用于计算机动车在行驶路线上的能量消耗的方法和设备与流程

用于计算机动车在行驶路线上的能量消耗的方法和设备
1.本发明涉及一种用于计算机动车在行驶路线上的能量消耗的方法和设备。
2.已知在内燃机驱动的和电驱动的机动车中基于机动车的过去的和/或当前的能量消耗来估计续驶里程预测。
3.由us 2014/0214267 a1已知一种方法、一种车辆和一种服务器，通过该方法、车辆和服务器可以基于行驶路线的收集的能量消耗数据来估计车辆的能量消耗和续驶里程。
4.本发明所要解决的技术问题是，提供用于计算机动车在行驶路线上的能量消耗的方法和设备，在该方法和该设备的情况下可以以改进的方式计算能量消耗。
5.该技术问题按照本发明通过具有权利要求1的特征的方法和具有权利要求10的特征的设备来解决。本发明的有利的设计方式由从属权利要求给出。
6.尤其提供一种用于计算机动车在行驶路线上的能量消耗的方法，该方法包括以下步骤：借助确定装置确定在行驶路线上的至少一个车速、确定在行驶路线上的至少一个车辆方向、尤其基于天气数据确定在行驶路线上的至少一个风向和至少一个风速；基于至少一个所确定的车速、至少一个所确定的车辆方向、至少一个所确定的风向和至少一个所确定的风速通过计算装置计算能量消耗；通过输出装置输出或提供计算出的能量消耗作为消耗信号。
7.此外提供一种用于计算机动车在行驶路线上的能量消耗的设备，该设备包括：确定装置，其中，该确定装置设计用于确定在行驶路线上的至少一个车速、确定在行驶路线上的至少一个车辆方向以及尤其基于天气数据确定在行驶路线上的至少一个风向和至少一个风速；计算装置，其中，该计算装置设计用于基于至少一个所确定的车速、至少一个所确定的车辆方向、至少一个所确定的风向和至少一个所确定的风速计算能量消耗；和输出装置，其中，该输出装置设计用于提供或输出计算出的能量消耗作为消耗信号。
8.所述方法和所述设备使得能够以改进的方式计算机动车的能量消耗，因为在计算中既考虑风速又考虑风向。因此，影响能量消耗的作用、例如作用在机动车上的逆风可以包括在计算中。尤其当要基于所提供的消耗信号进行续驶里程预测时，该续驶里程预测能够改进地、即更接近现实地估计或展现预期的能量消耗。
9.机动车尤其是电驱动的机动车，其具有用于存储电能的电池。电驱动的或电池驱动的机动车尤其是电动车辆，但也可以是混合动力车辆。但原则上，所述方法和设备也可以用于内燃机驱动的机动车。
10.行驶路线尤其是计划的行驶路线。例如通过预给定起始位置、例如机动车的当前位置、必要时另外的中间目的地和例如由机动车的驾驶员预给定的目标位置来确定或选择行驶路线。行驶路线的各个单独的位置或路线区段尤其与机动车将到达相应位置的(将来的)时间点相关联。此外，行驶路线尤其还包括关于车速的值和/或关于平均速度的值和/或关于各个单独的位置和/或路线区段的坡度的信息。备选地，也可以估计车速和/或平均速度和/或行驶路线的各个单独的位置和/或路线区段的坡度。
11.路线区段包括行驶路线的位置的至少一个子集。一条行驶路线可以由多个路线区段组成。
12.车速的确定尤其基于机动车在行驶路线上的至少一个预期的速度进行。该预期的速度可以例如基于地图借助确定装置来确定，例如通过询问与地图中的位置相关联的车速来确定。该询问例如在导航装置处进行。
13.车辆方向的确定尤其基于至少一个预期的方向进行，机动车将沿该预期的方向在行驶路线上行驶(行驶方向)。该方向可以例如基于地图借助确定装置来确定，例如通过询问与地图中的位置相关联的车辆方向来确定。该询问例如在导航装置处进行。在最简单的情况下，车辆方向是主行驶方向，该主行驶方向设计为以两点间的直线连接起始位置和目标位置。
14.至少一个车速和至少一个车辆方向尤其成对地、即相互关联地确定，例如以由车速和车辆方向构成的矢量的形式确定。
15.至少一个风向和至少一个风速尤其基于当前的和/或预测的环境和/或天气数据来确定，这些环境和/或天气数据例如借助确定装置在天气服务处针对行驶路线被询问。在此，风向可以任意地相对于机动车或车辆方向定向。但尤其考虑风的设计为逆风(逆着机动车的行驶方向)或顺风(顺着机动车的行驶方向)的份额。在最简单的情况下，环境和/或天气数据包括针对行驶路线的平均风向和平均风速。风向和风速尤其成对地、即相互关联地确定，例如以由风向和风速构成的矢量的形式确定。
16.所述设备的部件、尤其确定装置和计算装置可以分别单独地或合并地设计为硬件和软件的组合，例如设计为在微控制器或微执行器上实施的程序代码。
17.可以规定，所述设备构造在机动车中，例如设计为车载计算机和/或导航装置的一部分。备选地也可以规定，该设备的部件构造在智能手机、门户网站或服务器中。尤其地，所述方法可以在智能手机上、由服务器支持地实施，其中，这由相应的用户接口(例如应用程序)支持。
18.在一种实施方式中规定，针对所述行驶路线的各个路线区段单独地确定并且考虑至少一个车速和/或至少一个车向和/或至少一个风向和/或至少一个风速。因此可以考虑当前或预测的风向和风速的更详细的且因此更接近现实的写照，从而能量消耗的计算更好地展现在行驶路线上实际出现的能量消耗。原则上，可以将行驶路线细分为具有任意详细度的各个单独的路线区段。但有利的是，根据关于风向和/或风速的数据的可用的局部分辨率来进行路线区段的划分。因此，计算所需的计算能力可以被最小化或者相对于现有的分辨率被优化。根据可用的或者由确定装置例如在天气服务处询问到的风数据的分辨率，将计划的行驶路线划分为多个路线区段，其中，每个路线区段对应于风向和风速的可用值。
19.在一种实施方式中规定，所述计算基于尤其单独地为机动车提供的消耗表进行，其中，在该消耗表中存储有机动车的与至少一个车速和坡度相关的能量消耗。消耗表在此基于针对由坡度和车速构成的各种不同的组合收集的消耗数据被编制。在此，由于机动车的不同特性(例如不同的风阻系数、不同的动力化、不同的车辆质量等)，必须为每个车辆类型提供自己的消耗表。
20.可以规定，消耗表还根据驾驶员被制定。这例如可以通过训练消耗表来实现。为此，例如针对较短的路线区段采集消耗数据以及车速和坡度，在多个同样的路线区段上取平均值并且存储在消耗表中。尤其地，由此可以更好地考虑驾驶员的不同驾驶风格。
21.在一种扩展设计中规定，消耗表根据速度等级和/或坡度等级来划分或编排。这使
得消耗表中的值能够被平均。如此例如可以规定，用于等级宽度分别为10或20km/h的速度等级的能量消耗存储在消耗表中。上坡坡度和下坡坡度可以例如根据等级宽度分别为百分之一的上升/下降的等级来划分。
22.在一种实施方式中规定，所述计算基于至少一个有效入流速度进行，其中，所述至少一个有效入流速度基于所确定的至少一个车速、所确定的至少一个车辆方向、所确定的至少一个风向和所确定的至少一个风速来计算。尤其地，有效入流速度通过矢量相加来计算。为此，所确定的车速、所确定的车辆方向、所确定的风向和所确定的风速分别表示为矢量。在此，由所确定的车速和所确定的车辆方向共同构成矢量。同样地，由所确定的风向和所确定的风速共同构成矢量。随后将以此方式构成的车速矢量和以此方式构成的风速矢量按照矢量相加的方式相加。通过将由车速矢量和风速矢量构成的矢量和投影到车辆方向上获得有效入流速度。通过使用有效入流速度，可能的是，还能够近似地使用现有的消耗表。为此，在由消耗表确定能量消耗时，使用有效入流速度而不是车速。
23.可以规定，消耗表被调整，以便与有效入流速度一起使用，方式是例如消耗被调整。尤其可以规定，基于计算出的有效入流速度训练消耗量，方式是检测和/或计算现实的消耗并且随后与存储在消耗量中的值进行比较、尤其合并。
24.在一种实施方式中规定，所确定的至少一个风速在计算之前根据当地环境条件被调整。因此，例如由天气服务提供的风速和风向可以适应当地的环境条件。当地环境条件可以例如是在机动车的环境中在计划的行驶路线上布置的植被和/或建筑物。这样的植被可以是例如灌木、树篱或树木。建筑物可以例如是墙、房屋或噪音防护装置。对于所确定的至少一个风速的调整尤其通过将所确定的至少一个风速减小一个确定的因数进行。该因数可以例如基于模拟和/或经验测试来确定。因此可以考虑如下事实，即，由天气服务提供的风速通常不在地面附近(距地面1到2米)被检测，而是在较高的高度(自10m起)上被检测或者针对此被估计。但建筑物和/或植通常引起地面附近的风速和风向与更高的高度相比改变。
25.在一种实施方式中规定，基于现有的消耗数据通过外推法估计用于机动车的消耗表的至少一部分。这样的估计例如针对车速和坡度的如下组合来进行，这些组合通常带来不能训练的边界值问题(例如在有效入流速度大于车辆的最大速度的情况下)。
26.在一种实施方式中规定，基于计算出的能量消耗确定用于机动车的电池的停车充电计划策略。在此，考虑电池的荷电状态和在机动车的行驶路线上可用的充电站来确定用于机动车的电池的停车充电计划策略。例如，如果机动车的能量消耗由于逆风而增加，则可以规定额外的停车充电。该确定尤其通过基于计算出的能量消耗和电池的荷电状态估计续驶里程来进行。
27.在另外的实施方式中规定，能量消耗的计算和/或消耗信号的输出在考虑衰减因数的情况下进行。这种衰减因数防止能量消耗的突然改变。简而言之，衰减因数被选择为使得计算出的能量消耗的变化随时看起来都能够被机动车的驾驶员理解。尤其应当避免停车充电计划策略由于能量消耗的短期增加突然改变，尽管(在整个行驶路线上看的)整体情况没有显著变化，这种能量消耗的短期增加的原因例如是在部分路线区段上出现增大的逆风。衰减因数例如设计为滤波器系数，该滤波器系数表示在计算能量消耗的当前值时对在较早的时间点所确定的能量消耗的考虑程度。因此可以防止能量消耗的突然的改变和振荡。
28.关于所述设备的设计的特征由对所述方法的设计的描述得出。该设备的优点在此与该方法设计时的优点的相同。
29.以下结合附图对本发明的优选实施例进行更详尽的阐述。在附图中：
30.图1示出用于计算电池驱动的机动车在行驶路线上的能量消耗的设备的实施方式的示意图；
31.图2示出用于阐明有效入流速度的矢量计算的示意图；
32.图3示出用于计算机动车在行驶路线上的能量消耗的方法的在机动车中实施的实施方式的示意性流程图；
33.图4示出用于计算机动车在行驶路线上的能量消耗的方法在智能手机或门户网站中实施的实施方式的示意性流程图。
34.在图1中示出用于计算尤其电池驱动的机动车50在行驶路线上的能量消耗20的设备1的实施方式的示意图。设备1例如构造在机动车50中。
35.设备1包括确定装置2、计算装置3和输出装置4。设备1的部件、尤其确定装置2和计算装置3、但输出装置4也可以单独地或合并地设计为硬件和软件的组合，例如设计为在微控制器或微处理器上实施的程序代码。
36.在输入侧，将行驶路线10输入确定装置2。行驶路线10可以例如由导航装置提供或者由驾驶员预给定。基于行驶路线10，确定装置2确定行驶路线10上的车速11、行驶路线或各个单独的路线区段10上的车辆方向12以及行驶路线上的作为主风向或者作为路线区段上的逐区段确定的风向的至少一个风向13和至少一个风速14。
37.例如基于由导航装置提供的道路地图30确定车速11，在该道路地图上针对行驶路线10的各个单独的位置或路线区段分别存储有最大速度和/或平均速度，这些速度由确定装置2询问。车辆方向12同样可以基于所提供的道路地图30来确定，方式是基于相互关联的路线区段、起始位置、目标位置和道路走向针对每个位置或相应一个路线区段确定或询问车辆方向或车辆定向。车速11和车辆方向12尤其成对地、即彼此关联地被确定，例如以由车速11和车辆方向12构成的矢量的形式被确定。随后，针对行驶路线10上的每个位置或每个路线区段，已知机动车50沿哪个(车辆)方向以哪个车速11行驶。
38.可以例如针对行驶路线上的各个单独的位置或者针对行驶路线上的路线区段从天气服务31询问风向13和风速14。这可以例如通过相应地为此设计的通信接口(未示出)实现。尤其地，确定装置2可以基于行驶路线10或所属的位置或路线区段在气象服务31处询问针对行驶路线10或所属的位置或单独的路线区段的相应的风向13和相应的风速14。风向13和风速14分别尤其成对地、即彼此关联地被确定，例如以由风向13和风速14构成的矢量的形式被确定。
39.所确定的车速11的值、所确定的车辆方向12的值、所确定的风向13的值和所确定的风速14的值逐位置地或逐路线区段地被输入计算装置3。
40.计算装置3基于所确定的车速11、所确定的车辆方向12、所确定的风向13和所确定的风速14计算能量消耗20。在最简单的情况下，该计算针对整个行驶路线10仅实施唯一一次，其中，分别在整个行驶路线10的各个单独的路线区段上使用所确定的车速11、所确定的车辆方向12、所确定的风向13和所确定的风速14的相应值。
41.但也可以规定，计算装置3针对行驶路线10上的每个路线区段逐区段地计算能量
消耗并且随后将各个单独的值相加成总的能量消耗20。
42.输出装置4输出或提供计算出的能量消耗20作为消耗信号23。消耗信号23可以尤其以数字数据包的形式被输出或提供。
43.可以规定，所述计算基于为机动车50提供的消耗表15进行，其中，在该消耗表15中存储有机动车50的与至少一个车速和坡度相关的能量消耗。
44.扩展地可以规定，消耗表15根据速度等级和/或坡度等级来划分或编排。
45.还可以规定，计算基于有效入流速度40进行，其中，有效入流速度40基于分别所属的所确定的车速11、所确定的车辆方向12、所确定的风向13和所确定的风速14，尤其通过矢量加法来计算。这可以尤其针对每个路线区段单独地进行。用于有效入流速度40的矢量计算的示意图在图2中示出。
46.可以规定，至少一个所确定的风速14在计算之前基于当地环境条件17被调整。当地环境条件17可以例如从道路地图30询问并且例如包括建筑物和/或植被。基于当地环境条件17可以调整、尤其减小针对某些位置或路线区段的风速14。
47.可以规定，基于现有的消耗数据通过外推法估计用于机动车50的消耗表15的至少一部分。
48.此外可以规定，基于计算出的能量消耗20确定用于机动车50的电池的停车充电计划策略21。这尤其通过对机动车的续驶里程的估计以及随后与行驶路线上的邻近处有充电站的位置的比较来实现，对续驶里程的估计基于所估计的能量消耗20和机动车50的电池的当前的和/或将来的荷电状态进行。根据关于电池的最低充电量的预设值，随后选择为电池充电而驶向的充电站。基于该选择编制停车充电计划策略21。停车充电计划策略21可以例如由计算装置3编制并且由输出装置4输出为充电策略信号24。充电策略信号24可以例如以数字数据包的形式被输出，该数字数据包包括推荐在行驶路线10上停车充电的充电站的各个单独的位置。
49.可以规定，能量消耗20的计算和/或消耗信号23的输出在考虑衰减因数18的情况下进行。衰减因数18例如设计为滤波器系数，该滤波器系数表示在计算能量消耗20的当前值时对在较早的时间点所确定的能量消耗20的考虑程度。因此可以防止能量消耗20的或能量消耗信号23的突然的改变和振荡。
50.图2示出用于阐明有效入流速度40的矢量计算的示意图。在此考虑在行驶路线上在某个时间点逆风前进的机动车50。可以规定，该时间点对应于行驶路线上的各个单独的位置。但也可以规定，该时间点是平均时间点，该平均时间点与路线区段或整个行驶路线的平均位置相关联。
51.考虑行驶风速矢量41，该行驶风速矢量通过所确定的车速和与行驶风速矢量41反向的所确定的车辆方向来确定，其中，行驶风速矢量41的方向由所确定的车辆方向来确定，并且行驶风速矢量41的长度(数值)由车速来确定。
52.此外考虑风速矢量42，该风速矢量通过所确定的风向和所确定的风速来确定，其中，风速矢量42的方向由所确定的风向确定，并且风速矢量42的长度(数值)通过所确定的风速来确定。
53.所确定的行驶风速矢量41和所确定的风速矢量42通过矢量相加而相加成总风速矢量43。随后仅考虑总风速矢量43的平行于行驶方向延伸的分量。该分量的数值则是有效
入流速度40。
54.数学表达为：
55.有效入流速度＝|总风速矢量|*cosβ，
56.其中，β是总速度矢量43和车速矢量41之间的角度。
57.在图3中示出用于计算电池驱动的机动车在行驶路线上的能量消耗的方法的在机动车中实施的实施方式的示意性流程图。
58.用于实施该方法的设备1包括以集成形式实施为模块61、62、63的确定装置2、计算装置3和输出装置4。各个单独的模块61、62、63例如单独地或合并地设计为硬件和软件的组合，例如设计为在微控制器或微处理器上实施的程序代码。
59.在方法步骤100中，导航装置60在消耗模块61处询问能量消耗和续驶里程。随后在方法步骤101中，考虑至少一个所确定的风向和至少一个所确定的风速，消耗模块61在风模块62处询问能量消耗。
60.随后在方法步骤102中，风模块62确定一个或多个车速和一个或多个车辆方向。为此，在方法步骤102中，由导航装置60向风模块62提供沿着行驶路线的大量位置以及分别所属的车速和车辆方向。为了确定风速和风向，在方法步骤103中，风模块62在天气模块63处询问相应位置的风速和风向。
61.在方法步骤104中，天气模块63在天气服务31处询问风速和风向。在方法步骤105中，天气模块63将针对各个单独的位置询问到的并且必要时处理过的数据提供给风模块62。
62.风模块62由针对行驶路线上的相应位置所确定的车速、所确定的车辆方向、所确定的风向和所确定的风速分别计算有效入流速度并且在方法步骤106中将该有效入流速度传送给消耗模块61。
63.消耗模块61基于有效入流速度计算能量消耗并且基于计算出的能量消耗和机动车的电池的电池荷电状态计算续驶里程。在方法步骤107中，将计算出的能量消耗作为能量消耗信号传送给导航装置60，导航装置基于能量消耗或能量消耗信号确定并且建议例如用于电池驱动的机动车的停车充电计划策略。
64.图4示出用于计算电池驱动的机动车在行驶路线上的能量消耗的方法的另一实施方式的示意性流程图。
65.用于实施该方法的设备1包括以集成形式实施为模块62、63、64的确定装置2、计算装置3和输出装置4。各个单独的模块62、63、64例如单独地或合并地设计为硬件和软件的组合，例如设计为在微控制器或微处理器上实施的程序代码。设备1例如设计为中央服务器，该中央服务器提供续驶里程计算服务。
66.例如，路线计划
‑
应用程序安装在智能手机或门户网站70上。在方法步骤200中，智能手机70或应用程序将行驶路线传送给消耗服务模块64并且在消耗服务模块64处询问能量消耗和续驶里程。
67.为了确定，在方法步骤201中，消耗服务模块64在导航服务提供商32处询问关于行驶路线的数据、尤其是各个单独的路线区段的车速、坡度和行驶时长。关于行驶路线的这些数据被传送给消耗服务模块64。
68.随后在方法步骤202中，消耗服务模块64在考虑至少一个所确定的风向和至少一
个所确定的风速的情况下在风模块62处询问能量消耗。为此将行驶路线和关于行驶路线的数据传输给风模块62。
69.为了确定，在方法步骤203中，通过用作相对于天气服务31的接口的天气模块63在天气服务31处询问针对行驶路线上的各个单独的路线区段的风速和风向并且将这些风速和风向提供给风模块62。风模块62基于针对各个单独的路线区段所确定的车速、车辆方向、风向和风速分别计算有效入流速度并且在方法步骤204中将该有效入流速度传输给消耗服务模块64。
70.消耗服务模块64基于有效入流速度计算电池驱动的机动车在行驶路线上的能量消耗和机动车的续驶里程。为了计算续驶里程，可以由消耗服务模块64例如在机动车的电池控制器处询问电池荷电状态。
71.在方法步骤205中，消耗服务模块64将电池驱动的机动车的计算出的能量消耗和计算出的续驶里程传输回智能手机或门户网站70，在那里，计算出的能量消耗例如在显示装置上被输出。
72.附图标记列表
[0073]1ꢀꢀꢀꢀ
设备
[0074]2ꢀꢀꢀꢀ
确定装置
[0075]3ꢀꢀꢀꢀ
计算装置
[0076]4ꢀꢀꢀꢀ
输出装置
[0077]
10
ꢀꢀꢀ
行驶路线
[0078]
11
ꢀꢀꢀ
车速
[0079]
12
ꢀꢀꢀ
车辆方向
[0080]
13
ꢀꢀꢀ
风向
[0081]
14
ꢀꢀꢀ
风速
[0082]
15
ꢀꢀꢀ
消耗表
[0083]
17
ꢀꢀꢀ
当地环境条件
[0084]
18
ꢀꢀꢀ
衰减因数
[0085]
20
ꢀꢀꢀ
能量消耗
[0086]
21
ꢀꢀꢀ
停车充电计划策略
[0087]
23
ꢀꢀꢀ
消耗信号
[0088]
24
ꢀꢀꢀ
充电策略信号
[0089]
30
ꢀꢀꢀ
道路地图
[0090]
31
ꢀꢀꢀ
天气服务
[0091]
40
ꢀꢀꢀ
有效入流速度
[0092]
41
ꢀꢀꢀ
行驶风速矢量
[0093]
42
ꢀꢀꢀ
风速矢量
[0094]
43
ꢀꢀꢀ
总风速矢量
[0095]
50
ꢀꢀꢀ
机动车
[0096]
60
ꢀꢀꢀ
导航装置
[0097]
61
ꢀꢀꢀ
消耗模块
[0098]
62
ꢀꢀꢀ
风模块
[0099]
63
ꢀꢀꢀ
天气模块
[0100]
64
ꢀꢀꢀ
消耗服务模块
[0101]
70
ꢀꢀꢀ
智能手机或门户网站。