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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Kraftfahrzeugs, wobei zum Ermitteln einer Gesamtbetriebsstrategie benötigte, prädiktiv den Betrieb des Kraftfahrzeugs beschreibende Basisdaten für eine vorbekannte Strecke aus Streckendaten umfassenden Eingangsdaten ermittelt werden, Betriebsstrategien des Kraftfahrzeugs anhand der Basisdaten zur Ermittlung der Gesamtbetriebsstrategie bewertet werden und das Kraftfahrzeug gemäß der Gesamtbetriebsstrategie betrieben wird.
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Bei modernen Kraftfahrzeugen existieren Situationen, in denen bereits bekannt ist, welche Strecke das Kraftfahrzeug bei einem folgenden Betrieb zurücklegen wird. Derartige Streckendaten können beispielsweise aus einem Navigationssystem des Kraftfahrzeugs stammen, welches ausgehend von einer aktuellen Position des Kraftfahrzeugs einen Streckenverlauf bis zu einem Zielort ermittelt. Derartige genaue Informationen über den zukünftig zurückzulegenden Weg des Kraftfahrzeugs können genutzt werden, um eine auf wenigstens eine Komponente des Kraftfahrzeugs bezogene Gesamtbetriebsstrategie, die sich aus auf verschiedene Anteile der Strecke bezogenen Teilbetriebsstrategien zusammensetzen kann und die auf ein bestimmtes Kriterium hin optimiert ist, vorauszuplanen und während des Befahrens der vorbekannten Strecke entsprechend durchzuführen.
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Ein Beispiel für eine solche Vorausplanung von Gesamtbetriebsstrategien ist bei Hybridfahrzeugen, insbesondere den sogenannten Plug-In-Hybriden, gegeben. Diese weisen als Energiespeicher ein Kraftstoffreservoir und eine Batterie auf, über die ein Verbrennungsmotor und ein Elektromotor des Kraftfahrzeugs versorgt werden können. Eine Gesamtbetriebsstrategie für ein derartiges Hybridkraftfahrzeug kann eine Aneinanderreihung unterschiedlicher Teilbetriebsstrategien umfassen, die einen Betriebsmodus oder mehrere Betriebsmodi sowie die Bedingungen zu deren konkretem Einsatz enthalten können. Beispielsweise kann eine Betriebsmodus vorgesehen sein, in der das Kraftfahrzeug rein elektrisch betrieben wird, ein weiterer Betriebsmodus, in dem das Kraftfahrzeug ohne Laden der Batterie durch den Verbrennungsmotor betrieben wird, ein dritter Betriebsmodus, in dem das Kraftfahrzeug unter gezieltem Laden der Batterie durch den Verbrennungsmotor betrieben wird, und ein vierter Betriebsmodus, in dem der Elektromotor den Verbrennungsmotor unterstützend betrieben wird. Teilbetriebsstrategien und/oder die Gesamtbetriebsstrategie können beispielsweise Prioritäten einzelner Betriebsmodi und/oder Aktivierungskriterien für einzelne Betriebsmodi enthalten und beispielsweise darauf abzielen, den Ladezustand einer den Elektromotor speisenden Batterie konstant zu halten oder in bestimmtem Maße zu erhöhen, den Elektromotor maximal möglich zu nutzen und dergleichen. Um eine Gesamtbetriebsstrategie zu ermitteln, kann mithin festgelegt werden, wann im Verlauf der vorbekannten Strecke welche Teilbetriebsstrategie genutzt werden soll oder es können unmittelbar Anteilen der Strecke Betriebsmodi zugeordnet werden. Optimierungsziel bei der Bestimmung einer solchen Gesamtbetriebsstrategie kann beispielsweise sein, dass bei geringstmöglichem Kraftstoffverbrauch die Batterie bei Erreichen des Zielortes leer ist, wo sie wieder aufgeladen werden kann. Selbstverständlich sind auch Kombinationen von mehreren/anderen Optimierungszielen denkbar.
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Die Betriebsstrategie eines Plug-In-Hybridkraftfahrzeugs kann also beispielsweise durch Verschiebung der Zustart- und Abschaltgrenzen des Elektromotors, insbesondere in Abhängigkeit von Prioritäten, beeinflussen, wie schnell die Energie aus der Batterie während der Fahrt aufgebraucht wird. In der Regel ist es das Ziel, die elektrische Energie komplett aufzubrauchen, bis das Kraftfahrzeug an der Ladeeinrichtung wieder aufgeladen wird. Gleichzeitig soll aber auch die elektrische Energie dann genutzt werden, wenn der Elektromotor in einem möglichst guten Wirkungsgrad betrieben wird und der Verbrennungsmotor in einem relativ schlechten. Letzteres kann dazu führen, dass es auch sinnvoll ist, die Batterie während einer Teilstrecke aus dem Verbrennungsmotor zu laden, um später weiter elektrisch fahren zu können.
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Um eine Betriebsstrategie zu ermitteln, um derartige Optimierungsziele zu erreichen, existieren verschiedene Ansätze der Nutzung von prädiktiven Streckendaten.
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So schlägt
DE 198 31 487 C1 ein Verfahren zum Betrieb eines eine Batterie aufweisenden Hybridantriebes eines Kraftfahrzeugs vor, bei dem Informationen bezüglich einer zu absolvierenden Fahrstrecke erfasst werden und eine Berechnung zu erwartender Leistungsanforderungen an den Hybridantrieb über den Verlauf der Fahrstrecke unter Berücksichtigung der erfassten Informationen erfolgt. Die Fahrstrecke wird auf Grundlage der Streckendaten aufgeteilt, um für die Anteile eine mittlere Leistungsanforderung, in der die dynamischen Vorgänge gemittelt werden, zu bestimmen. Mit einem Wirkungsgradvergleich wird die Betriebsstrategie dann ermittelt.
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EP 2 620 343 A2 betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer Hybridantriebseinheit für ein Kraftfahrzeug, bei dem ebenso Streckendaten einer geplanten zurückzulegenden Strecke empfangen werden und eine voraussichtlich erforderliche Gesamtleistung für die geplante Strecke bestimmt wird, wobei dann eine Betriebsstrategie für die geplante Strecke in Abhängigkeit von der voraussichtlich erforderlichen Gesamtantriebsleistung derart vorgenommen wird, dass ein nach Zurücklegung der Strecke gegebener Ladungszustand der Batterie einen vorbestimmten Wert erreicht.
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Andere bekannte Ansätze berechnen aus den Streckendaten einen voraussichtlichen Leistungs- und Geschwindigkeitsverlauf und optimieren unmittelbar auf diesem dann die Gesamtbetriebsstrategie.
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Bei diesen bekannten Vorgehensweisen bestehen jedoch einige Probleme. So gehen zunächst bei der Berechnung von Durchschnittswerten oder von Gesamtleistungen wesentliche Informationen, insbesondere über die Verteilung der Leistung, verloren, was zu einer schlechteren Prädiktion und mithin zu einer ungünstigeren Gesamtbetriebsstrategie führt. Die Berechnung von Leistungsverläufen an sich ist weniger rechenintensiv, wohl aber die Optimierung der Gesamtbetriebsstrategie aus einem solchen Leistungsverlauf über die gesamte Strecke. Hierzu kommt, dass auch bei genauer Kenntnis der Rahmenbedingungen der Geschwindigkeitsverlauf nicht ganz exakt vorhergesagt werden kann, so dass eine aufwendige Optimierung ein falsches Ergebnis liefern kann oder im Extremfall sogar die Ergebnisse verfälschen kann.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, bei der Ermittlung einer Gesamtbetriebsstrategie einen Basisdatensatz bereitzustellen, der trotz geringerer erforderlicher Rechenleistung eine qualitativ hochwertigere Ermittlung der Gesamtbetriebsstrategie im Rahmen einer Optimierung erlaubt.
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Zur Lösung dieser Aufgabe ist bei einem Verfahren der eingangs genannten Art erfindungsgemäß vorgesehen, dass zur Ermittlung der Basisdaten ein Leistungsverlauf der zum Bewältigen der Strecke insgesamt benötigten Leistung des Kraftfahrzeugs über die gesamte Strecke bestimmt wird, die Strecke in Streckenabschnitte unterteilt wird, denen jeweils eine für den Streckenabschnitt kennzeichnende Leistungsinformation zugeordnet ist, und aufeinanderfolgende Streckenabschnitte zu einem gemeinsamen Segment zusammengefasst werden, wenn wenigstens ein die Leistungsinformation der Streckenabschnitte vergleichendes Ähnlichkeitskriterium erfüllt ist, wonach als Basisdaten die Segmente mit diesen zugeordneten Gesamtleistungsinformationen bereitgestellt werden.
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Die Erfindung schlägt mithin vor, zwar ebenso zunächst auf grundsätzlich bekannte Art und Weise einen Leistungsverlauf entlang der vorbekannten Strecke unter Berücksichtigung der Streckendaten und gegebenenfalls weiterer Eingangsdaten zu ermitteln, dann jedoch zur Vereinfachung folgender Berechnungen unter Aufrechterhaltung eines möglichst großen Anteils der Information, die in dem Leistungsverlauf steckt, die Strecke in einzelne, disjunkte Segmente aufzuteilen, indem der Leistungsverlauf jeweils für Streckenabschnitte anhand der Leistungsinformation ausgewertet wird. Entgegen der im Stand der Technik bekannten Vorgehensweise werden mithin nicht Streckendaten bzw. Kartendaten einer digitalen Karte verwendet, um eine Einteilung der Strecke beispielsweise nach Autobahn, Landstraße oder dergleichen vorzunehmen, sondern die vorausliegende Strecke wird aufgrund des Leistungsverlaufs in geeignete Segmente mit physikalisch ähnlichem Fahrverhalten unterteilt. Hierzu wird die Leistungsinformation von benachbarten Fahrstreckenabschnitten, die beispielsweise alle gleich lang sein können, verglichen, wobei die Leistungsinformation bevorzugt die Leistungsverteilung, mithin die Anteile tatsächlich verwendeter Leistungen an der insgesamt benötigten Energie, betrachtet wird. Ähnlichkeitskriterien, die diesen Vergleich auswerten, erlauben es, zu entscheiden, ob die Streckenabschnitte demselben Segment zuzuordnen sind oder ob zwischen den Streckenabschnitten eine Segmenttrennung vorliegt. Werden zwei oder mehr Streckenabschnitte zu Segmenten zusammengefasst, kann sich die Gesamtleistungsinformation durch Kombinationen der Leistungsinformationen der einzelnen Streckenabschnitte leicht ergeben, insbesondere, wenn es sich um Leistungsverteilungen handelt. Auf diese Weise wird auf Grundlage einer Leistungsprädiktion eine Unterteilung der Strecke in Segmente vorgenommen, wobei jedoch die wesentlichen Informationen als Gesamtleistungsinformation in den Basisdaten erhalten bleiben, mithin die relevanten Leistungseigenschaften bezüglich der Segmente erhalten.
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Somit ergibt sich, da die Strecke in größere Streckensegmente unterteilt ist, eine deutlich reduzierte, benötigte Rechenleistung für die nun folgende Ermittlung der Betriebsstrategie, gleichzeitig jedoch liegt eine hohe Qualität der Betriebsstrategie vor, da wesentliche, im Leistungsverlauf enthaltene Informationen als Gesamtleistungsinformation in den Optimierungsschritt zur Ermittlung der Gesamtbetriebsstrategie übertragen werden.
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Dabei lässt sich das erfindungsgemäße Verfahren besonders vorteilhaft auf ein als Hybridkraftfahrzeug ausgebildetes Kraftfahrzeug anwenden, wobei wenigstens eine die Benutzung eines Elektromotors und eines Verbrennungsmotors betreffende Gesamtbetriebsstrategie ermittelt und verwendet wird, mithin die Gesamtbetriebsstrategie den Betrieb des Hybridantriebssystems, das den Elektromotor und den Verbrennungsmotor umfasst, betrifft. Die Ermittlung der Gesamtbetriebsstrategie kann dann unter verschiedenen Optimierungszielen erfolgen, beispielsweise einer leeren Batterie bei Erreichen des Zielortes gemeinsam mit einer möglichst hohen Reduzierung des Verbrauchs an Kraftfahrzeug für den Verbrennungsmotor. Nachdem zur Ermittlung der Gesamtbetriebsstrategie eine verbesserte Datenbasis geschaffen ist, wird auch eine qualitativ verbesserte Gesamtbetriebsstrategie geschaffen, so dass eine Reduzierung des Verbrauchs und eine Verbesserung des Fahrerlebnisses mit dem Hybridkraftfahrzeug erreicht werden kann.
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Wie bereits erwähnt wurde, lässt sich der Leistungsverlauf grundsätzlich auf im Stand der Technik bereits bekannte Arten ermitteln, wobei eine zusätzliche Ermittlung eines Geschwindigkeitsverlaufs im Rahmen der vorliegenden Erfindung nicht nötig ist. Zweckmäßig ist es jedoch, wenn zur Ermittlung des Leistungsverlaufs Zusatzdaten berücksichtigt werden, insbesondere das Fahrverhalten des Fahrers beschreibende Fahrerdaten und/oder Wetterdaten und/oder die Verkehrslage entlang der Strecke beschreibende Verkehrsdaten. Die Fahrerdaten können dabei beispielsweise aus Betriebsdaten des Kraftfahrzeugs, die das Fahrverhalten charakterisieren, abgeleitet werden und dergleichen. Verkehrsdaten und/oder Wetterdaten können über entsprechende Kommunikationsverbindungen in dem Kraftfahrzeug zeitaktuell abgerufen werden, beispielsweise über das Internet und/oder über einen zur Verbreitung von Verkehrsinformationen geeigneten Kommunikationskanal. Die Verwendung solcher Zusatzdaten hat die vorteilhafte Folge, dass die Aufteilung der Strecke in Segmente auch bereits in Abhängigkeit dieser Zusatzdaten erfolgt, diese mithin von Beginn an Einfluss auf die weiteren Berechnungsvorgänge nehmen und somit auch eine verbesserte Aufteilung der Strecke in Segmente ermöglichen, nachdem sich die Aufteilung auch an Fahrerdaten und/oder Wetterdaten und/oder Verkehrsdaten orientiert. Somit erfolgt die Segmentierung der Strecke auf Basis der Eingangsdaten, die direkt relevant für die Gesamtbetriebsstrategie sind.
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Eine besonders bevorzugte Weiterbildung der vorliegenden Erfindung sieht vor, dass als Leistungsinformation die Verteilung der für einen Streckenabschnitt benötigten Energie auf wenigstens zwei Leistungsintervalle, insbesondere als ein Histogramm, ermittelt wird. Mithin ist für den Streckenabschnitt (und als Gesamtleistungsinformation dann auch für die Segmente) bekannt, welche Menge als Leistung aus verschiedenen Leistungsintervallen benötigt wird, so dass letztlich die entlang der Strecke benötigten Lastpunkte besser bekannt sind. Dabei sind selbstverständlich auch negative Leistungen zu berücksichtigen, die zur Rekuperation und somit zum Laden der Batterie und dergleichen eingesetzt werden können. Beispielsweise ist eine Aufteilung in Intervalle von jeweils 40 kWh denkbar, so dass, trägt man die in den Leistungsintervallen tatsächlich entstehende Energie gegen diese Leistungsintervalle auf, ein Histogramm entsteht, das die Leistungsverteilung beschreibt. Durch die Angabe der in Leistungsintervallen insgesamt erforderlichen Leistungsmenge wird insbesondere im Hinblick auf Hybridkraftfahrzeuge bei Gesamtbetriebsstrategien für Hybridantriebssysteme genau die Größe zur Verfügung gestellt, die für eine qualitativ hochwertige weitere Auswertung durch Bewertung von Betriebsstrategien, insbesondere also Segmentbetriebsstrategien, erforderlich ist. Zudem bieten derartige Histogramme eine ideale Grundlage für den Vergleich, der im Rahmen der Auswertung des wenigstens einen Ähnlichkeitskriteriums vorgenommen wird.
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Für die Einteilung der Strecke in Streckenabschnitte ist es zweckmäßig, dass Streckenabschnitte einer Länge von größer als 2 km verwendet werden. Beispielsweise kann die Strecke also in Streckenabschnitte einer Länge von jeweils 3 km aufgeteilt werden. Kürzere Streckenabschnitte weisen häufig das Problem auf, dass einzelne Fahrmanöver, beispielsweise das Bewältigen einer steileren Steigung oder dergleichen, zu stark die Leistungsinformation beeinflussen und mithin kürzere Segmente entstehen, als dies tatsächlich nötig wäre. Um dann die Zuteilung von Streckenabschnitten zu Segmenten zu ermöglichen, können beispielsweise die einzelnen Streckenabschnitte beginnend bei dem ersten Streckenabschnitt durchgegangen werden, wobei immer dann, wenn wenigstens ein Ähnlichkeitskriterium nicht erfüllt ist und/oder alle Ähnlichkeitskriterien nicht erfüllt sind ein neues Segment begonnen werden kann.
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In diesem Zusammenhang kann es jedoch zweckmäßig sein, in Ausnahmefällen von einer starren Aufteilung der Strecke in gleich lange Streckenabschnitte abzusehen, wenn eine offensichtliche Abweichung auf einem Streckenanteil vorliegt, der deutlich kürzer als ein Streckenabschnitt ist. So kann vorgesehen sein, dass eine teilweise Anpassung der Aufteilung in Streckenabschnitte aufgrund von Streckendaten und/oder Kartendaten einer digitalen Karte bei Erfüllung eines insbesondere kurze Fahrten durch Wohngebiete betreffenden Ausnahmekriteriums erfolgt. Gerade Fahrten durch Wohngebiete werden häufig eher kurz gehalten, um bald eine Hauptstraße zu erreichen. Daher ist es gut möglich, dass beispielsweise zu Beginn oder zu Ende der Fahrt ein kurzer Fahrtabschnitt durch ein Wohngebiet, beispielsweise eine 30er-Zone vorliegt, die deutlich kürzer als die vorgesehene Länge eines Streckenabschnitts ist, beispielsweise nur für einige 100 m erfolgt, während ein Streckenabschnitt als 3 km angesetzt ist. In solchen unmittelbar ersichtlichen Ausnahmefällen kann von der Einteilung nur aufgrund des Leistungsverlaufs abgegangen werden und es können Streckendaten bzw. Kartendaten berücksichtigt werden, beispielsweise Grenzen einer 30er-Zone oder dergleichen. Somit können auch kurze, in ihren Leistungsprofilen abweichende Streckenanteile als Streckenabschnitte erfasst werden.
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Zur konkreten Ausgestaltung der Zuordnung zu gemeinsamen Segmenten kann vorgesehen sein, dass durch das Ähnlichkeitskriterium statistische, in der Leistungsinformation enthaltene und/oder aus dieser abgeleitete Größen ausgewertet werden. Dies bietet sich insbesondere an, wenn ein (ohnehin schon eine Art der statistischen Auswertung darstellendes) Histogramm verwendet wird, das die Leistungsverteilung auf Leistungsintervalle beschreibt. Dann kann beispielsweise vorgesehen sein, dass als Größen eine Durchschnittsleistung auf den Streckenabschnitt und/oder eine Maximalleistung auf dem Streckenabschnitt und/oder eine die Einhüllende eines Histogramms der Leistungen betreffende Größe verwendet werden. Die Form des Histogramms, die obere Grenze des Histogramms sowie die Durchschnittsleistung können mithin als zweckmäßige Hinweise dahingehend betrachtet werden, ob sich Streckenabschnitte hinreichend ähneln, um dem gleichen Verhalten zu entsprechen und somit dem gleichen Segment zugeordnet zu werden. Beispielsweise kann eine maximale Abweichung von der Durchschnittsleistung als Ähnlichkeitskriterium vorgegeben werden, wobei es auch äußerst zweckmäßig ist, die Maximalleistung auf dem Streckenabschnitt zu betrachten. Häufig treten bestimmte Leistungsintervalle in bestimmten Umgebungen oder bei bestimmten Fahrverhalten erst gar nicht auf, beispielsweise hohe Leistungsspitzen in einer 30er-Zone oder dergleichen. Ein Ähnlichkeitskriterium kann auch so beschaffen sein, dass dann, wenn eine bestimmte Maximalleistung im vorangehenden Streckenabschnitt nicht überschritten wird, dies auch für den folgenden Streckenabschnitt gelten soll und dergleichen. Schließlich kann auch die Form des Histogramms, also die tatsächliche Verteilung der Leistungen, einen deutlichen Hinweis auf ein ähnliches Fahrverhalten in beiden Streckenabschnitten bieten, wobei dann entsprechende, ein Histogramm beschreibende statistische Größen ausgewertet werden können.
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Nachdem die Aufteilung in Segmente steht und für die Segmente die Gesamtleistungsinformation, insbesondere wieder als ein die Leistungsverteilung angebendes Histogramm, vorliegt, wird die Gesamtbetriebsstrategie auf Grundlage dieser Basisdaten ermittelt, wobei vorgesehen sein kann, dass zur Ermittlung der Gesamtbetriebsstrategie Segmentbetriebstrategien für die unterschiedlichen Segmente auf Grundlage der insbesondere eine Leistungsverteilung und/oder unterschiedliche Lastpunkte beschreibenden Gesamtleistungsinformation für das jeweilige Segment bewertet werden und die Gesamtbetriebsstrategie durch eine Optimierung auf Grundlage der Bewertung bestimmt wird. Hierbei sind bestimmte Optimierungsziele vorgegeben, beispielsweise, wie bereits erwähnt, ein möglichst geringer Verbrauch und dergleichen. Dabei können in die Optimierung bzw. allgemein die Ermittlung der Gesamtbetriebsstrategie auch weitere Informationen eingehen, beispielsweise auf Segmente bezogene Kartendaten einer digitalen Karte und dergleichen, nachdem beispielsweise bei einem Hybridkraftfahrzeug in Umweltzonen andere Segmentbetriebsstrategien, mithin die Bevorzugung bestimmter Betriebsmodi, günstiger sein können als sich alleine aus der Betrachtung der Gesamtleistungsinformation ergebende Segmentbetriebsstrategien. Segmentbetriebsstrategien beziehen sich mithin auf die Realisierung bestimmter Betriebsmodi, beispielsweise „rein elektrisches Fahren”, „Fahren nur mit dem Verbrennungsmotor”, „Laden der Batterie des Elektromotors aus dem Verbrennungsmotor” und dergleichen, wobei eine Segmentbetriebsstrategie auch nur einen Betriebsmodus umfassen kann („rein elektrisch fahren”) oder Betriebsmodi ausschließen kann („kein Laden der Batterie aus dem Verbrennungsmotor”). Die Betriebsstrategie kann bei einem Hybridantriebssystem beispielsweise durch die Zustart- und/oder Abschaltgrenzen für die Motoren ergeben, welche wiederum aus einer Priorisierung folgen können (beispielsweise hohe Priorität des rein elektrischen Fahrens, niedrige Priorität zur Verwendung des Verbrennungsmotors). Segmentbetriebsstrategien können dabei auch auf zu erreichende Ziele abgestellt sein, beispielsweise „Halten des Ladezustands der den Elektromotor speisenden Batterie” oder dergleichen. Insbesondere müssen die Segmentbetriebsstrategien nicht diskret formuliert sein, sondern können sich auch aus ermittelten Prioritäten für bestimmte Betriebsmodi ergeben und dergleichen.
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Dabei sei an dieser Stelle noch angemerkt, dass sich das erfindungsgemäße Verfahren nicht nur auf den Betrieb eines Hybridantriebssystems in einem Hybridkraftfahrzeug anwenden lässt, sondern auch Gesamtbetriebsstrategien für andere Komponenten von Kraftfahrzeugen verwendet werden können, beispielsweise zum Betrieb eines Rußpartikelfilters in einem Kraftfahrzeug, dessen Performance mit unterschiedlichen Betriebsparametern auch von den vorliegenden Leistungen abhängig sein kann. Optimierungsziele in einem solchen Fall können beispielsweise ein möglichst geringer Schadstoffausstoß und/oder ein möglichst geringer Energieverbrauch für den aktiven Rußpartikelfilter sein.
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Zur konkreten Bewertung im Rahmen der Optimierung existieren mehrere Möglichkeiten. Wird das Verfahren für eine Gesamtbetriebsstrategie eines Hybridantriebssystems verwendet, können als Betriebsmodi beispielsweise das rein elektrische Fahren, das Fahren nur mit dem Verbrennungsmotor, eine ergänzende Zuschaltung des Elektromotors zum Verbrennungsmotor und das gezielte Laden der Batterie durch aus dem Verbrennungsmotor erhaltene Energie betrachtet bzw. hieraus abgeleitete Segmentbetriebsstrategien verwendet werden. Zeigt nun die Gesamtleistungsinformation an, dass eine geringe Durchschnittsleistung und ein geringer Anteil hoher Leistungen gegeben ist, beispielsweise bei Durchfahren eines Wohngebiets, ergibt sich aus den bekannten Zusammenhängen, dass hier der Betriebsmodus „rein elektrisches Fahren” am günstigen eingesetzt wird, mithin eine hohe Bewertung und ggf. Prioritätszahl erhält; beim Fahren nur mit dem Verbrennungsmotor entstünde beispielsweise ein zu niedriger Wirkungsgrad, so dass der Betriebsmodus (und mithin ihn ausgiebig verwendende Segmentbetriebsstrategien) niedriger bewertet werden. Gleichmäßige Fahrten auf der Autobahn, beispielsweise bei einer Geschwindigkeitsbeschränkung, führen zu Leistungsverteilungen mit mittlerer Durchschnittsleistung ohne starke Leistungsschwankungen, so dass sich ein solches Segment insbesondere anbietet, um die Batterie aus dem Verbrennungsmotor zu laden bzw. mit dem Verbrennungsmotor, falls kein Laden erforderlich ist, verbrauchseffizient zu fahren. Wird auf der Autobahn ohne Geschwindigkeitsbegrenzung äußerst schnell gefahren, entsteht eine hohe Durchschnittsleistung und ein großer Anteil hoher Leistungen, so dass Segmentbetriebsstrategien, die im Allgemeinen nur den Verbrennungsmotor benutzen, bei denen allerdings der Elektromotor zugeschaltet werden kann, um besonders hohe Leistungen zu erreichen, die bevorzugten sein können. Zur konkreten Umsetzung solcher Bewertungskriterien sind verschiedene Möglichkeiten denkbar, die für den Fachmann ersichtlich sind und hier nicht im Detail dargelegt werden sollen.
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Neben dem Verfahren betrifft die Erfindung auch ein Kraftfahrzeug, welches ein zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ausgebildetes Steuergerät aufweist. Sämtliche Ausführungen bezüglich des erfindungsgemäßen Verfahrens lassen sich analog auf das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug übertragen, so dass auch mit diesem die bereits genannten Vorteile erhalten werden können. Insbesondere kann es sich bei dem Kraftfahrzeug um ein Hybridkraftfahrzeug mit einem Hybridantriebssystem handeln, das wenigstens einen Elektromotor und einen Verbrennungsmotor sowie diesen zugeordneten Energiequellen enthält.
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Schließlich betrifft die Erfindung auch ein Computerprogramm, welches die Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens ausführt, wenn es auf einer Recheneinrichtung ausgeführt wird. Bei der Recheneinrichtung kann es sich beispielsweise um das bereits genannte Steuergerät des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs handeln. Auch auf das Computerprogramm lassen sich die bisherigen Ausführungen analog übertragen. Es kann beispielsweise auf einem nichttransienten Datenträger, beispielsweise einer CD-ROM, abgespeichert sein.
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Weitere Vorteile und Einzelheiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispielen sowie anhand der Zeichnung. Dabei zeigen:
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1 einen Ablaufplan eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens,
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2 eine zu fahrende, vorbekannte Strecke,
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3 die Leistungsinformation für einen Streckenabschnitt,
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4 eine Gesamtleistungsinformation für ein erstes Segment,
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5 eine Gesamtleistungsinformation für ein zweites Segment,
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6 einen Verlauf des Ladezustands einer Batterie eines Elektromotors für eine Strecke, und
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7 ein erfindungsgemäßes Kraftfahrzeug.
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1 zeigt einen Ablaufplan eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens, wobei eine Gesamtbetriebsstrategie für ein Hybridantriebssystem eines Kraftfahrzeugs bestimmt und ausgeführt werden soll. Dafür werden in einem Schritt S1, insbesondere von einem Navigationssystem des Kraftfahrzeugs, die vorbekannte Strecke, die das Hybridkraftfahrzeug zurücklegen soll, beschreibende Streckendaten zur Verfügung gestellt. 2 zeigt beispielhaft eine solche vorbekannte Strecke 1, die von einem Startpunkt 2 in einem Ort A zu einem Zielort 3 im Ort B führt und dabei verschiedenste Straßenarten durchquert, beispielsweise also in einem Wohngebiet beginnt, Hauptstraßen innerhalb des Ortes A folgt, über eine Landstraße auf die Autobahn führt, entlang dieser geschwindigkeitsbeschränkte und nicht geschwindkeitsbeschränkte Anteile genauso wie hügelige oder weniger hügelige Anteile durchquert, im Ort B wieder Hauptstraßen befährt, um dann durch Wohngebiete an den Zielort 3 zu gelangen.
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In einem Schritt S2, vgl. wiederum 1, wird der Leistungsverlauf entlang der Strecke 1 bestimmt, der mithin angibt, wieviel Leistung von dem Kraftfahrzeug an seinen Rädern („Radleistung”) aufzubringen ist, damit die Strecke 1 bewältigt werden kann. Dabei können selbstverständlich auch negative Leistungen enthalten sein, beispielsweise, wenn einen Berg heruntergerollt wird oder gebremst wird. In diese Ermittlung des Leistungsprofils gehen auch Zusatzdaten 4 ein, die vorliegend Fahrerdaten, Wetterdaten und Verkehrsdaten umfassen. Die Fahrerdaten beschreiben das Fahrverhalten des Fahrers, die Wetterdaten die aktuelle Witterung entlang der Strecke 1 und die Verkehrsdaten die Verkehrslage, insbesondere den Verkehrsfluss, entlang der Strecke 1. Damit wird eine verbesserte Prädiktion des Leistungsverlaufs ermöglicht.
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In einem Schritt S3 wird die Strecke 1 in Streckenabschnitte, d. h. Anteile, aufgeteilt, die vorliegend allesamt eine Länge von 3 km aufweisen sollen. Dies ist im vergrößert dargestellten Bereich 5 der Strecke 1 der 2 für aufeinanderfolgende Streckenabschnitte 6 schematisch dargestellt. Es sei jedoch darauf hingewiesen, dass auch Ausnahmen von dieser regelmäßigen Unterteilung anhand von Ausnahmekriterien bestimmt werden können, beispielsweise dann, wenn offensichtlich aus den Streckendaten oder Kartendaten einer digitalen Karte hervorgeht, dass ein Anteil der Strecke 1, der kürzer als 3 km ist, durch deutlich unterschiedliche Verhältnisse verläuft, beispielsweise eine 30er-Zone. Dann kann die Länge eines Streckenabschnitts auch angepasst werden.
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In einem Schritt S4 wird aus dem Leistungsverlauf für die gesamte Strecke 1 für jeden Streckenabschnitt eine Leistungsinformation bestimmt. Diese Leistungsinformation gibt vorliegend nach Art eines Histogramms an, wie stark welche Leistungsintervalle zur benötigen Gesamtenergie für den Streckenabschnitt 6 beitragen. Ein Beispiel für eine solche Leistungsinformation 7 ist in 3 dargestellt, wo die Energie gegen die Leistung in verschiedenen Leistungsintervallen, die vorliegend jeweils 40 kW umfassen, aufgetragen ist. Die Leistungsinformation in 3 bezieht sich auf einen Streckenabschnitt eines Wohngebiets, so dass insgesamt sehr niedrige Leistungen dominieren, das bedeutet, die Durchschnittsleistung ist niedrig und es treten nur sehr wenig hohe Leistungen auf; auch die maximale Leistung ist eher niedrig.
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Die Leistungsinformation 7 gibt also letztlich eine Leistungsverteilung bei der Bewältigung des jeweiligen Streckenabschnitts 6 wieder, vereinfacht also den Leistungsverlauf des Schrittes S2, behält jedoch die wesentliche Information bei.
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Die Leistungsinformationen 7 der verschiedenen Streckenabschnitte 6 werden nun in einem Schritt S5 genutzt, um zu entscheiden, ob aufeinanderfolge Streckenabschnitte 6 demselben Segment der Strecke 1 zugehörig sind oder nicht. Hierzu werden Ähnlichkeitskriterien betrachtet, die auf einem Vergleich der Leistungsinformation 7 für die benachbarten Streckenabschnitte 6 basieren, wobei vorliegend die Durchschnittsleistungen nicht zu stark voneinander abweichen dürfen und ähnliche Maximalleistungen vorliegen sollten. Ferner wird noch die Einhüllende des Histogramms als dessen Form betrachtet. Je nach konkreter Gestaltung der Ähnlichkeitskriterien kann es ausreichen, dass ein Ähnlichkeitskriterium erfüllt ist und es müssen mehrere oder gar alle Ähnlichkeitskriterien erfüllt sein. Ist eine Ähnlichkeit gegeben, wird schlussgefolgert, dass aufgrund der Ähnlichkeit der Leistungsinformation auch ein ähnliches Fahrverhalten gegeben ist und die aufeinanderfolgenden Streckenabschnitte 6 werden demselben Segment zugeordnet, wie im Beispiel der 2 schematisch durch das Segment 8 angedeutet. Ist die Ähnlichkeit nicht gegeben, wird mit dem nachfolgenden Streckenabschnitt 6 ein neues Segment 8 begonnen, nachdem die Streckenabschnitte 6 nacheinander durchgegangen werden.
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So werden also Teile der kurzen Streckenabschnitte 6 zu längeren Segmenten 8 zusammengefasst.
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Für diese Segmente 8 wird in einem Schritt S6 eine Gesamtleistungsinformation ermittelt, die sich vorliegend durch einfache Aufsummierung der einzelnen Histogramme ergibt. Denn die in den Leistungsinformationen 7 enthaltenen Daten sind ideale Basisdaten für die nun folgende Ermittlung der Gesamtbetriebsstrategie, so dass sie als Gesamtleistungsinformation neben den ihnen zugeordneten Segmenten 8 mithin nach Abschluss des Schrittes S6 als Basisdaten zur Verfügung stehen.
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In einem Schritt S7 wird die Gesamtbetriebsstrategie auf Grundlage der Basisdaten, die die Segmente 8 und die Gesamtleistungsinformationen umfassen, ermittelt, indem verschiedene mögliche Segmentbetriebsstrategien, die wenigstens einen Betriebsmodus betreffen, in den verschiedenen Segmenten 8 bewertet werden. Liegt beispielsweise in einem Segment 8 ein Gesamtleistungsprofil nach Art des Leistungsprofils 7 vor, wird die Nützlichkeit eines Betriebsmodus, in dem nur der Elektromotor benutzt wird, hoch angesetzt, beispielsweise, indem eine hohe Wertzahl (Priorität) zugeordnet wird. Die Nutzung nur des Verbrennungsmotors als Betriebsmodus oder gar ein Laden der Batterie mit dem Verbrennungsmotor erhalten niedrige Wertzahlen (Prioritäten). 4 zeigt ein Beispiel für eine Gesamtleistungsinformation 9a, wie sie für eine Autobahn mit beschränkter Höchstgeschwindigkeit entstehen kann. Ersichtlich ist eine mittelhohe Durchschnittsleistung gegeben, so dass ein Betrieb mit Verbrennungsmotor, der hier einen hohen Wirkungsgrad hat, eine hohe Wertzahl erhält; wobei eine besonders hohe Wertzahl auch für ein Laden der Batterie des Elektromotors durch den Verbrennungsmotor gegeben ist, mithin eine hohe Ladepriorität oder ein Zulassen eines Ladens an sich. Solche Segmente 8 bieten sich besonders an, wenn die Batterie auf dem Weg wieder aufgeladen werden soll.
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5 zeigt eine Gesamtleistungsinformation 9b, wie sie auf einer Autobahn ohne Geschwindigkeitsbeschränkung entstehen kann, wenn das Kraftfahrzeug voll ausgefahren wird. Ersichtlich liegt hier ein äußerst hoher Durchschnittswert für die Leistung vor und es existiert ein großer Anteil hoher Leistungen, so dass ein Betrieb nur mit Elektromotor eine sehr niedrige Wertzahl erhält, gegebenenfalls jedoch ein Betriebsmodus in Betracht gezogen wird, in dem der Elektromotor den Verbrennungsmotor teilweise unterstützen kann.
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Dabei können im Rahmen der Bewertung auch binäre Entscheidungen getroffen werden, beispielsweise, ob ein Laden der Batterie aus dem Verbrennungsmotor zugelassen werden soll oder nicht. Ferner sei darauf hingewiesen, dass im Schritt S7 auch weitere Daten 10, beispielsweise Zusatzinformationen über Segmente 8, berücksichtigt werden, beispielsweise eine Information darüber, ob es sich bei einem Segment um eine Umweltzone handelt, wo die Wertzahl eines Fahrens nur mit Elektromotor noch weiter erhöht werden kann und dergleichen.
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Beispielhaft soll in der folgenden Tabelle für die Strecke
1 kurz zusammengefasst werden, welche Segmente
8 sich ergeben können, wie diese beispielhaft beschreibbar sind, welche Prioritäten sich für das rein elektrische Fahren ergeben (E-Priorität) und ob ein Laden erlaubt sein soll oder nicht.
| Segment | Beschreibung | E-Priorität | Laden |
| I | Wohngebiet | Hoch | Nein |
| II | Hauptstraße | Mittel | Nein |
| III | Autobahn (frei) | Niedrig | Nein |
| IV | Autobahn (120 km/h) | Niedrig | Ja |
| V | Autobahn (frei) | Niedrig | Nein |
| VI | Autobahn (Stau) | Hoch | Nein |
| VII | Hauptstraße | Mittel | Nein |
| VIII | Umweltzone | Extra Hoch | Nein |
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Beachtet man nun die Optimierungsziele, beispielsweise umfassend die Vorgabe, dass der Ladezustand der Batterie am Ende der Fahrt möglichst niedrig sein soll und der Verbrauch des Verbrennungsmotors optimiert werden soll, ergibt sich hieraus eine Gesamtbetriebsstrategie durch Auswahl oder Konstruktion, beispielsweise aus Wertzahlen für Betriebsmodi als nur einen Betriebsmodus nutzenden Segmentbetriebsstrategien, von Segmentbetriebsstrategien, beispielsweise, dass in den Segmenten I und II nur mit Elektromotor gefahren wird, im Segment III nur mit dem Verbrennungsmotor, im Segment IV die Batterie über den Verbrennungsmotor aufgeladen wird, im Segment V wiederum nur mit dem Verbrennungsmotor gefahren wird, und in den Segmenten VI, VII und VIII wieder nur mit dem Elektromotor gefahren wird. Hieraus ergibt sich eine Ladezustandskurve der Batterie des Elektromotors, wie sie beispielsweise in 6 gezeigt ist. Dort ist der Ladezustand der Batterie gegen die Streckenlänge aufgetragen, die zur Veranschaulichung in die Segmente I bis VIII aufgeteilt ist. Ersichtlich wird das Optimierungsziel einer leeren Batterie bei Erreichen des Zielortes 3 erreicht; dies bei möglichst niedrigem Verbrauch von Kraftstoff für den Verbrennungsmotor. Zum Erreichen dieses Ziels trägt bei, dass in den Segmenten III und V eine Segmentbetriebsstrategie ausgewählt und eingesetzt wird, die auf ein Halten des aktuellen Ladezustands der den Elektromotor speisenden Batterie abzielt.
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Im Schritt S8 wird die im Schritt S7 ermittelte Gesamtbetriebsstrategie dann durch Ansteuerung des Hybridantriebs des Systems entsprechend umgesetzt.
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7 zeigt schließlich eine Prinzipskizze eines erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs 11, vorliegend ein Hybridkraftfahrzeug. Es umfasst mithin ein Hybridantriebssystem 12 mit einem Verbrennungsmotor 13 und einem Elektromotor 14, wobei der Elektromotor 14 von einer Batterie 15 gespeist werden kann. Komplettiert wird der Antriebsstrang durch das Getriebe 16. Zur Steuerung des Betriebs des Hybridantriebssystems 12 ist in dem Kraftfahrzeug 11 ein Steuergerät 17 vorgesehen, das zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ausgebildet ist, wozu es insbesondere mit einem Navigationssystem 18 und weiteren Datenquellen 19 verbunden ist.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 19831487 C1 [0006]
- EP 2620343 A2 [0007]
