine Drehzahl. Mittels der ersten oder zweiten
Betriebsgröße wird ein Zustand des Kraftfahrzeugs
repräsentiert. Die zumindest eine Zusatzgröße
repräsentiert beispielsweise einen Fahrstil eines Fahrers
des Kraftfahrzeugs und/oder eine Streckensteigung oder ein Streckengefälle
der gefahrenen Strecke und/oder Navigationsdaten und/oder Daten
eines Fahrerassistenzsystems. Die zumindest eine Zusatzgröße
ist somit vorzugsweise nicht dem vorgegebenen Betrieb des Kraftfahrzeugs
zugeordnet, sondern vorzugsweise unabhängig von dem vorgegebenen
Betrieb. Der Betriebszustand des Kraftfahrzeugs kann beispielsweise
einen Ladezustand des Energiespeichers und ein vorgegebener Betriebszustand
kann beispielsweise einen entladenen und/oder geladenen Ladezustand
des Energiespeichers repräsentieren. Wird ein zu erwartender
Betriebszustand ermittelt, der beispielsweise gleich dem vorgegebenen
Betriebszustand ist, so wird die Betriebsstrategie derart eingestellt,
dass der zu erwartende Betriebszustand möglichst vermieden
wird.
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In
einer vorteilhaften Ausgestaltung werden abhängig von den
erfassten Werten der zumindest einen ersten Betriebsgröße
und/oder den erfassten Werten der zumindest einen Zusatzgröße
und/oder dem zumindest einen ermittelten Schätzwert mindestens
zwei Vorhersagewerte ermittelt. Die Vorhersagewerte repräsentieren
jeweils einen zu erwartenden Betriebszustand des Kraftfahrzeugs
und sind jeweils unterschiedlichen zukünftigen Zeitintervallen
zugeordnet. Abhängig von den mindestens zwei Vorhersagewerten
wird der zumindest eine Prognosewert ermittelt. Die zumindest zwei
Vorhersagewerte repräsentieren, wie der Prognosewert, den
zu erwartenden Betriebszustand des Kraftfahrzeugs. Der Prognosewert
kann beispielsweise mittels einer Filterung der mindestens zwei
Vorhersagewerte ermittelt werden. So wird beispielsweise derjenige
Vorhersagewert dem Prognosewert zugeordnet, dessen zugeordneter
Betriebszustand am wahrscheinlichsten ist einzutreten. Somit ist
auch das zukünftige Zeitintervall bekannt, in dem der zu
erwartende Betriebszustand eintritt.
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In
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung werden die mindestens
zwei Vorhersagewerte mittels zumindest eines künstlichen
neuronalen Netzes ermittelt. Insbesondere mittels rekurrenter künstlicher neuronaler
Netze können die zu erwartenden Betriebszustände
besonders zuverlässig ermittelt werden. Dabei wird das
zumindest eine künstliche neuronale Netz derart trainiert,
dass Betriebszustände, die gleich den vorgegebenen Betriebszuständen sind,
besonders zuverlässig ermittelt werden.
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In
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung werden die mindestens
zwei Vorhersagewerte abhängig von einer Verfügbarkeit
der zumindest einen Zusatzgröße entweder mittels
eines ersten künstlichen neuronalen Netzes oder mittels
eines zweiten künstlichen neuronalen Netzes ermittelt.
Vorzugsweise ist das erste künstliche neuronale Netz abhängig von
der zumindest einen Zusatzgröße trainiert, während
das zweite künstlichen neuronalen Netz unabhängig
von der zumindest einen Zusatzgröße trainiert
ist. Dadurch ist auch bei nicht verfügbarer Zusatzgröße
eine zuverlässige Ermittlung der Vorhersagewerte gewährleistet.
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In
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung wird der Prognosewert
abhängig von einer zeitlichen Reihenfolge der mindestens
zwei Vorhersagewerte ermittelt. Dies hat den Vorteil, dass der Prognosewert besonders
zuverlässig ermittelt wird.
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In
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung weist das Kraftfahrzeug
einen Hybridantrieb mit einem ersten und einem zweiten Energiewandler
und mit zumindest einem Energiespeicher auf. Der erste Energiewandler
ist als eine elektrische Maschine ausgebildet. Dabei werden der
erste und zweite Energiewandler abhängig von der Betriebsstrategie
angesteuert. Dies hat den Vorteil, dass ein Kraftfahrzeug mit einem
Hybridantrieb besonders effizient betrieben werden kann.
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Ausführungsbeispiele
der Erfindung sind im Folgenden anhand der schematischen Zeichnungen näher
erläutert. Es zeigen:
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1 ein
Energiemanagementsystem,
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2 ein
erstes Ablaufdiagramm,
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3 ein
zweites Ablaufdiagramm,
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4 ein
zeitlicher Verlauf eines Prognosewertes.
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Elemente
gleicher Konstruktion oder Funktion sind figurenübergreifend
mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
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1 stellt
ein Energiemanagementsystem eines Kraftfahrzeugs dar. Das Energiemanagementsystem
kann als Vorrichtung zum Betreiben des Kraftfahrzeugs bezeichnet
werden. Das Kraftfahrzeug umfasst ein Hybridantriebssystem, das
zwei unterschiedliche Energiewandler aufweist, so z. B. eine Brennkraftmaschine
und eine elektrische Maschine, die parallel oder seriell auf Antriebsräder
des Kraftfahrzeugs wirken können. Eine vorgegebene Betriebsstrategie
OPS gibt einen Betrieb der beiden Energiewandler vor, um das von
einem Fahrer mittels eines Fahrpedals vorgegebene Drehmoment an
den Antriebsrädern des Kraftfahrzeugs bereitzustellen. Mittels
der Betriebsstrategie OPS kann ein verbrennungsmotorischer und/oder
ein elektrischer Betrieb des Kraftfahrzeugs vorgegeben werden. Dabei
können unterschiedliche Betriebsstrategien OPS zu demselben
von dem Fahrer vorgegebenen Drehmoment an den Antriebsrädern
führen. Die Betriebsstrategie OPS wird derart eingestellt,
dass ein Kraftstoffverbrauch der Brennkraftmaschine möglichst
minimal und somit ein Betrieb des Kraftfahrzeugs möglichst
effizient ist. Ferner ist gewährleistet, dass die von dem
Fahrer geforderte Fahrleistung bereitgestellt wird und dass das
Fahrverhalten des Kraftfahrzeugs möglichst immer gleich
und somit reproduzierbar ist.
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Das
Energiemanagementsystem (1) umfasst eine Erfassungseinheit
CU mit einer Sensoreinheit S, die ausgebildet ist, beispielsweise
einen Ladezustand eines Energiespeichers und/oder eine Geschwindigkeit
des Kraftfahrzeugs und/oder ein Bremssignal und/oder eine Drehzahl
des jeweiligen Energiewandlers zu erfassen und die erfassten Werte
als Sensordaten zur Verfügung zu stellen. Die Sensordaten
repräsentieren Betriebsgrößen S_D1 des
Kraftfahrzeugs.
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Die
Erfassungseinheit CU umfasst ferner eine Streckenermittlungseinheit
RCU, die ausgebildet ist, eine Streckensteigung oder ein Streckengefälle
zu ermitteln. Die Streckensteigung oder das Streckengefälle
kann beispielsweise abhängig von einem vorgegebenen Gewicht
des Kraftfahrzeugs und einem vorgegebenen Drehmoment zum Erreichen
einer vom Fahrer vorgegebenen Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs
auf ebener Strecke ermittelt werden. Grundsätzlich sind
auch andere Arten der Ermittlung der Streckensteigung oder des Streckengefälles
möglich.
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Des
Weiteren umfasst die Erfassungseinheit CU ein Navigationssystem
N, das ausgebildet ist, Navigationsdaten, so z. B. einen Kurvenverlauf
einer von dem Fahrer vorgegebenen Fahrstrecke und/oder Staudaten,
so z. B. TMC-Daten, zur Verfügung zu stellen. Neben dem
Navigationssystem N kann die Erfassungseinheit CU auch Daten aus
anderen Fahrerassistenzsystemen erfassen, so z. B. Abstandsdaten
zu vorausfahrenden Kraftfahrzeugen.
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Die
Erfassungseinheit CU umfasst ferner eine Fahrstilerkennungseinheit
DR, die ausgebildet ist, einen Fahrstil des Fahrers des Kraftfahrzeugs
zu ermitteln. Dabei kann beispielsweise der Fahrer abhängig
von einer ermittelten mittleren Fahrpedalstellung und/oder ermittelten
zeitlichen Änderungen der Fahrpedalstellung als sportlich, ökonomisch,
kooperativ oder unkooperativ eingestuft werden. Auch der ermittelte
Fahrstil wird in Form von Daten zur Verfügung gestellt.
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Die
von der Erfassungseinheit CU zur Verfügung gestellten Daten
der Streckenermittlungseinheit RCU, des Navigationssystems N und
der Fahrstilerkennungseinheit DR werden im Folgenden als Zusatzgrößen
S_D2 bezeichnet, da sie vorzugsweise unabhängig von dem
vorgegebenen Betrieb des Kraftfahrzeugs sind.
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Einer
Schätzeinheit EU sind eingangsseitig die Betriebsgrößen
S_D1 und die Zusatzgrößen S_D2 zugeordnet. Die
Schätzeinheit EU umfasst eine Fahrerschätzeinheit
DE und eine Streckenschätzeinheit RE. Die Fahrerschätzeinheit
DE ist ausgebildet, abhängig von den Betriebsgrößen
S_D1 und den Zusatzgrößen S_D2 einen ersten und
einen zweiten Energieschätzwert zu ermitteln. Der erste Energieschätzwert
repräsentiert einen zu erwartenden Energiebedarf der vorgegebenen
Betriebsstrategie OPS, den die elektrische Maschine aufgrund des Fahrstils
des Fahrers benötigt. Der zweite Energieschätzwert
repräsentiert einen aufgrund des Fahrstils des Fahrers
zu erwartenden Wert einer regenerierten Energie, die durch einen
generatorischen Betrieb der elektrischen Maschine zur Verfügung
gestellt werden kann, so z. B. während eines Schubbetriebs
des Kraftfahrzeugs. Die regenerierte Energie wird vorzugsweise zum
Laden des Energiespeichers verwendet.
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Die
Streckenschätzeinheit RE ermittelt abhängig von
den Betriebsgrößen S_D1 und den Zusatzgrößen
S_D1 einen dritten und einen vierten Energieschätzwert.
Der dritte Energieschätzwert repräsentiert einen
Energiebedarf der vorgegebenen Betriebsstrategie OPS, die der elektrischen
Maschine zum Antreiben des Kraftfahrzeugs zugeordnet ist, so z.
B. während einer Streckensteigung. Der vierte Energieschätzwert
repräsentiert einen Wert der regenerierten Energie, die
aufgrund des generatorischen Betriebs der elektrischen Maschine
beispielsweise aufgrund des Schubbetriebs während eines
Streckengefälles zur Verfügung gestellt werden
kann.
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Die
Schätzeinheit EU umfasst beispielsweise jeweils ein Kennfeld
zur Ermittlung des jeweiligen Energieschätzwertes. So kann
anhand des jeweiligen Kennfeldes der zu erwartende Energiebedarf oder
der zu erwartende Wert der regenerierten Energie ermittelt werden.
Die Kennfelder sind beispielsweise mittels Messfahrten und/oder
Simulationen ermittelt worden.
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Der
ermittelte erste, zweite, dritte und vierte Energieschätzwert
wird im Folgenden als Schätzwert S_D3 bezeichnet und einer
Vorhersageeinheit PU und einer Vergleichseinheit EPU zur Verfügung
gestellt.
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Um
den effizienten Betrieb des Kraftfahrzeugs zu gewährleisten,
ist ein vollständig geladener und/oder ein entladener Ladezustand
des Energiespeichers zu vermeiden. So kann beispielsweise ein vollständig
geladener Energiespeicher nicht weiter mittels regenerierter Energie
geladen werden. Ist der Energiespeicher dagegen entladen, so ist
das Fahrverhalten des Kraftfahrzeugs, so z. B. die Beschleunigungsunterstützung
mittels der elektrischen Maschine, nicht mehr möglich und
somit das Fahrverhalten nicht reproduzierbar. Der vollständig
geladene und/oder der entladene Ladezustand des Energiespeichers
können somit als vorgegebene Betriebszustände
des Kraftfahrzeugs bezeichnet werden, die möglichst während
eines Betriebs des Kraftfahrzeugs zu vermeiden sind.
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Die
Vorhersageeinheit PU umfasst eine Prognoseeinheit FU und eine Detektoreinheit
DET. Der Prognoseeinheit FU sind eingangsseitig die erfassten Werte
der Betriebsgrößen S_D1 und der Zusatzgrößen
S_D2 und die Schätzwerte S_D3 zugeordnet.
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Die
Prognoseeinheit FU ist vorzugsweise als zumindest ein rekurrentes
künstliches neuronales Netz ausgebildet. Rekurrente künstliche
neuronale Netze, so z. B. Elman- oder Jordan-Netze, sind geeignet,
ein zukünftiges Verhalten eines dynamischen Systems zu
ermitteln. Das zumindest eine rekurrente künstliche neuronale
Netz ist ausgebildet, abhängig von den Betriebs- und/oder
den Zusatzgrößen S_D1, S_D2 und/oder den Schätzwerten
S_D3 mindestens zwei, so z. B. sechs, Vorhersagewerte PV zu ermitteln,
die jeweils unterschiedlichen zukünftigen Zeitintervallen
zugeordnet sind. Die Vorhersagewerte PV repräsentieren
jeweils einen zu erwartenden Ladezustand des Energiespeichers. So
ist beispielsweise jeweils ein Vorhersagewert PV jeweils einem zukünftigen
Zeitintervall von 150 s zugeordnet. Somit können zu erwartende
Ladezustände des Energiespeichers für eine zukünftige
Vorhersagezeitdauer, so z. B. von 15 min, ermittelt werden. Damit
mittels des zumindest einen rekurrenten künstlichen neuronalen
Netz zukünftige Ladezustände ermittelt werden
können, muss dieses vor dessen Verwendung trainiert werden.
Dabei kann das Training mittels Beispielswerten der Betriebesgrößen
S_D1, der Zusatzgrößen D_2 und Schätzwerten
S_D3 erfolgen, wobei die Beispielswerte beispielsweise aus Messfahrten und/oder
aus Simulationen ermittelt sind.
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Vorzugsweise
weist die Prognoseeinheit FU zumindest ein erstes und ein zweites
rekurrentes künstliches neuronales Netz auf. Bevorzugt
werden während des Trainings des ersten rekurrenten künstlichen
neuronalen Netzes die Zusatzgrößen S_D2 berücksichtigt,
während bei dem Training des zweiten rekurrenten künstlichen
neuronalen Netzes die Zusatzgrößen S_D2, oder
zumindest eine Zusatzgröße S_D2, unberücksichtigt
bleibt. So kann beispielsweise bei verfügbaren Navigationsdaten
des Navigationssystems N das erste und andernfalls das zweite rekurrente
künstliche neuronale Netz zur Ermittlung der Vorhersagewerte
PV verwendet werden. Vorzugsweise weist auch die Schätzeinheit
EU mehrere Kennfelder auf, die abhängig von der Verfügbarkeit der
Zusatzgrößen S_D2, oder zumindest einer Zusatzgröße
S_D2, ausgewählt werden, um den jeweiligen Energieschätzwert
zu ermitteln.
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Die
Vorhersagewerte PV sind der Detektoreinheit DET eingangsseitig zugeordnet.
Die Detektoreinheit DET ist ausgebildet, abhängig von den
Vorhersagewerten PV einen Prognosewert CPV zu ermitteln und ausgangsseitig
zur Verfügung zu stellen. Die Vorhersagewerte PV weisen
beispielsweise Werte in einem Wertebereich zwischen 0,0 und 1,0
auf, wobei einem Wert 0,0 ein 0%- und ein Wert 1,0 ein 100%-Ladezustand
des Energiespeichers zugeordnet ist. Dabei wird der Prognosewert
CPV vorzugsweise mittels einer Filterung gemäß 2 ermittelt. Die
Filterung wird in einem Schritt S1 gestartet. In einem Schritt S2
wird ein Minimum PVmin und ein Maximum PVmax über die Vorhersagewerte PV
und deren zugeordnete Zeitintervalle Tmin und
Tmax ermittelt. Dabei sind unterschiedliche
Schwellenwerte SW1 bis SW8 vorgegeben, die mit dem ermittelten Minimum PVmin oder dem ermittelten Maximum PVmax verglichen werden. In einem Schritt S4
wird das Maximum PVmax mit dem Schwellenwert
SW1, so z. B. 0,6, verglichen. Ist das Maximum PVmax kleiner
als der Schwellenwert SW1, wird in einem Schritt S6 das Minimum
PVmin als Prognosewert CPV ausgangsseitig zur
Verfügung gestellt. Ist dagegen das Maximum PVmax größer
oder gleich dem Schwellenwert SW1, wird in einem Schritt S8 das
Minimum PVmin mit dem Schwellenwert SW2,
so z. B. 0,5, verglichen. Ist das Minimum PVmin größer
als der Schwellenwert SW2, so wird in einem Schritt S10 als Prognosewert
CPV das Maximum PVmax vorgegeben. Ist die
Bedingung in dem Schritt S8 nicht erfüllt, wird in einem
Schritt S12 verglichen, ob das Zeitintervall Tmax,
das dem Maximum PVmax zugeordnet ist, zeitlich
vor dem Zeitintervall Tmin liegt, das dem
Minimum PVmin zugeordnet ist. Ist die Bedingung
in dem Schritt S12 erfüllt, wird in einem Schritt S14 verglichen,
ob das Minimum PVmin kleiner als der Schwellenwert
SW3, so z. B. 0,1, und das Maximum PVmax kleiner
als der Schwellenwert SW4, so z. B. 1,0, ist. Ist diese Bedingung
erfüllt, wird in einem Schritt S20 das Minimum PVmin als Prognosewert CPV ausgangsseitig vorgegeben.
Ist die Bedingung in dem Schritt S14 nicht erfüllt, wird
in einem Schritt S16 verglichen, ob das Minimum PVmin größer
als der Schwellenwert SW5, so z. B. 0,3, und das Maximum PVmax größer als der Schwellenwert SW6,
so z. B. 0,8, ist. Ist diese Bedingung erfüllt, wird in
einem Schritt S18 das Maximum PVmax als
Prognosewert CPV ausgangsseitig vorgegeben. Andernfalls, wird in
dem Schritt S20 das Minimum als Prognosewert CPV ausgangsseitig
vorgegeben. Ist dagegen die Bedingung in dem Schritt S12 nicht erfüllt,
so wird in einem Schritt S22 verglichen, ob das Minimum PVmin größer als der Schwellenwert
SW7, so z. B. 0,3, und das Maximum größer als
der Schwellenwert SW8, so z. B. 0,9, ist. Ist diese Bedingung erfüllt,
wird in einem Schritt S24 das Maximum PVmax als
Prognosewert CPV ausgangsseitig vorgegeben. Andernfalls wird in
dem Schritt S20 das Minimum PVmin als Prognosewert
CPV ausgangsseitig vorgegeben.
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In 4 ist
ein zeitlicher Verlauf des ermittelten Prognosewertes CPV und ein
Verlauf eines tatsächlichen Ladezustandes SOC des Energiespeichers
dargestellt, der während der vorgegebenen Betriebsstrategie
OPS, d. h. ohne Anpassung der vorgegebenen Betriebsstrategie OPS,
in einem sogenannten Open-Loop-Test erfasst wurde. Ein Wertebereich
zwischen 0,0 und einem ersten Vergleichswert COMP1 repräsentiert
den entladenen Ladezustand des Energiespeichers, wohingegen ein
Wertebereich zwischen 1,0 und einem zweiten Vergleichswert COMP2
den geladenen Ladezustand des Energiespeichers repräsentiert.
Zu einem Zeitpunkt t0 wird ein entladener Ladezustand des Energiespeichers
prognostiziert, der etwa zehn Minuten vor einem Zeitpunkt t1 liegt,
zu dem der entladene Ladezustand des Energiespeichers tatsächlich
vorliegt. Alternativ kann der entladene Ladezustand des Energiespeichers
auch zu dem Zeitpunkt prognostiziert werden, zu dem der Prognosewert
CPV den ersten Vergleichswert COMP1 unterschreitet, so z. B. nach etwa
1000 s.
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Da
die Betriebsstrategie aufgrund des Open-Loop-Tests nicht auf den
zu erwartenden entladenen Ladezustand des Energiespeichers reagiert, bleibt
der Prognosewert CPV, aufgrund eines zweiten zu erwartenden entladenen
Ladezustands des Energiespeichers zu einem Zeitpunkt t3, kleiner
als der erste Vergleichswert COMP1. Der Prognosewert CPV würde
nur dann mittels der Detektoreinheit DET größer
als der erste Vergleichswert COMP1 nach dem Zeitpunkt t0 vorgegeben
werden, wenn das zwischenzeitliche Maximum zu einem Zeitpunkt t2
im Bereich eines voll geladenen Ladezustandes des Energiespeichers,
so z. B. im Bereich 0,9, liegen würde. Dies würde
einer erfüllten Bedingung des Schrittes S22 in 2 entsprechen.
Würde die Anpassung der Betriebsstrategie abhängig
von dem ermittelten Prognosewert CPV in einem sogenannten Closed-Loop-Test
erfolgen, würde zu dem Zeitpunkt t1 ein entladener Ladezustand
SOC des Energiespeichers vorzugsweise nicht eintreten.
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Der
Vergleichseinheit EPU (1) sind eingangsseitig der ermittelte
Prognosewert CPV und der Schätzwert S_D3 der Schätzeinheit
EU zugeführt. Die Vergleichseinheit EPU ist ausgebildet,
abhängig von dem Schätzwert S_D3 einen Grundenergiepreis zu
ermitteln. Dies kann beispielsweise mittels einer Tabelle, die in
einem Datenspeicher des Energiemanagementsystems gespeichert ist
und dem ermittelten Prognosewert CPV einen vorgegebenen Grundenergiepreis
zuordnet, erfolgen. Ferner ist die Vergleichseinheit EPU ausgebildet,
den Prognosewert CPV mit dem ersten Vergleichswert COMP1, so z.
B. 0,2, und dem zweiten Vergleichswert COMP2, so z. B. 0,8, zu vergleichen
und abhängig von dem Ergebnis des Vergleichs einen Zusatzenergiepreis
zu ermitteln. Die Vergleichseinheit EPU ist des Weiteren ausgebildet,
abhängig von dem Grundenergiepreis und dem Zusatzenergiepreis
einen Gesamtenergiepreis S_P zu ermitteln. Der Gesamtenergiepreis
S_P repräsentiert dabei die Verfügbarkeit der
elektrischen Energie im Kraftfahrzeug. Wird beispielsweise mittels der
Vorhersageeinheit PU ein zu erwartender entladener Ladezustand des
Energiespeichers ermittelt, so wird der Zusatzenergiepreis und somit
der Gesamtenergiepreis erhöht. Dadurch wird ein hoher Energiepreis
repräsentiert. Wird dagegen ein zu erwartender vollständig
geladener Ladezustand des Energiespeichers mittels der Vorhersageeinheit
PU ermittelt, so wird der Zusatzenergiepreis und somit der Gesamtenergiepreis
verringert. Dadurch wird ein niedriger Energiepreis repräsentiert.
Beispielsweise wird bei dem ermittelten Prognosewert CPV von 0,2 der
Zusatzenergiepreis nur leicht erhöht, während bei
dem ermittelten Prognosewert CPV von beispielsweise 0,1 der Zusatzenergiepreis
sehr stark vergrößert wird. Vorzugsweise resultiert
aus den ermittelten Prognosewerten CPV, die zwischen dem ersten
und zweiten Vergleichswert COMP1 und COMP2 keine Änderung
des Zusatzenergiepreises, wobei der Gesamtenergiepreises S_P in
diesem Fall vorzugsweise gleich dem ermittelten Grundenergiepreis
ist.
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Der
ermittelte Gesamtenergiepreis S_P ist einer Entscheidungseinheit
DU eingangsseitig zugeordnet, die ausgebildet ist, abhängig
von dem Gesamtenergiepreis S_P, die Betriebsstrategie OPS zum Betreiben
des Kraftfahrzeugs derart einzustellen, dass ein zu erwartender
entladener oder ein zu erwartender vollständig geladener
Ladezustand des Energiespeichers möglichst vermieden wird.
Wird beispielsweise ein zu erwartender entladener Ladezustand des
Energiespeichers ermittelt, so kann mittels der Entscheidungseinheit
DU beispielsweise eine Ansteuerung der Brennkraftmaschine derart
erfolgen, dass ein mit der Brennkraftmaschine gekoppelter Generator
angetrieben wird und den Energiespeicher lädt. Wird dagegen
beispielsweise ein zu erwartender vollständig geladener
Ladezustand des Energiespeichers ermittelt, so wird beispielweise
die Brennkraftmaschine ausgeschaltet und das Kraftfahrzeug rein
elektrisch betrieben. Vorzugsweise wird aufgrund der frühzeitigen
Vorhersage des Ladezustandes des Energiespeichers auch der Gesamtenergiepreis
bereits frühzeitig angepasst, damit der Fahrer eine Anpassung
der Betriebsstrategie OPS möglichst nicht bemerkt. Dies
ermöglicht ferner eine besonders effiziente Nutzung des
Energiespeichers in dem Kraftfahrzeug.
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Die
in 1 dargestellten Komponenten des Energiemanagementsystems
sind vorzugsweise als Softwarekomponenten eines Programms (3) ausgebildet,
das beispielsweise mittels einer Datenverarbeitungseinheit des Energiemanagementsystems
als Verfahren zum Betreiben des Kraftfahrzeugs abgearbeitet wird.
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Das
Programm (3) wird in einem Schritt S30
gestartet. In einem Schritt S32 werden Werte zumindest einer Betriebsgröße
S_D1, so z. B. der Ladezustand des Energiespeichers oder die Geschwindigkeit
des Kraftfahrzeugs, und/oder Werte zumindest einer Zusatzgröße
S_D2, so z. B. die Streckensteigung, erfasst. Abhängig
von den erfassten Werten der zumindest einen Betriebsgröße
S_D1 und der zumindest einen Zusatzgröße S_D2
wird in einem Schritt S34 der zumindest eine Schätzwert
S_D3, so z. B. der erste, zweite, dritte und vierte Energieschätzwert,
ermittelt. Abhängig von den erfassten Werten der zumindest
einen Betriebsgröße S_D1 und der zumindest einen
Zusatzgröße S_D2 und dem zumindest einen Schätzwert
S_D3 wird in einem Schritt S36 der zumindest eine Prognosewert CPV ermittelt,
der in einem Schritt S38 mit dem ersten und zweiten Vergleichswert
COMP1 und COMP2 verglichen wird. Ist der Prognosewert CPV weder
kleiner als der erste Vergleichswert COMP1 noch größer
als der zweite Vergleichswert COMP2, so wird in einem Schritt S41
der Gesamtpreis S_P abhängig von dem zumindest einen Schätzwert
S_D3 und unabhängig von dem Prognosewert CPV ermittelt.
Ist dagegen der ermittelte Prognosewert CPV entweder kleiner als
der erste Vergleichswert COMP1 oder größer als der
zweite Vergleichswert COMP2, so wird in einem Schritt S40 der Gesamtenergiepreis
S_P abhängig von dem zumindest einen Schätzwert
S_D3 und von dem Prognosewert CPV ermittelt. Abhängig von
dem ermittelten Gesamtpreis S_P wird in einem Schritt S42 die Betriebsstrategie
OPS und somit der Betrieb des Hybridantriebssystems derart eingestellt,
dass der vorgegebene Betriebszustand des Kraftfahrzeugs, d. h. der
entladene oder der geladene Ladezustand des Energiespeichers, möglichst
vermieden wird. In einem Schritt S44 wird das Programm beendet.
Alternativ ist es auch möglich, das Programm in dem Schritt
S32 neu zu starten.
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Alternativ
ist es auch möglich, das Energiemanagementsystem gemäß 1 zum
Betreiben anderer Komponenten des Kraftfahrzeugs zu verwenden. Beispielsweise
kann eine zu erwartende Temperatur in einer Leistungselektronikeinheit
des Kraftfahrzeugs, die beispielsweise zur Ansteuerung der elektrischen
Maschine ausgebildet ist, prognostiziert werden. So kann beispielweise
ein von der Leistungselektronikeinheit bereitgestellter Strom als
zumindest eine Betriebsgröße S_D1 erfasst werden. Als
Zusatzgröße S_D2 kann beispielsweise weiterhin der
Fahrstil des Fahrers verwendet werden. Als Schätzwert S_D3
kann beispielsweise die Temperatur der Leistungselektronikeinheit
ermittelt und als vorgegebener Betriebszustand eine maximal zulässige
Temperatur der Leistungselektronikeinheit vorgegeben werden. Wird
beispielsweise mittels des Prognosewertes CPV eine zu erwartende
maximale Temperatur ermittelt, so kann beispielweise die Betriebsstrategie
zum Betreiben der Leistungselektronikeinheit eine erhöhte
Kühlung der Leistungselektronikeinheit fordern.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- - „Vieweg-Handbuch
Kraftfahrzeugtechnik”, von Braess und Seiffert, Vieweg-Verlag,
4. Auflage, Seite 126 und 127 [0001]