DE102014204308A1

DE102014204308A1 - Reichweitenschätzung für Elektrofahrzeuge

Info

Publication number: DE102014204308A1
Application number: DE102014204308.5A
Authority: DE
Inventors: Marc Bechler; Lorenz Makeschin
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2014-03-10
Filing date: 2014-03-10
Publication date: 2015-09-10

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Reichweitenschätzung eines Fahrzeugs (10) mit elektromotorischem Antrieb (14), basierend auf einem Energieverbrauchsmodell des Fahrzeugs (10), einer dem Fahrzeug (10) in einem Energiespeicher zur Verfügung stehenden Energiemenge und einer Straßendatenbasis, beispielsweise eines Navigationssystems (26), wobei die Reichweitenschätzung für eine vom Fahrzeug (10) zurücklegbare Fahrstrecke und eine darauf basierende Ausgabe an einen Fahrer des Fahrzeuges (10) erfolgt, wobei die Reichweitenschätzung unter Berücksichtigung aktueller ortsbezogener Umgebungszustandsdaten entlang einer geplanten Fahrstrecke erfolgt.

Description

Die Erfindung betrifft im Allgemein das Reichweitenmanagement bei Fahrzeugen, wie Kraftfahrzeugen und Krafträdern mit elektromotorischem Antrieb. Die Erfindung betrifft im Besonderen ein Verfahren sowie eine Einrichtung zur Reichweitenschätzung eines Fahrzeugs mit elektromotorischem Antrieb basierend auf einem Energieverbrauchsmodell des Fahrzeugs, einer aktuell zur Verfügung stehenden Energiemenge sowie Straßen- und/oder Navigationsdaten.
Ein Akzeptanzproblem von Fahrzeugen mit einem elektromotorischen Antrieb, wie z. B. einem Elektrofahrzeug, einem Hybridfahrzeug oder einem Fahrzeug mit einer Brennstoffzelle, besteht in der gegenüber konventionellen Fahrzeugen mit Verbrennungsmotor eingeschränkten Reichweite, die solche Fahrzeuge mit dem elektromotorischen Antrieb zurücklegen können. Eine einfache Nachtankmöglichkeit, wie sie bei Fahrzeugen mit herkömmlichen Verbrennungsmotoren mit flächendeckend verfügbaren Tankstellen gegeben ist, gibt es für rein elektromotorisch betriebene Fahrzeuge (noch) nicht. Daher verbinden Fahrer mit solchen Fahrzeugen eher die Befürchtung, wegen Energiemangel liegen zu bleiben. Eine Vertrauen schaffende Maßnahme besteht in der Bereitstellung zuverlässiger Informationen für den Fahrer hinsichtlich der aktuellen Reichweite des Fahrzeugs. Es ist von Fahrzeugen mit Verbrennungsmotor bekannt, die aktuelle Reichweite des Fahrzeugs beispielsweise in einem Fahrerinformationssystem alphanumerisch als minimale oder durchschnittliche Reichweite anzuzeigen.
DE 10 2010 003 760 A1 offenbart ein Reichweitenmanagement basiert auf einem Energieverbrauchsmodell des Fahrzeugs, einer im Fahrzeug zur Verfügung stehenden Energiemenge und einer bevorzugt digitalen Straßendatenbasis, beispielsweise der eines Navigationssystems, zur Reichweitenschätzung einer aktuell vom Fahrzeug zurücklegbaren Fahrstrecke und zur Ausgabe einer positiven, eventuellen und/oder negativen Erreichbarkeit eines Zielorts an einen Fahrer. Die Reichweitenschätzung erfolgt durch ein Zusammenwirken des Navigationssystems mit Straßendatenbasis und einem damit Informationen austauschenden Steuergerät des Fahrzeugs.
Die bei Beginn einer Fahrt aufgrund der voraussichtlichen Fahrstrecke und dem vorhandenen Energievorrat geschätzte Reichweite ist jedoch Schwankungen unterworfen. Beispielsweise kann ein zunächst noch als erreichbar eingestuftes Ziel aufgrund eines auf der geplanten Route auftretenden Energiebedarfs schließlich doch nicht mehr erreichbar sein.
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren und eine Einrichtung für eine zuverlässigere und/oder akkuratere Reichweitenschätzung eines Fahrzeugs mit elektromotorischem Antrieb anzugeben.
Die Aufgabe wird mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst. 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 erfindungsgemäßen Verfahren beschrieben sind, selbstverständlich auch im Zusammenhang mit der entsprechenden Einrichtung und jeweils umgekehrt, sodass bezüglich der Offenbarung der einzelnen Aspekte sowie Vorteile stets wechselseitig Bezug genommen wird bzw. werden kann.
Ein Kerngedanke der Erfindung besteht darin, das Reichweitenmanagement eines Fahrzeugs mit elektromotorischem Antrieb zu verbessern, indem aktuelle Umgebungszustandsdaten mit Ortsbezug, wie beispielsweise aktuelle Umgebungstemperaturen, an Orten der geplanten Fahrstrecke und deren Einfluss auf den voraussichtlichen Energieumsatz des Fahrzeugs berücksichtigt werden. Beispielsweise hat die aktuelle Umgebungstemperatur des Fahrzeugs einen unmittelbaren Einfluss auf den Energiebedarf bei der Klimatisierung des Fahrzeuginnenraums seitens einer Heizeinrichtung oder Klimaanlage. Damit kann die tatsächliche aktuelle Reichweite des Fahrzeugs besser abgeschätzt werden. Aktuelle Umgebungstemperaturen an Orten einer geplanten Fahrstrecke (Route) können beispielsweise als ortsbezogene Temperaturinformationen in Form einer aktuellen Temperaturkarte oder Teilen davon ähnlich wie Straßen- bzw. Navigationsdaten in Form einer Straßenkarte fusioniert werden.
Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zur Reichweitenschätzung eines Fahrzeugs mit elektromotorischem Antrieb, basierend auf einem Energieverbrauchsmodell des Fahrzeugs, einer dem Fahrzeug in einem Energiespeicher zur Verfügung stehenden Energiemenge und einer Straßendatenbasis, beispielsweise eines Navigationssystems, wobei die Reichweitenschätzung für eine vom Fahrzeug zurücklegbare Fahrstrecke und eine darauf basierende Ausgabe an einen Fahrer des Fahrzeuges erfolgt. Die Reichweitenschätzung erfolgt vorteilhaft unter Berücksichtigung aktueller ortsbezogener Umgebungszustandsdaten entlang einer geplanten Fahrstrecke.
Bei der Reichweitenschätzung werden besonders bevorzugt aktuelle Umgebungstemperaturen entlang der geplanten Fahrstrecke und deren Einfluss auf den Energiebedarf, beispielsweise bei der Klimatisierung eines Fahrzeuginnenraums seitens einer Heizeinrichtung und/oder einer Klimaanlage des Fahrzeugs berücksichtigt. Damit kann die tatsächliche aktuelle Reichweite des Fahrzeugs besser abgeschätzt werden. Aktuelle Umgebungstemperaturen an Orten einer geplanten Fahrstrecke (Route) können als ortsbezogene Temperaturinformationen beispielsweise in Form einer aktuellen Temperaturkarte oder Teilen davon mit Straßen- bzw. Navigationsdaten eines Navigationssystems fusioniert und im Energieverbrauchsmodell des Fahrzeugs berücksichtigt werden.
Die aktuellen Umgebungstemperaturen an Orten der geplanten Fahrstrecke werden bevorzugt aus, beispielsweise über das Internet, bereitgestellten Wetterkarten und Temperaturkarten abgeleitet. Dies ist in einem Fahrzeuge beispielsweise mittels einer drahtlosen oder mobilen Kommunikationsverbindung zur Datenkommunikation mit dem Internet möglich. Eine solche Verbindung kann z. B. über eine drahtlose Datenschnittstelle mittels einer entsprechenden Kommunikationseinrichtung via Mobilfunk, WLAN oder dergleichen hergestellt werden.
Die aktuelle Umgebungstemperaturdaten können auch aus einer Temperaturkarte abgeleitet werden, die mittels Crowdsourcing erstellt wurden, wobei die Temperaturkarte als Ganzes oder Umgebungstemperaturdaten streckenbezogen entlang der geplanten Fahrstrecke über eine Datenverbindung zum Internet von einer zentralen Einrichtung in das Fahrzeug heruntergeladen werden kann.
Aktuelle Umgebungstemperaturdaten können mittels Crowdsourcing mit einem System ähnlich wie in US 2013/0173155 A zur Sammlung von Navigationsdaten durch mobile Teilnehmer akquiriert werden. Crowdsourcing ist an den Begriff Outsourcing angelehnt und bezeichnet die Auslagerung traditionell interner Teilaufgaben an eine Gruppe freiwilliger User, z. B. über das Internet. Damit kann eine aktuelle Temperaturkarte mit hinreichender Präzision erstellt werden, indem teilnehmende Fahrzeuge ebenfalls über eine der o. g. drahtlosen Datenschnittstelle zum Internet regelmäßig, z. B. alle paar Sekunden die aktuelle Umgebungstemperatur zusammen mit dem aktuellen Ort (mit Ortsbezug bzw. ortsbezogen) an eine zentrale Einrichtung, wie einen Server im Internet, im Netz melden. Die ortsbezogenen Temperaturdaten können dann backendseitig von der zentralen Einrichtung verarbeitet und fusioniert werden, um die Temperaturkarte zu erzeugen. Die Temperaturkarte kann dann als Ganzes oder es können Temperaturdaten bedarfsgerecht streckenbezogen, d.h. entlang einer geplanten Fahrstrecke, oder ortsbezogen für die hier beschriebenen Zweck über das Internet von der zentralen Einrichtung heruntergeladen werden.
In vorteilhafter Weise können weitere Wetterbedingungen als ortsbezogene Umgebungszustandsdaten und deren Einfluss auf den Energieumsatz des Fahrzeugs bei der Reichweitenschätzung berücksichtigt werden. Dabei werden bevorzugt solche Wetterbedingungen berücksichtigt, die einen weiteren lokal durch die Wetterbedingungen verursachten Strombedarf im Fahrzeug mit sich bringen. So können z.B. aktuell stattfindende Niederschläge zu einer "Niederschlagskarte" fusioniert werden und diese ähnlich wie die Temperaturdaten der "Temperaturkarte" dem Reichweitenmanagement des Fahrzeugs zur Verfügung gestellt werden. An Orten mit Niederschlag wird typischerweise der Scheibenwischer eingeschaltet, der zusätzliche Energie benötigt. Dieser voraussichtliche zusätzliche Energiebedarf kann als Information mit in die Reichweitenschätzung einfließen.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung können bei der Reichweitenschätzung nicht nur aktuelle ortsbezogene Umgebungszustandsdaten berücksichtigt werden, sondern auch geschätzte zukünftige Umgebungszustandsdaten, beispielsweise basierend auf aktuellen „Wettervorhersageprognosen“. Ein Navigationssystem kann bei der Routenplanung für jeden Ort der Route einen voraussichtlichen Ankunftszeitpunkt schätzen. D.h., wenn das Navigationssystem „weiß“, dass das Fahrzeug erst in zwei Stunden an einem bestimmten Ort sein wird, kann statt der aktuell dort vorliegenden Umgebungstemperatur eine „geschätzte“ oder voraussichtliche Umgebungstemperatur verwendet werden. Diese voraussichtliche Temperatur kann z.B. unter Berücksichtigung von Vorhersagen seitens der online verfügbaren Wetterdienste erfolgen. Wenn sich das Fahrzeug dem jeweiligen Ort nähert, kann die Reichweitenschätzung, beispielsweise graduell oder digital von der „geschätzten“ auf die „aktuelle“ Temperaturkarte umgeschaltet werden. Mit dieser Weiterbildung kann die Zuverlässigkeit der geschätzten Reichweite weiter verbessert werden. Daher kann bei den obigen Ausführungen zur Reichweitenschätzung die Datenbasis für die Schätzung von aktuellen und/oder geschätzten ortsbezogenen Umgebungsdaten gebildet sein.
In vorteilhafter Weise kann alternativ oder zusätzlich zur besseren Reichweitenschätzung die Betriebsstrategie des Fahrzeugs basierend auf der Kenntnis der ortsbezogenen Umgebungsdaten an Orten entlang der geplanten Fahrstrecke so eingestellt werden, dass ein zusätzlicher Verbrennungsmotor des Fahrzeugs so eingesetzt wird, dass eine aktuelle Reichweite des Fahrzeugs aufgrund der im Energiespeicher zur Verfügung stehenden Energiemenge an Bord des Fahrzeugs maximiert wird. Wenn das Fahrzeug einen Rangeextender (Verbrennungsmotor zum Betreiben eines Generators zur Erzeugung elektrischen Stroms) an Bord hat oder ein Hybridfahrzeug ist, bei dem von Elektrobetrieb auf konventionellen Verbrennungsbetrieb umgeschaltet werden kann, wird der Verbrennungsmotor normalerweise nur bei Bedarf zugeschaltet, z. B. wenn der Energiegehalt der Antriebsbatterie unter ein gewisses Level fällt. Das bedeutet, dass solche Fahrzeuge grundsätzlich nach einem Start elektrisch losfahren. Erst wenn der Energiegehalt der Antriebsbatterie des elektromotorischen Antriebs unter ein gewisses Level fällt, wird automatisch der Rangeextender oder Verbrennungsmotor zugeschaltet oder ganz auf den Verbrennungsmotor umgeschaltet. Mit der Erfindung ist es nun möglich, die Betriebsstrategie aufgrund der Kenntnis der Umgebungstemperaturen entlang der voraussichtlichen Fahrstrecke anzupassen. Beispielsweise kann bei einem Hybridfahrzeug oder Elektrofahrzeug mit Rangeextender, wenn die Umgebungstemperatur am Startort niedriger als die Umgebungstemperatur(en) unterwegs sind und das Fahrzeug im Innenraum kalt ist, die Betriebsstrategie so angepasst werden, dass ein Verbrennungsmotor bereits beim Start oder kurz danach oder sobald die Antriebsbatterie um ein bestimmtes Maß entladen wurde eingeschaltet wird, um so Abwärme des Verbrennungsmotors zum Heizen des Innenraums des Fahrzeugs zu nutzen.
Die Reichweitenschätzung kann basierend auf der im Energiespeicher zur Verfügung stehenden Energiemenge und dem Energieverbrauchsmodell basierend auf wenigstens einem der folgenden Parameter erfolgen: dem voraussichtlichen Geschwindigkeitsprofil entlang der geplanten Fahrstrecke, einem voraussichtlichen Stromverbrauch von im Fahrzeug vorhandenen Nebenaggregaten, wie z.B. einer Klimaanlage, einer Heizung, einer Scheibenheizung, einer Beleuchtungsanlage, Scheibenwischerantriebsmotoren, einer Multimediaeinheit, etc. Als weiterer Parameter für die Reichweitenschätzung kann in dem Energieverbrauchsmodell ein aktuelles Fahrzeuggewicht, beispielsweise aufgrund der tatsächlichen Fahrzeugbesetzung berücksichtigt werden. Es ist regelmäßig so, dass wenn vier Personen reisen, der Energieverbrauch höher liegt als wenn nur eine Person fährt. Dies liegt unmittelbar im unterschiedlichen Gesamtgewicht des Fahrzeugs begründet. Das aktuelle Fahrzeuggewicht kann z.B. über den Einfederungsweg der Fahrzeugfederung des Fahrzeugs beim Fahrtantritt ermitteln und so bei der Reichweitenschätzung berücksichtigen werden.
Bevorzugt wird der Fahrer visuell über die aktuelle Reichweite informiert. Dazu kann die ermittelte aktuelle Reichweite graphisch, beispielsweise in Form eines Spinnennetzes und/oder mittels farblicher Markierung und/oder Entfernungsmarkierungen auf einem Bildschirm, beispielsweise des Navigationssystem des Fahrzeugs, angezeigt werden. D. h., die aktuell geschätzte Reichweite kann mittels einer graphisch hervorgehobenen Fläche um den aktuellen Standpunkt des Fahrzeugs auf der Karte des Navigationssystems angezeigt werden. Die ermittelte aktuelle Reichweite kann aber auch einfach alphanummerisch in einem Fahrerinformationssystem angezeigt werden.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft eine Einrichtung, insbesondere als Teil eines Navigationssystems, die zur Reichweitenschätzung eines Fahrzeugs mit elektromotorischem Antrieb eingerichtet ist und mit einem Navigationssystem und einer Anzeigeeinheit für einen Fahrer des Fahrzeugs verbunden ist. Entsprechend dem Verfahren ist die Einrichtung konfiguriert, anhand von Straßendaten des Navigationssystems, eines Energieverbrauchsmodells des Fahrzeugs und einer dem Fahrzeug zur Verfügung stehenden Energiemenge eine Reichweitenschätzung für eine vom Fahrzeug zurücklegbare Fahrstrecke zu berechnen und graphisch oder alphanummerisch auf einer Anzeigeeinheit auszugeben. Die Reichweitenschätzung erfolgt wie bei dem Verfahren unter Berücksichtigung aktueller ortsbezogener Umgebungszustandsdaten entlang einer geplanten Fahrstrecke.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Fahrzeug mit einem elektromotorischem Antrieb und der vorstehend beschriebenen Einrichtung, die zur Durchführung eines oben beschriebenen Verfahrens konfiguriert ist. Die Erfindung kann aber grundsätzlich auch im Zusammenhang mit jedem Fahrzeug eingesetzt werden, bei dem bestimmte ortsbezogene Umgebungszustandsdaten, wie die Umgebungstemperatur, entlang einer geplanten Fahrstrecke einen Einfluss auf das Fahrzeug und/oder die Insassen und/oder eine mitgeführte Fracht hat.
Die Vorteile der vorliegenden Erfindung zeigen sich insbesondere bei Elektrofahrzeugen mit/ohne Rangeextender oder bei Hybridfahrzeugen. Zunächst ist mit der Erfindung eine exaktere Vorhersage der aktuellen maximalen Reichweite des Fahrzeugs durch Berücksichtigung der ortsbezogenen Umgebungszustandsdaten, wie den Umgebungstemperaturen, entlang einer geplanten Fahrstrecke möglich. Durch die Nutzung der in einer Datenbank fusionierten ortsbezogenen Umgebungszustandsdaten, beispielsweise in einer Temperaturkarte oder einer Niederschlagskarte, für die "Betriebsstrategie" bei Fahrzeugen mit Rangeextender oder bei Hybridfahrzeugen kann die Energieeffizienz optimiert und damit die Reichweite dieser Fahrzeuge verlängert werden. Schließlich hat der Fahrer mit dem zuverlässigeren Reichweitenmanagement mehr Vertrauen in den Elektroantrieb, da die Befürchtung genommen wird, unterwegs plötzlich liegen zu bleiben.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnungen Ausführungsbeispiele der Erfindung im Einzelnen beschrieben sind. Dabei können die in den Ansprüchen und in der Beschreibung erwähnten Merkmale jeweils einzeln für sich oder in beliebiger Kombination erfindungswesentlich sein. Ebenso können die vorstehend genannten und die hier weiter ausgeführten Merkmale je für sich oder zu mehreren in beliebigen Kombinationen Verwendung finden. Funktionsähnliche oder identische Bauteile oder Komponenten sind teilweise mit gleichen Bezugszeichen versehen. Die in der Beschreibung der Ausführungsbeispiele verwendeten Begriffe „links“, „rechts“, „oben“ und „unten“ beziehen sich auf die Zeichnungen in einer Ausrichtung mit normal lesbarer Figurenbezeichnung bzw. normal lesbaren Bezugszeichen. Die gezeigten und beschriebenen Ausführungsformen sind nicht als abschließend zu verstehen, sondern haben beispielhaften Charakter zur Erläuterung der Erfindung. Die detaillierte Beschreibung dient der Information des Fachmanns, daher werden bei der Beschreibung bekannte Schaltungen, Strukturen und Verfahren nicht im Detail gezeigt oder erläutert, um das Verständnis der vorliegenden Beschreibung nicht zu erschweren.
1 zeigt ein schematisches Blockschaltbild eines Fahrzeugs mit elektromotorischem Antrieb und einer Steuereinrichtung zur Durchführung einer verbesserten Reichweitenschätzung.
2 zeigt eine schematische Darstellung eines Systems zur Erzeugung und/oder Bereitstellung ortsbezogener Zustandsdaten für eine verbesserte Reichweitenschätzung.
1 zeigt ein schematisches Blockschaltbild eines Fahrzeugs 10 mit einem elektromotorischen Antrieb. Das Fahrzeug 10 kann ein Elektrofahrzeug mit Antriebsbatterie, ein Elektrofahrzeug mit einer mittels eines sogenannten Rangeextenders vergrößerten Reichweite oder ein Hybrid-Fahrzeug sein.
Das Fahrzeug 10 enthält eine Steuereinheit 12, die ein mittels programmiertechnischer Anweisungen codiertes Verfahren ausführen kann, um u. a. eine aktuelle Reichweite des Fahrzeugs 10 abzuschätzen.
Das Fahrzeug 10 des Ausführungsbeispiels enthält einen elektrischen Antriebsmotor 14; das Fahrzeug 10 kann auch mehrere Antriebsmotoren in Abhängigkeit von der Fahrzeugkonstruktion aufweisen. Der Antriebmotor 14 ist beispielsweise eine mehrphasige elektrische Maschine, die mit Energie aus einem wieder aufladbaren Energiespeicher 16 als Antriebsbatterie, z. B. einem Batteriemodul bestehend aus mehreren Gleichstrombatteriezellen, über ein Wechselrichtermodul 18 elektrisch verbunden ist.
Der Energiespeicher 16 des Fahrzeugs 10 kann weiter direkt oder über ein Bordnetzmodul 20, das die Ausgangsspannung des Energiespeichers 16 auf einen geeigneten Spannungspegel umsetzt, ein Bordnetz 22 (Gleichstrombussystem) speisen. Über das Bordnetz 22 werden Zusatzsysteme 24 des Fahrzeugs 10, wie eine Klimaanlage 24.1, eine Heizung 24.2, Beleuchtungseinrichtungen 24.3, eine Multimediaeinheit 24.4 usw. mit elektrischer Leistung versorgt.
Ebenfalls vom Bordnetz 22 werden neben der Steuereinheit 12 auch ein Navigationssystem 26, das über eine Datenverbindung 28 mit der Steuereinheit 12 verbunden ist, versorgt. Eine Mobilkommunikationseinheit 30 ist ebenfalls über die Datenverbindung 28 mit dem Navigationssystem 26 und der Steuereinheit 12 verbunden. Weiter gibt es eine Anzeigeeinheit 32, als visuelle Schnittstelle zum Fahrer des Fahrzeugs.
Auf der Anzeigeeinheit 32 können als Bestandteil eines Fahrerinformationssystems neben fahrzeugspezifischen Informationen insbesondere graphische Navigationsinformationen des Navigationssystems 26 und/oder Bedien- und Verbindungsinformationen der Mobilkommunikationseinheit 30 angezeigt werden. Die Anzeigeeinheit 32 kann auch als berührungssensitiver Bildschirm (Touchscreen) ausgeführt sein und so auch als Eingabeschnittstelle für den Fahrer zur Bedienung des Navigationssystems 26 und/oder der Mobilkommunikationseinheit 30 dienen.
Die Mobilkommunikationseinheit 30 kann beispielsweise die Funktionalitäten eines Mobiltelefons aufweisen, d.h. zur Durchführung von mobilen Telefonaten und/oder Aufbau von mobilen Datenverbindungen ins Internet über ein verfügbares Mobilkommunikationsnetz oder lokale Funknetzwerke, wie WLAN, eingerichtet sein. Die Steuereinheit 12, das Navigationssystem 26, die Mobilkommunikationseinheit 30 und die Anzeigeeinheit 32 können auch gemeinsam als integrierte Einheit beispielsweise in ein Fahrerinformationssystem 34 integriert sein. Die Mobilkommunikationseinheit 30 kann auch als separates Gerät, beispielsweise als Mobiltelefon, temporär über eine drahtlose Nahbereichsverbindung, wie Bluetooth, WLAN, etc. an das Fahrerinformationssystem 34 gekoppelt werden und so die benötigen Mobilkommunikationsfunktionen bereitstellen.
Die Mobilkommunikationseinheit 30 besitzt eine Antenne 36 zum Aufbau einer drahtlosen Funkverbindung mit einem Mobilfunknetz 100, über das auch eine Datenverbindung zum Internet und damit verbundene Dienste-Server 200 möglich ist.
Ein mehrphasiger Wechselstrombus 38 verbindet das Wechselrichtermodul 18 elektrisch mit dem Antriebsmotor 14. Der Antriebsmotor 14 treibt über eine Welle (nicht gezeigt) ein Getriebe 40. Das Getriebe 40 kann verschiedene Getriebeelemente und Kupplungen (nicht gezeigt) zum Wandeln und Übertragen eines Motordrehmoments enthalten. Das Getriebe 40 treibt über entsprechende Abgänge angetriebene Achsen 42.1, 42.2 des Fahrzeugs 10 mit einem Ausgangsdrehmoment des Getriebes 40 an. Mit den Achsen 42.1, 42.2 sind Antriebsräder 44.1, 44.2 des Fahrzeugs 10 verbunden; das Fahrzeug 10 kann auch mehr als zwei Antriebsräder haben, also beispielsweise ein Allradfahrzeug mit zwei Achsen und vier Antriebsrädern sein (nicht gezeigt).
Das Fahrzeug 10 weist weiter einen Rangeextender 46 auf. Der Rangeextender 46 besteht im Wesentlichen aus einer kleinen Brennkraftmaschine 46.1 zum Antreiben eines Generators 46.2. Der Generator 46.2 erzeugt elektrische Energie zum Wiederaufladen des Energiespeichers 16 und/oder zum direkten Speisen des Wechselrichtermoduls 18 und/oder des Bordnetzmoduls 20. Die Brennkraftmaschine 46.1 wird aus einem Tank 46.3 mit Brennstoff, z. B. Dieselkraftstoff versorgt. Der Energiespeicher 16 kann auch unter Verwendung anderer Mittel wiederaufgeladen werden, z. B. über Rekuperation beim Bremsen, über eine elektrische Verbindung mit einer externen Stromsteckdose usw.
Die Steuereinheit 12 ist zur Ausführung eines verbesserten Verfahrens zur Reichweitenschätzung des Fahrzeugs konfiguriert und wie oben erläutert Teil des Navigationssystems 26 oder damit verbunden. Die Steuereinheit 12 und/oder das Navigationssystem 26 können jeweils ein einzelner oder verteilter Digitalcomputer sein, der einen Mikroprozessor oder eine zentrale Verarbeitungseinheit, Festwertspeicher für Programmcode, Arbeitsspeicher mit wahlfreiem Zugriff für Arbeitsdaten, elektrisch löschbaren programmierbaren Festwertspeicher und Eingabe/Ausgabe-Einheiten umfasst.
Die Steuereinheit 12 berechnet basierend auf einem Energieverbrauchsmodell des Fahrzeugs 10, einer aktuell im Energiespeicher 16 verfügbaren Energiemenge und ggf. der einer im Tank 46.3 vorhandenen Treibstoffvorrat des Rangeextenders 46 entsprechenden Energiemenge und vom Navigationssystem 26 bereitgestellten Navigationsdaten eine aktuelle Reichweite des Fahrzeugs 10. Ein aktueller Ladezustand und eine aktuelle Kapazität des Energiespeichers 16 werden als Statussignal des Energiespeichers 16 erfasst und ebenfalls an die Steuereinrichtung 12 übermittelt oder von dieser regelmäßig abgefragt.
Der Ladezustand des Energiespeichers 16 entleert sich zunächst in Abhängigkeit davon, wie das Fahrzeug 10 gefahren wird. Dazu kann mit dem Energieverbrauchsmodell in Kenntnis der geplanten Route, der voraussichtlichen Geschwindigkeiten, der Einflüsse des Geländes entlang der Route (Steigungen/Gefälle), der aktuellen Verkehrsbedingungen auf der Route und ggf. des Fahrstils des Fahrers etc. der voraussichtliche Energiebedarf abgeschätzt werden. Einen weiteren signifikanten Einfluss auf den Energieumsatz während der Fahrt hat der Aktivitätszustand der weiteren am Bordnetz 22 angeschlossenen Verbraucher, d.h. der voraussichtliche Stromverbrauch der Klimaanlage 24.1, der Heizung 24.2, der Beleuchtungseinrichtungen 24.3, der Scheibenwischermotoren 24.4 usw. Das in der Steuereinheit 12 implementierte Energieverbrauchsmodell berücksichtigt dies alles, um die aktuelle Reichweite des Fahrzeugs 10 im Voraus zu bestimmen und ggf. regelmäßig zu aktualisieren. D.h., die Steuereinheit 12 ist in der Lage wie ein entsprechend programmierter Computer auf mathematische Weise die aktuell verbleibende Reichweite des Fahrzeugs 10 zu berechnen und das Ergebnis als Reichweiteinformation an das Navigationssystem 26 zur Anzeige auf dem Anzeigebildschirm 32 einem Fahrer anzuzeigen.
Die aktuelle Reichweite kann alphanummerisch und/oder graphisch auf dem Anzeigebildschirm 32 des Navigationssystems 26 angezeigt werden. Dabei kann die Reichweite beispielsweise als Spinnennetz in eine Kartendarstellung mit dem aktuellen Standort des Fahrzeugs 10 graphisch angezeigt werden.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung können bei dem Fahrzeug 10 der 1 mit dem Rangeextender 46 (oder entsprechend bei einem Hybridfahrzeug) neben der genaueren Reichweitenschätzung noch zusätzliche Potenziale zur Reichweitenoptimierung ausgeschöpft werden.
Die vorteilhafte Weiterbildung beruht auf der Idee, den Rangeextender 46 bereits dann zu verwenden, wenn er effizienter genutzt werden kann. Startet das Fahrzeug z. B. in einer kalten Region und fährt in wärmere Gebiete, ist es sinnvoll, den Rangeextender 46 gleich zu Beginn einzuschalten, um die unvermeidlich entstehende Abwärme des Verbrennungsmotors 46.1 zum Heizen des Innenraums des Fahrzeugs 10 nutzen zu können. Dies führt unmittelbar zu einem geringeren Energieumsatz des Fahrzeugs, da weniger Strom zur Speisung der Heizung 46.2 benötigt wird. Steigt die Außentemperatur während der Fahrt dann an, wird der für die Heizung 46.2 benötigte Strom geringer und damit steigt die Gesamteffizienz und somit auch die maximale Reichweite.
2 zeigt eine schematische Darstellung eines Systems zur Erzeugung und/oder Bereitstellung ortsbezogener Zustandsdaten für eine verbesserte Reichweitenschätzung.
Dazu wird gemäß dem hier beschriebenen Ausführungsbeispiel mittels Crowdsourcing von einer Flotte 11 von teilnehmenden Fahrzeugen 10.1, 10.2, 10.3, ..., 10.n als Beispiel für Umgebungsdaten mit Ortsbezug eine Temperaturkarte auf einem Server 200 aktuell gehalten. Die teilnehmenden Fahrzeugen 10.1, 10.2, 10.3, .., 10.n sammeln in regelmäßigen Abständen die aktuelle Temperatur an ihrer jeweils aktuellen Position und übertragen diese über eine mobile Datenverbindung über das Internet 100 an den Server 200, der mit dem Internet 100 verbunden ist. Die Daten können auch zur Reduzierung des Datenverkehrs als Datensätze für einen bestimmten Zeitraum übertragen werden, wobei dann jedes Datenelemente eines solchen Datensatzes aus der Umgebungstemperatur und dem zugehörigen Ort besteht.
Im Server 200 werden die gemeldeten Temperaturdaten als Umgebungsdaten mit Ortsbezug von einer Recheneinheit 210 durch Datenfusion zu der Temperaturkarte fusioniert. Die Temperaturkarte wird dabei in einer Datenbank 220 gespeichert und aktuell gehalten. Durch das Crowdsourcing kann die Temperaturkarte aufgrund der fortlaufenden Kommunikation mit den Fahrzeugen der Flotte 11 aktuell gehalten werden. Vorteilhaft ist besonders, dass die mittels Crowdsourcing erfassten Daten, insbesondere für die hier genannten Zwecke, genauer sind als Informationen, die von Wetterdiensten bezogen werden können. Die Umgebungsdaten mit Ortsbezug werden nämlich von den Fahrzeugen 10.1, 10.2, 10.3, ..., 10.n regelmäßig von Orten die auf öffentlichen Straßen und Fahrwegen liegen übermittelt und auch zur Berücksichtigung im Energieverbrauchsmodel mit Routendaten verknüpft, die solche öffentlichen Straßen und Fahrwege sind.
Durch die Nutzung der ortsbezogenen Umgebungstemperaturen als Beispiel für ortsbezogene Umgebungsdaten kann eine Reichweitenoptimierung in zwei Ausprägungen realisiert werden.
Zunächst ermöglicht die Kenntnis der aktuellen Umgebungstemperaturen als Außentemperaturen für das Fahrzeug 10 entlang einer voraussichtlichen Route eine präzisere Aussage zur Reichweite im reinen Elektrobetrieb des Fahrzeugs 10. Wird das Fahrzeug 10 ausschließlich elektrisch betrieben, lässt sich basierend auf einer eingestellten Soll-Temperatur der Klimaanlage, der aktuellen Ist-Temperatur im Fahrzeuginnenraum sowie der erwarteten Temperaturen entlang der Route sehr genau abschätzen, wie viel Energie für das Beheizen oder Kühlen des Innenraums des Fahrzeugs 10 auf der vorgegebenen Strecke benötigt wird.
Da die Klimaanlage 24.1 und/oder die Heizung 24.2 mit die größten Verbraucher am Bordnetz 22 sind, haben diese den größten Einfluss auf die Reichweite – besonders bei extrem kalten oder heißen Temperaturen. Das Wissen über die aktuellen Außentemperaturen entlang der geplanten Route kann somit vorteilhaft in die Reichweitenschätzung einbezogen werden, sodass dem Fahrer zuverlässigere aktuelle Informationen bzgl. der aktuellen Reichweite bereitgestellt werden können. Beispielsweise kann damit das oben genannte "Spinnennetz" noch genauer angezeigt werden. Der Fahrer bekommt damit ein größeres Vertrauen in die tatsächlich erreichbare Reichweite.
In der 2 ist das Gesamtsystem dargestellt, mit dem sich die hier vorgeschlagen Verbesserungen umsetzten lassen. Über eine hinreichend große Flotte 11 aus Fahrzeugen 10.1, 10.2, 10.3, ..., 10.n werden Temperaturdaten als ortsbezogene Umgebungsdaten gesammelt und regelmäßig an den Backend-Server 200 im Internet (der "Cloud") 100 geschickt (Schritt 1).
Im Backend-Server 200 werden die gesammelten Umgebungsdaten mit dem zugehörigen Ort (Ortsbezug), im Fall von gemeldeten Umgebungstemperaturen mit Ortsbezug als Ortstemperaturen zu der aktuellen Temperaturkarte fusioniert (Schritt 2).
Gibt nun der Fahrer des Fahrzeugs 10 mit elektromotorischem Antrieb ein gewünschtes Ziel in das Navigationssystem 32 ein, lädt sich die Steuereinrichtung 12 des Fahrzeugs 10 den benötigten "Temperaturhorizont", also den relevanten Ausschnitt der Temperaturkarte, vom Backend-Server 200 über eine mobile Datenverbindung aus dem Internet 100 (Schritt 3). Dies kann entweder dadurch geschehen, dass die Steuereinrichtung 12 dem Backend-Server 200 das gewünschte Ziel über die mobile Datenverbindung mitteilt, der daraufhin den Temperaturhorizont für die Route mitteilt. Alternativ – insbesondere zwecks verbessertem Datenschutz oder für mögliche Ausweichrouten – kann die Steuereinrichtung 12 den Temperaturhorizont auch für eine bestimmte Region vom Backend-Server 200 anfordern, beispielsweise in einem bestimmten Radius, z.B. 100 km um die aktuelle Position, oder einen bestimmten Bereich in eine bestimmte Richtung, z.B. 150 km in nördlicher Richtung, etc.
Basierend auf dem so erhaltenen Temperaturhorizont kann die Steuereinrichtung 12 unter Zuhilfenahme des Energieverbrauchsmodells für das Fahrzeug 10 und der aktuellen lokalen Fahrzeugparameter, wie Soll-Temperatur, Ist-Temperatur im Fahrzeug, Außentemperatur, etc., zusätzlich den für die Heizleistung/Kühlleistung erforderlichen Energiehaushalt bestimmen und in die Reichweitenberechnung mit einbeziehen (Schritt 4).
Sollte sich während der Fahrt der Temperaturhorizont signifikant ändern, kann mittels regelmäßiger Updates immer ein aktualisierter Temperaturhorizont an das Fahrzeug 10 übermittelt bzw. von diesem regelmäßig abgerufen werden und die Reichweitenberechnung aktualisiert werden.
Optional kann die vorstehend beschriebene Reichweitenoptimierung vorteilhaft weitergebildet werden, indem beispielsweise neben den Temperaturdaten auch Wetterbedingungen in die Temperaturkarte aufgenommen werden, die einen weiteren erhöhten lokal-bedingten Strombedarf mit sich bringen. Damit ist es möglich, z.B. aktuelle Niederschlagsereignisse mit der "Temperaturkarte" zu fusionieren. An Orten, an denen es regnet, wird typischerweise der Scheibenwischer eingeschaltet, der zusätzliche Energie benötigt. Diese Information kann dann entsprechend in die Reichweitenschätzung einfließen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102010003760 A1 [0003]
US 2013/0173155 A [0012]

Claims

Verfahren zur Reichweitenschätzung eines Fahrzeugs (10) mit elektromotorischem Antrieb (14), basierend auf einem Energieverbrauchsmodell des Fahrzeugs (10), einer dem Fahrzeug (10) in einem Energiespeicher (16, 46.3) zur Verfügung stehenden Energiemenge und Straßendaten, beispielsweise eines Navigationssystems (26), wobei die Reichweitenschätzung für eine vom Fahrzeug zurücklegbare Fahrstrecke und eine darauf basierende Ausgabe an einen Fahrer des Fahrzeuges (10) erfolgt, dadurch gekennzeichnet, dass die Reichweitenschätzung unter Berücksichtigung aktueller ortsbezogener Umgebungszustandsdaten entlang einer geplanten Fahrstrecke erfolgt.
Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Reichweitenschätzung aktuelle und/oder geschätzte Umgebungstemperaturen entlang der geplanten Fahrstrecke und deren Einfluss auf den Energiebedarf berücksichtigt werden, beispielsweise bei der Klimatisierung eines Fahrzeuginnenraums seitens einer Heizeinrichtung (24.2) oder Klimaanlage (24.1).
Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass aktuelle und/oder geschätzte Umgebungstemperaturen an Orten der geplanten Fahrstrecke aus, beispielsweise über das Internet, bereitgestellten Wetterkarten und Temperaturkarten abgeleitet werden.
Verfahren gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass aktuelle und/oder geschätzte Umgebungstemperaturdaten aus einer Temperaturkarte abgeleitet werden, die beispielsweise mittels Crowdsourcing von mehreren Fahrzeugen gesammelt wurden, wobei die Temperaturkarte als Ganzes oder Umgebungstemperaturdaten streckenbezogen entlang der geplanten Fahrstrecke über eine Datenverbindung zum Internet von einer zentralen Einrichtung in das Fahrzeug (10) heruntergeladen werden.
Verfahren gemäß Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass weitere aktuelle und/oder geschätzte Wetterbedingungen, wie beispielsweise Niederschlagsdaten, als ortsbezogene Umgebungszustandsdaten und deren Einfluss auf den Energieumsatz des Fahrzeugs (10) bei der Reichweitenschätzung berücksichtigt werden, wobei bevorzugt solche Wetterbedingungen berücksichtigt werden, die einen weiteren lokal durch die Wetterbedingungen verursachten Strombedarf im Fahrzeug (10) mit sich bringen.
Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Betriebsstrategie des Fahrzeugs (10) basierend auf der Kenntnis der ortsbezogenen Umgebungsdaten an Orten entlang der geplanten Fahrstrecke so eingestellt wird, dass ein zusätzlicher Verbrennungsmotor des Fahrzeugs (10) so eingesetzt wird, dass eine aktuelle Reichweite des Fahrzeugs (10) aufgrund der im Energiespeicher (16, 46.3) zur Verfügung stehenden Energiemenge an Bord des Fahrzeugs (10) maximiert wird.
Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Reichweitenschätzung basierend auf der im Energiespeicher (16, 46.3) zur Verfügung stehenden Energiemenge und dem Energieverbrauchsmodell basierend auf wenigstens einem der folgenden Parameter erfolgt: dem voraussichtlichen Geschwindigkeitsprofil entlang der geplanten Fahrstrecke, einem voraussichtlichen Stromverbrauch von im Fahrzeug (10) vorhandenen Nebenaggregaten, wie z.B. einer Klimaanlage (24.1), einer Heizung (24.2), einer Scheibenheizung, einer Beleuchtungsanlage (24.3), Scheibenwischerantriebsmotoren (24.4), einer Multimediaeinheit, einem aktuellen Fahrzeuggewicht etc.
Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Fahrer visuell über die aktuelle Reichweite informiert wird, wobei die ermittelte aktuelle Reichweite graphisch, beispielsweise in Form eines Spinnennetzes und/oder mittels farblicher Markierung und/oder Entfernungsmarkierungen auf einem Bildschirm, beispielsweise des Navigationssystem (26) angezeigt werden.
Einrichtung (12), insbesondere als Teil eines Navigationssystems (26), die zur Reichweitenschätzung eines Fahrzeugs (10) mit elektromotorischem Antrieb (14) konfiguriert ist und mit einem Navigationssystem (26) und mit einer Anzeigeeinheit (32) für einen Fahrer des Fahrzeugs (10) verbunden ist, wobei die Einrichtung (12) weiter konfiguriert ist, anhand einer Straßendatenbasis des Navigationssystems (26), eines Energieverbrauchsmodells des Fahrzeugs (10) und einer dem Fahrzeug (10) zur Verfügung stehenden Energiemenge eine Reichweitenschätzung für eine vom Fahrzeug (10) zurücklegbare Fahrstrecke zu berechnen und graphisch oder alphanummerisch auf einer Anzeigeeinheit (32) auszugeben, dadurch gekennzeichnet, dass die Reichweitenschätzung unter Berücksichtigung aktueller ortsbezogener Umgebungszustandsdaten entlang einer geplanten Fahrstrecke erfolgt.
Fahrzeug (10) mit einem elektromotorischen Antrieb (14) und einer Einrichtung gemäß Anspruch 9 zur Durchführung eines Verfahrens gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8.