DE102024000603A1

DE102024000603A1 - Verfahren zur Bestimmung eines optimalen Fahrweges eines elektrisch angetriebenen Fahrzeuges in Abhängigkeit der dem Fahrzeug zur Verfügung stehenden elektrischen Energie

Info

Publication number: DE102024000603A1
Application number: DE102024000603.6A
Authority: DE
Inventors: Mark Gerban; Tobias Meißner; Fabian Oliver Flohr
Original assignee: Mercedes Benz Group AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2024-02-24
Filing date: 2024-02-24
Publication date: 2024-05-16

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung eines optimalen Fahrweges eines elektrisch angetriebenen Fahrzeuges in Abhängigkeit der dem Fahrzeug zur Verfügung stehenden elektrischen Energie, bei welchem ein Energiefunktional entlang eines potenziellen kartierten Weges vorausschauend ermittelt wird und daraus der optimale Fahrweg bestimmt wird. Bei einem Verfahren, mit welchem die Genauigkeit bekannter Lösungen verbessert wird, werdenbei der Bestimmung des Energiefunktionales aus einer Bremsrekuperation des elektrisch angetriebenen Fahrzeuges gewonnenen positiven Energiebeiträge und bremsrelevante Hindernisse des potentiellen Weges berücksichtigt, wobei die bremsrelevanten Hindernisse mittels eines drahtlosen Verkehrskommunikationsnetzwerkes bestimmt werden, über welches das elektrisch angetriebene Fahrzeug mit weiteren Fahrzeugen, die sich in seiner Nähe befinden, und/oder einer sich entlang dem potenziellen Weg erstreckenden Verkehrsinfrastruktur zum Erhalt von Echtzeit-Informationen kommuniziert.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung eines optimalen Fahrweges eines elektrisch angetriebenen Fahrzeuges in Abhängigkeit der dem Fahrzeug zur Verfügung stehenden elektrischen Energie, bei welchem ein Energiefunktional entlang eines potenziellen kartierten Weges vorausschauend ermittelt wird und daraus der optimale Fahrweg bestimmt wird.
Die WO 2011/066468 A1 offenbart ein Fahrzeugmanagementsystem einer Fahrzeugflotte in Abhängigkeit des Energieverbrauchs. Bei der Berechnung des Energieverbrauchs auf ausgewählten Fahrtrouten, werden Straßenbedingungen, wie Gelände, Erhebungen und Gefälle, Kurven, genauso berücksichtigt, wie auf den Routen auftretende Verkehrsinformationen, Geschwindigkeitsbegrenzungen und Wetterinformationen. Diese Daten werden aus einer Karte entnommen und ausgewertet. Darüber hinaus wird eine Energierekuperation berücksichtigt, wenn eine Energieausgleich einer Fahrtroute pro Meter bestimmt werden soll.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Bestimmung eines optimalen Fahrweges eines elektrisch angetriebenen Fahrzeuges in Abhängigkeit der dem Fahrzeug zur Verfügung stehenden elektrischen Energie anzugeben, mit welchem die Genauigkeit bekannter Lösungen verbessert wird.
Die Erfindung ergibt sich aus den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche. Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche. Weitere Merkmale, Anwendungsmöglichkeiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, sowie der Erläuterung von Ausführungsbeispielen der Erfindung, die in der Figur dargestellt sind.
Die Aufgabe wird mit dem Gegenstand des Patentanspruchs 1 gelöst.
Bei dem eingangs erläuterten Verfahren zur Bestimmung eines optimalen Fahrweges eines elektrisch angetriebenen Fahrzeuges in Abhängigkeit der dem Fahrzeug zur Verfügung stehenden elektrischen Energie, bei welchem ein Energiefunktional entlang eines potenziellen kartierten Weges vorausschauend ermittelt wird und daraus der optimale Fahrweg bestimmt wird, werden bei der Bestimmung des Energiefunktionales aus einer Bremsrekuperation des elektrisch angetriebenen Fahrzeuges gewonnenen positiven Energiebeiträge und bremsrelevante Hindernisse des potentiellen Weges berücksichtigt, wobei die bremsrelevanten Hindernisse mittels eines drahtlosen Verkehrskommunikationsnetzwerkes bestimmt werden, über welches das elektrisch angetriebene Fahrzeug mit weiteren Fahrzeugen, die sich in seiner Nähe befinden, und/oder einer sich entlang dem potenziellen Weg erstreckenden Verkehrsinfrastruktur zum Erhalt von Echtzeit-Informationen kommuniziert. Die an sich vorhandenen und bekannten statischen Informationen werden durch die Berücksichtigung der aktuellen Verkehrssituation und der Verkehrsinfrastruktur dynamisiert, wodurch die Genauigkeit der Routenbestimmung optimiert wird. Die gleichzeitige Berücksichtigung der aus einer Bremsrekuperation gewonnenen positiven Energiebeiträge ermöglicht eine Erhöhung der Reichweite des elektrisch angetriebenen Fahrzeuges. Insbesondere in Notsituationen, wenn beispielsweise die Fahrzeugbatterie fast entladen ist, kann bei einer Auswahl von verschiedenen Fahrtrouten, die ausgewählt werden, welche die größte Möglichkeit einer Energierückgewinnung bietet.
Vorteilhafterweise werden zur Bestimmung der Bremsrekuperation aus einer Navigationskarte des elektrisch angetriebenen Fahrzeuges Daten über ein Gelände und/oder Bodenerhebungen und/oder Fahrbahngefälle des potenziellen Weges ermittelt. Dadurch wird die Ermittlung von Fahrwegen erleichtert, auf welchen Energie im elektrisch angetriebenen Fahrzeug zurückgewonnen werden kann. Diese Energierückgewinnung erfolgt durch Rekuperation in den Bremsphasen des elektrisch angetriebenen Fahrzeuges. Weiterhin wird außerdem die Wahrscheinlichkeit der Energierückgewinnung erhöht, wodurch die Reichweite des elektrisch angetriebenen Fahrzeugs erhöht werden kann.
In einer Ausgestaltung wird eine statische Karte, welche eine Energiebilanz des elektrisch angetriebenen Fahrzeuges beschreibt, mit den Echtzeit-Informationen aktualisiert. Dies ermöglicht eine schnellere Berechnung der Energiebilanz und reduziert die notwendigen Rechenkapazitäten.
In einer Variante werden die Echtzeit-Informationen zur kontinuierlichen Bestimmung von Abständen des elektrisch fahrenden Fahrzeuges zu den bremsrelevanten Hindernissen verwendet, um deren aktuellen Standort festzustellen und einen regenerativen Bremsweg des elektrisch angetrieben Fahrzeuges entlang des potenziellen Weges zu ermitteln. Die Berücksichtigung der bremsrelevanten Hindernisse vereinfacht die Ermittlung des regenerativen Bremsweges bei gleichzeitiger Auswertung der Energiebilanz.
In einer Ausführungsform wird in einer lokalen Umgebung für jedes der weiteren vorausfahrenden Fahrzeuge entlang des optimalen Fahrweges ein regenerativer Bremsweg des elektrisch angetriebenen Fahrzeuges ermittelt. Dadurch kann ein allmählicher Bremsvorgang ausgeführt werden, wodurch auf einen harten Bremsstopp durch das manuelle Bremsen des Fahrers verzichtet wird.
Es ist von Vorteil, wenn mittels des Energiefunktionals und/oder der Abstände zu den bremsrelevanten Hindernissen eine Geschwindigkeitsbegrenzung für das elektrisch angetriebene Fahrzeug bestimmt wird, auf welche dieses automatisch abgebremst wird, um den optimalen regenerativen Bremsweg einzuhalten. Die Einhaltung der Geschwindigkeitsbegrenzung erlaubt es, soviel Energie wie möglich zu sparen, um in Situationen mit niedriger Energiebilanz des Fahrzeuges eine Fahrt bis zur nächsten Ladestation zu gewährleisten. Außerdem werden durch die Geschwindigkeitsbegrenzung und die Rekuperation in der Bremsphase Leistungsreserven und eine potenzielle Energieerholung ermöglicht und der Verbrauch größerer Energiemengen gestoppt. In einem solchen Notfall kann auch der Energieverbrauch von Komfortfunktionen des elektrisch angetriebenen Fahrzeuges reduziert werden, indem beispielsweise die Klimaanlage, Beleuchtung, Displays und/oder Multimediafunktionen eingeschränkt bzw. an Minimalenergieschwellwerte angepasst werden.
In einer weiteren Ausgestaltung wird zur Bestimmung des Standortes der bremsrelevanten Hindernisse eine Triangulationsmethode verwendet. Als Triangulationsdatenpunkt kann dabei eine Datenkomponente der Fahrzeuge, wie eine SIM-Karte oder ein GPS-Signals genutzt werden. Die Kenntnis der Echtzeitposition der bremsrelevanten weiteren Fahrzeuge auf der Straße kann genutzt werden, um dessen Auswirkungen auf den regenerativen Bremsweg des elektrisch angetriebenen Fahrzeuges über einen größeren Abdeckungsbereich zu ermitteln.
In einer Alternative wird innerhalb einer Fahrzeugflotte eine Schwarmmethode zum Vergleichen von Fahrzeugdaten weiterer Fahrzeuge der Fahrzeugflotte und zur Feststellung derer Standorte verwendet. Mittels dieser Schwarmmethode werden Fahrzeugsensordaten, wie Radar, Infrarot, Lidar, verschiedener Fahrzeuge miteinander verglichen. Im Vergleich zur Triangulationsmethode führen die so erfassten Fahrzeugsensordaten zu einer höheren Genauigkeit bei der Bestimmung des regenerativen Bremsweges.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der zumindest ein Ausführungsbeispiel im Einzelnen beschrieben ist. Beschriebene Merkmale können für sich oder in beliebiger, sinnvoller Kombination den Gegenstand der Erfindung bilden, gegebenenfalls auch unabhängig von den Ansprüchen, und können insbesondere zusätzlich auch Gegenstand einer oder mehrerer separater Anmeldung/en sein.
Es zeigt:

1: Leistungskurve eines elektrisch angetriebenen Fahrzeuges.

In einem elektrisch angetriebenen Fahrzeug ist in einem Steuergerät eine Einheit für eine Energierückgewinnung ausgebildet, mittels welcher bei Vorhandensein eines regenerativen Bremssystems die Bremswege auf Basis einer V2X- Kommunikation optimiert werden. Dabei kommuniziert das elektrisch angetriebene Fahrzeug drahtlos mit anderen Fahrzeugen und Einheiten der Verkehrsinfrastruktur, die sich auf seiner Fahrtroute befinden.
Bei Aktivierung der Einheit für die Energierückgewinnung wird der Energieverbrauch zur Aufrechterhaltung von Komfortfunktionen im Fahrzeug und von Bordsensoren reduziert. Die von einem Navigationssystem ermittelte Fahrtroute des elektrisch angetriebenen Fahrzeuges wird kartiert, um Straßenbedingungen und Höhen bzw. Gefälle und andere Topographiemerkmale des zu durchfahrenden Fahrtroute zu erfassen.
Um die energieverbrauchsärmste Fahrtroute des elektrisch angetriebenen Fahrzeuges zu bestimmen, wird kontinuierlich eine Energieeffizienz aus einem Quotienten der zurückzulegenden Strecke und des Energieverbrauchs bestimmt. Anfänglich wird die Energiemenge berücksichtigt, welche das elektrisch angetriebene Fahrzeug zum Zurücklegen der Entfernung benötigt, die sich aus der von dem Navigationssystem ermittelten Fahrtroute ergibt. Dieser Wert der Energieeffizienz wird mit den kartierten topografischen Daten, z.B. zu bewältigende Höhenunterschiede und Gefälle verglichen. Daraus ergibt sich: $\begin{matrix} Energieverbrauch = (Entfernung der Fahrtroute + H \ddot{o} hengewinn bzw . H \ddot{o} henverlust) * \\ Energiekosten pro Meter \end{matrix}$
Die Energiekosten pro Meter stellen durchschnittliche Energiekosten der letzten gefahrenen 100 Kilometer des Fahrzeuges dar. Das Navigationssystem kann den Fahrer aber auch zwei oder mehr Fahrtrouten anzeigen. In diesem Fall werden die vorstehenden Betrachtungen für jede vorgeschlagene Fahrtroute durchgeführt.
Basierend auf diesen Berechnungen kann eine Leistungskurve (1) aufgezeichnet werden, bei welcher eine Routenleistung über der zu fahrenden Strecke aufgezeigt ist. Bei der Auswahl würde die Fahrtroute mit der höchsten Ausgangsleistung und der größtmöglichen zurückzulegenden Distanz die höchste Priorität erhalten. Im vorliegenden Fall würde dem Fahrer im Falle einer schwachen Batterie die Route 1 zur Nutzung vorgeschlagen.
Der Bestimmung der Fahrtroute liegen noch weitere Faktoren zu Grunde. So erfolgt die Anpassung der statischen Karte, mit der die Energiebilanz des elektrisch fahrenden Fahrzeuges beschrieben wird, abhängig vom Echtzeitverkehr. Mittels den für die V2X-Kommunikation vorgesehen Komponenten des elektrisch angetriebenen Fahrzeuges, werden zu weiteren sich auf der Fahrtroute des elektrisch angetriebenen Fahrzeuges bewegenden Verkehrssteilnehmern bzw. auf der Fahrtroute vorhandenen stillstehenden Objekten der Verkehrsinfrastruktur am Straßenrand kontinuierlich Abstandsmessungen durchgeführt. Mittels einer Triangulationsmethode, bei der mindestens drei zu betrachtende Objekte berücksichtigt werden, werden die aktuellen Standorte dieser Objekte ermittelt. Als Triangulationsdatenpunkt wird dabei typischerweise eine SIM-Karte oder ein GPS-Signal verwendet.
Die Kenntnis der jeweiligen Echtzeitposition der Objekte, wie Ampeln, Telefonmasten Verkehrszeichen und ähnliches, und Verkehrsteilnehmer auf der Straße wird dazu genutzt, festzustellen, wie sich dies auf die vorausbestimmte Fahrtroute des elektrisch angetriebenen Fahrzeuges über einen größeren Abdeckungsbereich auswirkt. Dadurch wird es möglich, einen optimalen regenerativen Bremsweg zwischen dem elektrisch angetriebenen Fahrzeug und nicht nur dem unmittelbar vorausfahrenden weiteren Fahrzeug, sondern auch zu anderen sich entlang der ausgewählten Route 1 bewegenden weiteren Verkehrsteilnehmern, vorzugsweise Fahrzeugen, zu bestimmen. Daraus ergibt sich ein vorausschauendes regeneratives Bremsen des elektrisch angetriebenen Fahrzeuges gegenüber jedem dieser weiteren Verkehrsteilnehmer durch Anpassung der Bremskomponenten über eine vorgegebene Distanz.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

WO 2011066468 A1 [0002]

Claims

Verfahren zur Bestimmung eines optimalen Fahrweges eines elektrisch angetriebenen Fahrzeuges in Abhängigkeit der dem Fahrzeug zur Verfügung stehenden elektrischen Energie, bei welchem ein Energiefunktional entlang eines potenziellen kartierten Weges vorausschauend ermittelt wird und daraus der optimale Fahrweg bestimmt wird, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Bestimmung des Energiefunktionales aus einer Bremsrekuperation des elektrisch angetriebenen Fahrzeuges gewonnenen positiven Energiebeiträge und bremsrelevante Hindernisse des potentiellen Weges berücksichtigt werden, wobei die bremsrelevanten Hindernisse mittels eines drahtlosen Verkehrskommunikationsnetzwerkes bestimmt werden, über welches das elektrisch angetriebene Fahrzeug mit weiteren Fahrzeugen, die sich in seiner Nähe befinden, und/oder einer sich entlang dem potenziellen Weg erstreckenden Verkehrsinfrastruktur zum Erhalt von Echtzeit-Informationen kommuniziert.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Bestimmung der Bremsrekuperation aus einer Navigationskarte des elektrisch angetriebenen Fahrzeuges Daten über ein Gelände und/oder Bodenerhebungen und/oder Fahrbahngefälle des potenziellen Weges ermittelt werden.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine statische Karte, welche eine Energiebilanz des elektrisch angetriebenen Fahrzeuges beschreibt, mit dem Echtzeit-Informationen aktualisiert wird.
Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Echtzeit-Informationen zur kontinuierlichen Bestimmung von Abständen des elektrisch fahrenden Fahrzeuges zu den bremsrelevanten Hindernissen verwendet werden, um deren aktuellen Standort festzustellen und einen regenerativen Bremsweg des elektrisch angetrieben Fahrzeuges entlang des potenziellen Weges zu ermitteln.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass in einer lokalen Umgebung für jedes weitere vorausfahrende Fahrzeug entlang des optimalen Fahrweges ein regenerativer Bremsweg des elektrisch angetriebenen Fahrzeuges ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass mittels des Energiefunktionals und/oder der Abstände zu den bremsrelevanten Hindernissen eine Geschwindigkeitsbegrenzung für das elektrisch angetriebene Fahrzeug bestimmt wird, auf welches dieses automatisch abgebremst wird, um den optimalen regenerativen Bremsweg einzuhalten.
Verfahren nach Anspruch 4, 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass zur Bestimmung des Standortes der bremsrelevanten Hindernisse eine Triangulationsmethode verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 4, 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb einer Fahrzeugflotte eine Schwarmmethode zum Vergleichen von Fahrzeugdaten weiterer Fahrzeuge der Fahrzeugflotte und zur Feststellung deren Standorte verwendet wird.