DE102013003411B4 - Method and system for controlling and/or regulating the energy consumption and/or the route of an electric vehicle - Google Patents
Method and system for controlling and/or regulating the energy consumption and/or the route of an electric vehicleInfo
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Abstract
Verfahren zum Steuern und/oder Regeln des Energieverbrauchs und/oder der Fahrtroute eines Elektrofahrzeugs, wobei:
a) ein Energiemanagementsystem (20) eine Restenergiekenngröße (150) des Elektrofahrzeugs in Abhängigkeit einer im Elektrofahrzeug gespeicherten Energie ermittelt (110),
b) ein Reichweitenmanagementsystem (30) eine Fahrtroute (151; 1511... 151n; Fi) des Elektrofahrzeugs ermittelt und auswählt (120; 1201...120n; 120i),
c) das Reichweitenmanagementsystem (30) eine zum Befahren der Fahrtroute (151; 1511...151n; Fi) benötige Energiemenge (152; 1521...152n) ermittelt (130; 1301...130n; 132) und
d) das Reichweitenmanagementsystem (30) auswertet (140; 140n; 133), ob bzw. mit welcher Wahrscheinlichkeit ein Fahrziel der ausgewählten Fahrtroute (151; 1511...151n; Fi) unter Berücksichtigung der Restenergiekenngröße (150) und der benötigten Energiemenge (152; 1521... 152n) voraussichtlich erreicht wird, wobei das Energiemanagementsystem (20) und das Reichweitenmanagementsystem (30) über eine Regelscheife (40) miteinander so gekoppelt sind, dass das Energiemanagementsystem (20) die Restenergiekenngröße (150) als erste Regelgröße an das Reichweitenmanagementsystem (30) sendet und das Reichweitenmanagementsystem (30) die für die ausgewählte Fahrtroute (151; 1511...151n; Fi) benötigte Energiemenge (152; 1521...152n; 170) als zweite Regelgröße an das Energiemanagementsystem (20) sendet, wobei:
e) in der Regelschleife (40) von zum Befahren unterschiedlicher Fahrtrouten (151; 1511...151n; Fi) benötigte Energiemengen (1521...152n) ermittelt und eine dieser Fahrtrouten (1511...151n; Fi) als ausgewählte Fahrtroute ausgewählt wird unter Berücksichtigung der Restenergiekenngröße (150); und
f) Energieverbraucher (21) im Elektrofahrzeug in Abhängigkeit von der benötigten Energiemenge (152; 170) angesteuert werden, wobei
- die Restenergiekenngröße (150) nach dem Ansteuern (180) der Energieverbraucher (21) erneut berechnet wird und
- ausgeschaltete und/oder im Energieverbrauch reduzierte Energieverbraucher (21) wieder eingeschaltet und/oder deren Energieverbrauch erhöht wird, wenn die benötigte Energiemenge (152; 170) kleiner als die im Elektrofahrzeug gespeicherte Energie ist.
Methods for controlling and/or regulating the energy consumption and/or the route of travel of an electric vehicle, wherein:
a) an energy management system (20) determines a residual energy parameter (150) of the electric vehicle as a function of energy stored in the electric vehicle (110),
b) a range management system (30) determines and selects a route (151; 151 1 ... 151 n ; Fi) of the electric vehicle (120; 120 1 ...120 n ; 120 i ),
c) the range management system (30) determines the amount of energy (152; 152 1 ...152 n ) required to travel the route (151; 151 1 ...151 n ; Fi) (130; 130 1 ...130 n ; 132) and
d) the range management system (30) evaluates (140; 140 n ; 133) whether and with what probability a destination of the selected route (151; 151 1 ...151 n ; Fi) is likely to be reached, taking into account the remaining energy parameter (150) and the required amount of energy (152; 152 1 ... 152 n ), wherein the energy management system (20) and the range management system (30) are coupled to each other via a control loop (40) such that the energy management system (20) sends the remaining energy parameter (150) as the first control variable to the range management system (30) and the range management system (30) the amount of energy required for the selected route (151; 151 1 ...151 n ; Fi) (152; 152 1 ...152 n ; 170) as a second control variable to the energy management system (20), wherein:
e) in the control loop (40) the energy quantities (152 1 ...152 n ) required to travel different routes (151; 151 1 ...151 n ; Fi) are determined and one of these routes (151 1 ...151 n ; Fi) is selected as the chosen route, taking into account the residual energy parameter (150); and
f) Energy consumers (21) in the electric vehicle are controlled depending on the required amount of energy (152; 170), wherein
- the residual energy parameter (150) is recalculated after the energy consumers (21) have been activated (180) and
- energy consumers (21) that have been switched off and/or reduced in energy consumption are switched on again and/or their energy consumption is increased when the required amount of energy (152; 170) is less than the energy stored in the electric vehicle.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und ein System zum Steuern und/oder Regeln des Energieverbrauchs und/oder der Fahrtroute eines Elektrofahrzeugs.The invention relates to a method and a system for controlling and/or regulating the energy consumption and/or the route of travel of an electric vehicle.
Für Kfz-Fahrzeuge werden Navigationssysteme verwendet, um eine Route vom aktuellen Standort des Fahrzeugs zu einem Fahrziel zu ermitteln. Bei der Ermittlung der Fahrtroute kann zum Beispiel die schnellste Route oder die kürzeste Route ermittelt werden, insbesondere unter Einbezug aktueller Verkehrsstörungen.For motor vehicles, navigation systems are used to determine a route from the vehicle's current location to a destination. When determining the route, the fastest or shortest route can be calculated, taking into account current traffic disruptions.
Die nachveröffentlichte Druckschrift
Druckschrift
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Möglichkeit bereitzustellen, eine speziell für Elektrofahrzeuge geeignete Fahrtroute zu ermitteln.The invention is based on the objective of providing a way to determine a route specifically suitable for electric vehicles.
Diese Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen sind die Gegenstände der abhängigen Ansprüche.This problem is solved by the subject matter of the independent claims. Preferred embodiments are the subject matter of the dependent claims.
Ein Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Steuern und/oder Regeln des Energieverbrauchs und/oder der Fahrtroute eines Elektrofahrzeugs, wobei:
- a) ein Energiemanagementsystem eine Restenergiekenngröße des Elektrofahrzeugs in Abhängigkeit einer im Elektrofahrzeug gespeicherten Energie ermittelt, insbesondere einer gespeicherten elektrischen Energie,
- b) ein Reichweitenmanagementsystem eine Fahrtroute des Elektrofahrzeugs ermittelt und auswählt,
- c) das Reichweitenmanagementsystem eine zum Befahren der Fahrtroute benötigten Energiemenge ermittelt und
- d) das Reichweitenmanagementsystem auswertet, ob bzw. mit welcher Wahrscheinlichkeit ein Fahrziel der ausgewählten Fahrtroute unter Berücksichtigung der Restenergiekenngröße und der benötigten Energiemenge voraussichtlich erreicht wird, wobei
- e) in der Regelschleife (40) von zum Befahren unterschiedlicher Fahrtrouten (151; 1511...151n; Fi) benötigte Energiemengen (1521...152n) ermittelt und eine dieser Fahrtrouten (1511...151n; Fi) als ausgewählte Fahrtroute ausgewählt wird unter Berücksichtigung der Restenergiekenngröße (150); und
- f) Energieverbraucher (21) im Elektrofahrzeug in Abhängigkeit von der benötigten Energiemenge (152; 170) angesteuert werden, wobei
- - die Restenergiekenngröße (150) nach dem Ansteuern (180) der Energieverbraucher (21) erneut berechnet wird und
- - ausgeschaltete und/oder im Energieverbrauch reduzierte Energieverbraucher (21) wieder eingeschaltet und/oder deren Energieverbrauch erhöht wird, wenn die benötigte Energiemenge (152; 170) kleiner als die im Elektrofahrzeug gespeicherte Energie ist.
- a) an energy management system determines a residual energy parameter of the electric vehicle as a function of energy stored in the electric vehicle, in particular stored electrical energy,
- b) a range management system determines and selects a route for the electric vehicle,
- c) the range management system determines the amount of energy required to travel the route and
- d) the reach management system evaluates whether and with what probability a destination of the selected route is expected to be reached, taking into account the remaining energy parameter and the required amount of energy, whereby
- e) in the control loop (40) the energy quantities (152 1 ...152 n ) required to travel different routes (151; 151 1 ...151 n ; Fi) are determined and one of these routes (151 1 ...151 n ; Fi) is selected as the chosen route, taking into account the residual energy parameter (150); and
- f) Energy consumers (21) in the electric vehicle are controlled depending on the required amount of energy (152; 170), wherein
- - the residual energy parameter (150) is recalculated after the energy consumers (21) have been activated (180) and
- - energy consumers (21) that have been switched off and/or reduced in energy consumption are switched on again and/or their energy consumption is increased when the required amount of energy (152; 170) is less than the energy stored in the electric vehicle.
Ein Elektrofahrzeug bezeichnet dabei ein Fahrzeug, insbesondere ein Kraftfahrzeug, das mit einem elektrischen Motor angetrieben werden kann. Damit umfasst der Begriff Elektrofahrzeug sowohl ein Fahrzeug, das nur einen elektrischen Motor als Antrieb aufweist, als auch ein Hybridfahrzeug, das sowohl einen elektrischen als auch einen Benzin- bzw. Dieselmotor aufweist. Die in einem Elektrofahrzeug gespeicherte elektrische Energie stellt beim Fahren mit dem Elektrofahrzeug deswegen ein Problem dar, weil die gespeicherte Energie die maximale Reichweite des Elektrofahrzeugs begrenzt. Im Elektrofahrzeug kann die elektrische Energie zum Beispiel in einer Batterie als Energiespeicher gespeichert sein. Im Vergleich zu verbrennungsgetriebenen Fahrzeugen müssen Elektrofahrzeuge nach Zurücklegen einer kürzeren Fahrtstrecke wieder aufgeladen werden als verbrennungsgetriebene Fahrzeuge betankt werden müssen.An electric vehicle is defined as a vehicle, particularly a motor vehicle, that can be powered by an electric motor. The term "electric vehicle" thus encompasses both vehicles powered solely by an electric motor and hybrid vehicles, which have both an electric motor and a gasoline or diesel engine. The electrical energy stored in an electric vehicle presents a challenge when driving it because it limits the vehicle's maximum range. This electrical energy can be stored, for example, in a battery. Compared to combustion engine vehicles, electric vehicles need to be recharged after traveling shorter distances than combustion engine vehicles need to be refueled.
Im Verfahrensschritt a) wird eine Restenergiekenngröße des Elektrofahrzeugs ermittelt. Die Restenergiekenngröße gibt ist ein Maß für die zum Ermittlungszeitpunkt noch im Elektrofahrzeug befindliche Restenergie. Als Restenergiekenngröße kann z.B. eine Restreichweite ermittelt werden, die das Elektrofahrzeug noch zurücklegen kann, bevor die im Fahrzeug gespeicherte Energie aufgebraucht ist. Die Restenergiekenngröße kann als normierte Restenergiekenngröße unter normierten Fahrbedingungen ermittelt werden, die zum Beispiel ein durchschnittliches historisches Fahrverhalten eines Fahrers des Elektrofahrzeugs und/oder einen konstanten Energieverbrauch und/oder konstante Streckenbedingungen wie Höhenprofil etc. zugrunde legen. Insbesondere kann die Restenergiekenngröße unter Berücksichtigung der im Elektrofahrzeug gespeicherten Energie und unter Berücksichtigung des aktuellen Energieverbrauchs des Elektrofahrzeugs ermittelt und berechnet werden.In process step a), a residual energy parameter of the electric vehicle is determined. This residual energy parameter is a measure of the remaining energy in the electric vehicle at the time of determination. For example, the residual energy parameter can be determined as the remaining range that the electric vehicle can still travel before the energy stored in the vehicle is depleted. The residual energy parameter can be determined as a standardized parameter under standardized driving conditions, which are based, for example, on the average historical driving behavior of an electric vehicle driver and/or constant energy consumption and/or constant route conditions such as elevation profile, etc. In particular, the residual energy parameter can be determined and calculated taking into account the energy stored in the electric vehicle and the electric vehicle's current energy consumption.
Im Verfahrensschritt b) wird eine Fahrtroute ermittelt. Dies kann zum Beispiel unter Eingabe eines Fahrziels durch einen Fahrer bzw. Mitfahrer des Elektrofahrzeugs initialisiert werden. Hierbei können allein oder in gewichteter Form Fahrtwunschgrößen wie die kürzeste Fahrtzeit, die kürzeste Route, das Nichtbefahren von Autobahnen etc. einfließen.In process step b), a route is determined. This can be initiated, for example, by a driver or passenger of the electric vehicle entering a destination. Trip preferences such as the shortest travel time, the shortest route, avoiding highways, etc., can be considered here, either individually or in weighted form.
Zur Ermittlung der Fahrtroute kann ein elektronisches Navigationssystem verwendet werden. Elektronische Navigationssysteme umfassen einen satellitengestützten Ortsdetektor - beispielsweise auf GPS-Basis - sowie ein Rechnersystem, mit dem aus dem Standort des Fahrzeugs und einem Zielort eine Fahrtroute errechnet werden kann. Dabei errechnet das Navigationssystem auf Grundlage der im Gerät gespeicherten elektronischen Straßendaten automatisch eine detaillierte Route zum Ziel und gibt dem Fahrer vor jeder Abzweigung Abbiegeanweisungen, die dem Fahrer beispielsweise akustisch angesagt werden können.An electronic navigation system can be used to determine the route. Electronic navigation systems comprise a satellite-based location detector – for example, GPS-based – and a computer system that calculates a route from the vehicle's location and a destination. Based on the electronic road data stored in the device, the navigation system automatically calculates a detailed route to the destination and provides the driver with turn-by-turn directions before each junction, which can be announced audibly, for example.
Das Navigationssystem kann dabei On-Board lokalisiert sein, das heißt im Verbund der Fahrzeugelektronik integriert ausgebildet sein oder als externes Gerät im Fahrzeug angeordnet sein, was als Off-Board bezeichnet wird. Ebenso kann das Navigationssystem die Berechnung der Fahrtroute außerhalb des Fahrzeugs ausführen. Diese externe Navigationssystemteileinheit kann über Schnittstellen mit einer fahrzeuginternen Navigationssystemteileinheit kommunizieren, die innerhalb des Fahrzeugs angeordnet ist. Über Schnittstellen können z.B. GPS-Daten des Elektrofahrzeugs zur externen Navigationssystemteileinheit und Fahranweisungen an die interne Navigationssystemteileinheit übermittelt werden.The navigation system can be located on-board, meaning it is integrated into the vehicle's electronics, or it can be installed as an external device within the vehicle, which is referred to as off-board. The navigation system can also calculate the route externally. This external navigation system unit can communicate with an internal navigation system unit located inside the vehicle via interfaces. These interfaces can be used, for example, to transmit GPS data from the electric vehicle to the external navigation system unit and driving instructions to the internal navigation system unit.
Hierbei können Navigationssysteme mit einem lokalen leistungsstarken Rechner und einem großvolumigen Massenspeicher für die Straßennetzdaten versehen werden Dabei wird davon ausgegangen, dass sowohl bei On-Board- als auch bei Off-Board-Navigationssystemen die Guidance, d.h. der Abgleich der stets aktuellen GPS-Koordinaten mit der Wegepunktliste und das sogenannte "Prompting, d.h. die Informationsausgabe an den Fahrer durch Anzeige eines Anzeigesymbols (Icon, beispielsweise ein nach rechts weisender Pfeil als Anweisung, nach rechts abzubiegen) oder durch eine akustische Ansage hochperformant durchgeführt wird. Weiterhin können aktuelle Daten, beispielsweise über Verkehrsstaus, Straßensperrungen oder dergleichen in Echtzeit eingespeist und bei der Fahrtroutenermittlung und -planung berücksichtigt werden.Navigation systems can be equipped with a local high-performance computer and a large-capacity mass storage device for the road network. The data is provided. It is assumed that both on-board and off-board navigation systems perform high-performance guidance, i.e., the comparison of the constantly updated GPS coordinates with the waypoint list, and prompting, i.e., the output of information to the driver by displaying a symbol (e.g., a right-pointing arrow as an instruction to turn right) or by an audible announcement. Furthermore, current data, such as information on traffic jams, road closures, or the like, can be fed in in real time and taken into account when determining and planning routes.
In Verfahrensschritt c) wird eine zum Befahren der Fahrtroute benötige Energiemenge ermittelt. Die benötigte Energiemenge kann z.B. in Form einer Energiekenngröße ermittelt und angegeben werden. Die Energiekenngröße ist als Maß derjenigen Energiemenge definiert, die zum Erreichen des Fahrziels der ausgewählten Fahrtroute voraussichtlich benötigt wird. Der Energieverbrauch des Elektrofahrzeugs und damit die benötigte Energiemenge für eine zu überprüfende Fahrtroute kann zum Beispiel vom zu überwindenden Höhenprofil/Gefälle der Straßen, von Geschwindigkeitsbegrenzungen, der aktuellen Fahrzeugmasse inklusive Zuladung und/oder der aktuellen Verkehrslage abhängend berechnet werden.In step c), the amount of energy required to travel the route is determined. This required energy can be calculated and specified, for example, as an energy parameter. The energy parameter is defined as a measure of the amount of energy expected to be needed to reach the destination of the selected route. The energy consumption of the electric vehicle, and thus the required energy for a route under review, can be calculated based on factors such as the elevation profile/gradient of the roads, speed limits, the vehicle's current mass including payload, and/or the current traffic situation.
Die so ermittelte benötigte Energiemenge kann zusammen mit der Restenergiekenngröße als Regelgröße einer Regelschleife bzw. eines Regelkreises verwendet werden.The energy requirement determined in this way can be used together with the residual energy parameter as a control variable of a control loop or control circuit.
Im Verfahrensschritt d) wird ausgewertet, mit welcher Wahrscheinlichkeit bzw. ob das Fahrziel der Fahrtroute voraussichtlich erreicht wird, das heißt unter Berücksichtigung der zum Zeitpunkt des Durchführens des Verfahrens bekannten Daten, die dem Verfahren zugrunde gelegt werden. Das Ergebnis der Auswertung kann im Elektrofahrzeug ausgegeben werden, zum Beispiel auf einem akustischen und/oder optischen Anzeigegerät.In step d), the probability of reaching the destination of the route is evaluated, taking into account the data known at the time the procedure is carried out. The result of the evaluation can be displayed in the electric vehicle, for example on an acoustic and/or visual display device.
Dadurch wird dem Fahrer des Elektrofahrzeugs angezeigt bzw. signalisiert, ob bzw. mit welcher Wahrscheinlichkeit das Fahrziel erreicht werden kann, ohne eine Ladestation anfahren zu müssen. Das Verfahren kann auch dahingehend erweitert werden, dass ein Anfahren von Ladestation(en) in die Ermittlung der Fahrtroute einbezogen wird bzw. Ladestation(en) als neues Fahrziel der Fahrtroute ermittelt werden.This indicates to the electric vehicle driver whether, and with what probability, the destination can be reached without having to stop at a charging station. The process can also be extended to include the need to stop at a charging station in the route planning, or to identify charging stations as new destinations within the route.
Die Auswertung in Verfahrensschritt d) kann über einen Vergleich der Restenergiekenngröße und der benötigten Energiemenge erfolgen. Unterschreitet die Restenergiekenngröße eine Energiekenngröße der benötigten Energiemenge um einen vorbestimmten positiven oder negativen Wert, so wird die Erreichbarkeit des Fahrziels als nicht gegeben bestimmt, andernfalls kann die Erreichbarkeit als gegeben interpretiert bzw. bestimmt werden.The evaluation in process step d) can be carried out by comparing the remaining energy parameter and the required amount of energy. If the remaining energy parameter falls below the required amount of energy by a predetermined positive or negative value, the feasibility of reaching the destination is determined to be not given; otherwise, the feasibility can be interpreted or determined to be given.
In einer Ausführungsform von Verfahrensschritt d) kann der Vergleich der Restenergiekenngröße mit der benötigten Energiemenge zu einer Wahrscheinlichkeitsaussage führen, so dass einem Fahrer des Elektrofahrzeugs (z.B. feingranularere) Informationen bzw. Wahrscheinlichkeiten über die Erreichbarkeit des Fahrziels angezeigt werden können.In one embodiment of process step d), the comparison of the residual energy parameter with the required amount of energy can lead to a probability statement, so that a driver of the electric vehicle can be shown (e.g. more fine-grained) information or probabilities about the accessibility of the travel destination.
Das Verfahren kann automatisch und/oder automatisiert durchgeführt werden, insbesondere von einem Bordcomputer und/oder einem softwaregesteuerten System des Elektrofahrzeugs.The procedure can be carried out automatically and/or automatically, in particular by an on-board computer and/or a software-controlled system of the electric vehicle.
Gemäß einer Ausführungsform werden die Verfahrensschritte a) bis d) während einer Fahrt des Elektrofahrzeugs regelmäßig wiederholt durchgeführt. Insbesondere können nicht nur die Verfahrensschritte a) bis d) sondern alle Schritte des Verfahrens regelmäßig wiederholt durchgeführt werden. Regelmäßig kann dabei bedeuten, dass die Verfahrensschritte zum Beispiel zumindest etwa alle 10 min, zumindest etwa alle 5 min, zumindest ca. einmal pro Minute und/oder andauernd wiederholt und/oder überprüft werden. Dabei kann sowohl die Restenergiekenngröße, die Fahrtroute und/oder die benötigte Energiemenge aktualisiert gehalten werden.According to one embodiment, process steps a) to d) are performed regularly during a journey of the electric vehicle. In particular, not only process steps a) to d) but all steps of the process can be performed regularly. "Regularly" can mean that the process steps are repeated and/or checked, for example, at least approximately every 10 minutes, at least approximately every 5 minutes, at least approximately once per minute, and/or continuously. During this process, the remaining energy parameter, the route traveled, and/or the required amount of energy can be kept up to date.
Es erfolgt das Ermitteln und Auswählen der Fahrtroute unter Berücksichtigung der Restenergiekenngröße. Während der Wegesuche, also während der Berechnung der optimalen Fahrtroute, wird die Restenergiekenngröße als eine Randbedingung berücksichtigt. In dieser Ausführungsform der Verfahrensschritte a) bis d) fließt die Restenenergiekenngröße direkt in die Ermittlung der aktuellen Fahrtroute ein. Die Ermittlung der Fahrtroute kann in dieser Ausführungsform auf einer Wegesuche in gewichteten Graphen basieren. Überschreitet ein Weg, welcher bei der Ermittlung der Fahrtroute (evtl. temporär) analysiert wird, die Restenergiekenngröße um einen festzulegenden Wert, so wird der Weg als Teil der möglichen Fahrtroute verworfen. Dabei besteht ein Weg aus einer Aneinanderreihung von benachbarten Streckenabschnitten der Fahrtroute.The route is determined and selected taking the residual energy parameter into account. During pathfinding, i.e., during the calculation of the optimal route, the residual energy parameter is considered as a boundary condition. In this embodiment of process steps a) to d), the residual energy parameter is directly incorporated into the determination of the current route. Route determination in this embodiment can be based on pathfinding in weighted graphs. If a path, which is analyzed (possibly temporarily) during route determination, exceeds the residual energy parameter by a defined value, the path is discarded as part of the possible routes. A path consists of a sequence of adjacent route segments.
Gemäß einer Ausführungsform weist das Verfahren den weiteren Verfahrensschritt auf:
- e) Ermitteln von zum Befahren unterschiedlicher Fahrtrouten benötigten Energiemengen und Auswahl einer dieser Fahrtrouten als ausgewählte Fahrtroute.
- e) Determining the amount of energy required to travel different routes and selecting one of these routes as the chosen route.
Die benötigte Energiemenge kann z.B. in Form einer benötigten Energiekenngröße für mehrere mögliche Fahrtrouten ermittelt werden. Für jede dieser möglichen Fahrtrouten kann ermittelt werden, ob bzw. mit welchen Wahrscheinlichkeiten das Fahrziel dieser alternativen Fahrtrouten erreicht wird.The required amount of energy can be determined, for example, in the form of a required energy parameter for several possible routes. For each of these possible routes, it can be determined whether, and with what probability, the destination of these alternative routes will be reached.
Dabei wird nicht nur für eine gewählte Fahrtroute die benötigte Energiemenge und deren Erreichbarkeit ermittelt, sondern es erfolgt eine Ermittlung für n (n>1) Fahrtrouten. Die Auswahl einer dieser Fahrtrouten als ausgewählte bzw. ausgewiesene Fahrtroute kann explizit durch die Analyse der jeweils benötigen Energiemengen der einzelnen Fahrtrouten beeinflusst werden. Unterschiedliche Fahrtrouten zum Fahrziel werden daraufhin überprüft werden, wieviel Energie das Elektrofahrzeug voraussichtlich aufwenden muss, um das Fahrtziel auf der überprüften Fahrtroute zu erreichen. Der Energieverbrauch für eine zu überprüfende Fahrtroute kann zum Beispiel vom zu überwindenden Höhenprofil/Gefälle der Straßen, von Geschwindigkeitsbegrenzungen, der aktuellen Verkehrslage usw. abhängen. Das um den Verfahrensschritt e) erweiterte Verfahren weist den Vorteil auf, eine Aussage bezüglich der Zielerreichung auch für alternative Fahrtrouten zu ermitteln und/oder auszuweisen. Dabei kann die Fahrtroute mit dem geringsten Energieverbrauch aus den mehreren unterschiedlichen Fahrtrouten ausgewählt werden.This process not only determines the required energy and its feasibility for a selected route, but also performs calculations for n (n>1) possible routes. The selection of one of these routes as the chosen or designated route can be explicitly influenced by analyzing the energy requirements of each individual route. Different routes to the destination are then examined to determine how much energy the electric vehicle is expected to expend to reach the destination via the selected route. The energy consumption for a route under review can depend, for example, on the road's elevation profile/gradient, speed limits, current traffic conditions, etc. The method extended by step e) has the advantage of determining and/or displaying information regarding destination attainment for alternative routes as well. The route with the lowest energy consumption can then be selected from among the several different routes.
In einer Ausführungsform ist der Verfahrensschritt vorgesehen:
- f) Ansteuern von Energieverbrauchern im Elektrofahrzeug in Abhängigkeit von der benötigten Energiemenge, wobei die Restenergiekenngröße nach dem Ansteuern der Energieverbraucher bevorzugt erneut berechnet wird.
- f) Controlling energy consumers in the electric vehicle depending on the required amount of energy, wherein the residual energy parameter is preferably recalculated after the energy consumers have been controlled.
Ist zum Beispiel die benötigte Energiemenge der ausgewählten Fahrtroute größer als die im Elektrofahrzeug gespeicherte Restenergie, so können Energieverbraucher wie zum Beispiel Klimaanlage, Sitzheizung, etc. ausgeschaltet werden, oder deren Verbrauch reduziert werden. Dieses Ansteuern der Energieverbraucher kann automatisch von einem Energiemanagementsystem des Elektrofahrzeugs durchgeführt werden und/oder es kann dem Fahrer des Elektrofahrzeug durch eine entsprechende Anzeige empfohlen werden, bestimmte Geräte auszuschalten. Ist die benötigte Energiemenge kleiner als die im Elektrofahrzeug gespeicherte Energie, so können ausgeschaltete bzw. im Energieverbrauch reduzierte Energieverbraucher des Elektrofahrzeugs wieder eingeschaltet und/oder deren Energieverbrauch erhöht werden.For example, if the energy required for the selected route is greater than the remaining energy stored in the electric vehicle, energy consumers such as the air conditioning, seat heating, etc., can be switched off or their consumption reduced. This control of energy consumers can be carried out automatically by the electric vehicle's energy management system and/or the driver can be advised to switch off certain devices via a corresponding display. If the energy required is less than the energy stored in the electric vehicle, switched-off or reduced-energy energy consumers can be switched back on and/or their energy consumption increased.
Anschließend kann die Restenergiekenngröße nach dem im Verfahrensschritt f) veränderten Ansteuern der Energieverbraucher erneut berechnet werden. Damit beginnt das Verfahren erneut mit dem Verfahrensschritt a). Die Restenergiekenngröße kann als Regelgröße einer Regelschleife bzw. eines Regelkreises verwendet werden.The residual energy parameter can then be recalculated after the energy consumers have been controlled differently in process step f). The process then restarts with process step a). The residual energy parameter can be used as a control variable in a control loop.
Gemäß einer Ausführungsform wird die Restenergiekenngröße als eine normierte Restreichweite berechnet, zum Beispiel in Kilometer oder Meilen. Dabei ist die normierte Restreichweite ein Maß für die Strecke, die das Elektrofahrzeug mit der aktuell im Elektrofahrzeug gespeicherten Energie zurücklegen kann. Bei der Berechnung der normierten Restreichweite kann dabei von normierten und/oder historischen Fahrdaten (z.B. einem typischen Geschwindigkeitsverhalten des Fahrers) und Fahrbahnverhältnissen ausgegangen werden, z.B. dem aktuellen Energieverbrauch, einer ebenen Fahrbahn, etc.According to one embodiment, the remaining energy parameter is calculated as a normalized remaining range, for example, in kilometers or miles. The normalized remaining range is a measure of the distance the electric vehicle can travel with the energy currently stored in it. The calculation of the normalized remaining range can be based on normalized and/or historical driving data (e.g., typical driver speed) and road conditions, such as current energy consumption, a level road surface, etc.
Eine weitere Ausführungsform zur Ermittlung der Restenergiekenngröße stellt deren Ausweisung in einer physikalischen, z.B. elektrischen Energieeinheit dar. Bei dieser Ausführungsform wird z.B. die Energieeinheit Joule verwendet.Another embodiment for determining the residual energy parameter is its expression in a physical, e.g., electrical, energy unit. In this embodiment, the energy unit Joule is used, for example.
In einer Ausführungsform von Verfahrensschritt c) wird die benötigte Energiemenge für eine Fahrtroute in Form einer normierten Reichweite wie Kilometer oder Meilen angegeben bzw. berechnet. Dabei wird von denselben Randbedingungen wie beim durchführen des Verfahrensschritts a) zur Bestimmung der Restenergiekenngröße als normierte Reichweite in einer Wegeinheit ausgegangen.In one embodiment of process step c), the required amount of energy for a journey is specified or calculated in the form of a standardized range such as kilometers or miles. The same boundary conditions are assumed as when performing process step a) to determine the residual energy parameter as a standardized range in a distance unit.
In einer Ausführungsform von Verfahrensschritt c) kann die benötigte Energiemenge in Form einer physikalischen Energieeinheit wie Joule angegeben werden.In one embodiment of process step c), the required amount of energy can be specified in the form of a physical energy unit such as the joule.
In einer Ausführungsform wird die benötigte Energiemenge für ein Fahrtroute unter der Annahme und/oder nicht unter der Annahme ermittelt, dass auf der weiteren, kommenden Fahrtroute das Ansteuern der Verbraucher reduziert wird. Somit können der Fahrtroute in Abhängigkeit der Verbrauchersteuerung mehrere mögliche benötigte Energiemengen zugewiesen werden. Die Fahrtroute kann dann in Abhängigkeit einer bestimmten Verbrauchersteuerung ausgewählt werden.In one embodiment, the required energy quantity for a route is determined assuming, and/or not assuming, that the activation of consumers will be reduced on the subsequent route. Thus, several possible required energy quantities can be assigned to the route depending on the consumer control. The route can then be selected based on a specific consumer control setting.
In einer Ausführungsform von Verfahrensschritt c) kann der elektrische Energieverbrauch von elektrischen Verbrauchern bzw. elektrischen Nebenaggregaten, zum Beispiel der Klimaanlage etc. in die Ermittlung der benötigten Energiemenge für eine Fahrtroute einbezogen werden.In one embodiment of process step c), the electrical energy consumption of electrical consumers or electrical auxiliary units, for example the air conditioning system, etc., can be included in the determination of the required amount of energy for a journey route.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird die benötigte Energiemenge bzw. die Energiekenngröße der Fahrtroute des Elektrofahrzeugs in Abhängigkeit von Positionsdaten des Elektrofahrzeugs, einem Höhenprofil der Fahrtroute, aktuellen Verkehrsdaten, aktuellen Umweltdaten und/oder Positionsdaten einer oder mehrerer Ladestationen ermittelt. Bei den Positionsdaten des Elektrofahrzeugs kann es sich um Positionskoordinaten eines Navigationssystems, GPS, Galileo-System und/oder GLONASS-System handeln. Das Höhenprofil der Fahrtroute kann Steigungen und Gefälle auf einzelnen Wegstrecken der Fahrtroute enthalten. Die aktuellen Verkehrsdaten können zum Beispiel Staus, zähflüssigen Verkehr, und/oder Umleitungen umfassen. Die aktuellen Umweltdaten können nasse Fahrbahnen, vereiste Fahrbahnen, trockene Fahrbahnen, die Außentemperatur, lokale Windstärken und/oder weitere Daten einer Wettervorhersage umfassen. Des weiteren können Ladestationen in der Nähe der Fahrtroute in die Fahrtroute einberechnet werden, an denen die elektrische Energie des Elektrofahrzeugs aufgeladen werden kann. Zusätzlich können vorgeschriebene Geschwindigkeiten und Geschwindigkeitsbegrenzungen auf der Fahrtroute in die Ermittlung der Fahrtroute einbezogen werden, die z.B. im Kartenmaterial eines Navigationssystems hinterlegt sind und aktualisiert werden.According to one exemplary embodiment, the required amount of energy or the energy parameter is The route of an electric vehicle is determined based on the vehicle's position data, the route's elevation profile, current traffic data, current environmental data, and/or the location of one or more charging stations. The vehicle's position data can include coordinates from a navigation system, GPS, Galileo, and/or GLONASS. The route's elevation profile can include inclines and declines along certain sections of the route. Current traffic data can include, for example, traffic jams, slow-moving traffic, and/or detours. Current environmental data can include wet, icy, or dry road surfaces, the outside temperature, local wind speeds, and/or other weather forecast data. Furthermore, charging stations near the route, where the electric vehicle can be recharged, can be factored in. Additionally, posted speed limits and speed restrictions along the route, which are stored and updated in the navigation system's map data, can be included in the route calculation.
Der Verfahrensschritt a) wird von einem Energiemanagementsystem des Elektrofahrzeugs durchgeführt und die Verfahrensschritte b), c) und d) von einem Reichweitenmanagementsystem des Elektrofahrzeugs. Dabei kann das Reichweitenmanagementsystem als Navigationssystem ausgebildet sein und/oder ein Navigationssystem aufweisen. Die Bestimmung der Restenergiekenngröße wird von einem Energiemanagementsystem durchgeführt, während die Ermittlung und Auswahl der Fahrtrouten, die Ermittlung der jeweils benötigten Energiemengen und die Ausweisung der geeigneten Fahrtroute von einem Reichweitenmanagement durchgeführt wird (z.B. Verfahrensschritt e)). Verfahrensschritt f) kann von dem Energiemanagementsystem durchgeführt werden. Das Energiemanagementsystem und das Reichweitenmanagementsystem können in einer Regelschleife und/oder einem Regelkreis miteinander gekoppelt sein.Process step a) is performed by the electric vehicle's energy management system, and process steps b), c), and d) are performed by the electric vehicle's range management system. The range management system can be configured as a navigation system and/or include a navigation system. The determination of the remaining energy parameter is performed by an energy management system, while the determination and selection of routes, the calculation of the required energy quantities, and the designation of the appropriate route are performed by the range management system (e.g., process step e)). Process step f) can be performed by the energy management system. The energy management system and the range management system can be coupled in a control loop and/or a closed-loop control system.
Das Energiemanagementsystem steuert bzw. regelt das Energiemanagement des Elektrofahrzeugs, wozu die Planung und der Betrieb von energietechnischen Erzeugungs- und/oder Verbrauchseinheiten des Elektrofahrzeugs gehört. Das Energiemanagementsystem kann sowohl zur Ressourcenschonung als auch zum Klimaschutz und zur Kostensenkungen bei einer Sicherstellung des Energiebedarfs des Nutzers dienen. Als Teilbereich kann ein Energiecontrolling das kosten- und materialeffiziente Energie- und Stoffstrommanagement unterstützen.The energy management system controls and regulates the energy management of the electric vehicle, which includes the planning and operation of the vehicle's energy generation and/or consumption units. The energy management system can contribute to resource conservation, climate protection, and cost reduction while ensuring the user's energy needs are met. As a sub-area, energy controlling can support cost- and material-efficient energy and material flow management.
Das Reichweitenmanagementsystem steuert bzw. regelt das Reichweitenmanagement des Elektrofahrzeugs und kann ein Navigationssystem aufweisen, das Fahrtrouten nach der zum Befahren der Fahrtroute benötigten Energie ermitteln und bestimmen kann.The range management system controls or regulates the range management of the electric vehicle and may include a navigation system that can determine and calculate routes based on the energy required to travel the route.
Durch das Verfahren wird sowohl das Energiemanagement des Elektrofahrzeugs als auch die Auswahl einer Fahrtroute für das Elektrofahrzeug verbessert. Damit kann durch das Verfahren ein prädiktives Routing- und Energiemanagement ermöglicht werden. Weiterhin wird das bei Elektrofahrzeugen bemängelte Reichweitendefizit gemindert, indem eine zuverlässige Fahrzielerreichung ermöglicht wird.This method improves both the energy management of the electric vehicle and the selection of a route. It enables predictive routing and energy management. Furthermore, it mitigates the range deficit often criticized in electric vehicles by ensuring reliable destination achievement.
Durch das Verfahren wird eine gegenseitige Beeinflussung der Fahrtroutenermittlung des Elektrofahrzeugs und der Verwaltung des Energieverbrauchs des Elektrofahrzeugs bereitgestellt. Sowohl die Fahrtroute als auch der Energieverbrauch des Elektrofahrzeugs können aufeinander abgestimmt werden, indem ein für den Energieverbrauch zuständiges System mit einem für die Fahrtroutenermittlung zuständigen System Daten austauscht und umgekehrt. Dies bietet die Möglichkeit, die Ermittlung der Fahrtroute und den Energieverbrauch eines Fahrzeugs miteinander zu koppeln.This method enables the mutual interaction between the electric vehicle's route determination and energy consumption management. Both the route and energy consumption can be coordinated by exchanging data between a system responsible for energy consumption and a system responsible for route determination. This allows for the integration of route determination and energy consumption monitoring.
Ein Aspekt betrifft ein System zum Steuern und/oder Regeln des Energieverbrauchs und/oder der Fahrtroute eines Elektrofahrzeugs mit einem Energiemanagementsystem zum Ermitteln einer Restenergiekenngröße des Elektrofahrzeugs in Abhängigkeit einer im Elektrofahrzeug gespeicherten Energie, insbesondere einer gespeicherten elektrischen Energie. Das System weist weiterhin ein Reichweitenmanagementsystem auf zum Ermitteln und Auswählen einer Fahrtroute des Elektrofahrzeugs, zum Ermitteln einer zum Befahren der Fahrtroute benötigen Energiemenge, und zum Auswerten, ob bzw. mit welcher Wahrscheinlichkeit ein Fahrziel der ausgewählten Fahrtroute unter Berücksichtigung der Restenergiekenngröße und der benötigten Energiemenge voraussichtlich erreicht wird.One aspect concerns a system for controlling and/or regulating the energy consumption and/or route of an electric vehicle, including an energy management system for determining the vehicle's remaining energy value based on the energy stored in the vehicle, particularly electrical energy. The system also includes a range management system for determining and selecting a route for the electric vehicle, calculating the amount of energy required to travel that route, and evaluating whether, and with what probability, a destination on the selected route is likely to be reached, taking into account the remaining energy value and the required amount of energy.
Das System kann zum Durchführen des oben beschriebenen Verfahrens verwendet werden und Komponenten enthalten, die zum Durchführen der oben beschriebenen Verfahrensschritte ausgebildet sind.The system can be used to perform the procedure described above and may contain components designed to perform the procedure steps described above.
Dabei sind das Energiemanagementsystem und das Reichweitenmanagementsystem über eine Regelschleife miteinander so gekoppelt, dass das Energiemanagementsystem die Restenergiekenngröße als erste Regelgröße an das Reichweitenmanagementsystem sendet und das Reichweitenmanagementsystem eine für die ausgewählte Fahrtroute benötigte Energiemenge als zweite Regelgröße an das Energiemanagementsystem sendet. Dabei dient die Restenergiekenngröße als eine erste Regelgröße der Regelschleife und die benötigte Energiemenge als eine zweite Regelgröße der Regelschleife.The energy management system and the range management system are coupled via a control loop such that the energy management system sends the remaining energy parameter as the first control variable to the range management system, and the range management system then calculates a range for the selected route. The required amount of energy is sent to the energy management system as the second control variable. The remaining energy parameter serves as the first control variable in the control loop, and the required amount of energy as the second control variable.
Durch das System wird eine Möglichkeit bereitgestellt, den Energieverbrauch und die Fahrtroutenberechnung für ein Elektrofahrzeug aufeinander abzustimmen und miteinander zu koppeln.The system provides a way to coordinate and link the energy consumption and route calculation for an electric vehicle.
Ein Aspekt betrifft ein Computerprogrammprodukt mit computerlesbaren Instruktionen, welche das Verfahren in einem geeigneten System ausführen.One aspect concerns a computer program product with computer-readable instructions that execute the procedure in a suitable system.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von in Figuren dargestellten Ausführungsformen näher beschrieben. Einzelne Merkmale der in den Figuren gezeigten Ausführungsformen können mit anderen Ausführungsformen kombiniert werden. Es zeigen:
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1 in einer schematischen Darstellung ein System mit einem Energiemanagementsystem und ein Reichweitenmanagementsystem, die über eine Regelschleife miteinander gekoppelt sind, -
2 in einem Flussdiagramm den Ablauf eines Verfahrens zum Ermitteln der Erreichbarkeit eines Fahrziels einer Fahrtroute, -
3 in einem Flussdiagramm den Ablauf eines Verfahrens zum Ermitteln der Erreichbarkeit eines Fahrziels auf unterschiedlichen Fahrtrouten mit paralleler Fahrtroutenermittlung, -
4 in einem Flussdiagramm den Ablauf eines Verfahrens zum Ermitteln der Erreichbarkeit eines Fahrziels auf unterschiedlichen Fahrtrouten mit iterativer Fahrtroutenermittlung und -
5 in einem Graphen ein Verfahren zum Ermitteln einer Fahrtroute, bei dem Streckenabschnitte der Fahrtroute gewichtet werden.
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1 In a schematic representation, a system with an energy management system and a range management system, which are coupled to each other via a control loop, -
2 a flowchart depicts the sequence of a procedure for determining the accessibility of a destination or route, -
3 a flowchart depicts the process of determining the accessibility of a destination via different routes using parallel route determination, -
4 in a flowchart the process of a procedure for determining the accessibility of a destination via different routes using iterative route determination and -
5 in a graph a method for determining a route, in which sections of the route are weighted.
Das Energiemanagementsystem 20 kann eine in einem Energiespeicher 22 gespeicherte Energie des Elektrofahrzeugs auslesen. In dem Energiespeicher 22, der separat von dem System 10 angeordnet sein kann, kann insbesondere elektrische Energie gespeichert sein. Dabei kann der Energiespeicher als Batterie ausgebildet sein, insbesondere als Autobatterie. Das Energiemanagementsystem 20 kann über eine Fahrerschnittstelle 23 von einem Fahrer oder Mitfahrer bedient werden. Die Fahrerschnittstelle 23 kann dazu sowohl Eingabegeräte wie Regler und/oder einen Touchscreen aufweisen als auch Ausgabegeräte wie einen Monitor als eine visuelle Anzeige und/oder einen Lautsprecher als eine akustische Anzeige. Die Fahrerschnittstelle 23 kann ein Mikrofon aufweisen, über das das Energiemanagementsystem 20 mittels einer Sprachsteuerung bedient werden kann.The energy management system 20 can read energy stored in an energy storage device 22 of the electric vehicle. The energy storage device 22, which can be arranged separately from the system 10, can, in particular, store electrical energy. The energy storage device can be designed as a battery, especially a car battery. The energy management system 20 can be operated by a driver or passenger via a driver interface 23. The driver interface 23 can include input devices such as controllers and/or a touchscreen, as well as output devices such as a monitor for visual display and/or a loudspeaker for acoustic display. The driver interface 23 can include a microphone, enabling voice control of the energy management system 20.
Über das Energiemanagementsystem 20 können elektrische Verbraucher 21 wie zum Beispiel eine Klimaanlage, eine Sitzheizung, Fenster- und Spiegelheizungen, ein Musiksystem usw. angesteuert und/oder an- bzw. ausgeschaltet und/oder in verschiedene Energieverbrauchsmodi gesetzt werden. Dabei kann das Energiemanagementsystem 20 Abschaltprioritäten verteilen, welche Verbraucher zuerst abgeschaltet werden sollen, wobei die Abschaltprioritäten vom Energieverbrauch und/oder der Wichtigkeit des Verbrauchers im Elektrofahrzeug abhängen. So wird Verbrauchern, die im Komfortbereich verwendet wird, eine hohe Abschaltpriorität zugeordnet, weswegen solche Verbraucher zuerst abgeschaltet werden und/oder deren Energieverbrauch reduziert wird. Das Energiemanagementsystem 20 kann weiterhin auf Energiedaten 24 zurückgreifen, die Umweltdaten und/oder historische Informationen über den Fahrstil bzw. die Fahrweise eines Fahrers enthalten können. Die historischen Informationen über den Fahrstil umfassen dabei ein durchschnittliches Fahrverhalten des Fahrers bezüglich der Geschwindigkeit, dem durchschnittlichen Beschleunigungs- und dem durchschnittlichen Bremsverhalten. Das Energiemanagementsystem 20 kann ein oder mehrere Mikroprozessoren und eine Softwaresteuerung aufweisen, mit denen eine Restenergiekenngröße als eine erste Regelgröße ermittelt und berechnet wird. Die erste Regelgröße wird über eine erste Schnittstelle 41 vom Energiemanagementsystem 20 an das Reichweitenmanagementsystem übermittelt.The energy management system 20 can control and/or switch electrical consumers 21, such as air conditioning, seat heating, window and mirror heating, a music system, etc., on or off and/or set them to different energy consumption modes. The energy management system 20 can assign shutdown priorities, determining which consumers should be switched off first. These priorities depend on energy consumption and/or the importance of the consumer in the electric vehicle. Consumers used for comfort purposes are assigned a high shutdown priority, which is why these consumers are switched off first and/or their energy consumption is reduced. The energy management system 20 can also access energy data 24, which may include environmental data and/or historical information about a driver's driving style. This historical driving style information includes the driver's average driving behavior with regard to speed, acceleration, and braking. The energy management system 20 can include one or more microprocessors and a software controller with which a residual energy parameter is determined and calculated as a first control variable. The first control variable is transmitted from the energy management system 20 to the range management system via a first interface 41.
Als Restenergiekenngröße, die als ein Maß für die im Elektrofahrzeug zum jeweiligen Zeitpunkt gespeicherten Energie definiert ist, kann z.B. eine normierte Restreichweite in einer Längenmaßeinheit berechnet werden, die das Elektrofahrzeug mit der im Energiespeicher 22 gespeicherten Energie voraussichtlich noch zurücklegen kann. Bei der Berechnung der normierten Restreichweite wird von einem im Wesentlichen konstanten Energieverbrauch auf der ganzen Strecke ausgegangen, die der normierten Restreichweite entspricht. Weiterhin kann davon ausgegangen werden, dass sich das Elektrofahrzeug mit einer konstanten Geschwindigkeit bewegt und dass die Fahrzeugumgebung konstant und unveränderlich ist. Die Fahrzeugumgebung betrifft dabei das Höhenprofil der Fahrtstrecke und die Reibung auf der Fahrbahnfläche. Die normierte Restreichweite geht als Eingangsgröße und als die erste Regelgröße in die Steuerung bzw. Regelung des Energieverbrauchs und/oder der Fahrtroute des Elektrofahrzeugs ein.As a residual energy parameter, defined as a measure of the energy stored in the electric vehicle at any given time, a normalized remaining range in a unit of length can be calculated, for example, which the electric vehicle is expected to still be able to travel with the energy stored in the energy storage system 22. The calculation of the normalized remaining range assumes essentially constant energy consumption over the entire distance corresponding to the normalized remaining range. Furthermore, it can be assumed that the electric vehicle travels at a constant speed and that the vehicle's environment is constant and unchanging. The vehicle's environment refers to the elevation profile of the route and the friction on the road surface. The remaining range is used as an input variable and as the first controlled variable in the control or regulation of the energy consumption and/or the route of the electric vehicle.
Die normierte Restreichweite wird über die erste Schnittstelle 41 an das Reichweitenmanagementsystem 30 übermittelt und diesem zur Berechnung bereitgestellt. Das Reichweitenmanagementsystem 30 berechnet und ermittelt auf Grundlage der normierten Restreichweite eine Fahrtroute für das Elektrofahrzeug. Dazu kann von einem Insassen des Elektrofahrzeugs ein Fahrziel angegeben werden. Das Reichweitenmanagementsystem 30 ermittelt daraufhin eine Fahrtroute zu dem Fahrziel. Als Auswahlkriterium für das Auswählen der Fahrtroute dient dabei insbesondere die zum Befahren der Fahrtroute benötigte Energiemenge.The standardized remaining range is transmitted to the range management system 30 via the first interface 41 and made available for calculation. Based on the standardized remaining range, the range management system 30 calculates and determines a route for the electric vehicle. A destination can be specified by an occupant of the electric vehicle. The range management system 30 then determines a route to this destination. The amount of energy required to travel the route serves as a key selection criterion.
In die Berechnung der Fahrtroute können weitere Daten einbezogen werden, wie z.B. die Positionsdaten 31 des Elektrofahrzeugs, Höhenprofildaten 32 der Fahrtroute, aktuelle Verkehrsdaten 33, die Wetter- und Umweltdaten enthalten können, historische Verbraucherinformation und Ortsinformationen von Ladestationen 34 für den Energiespeicher 22 des Elektrofahrzeugs.Additional data can be included in the calculation of the route, such as the position data 31 of the electric vehicle, altitude profile data 32 of the route, current traffic data 33, which may contain weather and environmental data, historical consumer information and location information of charging stations 34 for the energy storage 22 of the electric vehicle.
Aus diesen Daten ermittelt das Reichweitenmanagementsystem 30 eine empfohlene Fahrtroute für das Elektrofahrzeug und eine reale Restreichweite bei Verwendung dieser so ausgewählten Fahrtroute. Zusätzlich kann das Reichweitenmanagementsystem 30 eine Geschwindigkeitsempfehlung für das Elektrofahrzeug ermitteln und ausgeben. Das Reichweitenmanagementsystem 30 kann ein Navigationssystem aufweisen.Based on this data, the range management system 30 determines a recommended route for the electric vehicle and an estimated remaining range when using this selected route. Additionally, the range management system 30 can determine and output a speed recommendation for the electric vehicle. The range management system 30 may include a navigation system.
Das Reichweitenmanagementsystem 30 zeigt an, ob beziehungsweise mit welcher Wahrscheinlichkeit das Fahrziel der Fahrtroute mit der zum jeweiligen Zeitpunkt im Energiespeicher 22 vorhandenen Energie erreicht werden kann oder nicht. Dadurch nimmt beim Fahrer des Elektrofahrzeugs die Unsicherheit ab, ob ein Fahrziel bei geringer Restenergie des Elektrofahrtzeugs noch erreicht werden kann oder nicht. Dadurch erhöht sich die Akzeptanz von Elektrofahrzeugen.The range management system 30 indicates whether, and with what probability, the destination of the route can be reached with the energy available in the energy storage system 22 at any given time. This reduces the uncertainty for the electric vehicle driver as to whether a destination can still be reached when the vehicle's remaining energy is low. This increases the acceptance of electric vehicles.
Das Reichweitenmanagementsystem 30 ermittelt und berechnet eine benötigte Energiemenge als zweite Regelgröße. Die Energiemenge gibt an, wieviel Energie das Elektrofahrzeug voraussichtlich benötigt, um das Fahrziel auf der ausgewählten Fahrtroute zu erreichen. In die Berechnung der Energiemenge gehen die oben aufgeführten Positionsdaten 31, Höhenprofildaten 32, aktuelle Verkehrsdaten 33, historische Verbraucherinformation und Ortsinformationen von Ladestationen 34 mit ein.The range management system 30 determines and calculates the required amount of energy as a second control variable. This amount of energy indicates how much energy the electric vehicle is expected to need to reach its destination on the selected route. The calculation of this amount incorporates the position data 31 listed above, elevation profile data 32, current traffic data 33, historical consumption information, and location information for charging stations 34.
Die so ermittelte Energiemenge wird als zweite Regelgröße über eine zweite Schnittstelle 42 an das Energiemanagementsystem 20 übersendet. Damit wird eine Regelschleife 40 geschlossen, die das Energiemanagementsystem 20 und das Reichweitenmanagementsystem 30 miteinander koppelt.The energy quantity determined in this way is transmitted as a second control variable to the energy management system 20 via a second interface 42. This closes a control loop 40 that couples the energy management system 20 and the range management system 30.
Ist die ermittelte (benötigte) Energiemenge größer als die im Energiespeicher gespeicherte Energie, so ergreift das Energiemanagementsystem 20 energiesparende Maßnahmen. So kann das Energiemanagementsystem 20 z.B. Energieverbraucher 21 abschalten und/oder drosseln, insbesondere Nebenverbraucher des Komfortbereichs. Das Energiemanagementsystem 20 schaltet in diesem Fall Energieverbraucher 21 ab, um ein Erreichen des Fahrziels zu gewährleisten. Auf Basis dieses so veränderten und neuen Energieverbrauchs ermittelt das Energiemanagementsystem 20 erneut die erste Restenergiekenngröße als eine normierte Restenergiekenngröße, also z.B. die normierte Restreichweite, die es an das Reichweitenmanagementsystem 30 sendet.If the calculated (required) amount of energy is greater than the energy stored in the energy storage system, the energy management system 20 takes energy-saving measures. For example, the energy management system 20 can switch off and/or reduce the energy consumption of energy consumers 21, especially auxiliary consumers in the comfort area. In this case, the energy management system 20 switches off energy consumers 21 to ensure that the driving destination is reached. Based on this modified and new energy consumption, the energy management system 20 again calculates the first residual energy parameter as a normalized residual energy parameter, e.g., the normalized remaining range, which it sends to the range management system 30.
Die Regelschleife 40 kann während der Fahrt mit dem Elektrofahrzeug permanent ausgeführt werden.Control loop 40 can be executed continuously while driving the electric vehicle.
- a) Ermitteln 110 einer Restenergiekenngröße des Elektrofahrzeugs in Abhängigkeit einer im Elektrofahrzeug gespeicherten Energie,
- b) Ermitteln und Auswählen 120 einer Fahrtroute des Elektrofahrzeugs,
- c) Ermitteln 130 einer zum Befahren der Fahrtroute benötigen Energiemenge und
- d) Auswerten 140, ob bzw. mit welcher Wahrscheinlichkeit ein Fahrziel der ausgewählten Fahrtroute unter Berücksichtigung der Restenergiekenngröße und der benötigten Energiemenge voraussichtlich erreicht wird.
- a) Determine 110 a residual energy parameter of the electric vehicle as a function of energy stored in the electric vehicle,
- b) Determining and selecting 120 a route for the electric vehicle,
- c) Determine 130 of the amount of energy required to travel the route and
- d) Evaluate whether and with what probability a destination of the selected route is likely to be reached, taking into account the remaining energy parameter and the required amount of energy.
Die Ermittlung 110 der Restenergiekenngröße kann dabei parallel zum Ermitteln und Auswählen 120 der Fahrtroute und zum Ermitteln 130 der benötigten Energiemenge erfolgen. Das Ermitteln 130 der benötigten Energiemenge erfolgt dabei in Abhängigkeit der in Verfahrensschritt b) ermittelten Fahrtroute.The determination of the residual energy parameter (110) can be carried out in parallel with the determination and selection (120) of the route and the determination (130) of the required energy quantity. The determination (130) of the required energy quantity is based on the route determined in process step b).
Als Ergebnis der Ermittlung 110 der Restenergiekenngröße wird die Restenergiekenngröße 150 über eine Schnittstelle einer Auswerteinheit bereitgestellt und/oder zu dieser übermittelt. Die bei der Ermittlung 120 ausgewählte Fahrtroute 151 kann über eine weitere Schnittstelle übermittelt und dazu verwendet werden, bei der Ermittlung 130 der zum Befahren der Fahrtroute benötigten Energiemenge verwendet zu werden.As a result of determining the residual energy parameter 110, the residual energy parameter 150 is provided to an evaluation unit via an interface and/or transmitted to it. The route 151 selected during determination 120 can be transmitted via another interface and used to determine the amount of energy required to travel the route 130.
Die benötigte Energiemenge 152 wird z.B. als Energiekenngröße über eine Schnittstelle der Auswerteinheit übermittelt und zur Verfügung gestellt.The required amount of energy 152 is transmitted and made available, for example, as an energy parameter via an interface of the evaluation unit.
Die Auswerteinheit führt den Verfahrensschritt d) durch, wobei die Auswerteinheit z.B. die beiden Kenngrößen 150 und 152 vergleicht, die an Schnittstellen der Auswerteinheit anliegen. Dazu werden die Restenergiekenngröße 150 und die benötigte Energiemenge 152 bevorzugt in derselben Einheit angegeben, z.B. in einer Längeneinheit oder einer Energieeinheit.The evaluation unit performs process step d), whereby the evaluation unit compares, for example, the two parameters 150 and 152 that are present at the interfaces of the evaluation unit. For this purpose, the residual energy parameter 150 and the required amount of energy 152 are preferably specified in the same unit, e.g., in a unit of length or a unit of energy.
Das Verfahren kann mit einem weiteren Verfahrensschritt e) durchgeführt werden, um mehrere mögliche alternative Fahrtrouten miteinander zu vergleichen:
- e) Ermitteln von zum Befahren unterschiedlicher Fahrtrouten benötigten Energiemengen und Auswahl einer dieser Fahrtrouten als ausgewählte Fahrtroute.
- e) Determining the amount of energy required to travel different routes and selecting one of these routes as the chosen route.
Eine mögliche Ausführungsform dieses Verfahrensschrittes e) ist in einem Flussdiagramm in
Parallel dazu werden n unterschiedliche Fahrtrouten zu einem ausgewählten Fahrziel ermittelt und ausgewählt in n Ermittlungsschritten 1201 bis 120n, z.B. von dem Reichweitenmanagementsystem 30 (vgl.
Die n ermittelten benötigten Energiemengen 1521 bis 152n werden über Schnittstellen an eine Auswerteinheit übermittelt, die z.B. als ein Bestandteil des Reichweitenmanagementsystems 30 ausgebildet sein kann. Die benötigten Energiemengen 1521 bis 152n können als n Energiekenngrößen angegeben werden und sind jeweils einer bestimmten Fahrtroute zugeordnet.The n determined required energy quantities 152 1 to 152 n are transmitted via interfaces to an evaluation unit, which can, for example, be designed as a component of the range management system 30. The required energy quantities 152 1 to 152 n can be specified as n energy parameters and are each assigned to a specific route.
Eine Auswertung und/oder Auswahl und/oder Ausweisung 140n der geeigneten Fahrtroute erfolgt auf Basis des Vergleichs der n benötigten Energiemengen 1521 bis 152n für jede der n alternativen Fahrtrouten 1511 bis 151n mit der Restenergiekenngröße 150. Die Auswertung 140n kann unter Beachtung weiterer Routenparameter wie z.B. der kürzesten Fahrtzeit, des kürzesten Fahrtwegs, der Reisekosten etc. jeder der einzelnen alternativen n Fahrtrouten 1511 bis 151n erfolgen.An evaluation and/or selection and/or designation of 140 n of the suitable route is carried out on the basis of comparing the n required energy quantities 152 1 to 152 n for each of the n alternative routes 151 1 to 151 n with the residual energy parameter 150. The evaluation 140 n can be carried out taking into account further route parameters such as the shortest travel time, the shortest route, the travel costs, etc. for each of the individual alternative routes 151 1 to 151 n .
Bei der Auswertung und/oder Auswahl 140n der geeigneten Fahrtroute wird aus verschiedenen Alternativen unter Beachtung der Restenergiekenngröße und der n Energiekenngrößen an Eingangsschnittstellen die geeignete Fahrtroute ermittelt.When evaluating and/or selecting 140 n of the suitable route, the appropriate route is determined from various alternatives, taking into account the residual energy parameter and the n energy parameters at input interfaces.
Die benötigte Energiemenge 170 der bei der Auswahl 140n letztlich ermittelten und ausgewählten Fahrtroute kann z.B. als Energiekenngröße an das Energiemanagementsystem 20 übermittelt werden (vgl.
Abhängig davon, ob die benötigte Energiemenge 170 der ausgewählten Fahrtroute größer, kleiner oder gleich der Restenergiekenngröße 150 ist, kann in einem Ansteuerschritt der Verfahrensschritt 180 ausgeführt werden:
- f) Ansteuern von Energieverbrauchern im Elektrofahrzeug in Abhängigkeit von der benötigten Energiemenge, wobei die Restenergiekenngröße nach dem Ansteuern der Energieverbraucher bevorzugt erneut berechnet wird.
- f) Controlling energy consumers in the electric vehicle depending on the required amount of energy, wherein the residual energy parameter is preferably recalculated after the energy consumers have been controlled.
Ist zum Beispiel die benötigte Energiemenge 170 der ausgewiesenen Fahrtroute größer als die im Elektrofahrzeug gespeicherte Restenergiekenngröße 150, so können Energieverbraucher wie zum Beispiel Klimaanlage, Sitzheizung, etc. ausgeschaltet werden, oder deren Verbrauch reduziert werden. Dieses Ansteuern 180 der Energieverbraucher kann automatisch von einem Energiemanagementsystem des Elektrofahrzeugs durchgeführt werden und/oder es kann dem Fahrer des Elektrofahrzeug durch eine entsprechende Anzeige empfohlen werden, bestimmte Geräte auszuschalten. Ist die benötigte Energiemenge kleiner als die im Elektrofahrzeug gespeicherte Energie, so können ausgeschaltete bzw. im Energieverbrauch reduzierte Energieverbraucher des Elektrofahrzeugs wieder eingeschaltet und/oder deren Energieverbrauch erhöht werden.For example, if the energy required for the indicated route is greater than the remaining energy stored in the electric vehicle, energy consumers such as the air conditioning, seat heating, etc., can be switched off or their consumption reduced. This control of energy consumers can be carried out automatically by the electric vehicle's energy management system and/or the driver can be advised to switch off certain devices via a corresponding display. If the energy required is less than the energy stored in the electric vehicle, switched-off or reduced-energy energy consumers can be switched back on and/or their energy consumption increased.
Zunächst erfolgt eine Ermittlung 110 der Restenergiekenngröße sowie eine Ermittlung 120i mehrerer unterschiedlicher Fahrtrouten Fi (für i=1, ..., n), welche in Bezug auf zumindest einen Fahrtparameter wie kürzeste Fahrtzeit und/oder kürzeste Wegstrecke etc. vorgeordnet sind. Dabei bezeichnet F1 eine optimal gefundene Fahrtroute. Diese optimale Fahrtroute F1 ist bezüglich zumindest eines Fahrtparameters optimal. Die Fahrtroute Fn ist als die bezüglich dieses zumindest einen Fahrtparameters schlechteste Fahrtroute in der Vorordnung ausgewiesen.First, the residual energy parameter is determined, and then several different routes Fi (for i=1, ..., n) are determined. These routes are ranked with respect to at least one driving parameter, such as shortest travel time and/or shortest distance, etc. F1 represents the optimal route. This optimal route F1 is optimal with respect to at least one driving parameter. Route Fn is identified as the worst route with respect to this at least one driving parameter.
Anschließend wird in einer Schleife, beginnend mit der optimalen Fahrtroute für i=1 als Startparameter 131 und als aktuell zu überprüfende Fahrtroute untersucht, ob auf der aktuell zu überprüfenden Fahrtroute Fi mit der für sie in einem Ermittlungsschritt 132 ermittelten notwendigen bzw. benötigten Energiemenge bzw. Energiekenngröße das Fahrziel der Fahrtroute Fi zuverlässig erreicht wird. Dazu wird durch Vergleich mit der Restenergiekenngröße in einem Erreichbarkeitsüberprüfungsschritt 133 überprüft, ob das Fahrtziel der Fahrtroute Fi zuverlässig erreicht werden kann.Subsequently, in a loop, starting with the optimal route for i=1 as the initial parameter 131 and the route currently being checked, it is examined whether the destination of route Fi can be reliably reached on the route currently being checked with the necessary or required amount of energy or energy parameter determined for it in a determination step 132. For this purpose, a comparison with the remaining energy parameter in an accessibility check step 133 verifies whether the destination of route Fi can be reliably reached.
Ist dies der Fall, so wird der Erreichbarkeitsüberprüfungsschritt 133 bejaht und es erfolgt eine Ausweisung und/oder Auswahl 140i dieser aktuell zu überprüfenden Fahrtroute Fi.If this is the case, the accessibility check step 133 is affirmed and the route Fi currently being checked is designated and/or selected 140 i .
Kann das Fahrtziel der aktuell zu überprüfende Fahrtroute Fi voraussichtlich nicht erreicht werden, so wird der Erreichbarkeitsüberprüfungsschritt 133 verneint. In einem Fahrtroutenüberprüfungsschritt 134 wird überprüft, ob die Ordnungsnummer i der aktuell zu überprüfenden Fahrtroute Fi kleiner als die maximale Ordnungsnummer n ist. Wurden bereits alle n Fahrtrouten Fi überprüft und sind diese mit der Restenergiekenngröße nicht erreichbar, so erfolgt in einem Ausgabeschritt 141 die Aussage, dass das Fahrtziel nicht erreicht werden kann. Falls keine der möglichen n Fahrtrouten Fi zu einer ausreichenden Wahrscheinlichkeit ihrer Erreichbarkeit führt bzw. das Fahrziel nicht erreicht werden kann, wird eine Anweisung ausgegeben, dass das Fahrziel nicht zuverlässig erreicht werden kann. Diese Aussage wird dem Fahrer des Elektrofahrzeugs angezeigt.If the destination of the currently checked route Fi is unlikely to be reached, the accessibility check step 133 is negative. In route check step 134, it is checked whether the sequence number i of the currently checked route Fi is less than the maximum sequence number n. If all n routes Fi have already been checked and none are reachable with the remaining energy parameter, output step 141 indicates that the destination cannot be reached. If none of the possible n routes Fi leads to a sufficient probability of being reached, or if the destination cannot be reached, a message is issued stating that the destination cannot be reliably reached. This message is displayed to the driver of the electric vehicle.
Ergibt die Überprüfung im Fahrtroutenüberprüfungsschritt 134, dass noch nicht alle Fahrtrouten Fi überprüft wurden, so wird in einem Iterationsschritt 135 die Ordnungsnummer der aktuell zu überprüfenden Fahrtroute Fi um 1 (i=i+1) erhöht und die Schleife mit dem Ermittlungsschritt 132 weitergeführt, wobei die für die neue aktuell zu überprüfende Fahrtroute Fi benötigte Energiemenge ermittelt wird. Dadurch wird die Erreichbarkeit für die nächst bessere Fahrtroute F(i+1) ermittelt.If the check in route verification step 134 reveals that not all routes Fi have yet been checked, then in iteration step 135 the sequence number of the route Fi currently being checked is incremented by 1 (i=i+1) and the loop continues with determination step 132, where the amount of energy required for the new route Fi currently being checked is determined. This determines the accessibility of the next best route F(i+1).
Alternativ zu dem in
Alternativ oder optional zur Überprüfung mehrerer unterschiedlicher Fahrtrouten kann die Ermittlung und Auswahl einer Fahrtroute zu einem Fahrtziel auch auf einer Wegesuche in gewichteten Graphen basieren.
Der Graph in
Dabei wird die Fahrtroute zu dem Endknoten E als Fahrtziel in Streckenabschnitte unterteilt, die auf ihre jeweiligen Energiekosten hin gewichtet sind. Den einzelnen Kanten des in
Überschreitet ein Weg, der sich aus Streckenabschnitten zusammensetzt und während der Ermittlung der Fahrtroute (evtl. temporär) analysiert wird, die Restenergiekenngröße um einen festzulegenden Wert, so wird dieser Weg als Teil der möglichen Fahrtroute oder als mögliche Fahrtroute selber verworfen. Dabei stellt ein Weg eine Aneinanderreihung von benachbarten Streckenabschnitten dar.If a path, composed of route segments and analyzed (possibly temporarily) during route determination, exceeds the residual energy parameter by a defined value, this path is discarded either as part of the possible route or as a possible route itself. A path represents a sequence of adjacent route segments.
Wird bei der Routenfindung von Startknoten A nach Endknoten E der Weg A-B-D analysiert (siehe
Eine Analyse des alternativen Wegs A-C-D ergibt, dass zum Befahren dieses Wegs lediglich 15 Einheiten benötigt werden, was mit der im Elektrofahrzeug noch gespeicherten Energie, für die die Restenergiekenngröße ein Maß darstellt, vollbracht werden kann. Deswegen wird der Weg A-C-D als energiesparende Teilstrecke der Fahrtroute ausgewählt, und nicht der energetisch aufwendigere Weg A-B-D.An analysis of the alternative route A-C-D shows that only 15 units are needed to travel this route, which can be achieved with the energy still stored in the electric vehicle, for which the residual energy parameter is a measure. Therefore, route A-C-D is selected as the energy-saving section of the route, and not the more energy-intensive route A-B-D.
Somit kann mit Hilfe einer Gewichtung von Streckenabschnitten eine Fahrtroute ausgewählt und/oder ermittelt werden.Thus, a route can be selected and/or determined by weighting route segments.
BezugszeichenlisteReference symbol list
- 1010
- Systemsystem
- 2020
- EnergiemanagementsystemEnergy management system
- 2121
- EnergieverbraucherEnergy consumers
- 2222
- EnergiespeicherEnergy storage
- 2323
- FahrerschnittstelleDriver interface
- 2424
- EnergiedatenEnergy data
- 3030
- ReichweitenmanagementsystemRange management system
- 3131
- PositionsdatenPosition data
- 3232
- HöhenprofildatenElevation profile data
- 3333
- VerkehrsdatenTraffic data
- 3434
- Ortsinformationen von LadestationenLocation information for charging stations
- 4040
- RegelschleifeControl loop
- 4141
- erste Schnittstellefirst interface
- 4242
- zweite Schnittstellesecond interface
- 110110
- Ermittlung der RestenergiekenngrößeDetermination of the residual energy parameter
- 120120
- Ermittlung und Auswahl einer FahrtrouteDetermining and selecting a route
- 1201..120n1201..120n
- Ermittlung und Auswahl einer Fahrtroute 1... nDetermining and selecting a route 1... n
- 120i120i
- Ermittlung geordneter Menge an FahrtroutenDetermining an ordered quantity of routes
- 130130
- Ermittlung der benötigten EnergiemengeDetermining the required amount of energy
- 1301..130n1301..130n
- Erm ittlung der benötigten Energiemenge 1 ... nDetermining the required amount of energy 1 ... n
- 131131
- StartparameterStarting parameters
- 132132
- EnergiekenngrößenermittlungDetermination of energy parameters
- 133133
- ErreichbarkeitsüberprüfungAvailability check
- 134134
- FahrtroutenauswahlRoute selection
- 135135
- IterationsschrittIteration step
- 140140
- Auswertung der Erreichbarkeit des FahrtzielsEvaluation of the accessibility of the destination
- 140n140n
- Auswertung einer geeigneten Fahrtroute auf Basis der Eingangsgrößen mehrerer FahrtroutenEvaluation of a suitable route based on the input parameters of several routes
- 140i140i
- Auswertung einer geeigneten Fahrtroute auf Basis der Eingangsgrößen mehrerer FahrtroutenEvaluation of a suitable route based on the input parameters of several routes
- 141141
- FehlermeldungError message
- 150150
- RestenergiekenngrößeResidual energy parameter
- 151151
- FahrtrouteRoute
- 1511..151n1511..151n
- Fahrtroute 1 ... nRoute 1 ... n
- 152152
- benötigte Energiemenge der FahrtrouteEnergy required for the route
- 1521..152n1521..152n
- benötigte Energiemenge 1 ... n der Fahrtroute 1 ... nEnergy required for route 1 ... n
- 170170
- benötigte Energiemenge der ausgewählten FahrtrouteEnergy required for the selected route
- 180180
- Ansteuern von EnergieverbrauchernControlling energy consumers
- AA
- StartknotenStarting node
- B,B,
- WegepunktWaypoint
- CC
- WegepunktWaypoint
- DD
- WegepunktWaypoint
- EE
- Endknotenterminal node
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