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Die Verbesserung bezieht sich auf eine Vorrichtung für ein Fahrzeug mit einem elektrischen Antrieb um eine in einem Speicher gespeicherte Energie optimal nutzen zu können.
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Die Reichweite von Elektrofahrzeugen ist bekanntlich noch sehr begrenzt. Das kann es insbesondere auf längeren Fahrstrecken in einem Grenzradius für das Fahrzeug dazu führen, dass das Ziel nicht erreicht wird, da der Energievorrat aufgrund von der Norm für eine Berechnung der maximal zurücklegbaren Wegstrecke abweichenden Geländeprofilen, aufgrund von Verkehrsflussproblemen oder aufgrund ungünstiger Winde vorzeitig verbraucht ist. Dies ist besonders ärgerlich, wenn die Infrastruktur zum Laden des Speichers noch nicht ausgebaut ist und die Ladezeit eine erhebliche Verzögerung der Reisezeit bedeutet.
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Eine der Verbesserung zugrunde liegende Aufgabe besteht darin, den zuverlässigen Betrieb eines Fahrzeugs mit einem Elektroantrieb für den Nutzer zu erleichtern.
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Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind jeweils Gegenstand der Unteransprüche. Diese können in technologisch sinnvoller Weise miteinander kombiniert werden. Die Beschreibung, insbesondere im Zusammenhang mit der Zeichnung, charakterisiert und spezifiziert die Erfindung zusätzlich.
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Nach einem Aspekt betrifft die Verbesserung eine Vorrichtung zum Optimieren eines Geschwindigkeits- oder Beschleunigungsprofils für eine vorgebbare Fahrstrecke für Fahrzeuge mit einem elektrischen Antrieb.
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Die Vorrichtung umfasst:
Mittel, respektive erste Mittel, zur Verfügungstellung von Parametern einer vorgegebenen Fahrstrecke,
Mittel, respektive zweite Mittel, zur Verfügungstellung statistischer und aktueller Verkehrsflussdaten für die vorgegebene Fahrstrecke,
Mittel, respektive dritte Mittel, zur Verfügungstellung von Informationen über eine gespeicherte, verfügbare Antriebsenergie des Fahrzeugs,
Mittel, respektive vierte Mittel, mit denen aus einer Anzahl vorgegebener Optimierungsfunktionen eine einzige Optimierungsfunktion auswählbar ist, und
Mittel, respektive fünfte Mittel, die geeignet sind, mittels der ausgewählten Optimierungsfunktion aus den Parametern, den Verkehrsflussdaten und den Informationen über die Antriebsenergie das optimierte Geschwindigkeits- oder Beschleunigungsprofil zu erstellen, und das optimierte Geschwindigkeits- oder Beschleunigungsprofil an einem Monitor ausgeben und/oder als Regelgrößen für den elektrischen Antrieb zu nutzen.
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Bei den ersten Mittel kann es sich beispielsweise um ein Navigationssystem handeln, in dem die Profildaten von Straßen und Wegen abgespeichert sind, oder um ein Navigationssystem mit einer Verbindung zum Internet, zum Abrufen der Profildaten.
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Bei den Profildaten handelt es sich beispielsweise um Steigungen, Gefälle, Kurvenanzahl oder andere baulich vorgegebene und erfasste oder erfassbare Wegeparameter. Zu den Parametern können weiterhin zum Beispiel Ortsdurchfahrten, Geschwindigkeitsbegrenzungen, Ampeln, Zebrastreifen, staurelevante Stellen und so weiter zählen.
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Die zweiten Mittel können mit den ersten Mitteln identisch sein, das heißt, es kann sich um das gleiche Navigationssystem handeln. Alternativ oder zusätzlich kann zum Beispiel auf Verkehrsfunktdaten eines Radiosenders zurückgegriffen werden oder die Verkehrsflussdaten können über eine eigene Verbindung mit dem Internet ermittelt werden.
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Bei den dritten Mitteln kann es sich zum Beispiel um eine Ladezustandskontrolle für einen Speicher, wie eine Batterie oder einen Akku, für die Antriebsenergie handeln, der kontinuierlich die aktuelle Restenergie des Speichers anzeigt. Dabei kann das Fahrzeug auch hergerichtet sein, um einen Teil der Antriebsenergie zurückzugewinnen, zum Beispiel beim Bremsen oder Rollen. Dadurch kann die effektive Standzeit des Speichers über die vorgegebene Fahrstrecke länger sein, als zu Beginn oder vor Beginn der Fahrt ermittelt.
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Bei der bekannten Fahrtstrecke kann in einem gewissen Umfang diese rückgewinnbare Energie bereits mit berücksichtigt werden, das heißt, die theoretisch zum Zurücklegen der Fahrstrecke verfügbare Antriebsenergie kann größer sein, als die vor Beginn der Fahrt in dem Speicher gespeicherte Energiemenge.
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Bei den vierten Mittel kann es sich um einen Wahlhebel handeln, oder um eine Anzeige auf einem Monitor, zum Beispiel einem Monitor zum Anzeigen von Fahrzeugdaten, Visualisieren der Daten des Navigationssystems, Surfen im Internet und zum Aufrufen von vorgegebenen Funktionen handeln, wie er heute in zahlreichen Kraftfahrzeugen zu finden ist. Zum Beispiel mit einem Wahlknopf oder durch eine Berührung des Monitors kann der Nutzer zwischen den am Bildschirm angebotenen Möglichkeiten wählen und so entscheiden welche Art von Optimierung für das Geschwindigkeits- oder Beschleunigungsprofil erstellt werden soll.
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Bei den fünften Mitteln kann es sich um einen Rechner handeln, der einen Algorithmus aufweist, mit dem er die unterschiedlichen Informationen erfassen und daraus ein optimiertes Geschwindigkeits- oder Beschleunigungsprofils erstellen kann.
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Mit der Vorrichtung kann vor Beginn der Fahrt ein Geschwindigkeits- oder Beschleunigungsprofil ermittelt werden, das dem Fahrer weitestgehend garantiert, dass, wenn er sich an das ermittelte Profil hält, das Ziel mit der im Speicher zur Verfügung stehenden Energie erreicht werden kann. Die Gefahr unterwegs liegen zu bleiben, weil die Energie verbraucht ist, wird reduziert.
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Die Vorrichtung kann weiterhin Mittel, respektive sechst Mittel, aufweisen, die geeignet sind für die vorgegebene Fahrstrecke aktuelle oder zu erwartende Windprofile zur Verfügung zu stellen. Windprofildaten können beispielsweise aus dem Internet abgefragt werden, wozu wiederum das Navigationssystem und/oder eine separate Internetverbindung genutzt werden kann.
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Durch den Einbezug der Windprofile kann die maximale Reichweite des Fahrzeugs noch genauer bestimmt werden.
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Grundlage für die Bestimmung des optimierten Geschwindigkeits- oder Beschleunigungsprofils bildet die für die Fahrt benötigte Antriebsenergie. Diese lässt sich mit der folgenden Formel bestimmen: EA,real = EA,ideal × ηgesamt mit EA,ideal = ∫PA(t)dt
und ηgesamt Gesamtwirkungsgrad der Antriebsenergiebereitstellung.
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Dabei ist PA = (FRo + FSt + FL + FB) × vF mit
- PA
- Antriebsleistung [W]
- FRo
- Rollwiderstand [N]
- FSt
- Steigungswiderstand [N]
- FL
- Luftwiderstand [N]
- FB
- Beschleunigungswiderstand [N]
- VF
- Fahrzeuggeschwindigkeit [m/s]
und FRo = f × mF × g ×cos(α) FSt = mF × g × sin(α) FL = ½ × ρL × cW × A × (vF ± vW)2 FB = MF × aF mit - f
- Rollwiderstandswert [-]
- mF
- Fahrzeugmasse [kg]
- g
- Erdbeschleunigung [m/s2]
- α
- Steigungswinkel [°]
- ρL
- Dichte Luft [kg/m3]
- cW
- Luftwiderstandsbeiwert [-]
- A
- Stirnfläche [m2]
- vW
- Windgeschwindigkeit [m/s]
- aF
- Beschleunigung [m/s2]
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Zumindest die aktuellen Verkehrsflussdaten und/oder die Windprofile können in vorgegebenen oder vorgebbaren Zeitabständen aktualisiert werden. Da diese beiden Werte ständigen Änderungen unterliegen können, anders zum Beispiel als das Streckenprofil, kann es vorteilhaft sein, wenn in insbesondere von der Vorrichtung vorgegebenen zeitlichen oder wegabhängigen Abständen während der Fahrt die als Grundlage des ermittelten Geschwindigkeits- oder Beschleunigungsprofils verwendeten Verkehrsflussdaten und/oder Windprofildaten erneut abgefragt werden. Werden bei dieser Abfrage Änderungen festgestellt, die sich auf das ermittelte Geschwindigkeits- oder Beschleunigungsprofil auswirken können, kann die Vorrichtung mit diesen Daten ein aktualisiertes Geschwindigkeits- oder Beschleunigungsprofil erstellen, das von dem vorher erstellten Geschwindigkeits- oder Beschleunigungsprofil abweicht.
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Durch die getaktete Überprüfung des erstellten Geschwindigkeits- oder Beschleunigungsprofils durch Aktualisierung der veränderbaren Parameter, kann das Profil angepasst werden um zuverlässig das Ziel zu erreichen.
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Zusätzlich oder alternativ kann die Vorrichtung Mittel aufweisen, die zu vorgegebenen oder vorgebbaren Zeitpunkten oder an vorgegebenen oder vorgebbaren Streckenpunkten eine bereits vor oder bei der Abfahrt ermittelte Soll-Position mit einer aktuellen Ist-Position vergleichen. Bei Abweichungen der Ist-Position von der Soll-Position kann dann mittels der Vorrichtung ein neues optimiertes Geschwindigkeits- oder Beschleunigungsprofil für die Reststrecke erstellt werden.
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Bei den Optimierungsfunktionen aus denen ein Fahrer des Fahrzeugs auswählen kann, kann es sich insbesondere um eine Optimierung einer Reichweite oder zurücklegbaren Wegstrecke mit der bekannten gespeicherten Energie handeln. Alternativ kann der Fokus der Optimierung auf der Beschleunigung entlang der vorgegebenen Fahrstrecke liegen oder auf der Geschwindigkeit. Eine weitere Alternative ist eine Optimierung in Bezug auf eine maximale Batterielebensdauer, was zum Beispiel bedeuten kann, dass durch das erstellte Geschwindigkeits- oder Beschleunigungsprofil ein zu schnelles Entladen oder eine zu große Entladungsgeschwindigkeitsänderungen vermieden werden.
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Die Auswahlmöglichkeit überlässt dem Fahrer die Bestimmung der Optimierungsfunktion, die er je nach seinem Fahrstil und/oder der Streckenlänge auswählen kann. Da der Energiespeicher ein gewichtiger Kostenfaktor ist, führt eine Verlängerung der Lebensdauer zum Beispiel der Batterie oder des Akkus zur Verringerung der Gesamtkostenbilanz des Fahrzeugs über seine Lebensdauer.
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Wie bereits weiter oben angedeutet, kann das erstellte Geschwindigkeits- oder Beschleunigungsprofil für den Fahrer sichtbar auf einem Monitor ausgegeben werden. Das kann heißen, dass beispielsweise in dem Tacho durch ein optisches Signal angezeigt wird, wenn eine Geschwindigkeit oder ein Beschleunigungswert des optimierten Geschwindigkeits- oder Beschleunigungsprofile über- oder unterschritten wird. Das optische Signal kann zum Beispiel ein Farbänderung in einem Tachoaußenring sein oder ein blinkender Pfeil, dessen Spitze bei einer Überschreitung nach oben und bei einer Unterschreitung nach unten zeigt. Das Signal kann aber auch ein hörbares Signals sein, zum Beispiel die modulierte Stimme des Navigationssystems, die entsprechende Warnungen ausspricht.
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Durch Ausgabe des optischen Signals, bleibt der Fahrer verantwortlich für die Einhaltung des erstellten Profils und kann jederzeit überprüfen, ob er dieses einhält.
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Alternativ kann das optimierte Geschwindigkeits- oder Beschleunigungsprofil als Folge von Regelgrößen direkt in eine Regelung für den elektrischen Antrieb eingegeben werden. Das heißt, die Beschleunigung und/oder die Geschwindigkeit werden vom System auf die durch das optimierte Geschwindigkeits- und Beschleunigungsprofil vorgegebenen Werte begrenzt. Dies kann per Teilautomatisierung, zum Beispiel als ACC-Setspeed, oder in Form eines Speed- respektive Beschleunigungslimiters mit einer Übersteuermöglichkeit zur Verfügung gestellt werden. Wichtig ist dabei, dass der Fahrer immer die Möglichkeit haben muss, einzugreifen, wenn er dies für nötig hält oder die Situation es erfordert.
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Die halbautomatische oder automatische Steuerung macht es besonders einfach für den Fahrer, das erstellte optimierte Geschwindigkeits- oder Beschleunigungsprofil abzufahren.
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Die Mittel zur Bereitstellung der Parameter und/oder der Verkehrsflussdaten und/oder der Windprofile können einen Rechner mit einem onboard Navigationssystem mit Verbindung zum Internet umfassen. Der Rechner kann zum Beispiel auf Grundlage der aktuellen Daten modelbasiert oder durch numerische Optimierungsverfahren Werte ermitteln, die als Regelungsparameter für die Fahrzeuggeschwindigkeit und/oder die Beschleunigung dienen, um den Verbrauch der Antriebsenergie für die vorgegebene Fahrstrecke in Abhängigkeit von den oben genannten Parametern zu optimieren.
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Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Computerprogramm zur Durchführung der Erstellung des optimierten Geschwindigkeits- und Beschleunigungsprofils.
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Der Computer kann eine mit einem Speichersystem und einem Bussystem datenverbundene digitale Mikroprozessoreinheit (CPU), einen Arbeitsspeicher (RAM) sowie ein Speichermittel besitzen. Die CPU ist ausgebildet, Befehle, die als ein in einem Speichersystem abgelegtes Programm ausgeführt sind, abzuarbeiten, Eingangssignale vom Datenbus zu erfassen und Ausgangssignale an den Datenbus abzugeben. Das Speichersystem kann verschiedene Speichermedien wie optische, magnetische, Festkörper- und andere nicht-flüchtige Medien besitzen, auf dem ein entsprechendes Computerprogramm zur Durchführung eines Verfahrens zur Erstellung des optimierten Geschwindigkeits- und Beschleunigungsprofils sowie der vorteilhaften Ausgestaltungen gespeichert ist. Das Programm kann derart beschaffen sein, dass es das Verfahren verkörpert bzw. auszuführen imstande ist, sodass die CPU die Schritte des Verfahrens ausführen kann und damit das optimierte Geschwindigkeits- oder Beschleunigungsprofil erstellen und die entsprechenden optischen Ausgaben oder Regelparameter für das elektrische Antriebssystem generieren kann.
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Zur Durchführung eines Verfahrens geeignet ist ein Computerprogramm, welches Programmcode-Mittel aufweist, um alle Schritte des Verfahrens durchzuführen, wenn das Programm auf einem Computer ausgeführt wird.
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Das Computerprogramm kann mit einfachen Mitteln in bereits bestehende Steuereinheiten eingelesen und verwendet werden, um das Verfahren zum Erstellen und Durchführen eines optimierten Geschwindigkeits- oder Beschleunigungsprofils für ein Fahrzeug mit einem elektrischen Antrieb zu steuern.
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Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Computerprogrammprodukt mit Programmcodemitteln, die auf einem computerlesbaren Datenträger gespeichert sind, um die oben beschriebene Erstellung eines optimierten Geschwindigkeits- oder Beschleunigungsprofils durchführen zu können, wenn die Programmcodemittel auf einem Computer ausgeführt werden.
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Das Computerprogrammprodukt kann als auch Nachrüstoption in Steuereinheiten integriert werden.
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Für die gesamte Beschreibung und die Ansprüche gilt, dass der Ausdruck „ein” als unbestimmter Artikel benutzt wird und die Anzahl von Teilen nicht auf ein einziges beschränkt. Sollte „ein” die Bedeutung von „nur ein” haben, so ist dies für den Fachmann aus dem Kontext zu verstehen oder wird durch die Verwendung geeigneter Ausdrücke wie zum Beispiel „ein einziger” eineindeutig offenbart.
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Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt:
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1: Prinzipskizze der Vorrichtung.
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Die 1 zeigt in einer Prinzipskizze eine Vorrichtung 10 mit der ein optimiertes Geschwindigkeits- oder Beschleunigungsprofil für ein Fahrzeug mit einem elektrischen Antrieb erstellt werden kann.
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Die Vorrichtung 10 weist Mittel 1 auf, in der Parameter einer zurückzulegenden Wegstrecke abgespeichert sind oder die die entsprechenden Parameter zum Beispiel aus dem Internet ermitteln können. Dabei können die Mittel 1 mit einem Navigationssystem 6 verbunden sein oder selbst das Navigationssystem 6 bilden und über eine Verbindung LI direkt oder über das Navigationssystem 6 mit dem Internet verbindbar sein.
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Die Vorrichtung 10 weist weiterhin Mittel 2 auf, die geeignet sind, statistische und aktuelle Verkehrsflussdaten für die vorgegebene Strecke zur Verfügung zu stellen. Bei diesen Mittel kann es sich zum Beispiel ebenfalls um das Navigationssystem 6 handeln oder eine Verbindung LV zu einem Verkehrsfunksender oder um eine Verbindung LI, die die Mittel 2 direkt oder über das Navigationssystem 6 mit dem Internet verbindet.
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Die Vorrichtung 10 weist weiterhin Mittel 3 auf, die mit einem Speicher 7 für die Antriebsenergie für das Fahrzeug verbunden sind und die die Menge der in dem Speicher 7 gespeicherten Energie zu jeder Zeit erfassen können.
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Die Vorrichtung 10 weist weiterhin Mittel 4 auf, mit denen aus einer Anzahl vorgegebener Optimierungsfunktionen eine konkrete Optimierungsfunktion auswahlbar ist. Im gezeigten Ausführungsbeispiel sind die Mittel 4 mit einem Display 8 verbunden, auf dem die möglichen Optimierungsfunktionen angezeigt und zum Beispiel durch eine Berührung des Displays 8 ausgewählt werden können. Bei dem Display 8 kann es sich insbesondere um das Display des Boardcomputers handeln, der zum Beispiel abfragbare Fahrzeugdaten, eingestellte Radiosender und/oder die Informationen des Navigationssystems 6 darstellt.
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Schließlich weist die Vorrichtung 10 Mittel 5 auf, die geeignet sind, mittels der ausgewählten Optimierungsfunktion aus den Parametern, den Verkehrsflussdaten und den Informationen das optimierte Geschwindigkeits- oder Beschleunigungsprofil zu erstellen, und das optimierte Geschwindigkeits- oder Beschleunigungsprofil an einem Monitor 11 auszugeben und/oder als Regelgrößen für den elektrischen Antrieb 12 nutzen.
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Bei den Mitteln 5 kann es sich um einen Rechner 5 handeln. Der Rechner 5 ist über die Verbindungen 1a, 2a, 3a, 4a mit den Mitteln 1, 2, 3 und 4 verbunden und kann die von den Mitteln 1, 2, 3 und 4 übermittelten Daten empfangen und verarbeiten, um das optimierte Geschwindigkeits- oder Beschleunigungsprofil für die vorgegebene Wegstrecke zu ermitteln. Das ermittelte Profil kann der Rechner 5 dann über eine Verbindung 5a über einen Monitor 11, zum Beispiel den Tacho 11 des Fahrzeugs, für den Fahrer sichtbar ausgeben oder als Regelsignale 9 für den elektrischen Antrieb 13 zu Verfügung stellen. Der elektrische Antrieb 13 ist über eine Leitung 7a mit dem Speicher 7 für die elektrische Energie verbunden.
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Im Ausführungsbeispiel weist die Vorrichtung 10 weiterhin Mittel 12 auf, die ein Windprofil auf der vorgegebenen Fahrtstrecke ermitteln und dem Rechner 5 zur Verfügung stellen können. Wie von den Mitteln 1 und den Mitteln 2 bekannt, kann dazu das Navigationssystem 6 benutzt werden oder eine Internetverbindung LI benutzt werden.
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Gleichwohl in der vorangegangenen Beschreibung einige mögliche Ausführungen der Erfindung offenbart wurden, versteht es sich, dass zahlreiche weitere Varianten von Ausführungen durch Kombinationsmöglichkeiten aller genannten und ferner aller dem Fachmann naheliegenden technischen Merkmale und Ausführungsformen existieren. Es versteht sich ferner, dass die Ausführungsbeispiele lediglich als Beispiele zu verstehen sind, die den Schutzbereich, die Anwendbarkeit und die Konfiguration in keiner Weise beschränken. Vielmehr möchte die vorangegangene Beschreibung dem Fachmann einen geeigneten Weg aufzeigen, um zumindest eine beispielhafte Ausführungsform zu realisieren. Es versteht sich, dass bei einer beispielhaften Ausführungsform zahlreiche Änderungen bezüglich Funktion und Anordnung der Elemente vorgenommen werden können, ohne den in den Ansprüchen offenbarten Schutzbereich und dessen Äquivalente zu verlassen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Mittel
- 2
- Mittel
- 3
- Mittel
- 4
- Mittel
- 5
- Mittel, Rechner
- 6
- Navigationssystem
- 7
- Speicher
- 8
- Display
- 9
- Regelgröße
- 10
- Vorrichtung
- 11
- Monitor
- 12
- Mittel
- 13
- Antrieb
- LI
- Verbindung Internet
- LV
- Verbindung Verkehrsfunkt
