VERFAHREN ZUM BERECHNEN EINER FAHRROUTE, VERFAHREN ZUM STEUERN EINES ANTRIEBS UND VORRICHTUNG

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Berechnen einer Fahrroute gemäß Patentanspruch 1, ein Verfahren zum Steuern eines Antriebs nach Anspruch 14 und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß Patentanspruch 16.

Stand der Technik

Im Stand der Technik sind verschiedenste Ausführungsformen zum Berechnen einer Fahrroute für ein Fahrzeug mit Hilfe eines Navigationsgerätes bekannt. In der Regel wird zwischen einem Startpunkt und einem Zielpunkt eine Fahrroute nach einem vorgegebenen Parameter beispielsweise einer kürzesten Strecke oder einer schnellsten Strecke ausgewählt.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein verbessertes Verfahren zum Berechnen einer Fahrroute und eine verbesserte Vorrichtung bereitzustellen.

Offenbarung der Erfindung

Die Aufgabe der Erfindung wird durch die Verfahren gemäß der Patentansprüche 1 und 14 und durch die Vorrichtung gemäß Pa- tentanspruch 15 gelöst.

Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.

Ein Vorteil des beschriebenen Verfahrens besteht darin, dass bei der Ermittlung der Fahrroute die Antriebsart des Fahrzeuges berücksichtigt wird. Dies bietet den Vorteil, dass abhän-

gig von der vorhandenen Antriebsart des Fahrzeuges unterschiedliche Fahrrouten vorteilhaft sein können und diese dann ausgewählt werden. Beispielsweise kann ein Fahrzeug einen Benzinmotor, einen Gasmotor, einen Dieselmotor, einen Elekt- romotor, einen Hybridmotor mit einem Benzin- oder Dieselmotor und einem Elektromotor oder einem Wasserstoffmotor aufweisen. Zudem kann auch ein Fahrzeug nur einen Gas- oder Wasserstoffmotor aufweisen. Das Fahrzeug kann auch andere Antriebsarten aufweisen .

Abhängig von der vorhandenen Antriebsart können im Bezug auf vorgegebene Parameter unterschiedliche Fahrrouten vorteilhaft sein. Diese werden an den jeweiligen Antrieb angepasst.

In einer weiteren Ausführungsform kann von einer Bedienperson wenigstens eine von zwei vorhandenen Antriebsarten für die Berechnung der Fahrroute ausgebildet werden.

In einer weiteren Ausführungsform wird für die Berechnung der Fahrroute ein gleichzeitiger und/oder ein abschnittsweiser

Betrieb von zwei Antriebsarten berücksichtigt. Auf diese Weise kann eine Optimierung der Fahrroute für die vorhandenen Antriebsarten berücksichtigt werden.

In einer weiteren Ausführungsform werden Informationen über den gleichzeitigen oder abschnittsweisen Betrieb der zwei Antriebsarten ausgegeben oder die zwei Antriebe werden entsprechend einem ermittelten optimalen Betrieb gleichzeitig oder abschnittsweise zum Antreiben des Fahrzeuges angesteuert. Auf diese Weise wird eine optimierte Wahl der Fahrroute und eine optimierte Betriebsweise der zwei Antriebe ermöglicht. Abhängig von der gewählten Ausführungsform können als Parameter für die Berechnung der Fahrroute ein optimierter Energieverbrauch und/oder ein optimierter Schadstoffausstoß verwen- det werden. Auf diese Weise kann eine optimierte Fahrroute angepasst an den oder die vorhandenen Antriebe und einem op-

timierten Energieverbrauch und einem optimierten Schadstoffausstoß berechnet werden.

Weiterhin kann für eine Optimierung der Fahrroute die Art der vorhandenen Energie berücksichtigt werden. Beispielsweise können vorgegebene Mengen von verschiedenen Energiearten bei der Berechnung der Fahrroute berücksichtigt werden.

Zudem kann als Parameter für die Berechnung der Fahrroute ei- ne Energierückgewinnung abhängig von dem zur Verfügung stehenden Antrieb berücksichtigt werden. Zudem können Informationen über einzuhaltende Parameter eines befahrenen Gebietes, insbesondere ein maximaler Energieverbrauch, die Art der zu verbrauchenden Energie oder vorgeschriebene Schadstoffgrenz- werte bei der Berechnung der Fahrroute berücksichtigt werden. Dabei können beispielsweise Gebiete mit vorgeschriebenem Nullschadstoffausstoß mithilfe des Elektroantriebes befahren werden, wobei nach Verlassen des Nullschadstoffausstoßgebie- tes wieder ein Verbrennungsmotor zum Antrieb des Fahrzeuges eingesetzt werden kann.

In einer weiteren Ausführungsform werden vorgegebene Mengen von wenigstens zwei verschiedenen Energiearten für die Berechnung der Fahrroute berücksichtigt. Dabei kann eine Ab- Stimmung einer optimierten Fahrroute auf die vorhandenen Mengen von Energiearten durchgeführt werden.

In einer weiteren Ausführungsform wird als Parameter eine E- nergierückgewinnung durch einen Antrieb berücksichtigt. Somit kann für eine längere Fahrstrecke weniger Energie benötigt werden, wenn eine größere Energierückgewinnung auf dieser Fahrroute möglich ist.

In einer weiteren Ausführungsform werden Informationen über die Art und die Weise eines optimalen Betriebes, wenigstens eines Antriebes des Fahrzeuges, die bei der Berechnung des Fahrzeuges ermittelt wurden, bei der Steuerung des Antriebes

berücksichtigt. Somit kann der Antrieb optimal angesteuert werden .

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Figur 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Fahrzeuges,

Figur 2 zeigt eine schematische Darstellung einer Straßenkar- te mit einem digitalen Straßennetz, und

Figur 3 zeigt einen schematischen Ablauf zur Durchführung des Verfahrens .

Ausführungsformen der Erfindung

Figur 1 zeigt in einer schematischen Darstellung ein Fahrzeug 1, das eine Vorrichtung 2 zur Berechnung einer Fahrroute in Form eines Navigationsgerätes aufweist. Das Navigationsgerät 2 ist in einer Ausführungsform mit einem Steuergerät 3 verbunden. Zudem ist ein Datenspeicher 4 vorgesehen, der mit der Vorrichtung 2 und/oder dem Steuergerät 3 verbunden ist. Zudem ist ein erster Antrieb 5, abhängig von der gewählten Ausführungsform auch ein zweiter Antrieb 6 zum Antreiben des Fahr- zeuges 1 vorgesehen. Der erste und/oder der zweite Antrieb 5, 6 stehen mit einem Antriebsstrang in Verbindung, der Räder des Fahrzeuges 1 antreibt. Der erste und der zweite Antrieb 5, 6 stehen über eine Steuerleitung mit dem Steuergerät 3 in Verbindung. Abhängig von der gewählten Ausführungsform kann auch nur ein Antrieb oder mehr als zwei Antriebe vorgesehen sein. Zudem können für eine Antriebsart mehrere Energiequellen zur Verfügung stehen. Beispielsweise kann ein Verbrennungsmotor mit Benzin oder Gas betrieben werden.

Die Vorrichtung 2 weist ein Ausgabemittel beispielsweise in Form einer Anzeige 7 und ein Eingabemittel beispielsweise in Form einer Tastatur 8 auf. Die Vorrichtung 2 verfügt über ei-

ne Recheneinheit und über ein Programm zur Berechnung einer Fahrroute, das beispielsweise im Datenspeicher 4 abgelegt ist. Zudem ist im Datenspeicher 4 eine digitale Straßenkarte abgelegt. Weiterhin verfügt die Vorrichtung 2 über ein Orts- bestimmungssystem, beispielsweise ein GPS-System 9. Zudem sind im Datenspeicher 4 technische Eigenschaften der Antriebe 5, 6 abgelegt. Dazu zählen beispielsweise der Drehmomentverlauf, der Energieverbrauch oder Schadstoffausstoß . Der Drehmomentverlauf, der Energieverbrauch und der Schadstoffausstoß können in Form von Kennfeldern abhängig von der Geschwindigkeit und/oder der Drehzahl abgelegt sein.

Der erste Antrieb 5 steht mit einem ersten Energiereservoir 11 und der zweite Antrieb 6 steht mit einem zweiten Energie- reservoir 10 in Verbindung. Im ersten und im zweiten Energiereservoir 11, 10 sind Messmittel 12, 13 zugeordnet, mit denen der Füllstand bzw. der Energieinhalt des Energiereservoirs 10, 11 direkt oder über das Steuergerät 3 an die Vorrichtung 2 übermittelt werden kann. In der Ausführungsform, in der der erste Antrieb 5 in Form eines Verbrennungsmotors ausgebildet ist, stellt das erste Energiereservoir einen Kraftstofftank für Benzin, Diesel oder Gas dar. Der zweite Antrieb 6 ist beispielsweise in Form eines Elektromotors ausgebildet, so- dass das zweite Energiereservoir 10 in Form einer Batterie ausgebildet ist. Die zwei Antriebe können als verschiedene Kombinationen von Antriebsarten ausgebildet sein.

In der Ausführungsform, in der der als erste Antrieb 5 in Form eines Verbrennungsmotors für Wasserstoff ausgebildet ist, ist das erste Energiereservoir 11 als Wasserstofftank ausgebildet .

Das Steuergerät 3 steuert die Antriebe 5, 6 zum Bewegen des Fahrzeuges in Abhängigkeit von vorgegebenen Betriebsparame- tern wie zum Beispiel der Drehzahl der Antriebe 5, 6 oder einem Fahrerwunsch mithilfe von Steuerverfahren an, die im Datenspeicher 4 abgelegt sind. In einer weiteren Ausführungs-

form berücksichtigt das Steuergerät 3 Informationen und/Steueranweisungen, die dem Steuergerät 3 von der Vorrichtung 2 zur Verfügung gestellt werden.

Die Vorrichtung 2 stellt Funktionen eines Navigationsgerätes, insbesondere eine Ortsbestimmung und eine Routenplanung bereit. Dazu verfügt die Vorrichtung 2 über ein Ortsbestimmungssystem 9, das beispielsweise in Form eines GPS-Systems ausgebildet ist. Zudem steht der Vorrichtung 2 eine digitale Karte zur Verfügung, die im Datenspeicher 4 abgespeichert ist. Mithilfe der digitalen Karte und der Angabe einer Startposition und einer Zielposition kann die Vorrichtung 2 abhängig von vorgegebenen Parametern eine Fahrroute ermitteln. Als vorgegebene Parameter können beispielsweise folgende Parame- ter verwendet werden: Schnellste Strecke; kürzeste Strecke;

Strecke mit geringstem Energieverbrauch; Strecke mit geringstem Verbrauch einer ersten Energieart; Strecke mit geringstem Schadstoffausstoß; Strecke mit maximaler Energierückgewinnung; Strecke, bei der die Energierückgewinnung bei der Be- rechnung des Energieverbrauchs berücksichtigt wird; Strecke, bei der Bereiche mit vorgegebenen Schadstoffgrenzen vermieden werden; Strecke, bei der vorgegebene einzuhaltende Parameter wie z. B. Schadstoffausstoß, Energieverbrauch, vorgeschriebene Antriebsart, Höchstgeschwindigkeit, maximaler Schadstoff- ausstoß, insbesondere Rußausstoß eingehalten bzw. berücksichtigt werden. Zudem kann für die Berechnung einer Fahrroute auch eine Kombination der vorgegebenen Parameter automatisch gewählt oder von einer Bedienperson beispielsweise über die Eingabemittel 8 eingegeben werden. Die Startposition und die Zielposition können ebenfalls über die Eingabemittel 8 eingegeben werden. Zudem kann die Startposition mit der aktuellen Position des Fahrzeuges gleichgesetzt werden. Der Vorrichtung 2 stehen die technischen Eigenschaften der zur Verfügung stehenden Antriebesarten 5, 6 zu Verfügung. Weiterhin kann die Vorrichtung 2 die Menge der zur Verfügung stehenden Energiearten über den ersten und den zweiten Füllstandssensor 12, 13 erfassen. Weiterhin sind in der digitalen Karte Bereiche mit

vorgegebenen Schadstoffgrenzen und/oder für eine vorgegebene Antriebsart abgelegt.

Zudem enthält die digitale Karte Informationen über den Ho- henverlauf des Straßennetzes, was beispielsweise bei der E- nergierückgewinnung von Bedeutung ist. Beispielsweise kann eine Strecke mit einem Gefälle für die Energierückgewinnung mithilfe eines Elektromotors, der gleichzeitig als Generator verwendet werden kann, benutzt werden.

In dem beschriebenen Ausführungsbeispiel stellt der erste Antrieb 5 einen Verbrennungsmotor für Benzin oder Diesel dar. Der zweite Antrieb 6 stellt einen Elektromotor dar, der zusätzlich die Funktion eines Generators bei Schubbetrieb auf- weist. Somit kann im Schubbetrieb der Elektromotor als Generator verwendet werden, um Energie zu gewinnen, und um das zweite Energiereservoir 10, das in Form einer Batterie ausgebildet ist, wieder aufzuladen. Abhängig von der gewählten Ausführungsform kann einer der zwei Antriebe 5, 6 als Wasser- stoffmotor ausgebildet sein. Das dazugehörende Energiereservoir ist dann entsprechend als WasserstoffSpeicher ausgebildet.

Zudem kann die digitale Karte Daten über den zu erwartenden möglichen Verkehrsfluss enthalten. Dabei kann die Anzahl der vorhandenen Ampeln und/oder die durchschnittliche Geschwindigkeit auf den entsprechenden Straßenabschnitten abgespeichert sein.

Figur 2 zeigt in einer schematischen Darstellung einen Ausschnitt einer digitalen Karte, wobei die Straßen in Form von Geraden dargestellt sind. In Form von Punkten sind Abzweigungen, Einmündungen, Kreuzungen oder Punkte von Bedeutung dargestellt. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist ein Startpunkt S für den Start der zu berechnenden Fahrroute dargestellt. Zudem ist ein Zielpunkt Z als Ziel für die zu berechnende Fahrroute dargestellt. Zwischen dem Startpunkt und

dem Zielpunkt können verschiedene Fahrrouten gewählt werden. Dabei ist beispielsweise wenigstens für einen Teil der Streckenabschnitte eine Information über die Länge, über die zulässige Geschwindigkeit, über die Streckentopologie, über die Anzahl der Ampeln, über die Art der zulässigen Antriebe und/oder über Grenzwerte für die Streckenabschnitte, beispielsweise ein maximaler Energieverbrauch, ein maximaler Schadstoffausstoß usw. abgelegt.

Bei der Ermittlung der Fahrroute vom Startpunkt S zum Zielpunkt Z wird anhand eines Parameters für die Fahrroute eine Fahrroute unter Berücksichtigung der Antriebsart des Fahrzeuges berechnet.

Figur 3 zeigt in einer schematischen Darstellung einen Programmablauf zur Durchführung des Verfahrens. Beim ersten Programmpunkt 100 wird das Verfahren gestartet und eine Startposition S und eine Zielposition Z eingegeben oder ausgewählt. Bei einem folgenden Programmpunkt 110 erfasst die Vorrichtung 2 die vorhandene Antriebsart und technische Eigenschaften der vorhandenen Antriebsarten. Zudem kann die Information über die verfügbare Antriebsart und/oder die benutzte Antriebsart vom Steuergerät 3 an die Vorrichtung 2 übergeben werden. Die Eigenschaften können beispielsweise der Energieverbrauch, der Schadstoffausstoß, die Menge der für die Antriebsart zur Verfügung stehenden Energie oder ein individuell vergebbarer Wertfaktor berücksichtigt werden. Mithilfe des Wertfaktors kann der Benutzer bei Vorhandensein mehrerer Antriebsarten eine bevorzugte Antriebsart einstellen. Somit kann beispiels- weise bei einem lückenhaften Netz für die Energieversorgung einer bestimmten Antriebsart eine andere Antriebsart bevorzugt werden. Dies ist insbesondere bei Elektromotoren als Antriebsart von Vorteil, wenn das Netz der Ladestationen oder das Netz der Servicestation zum Austausch der Batterien ge- ring ist. Die digitale Karte kann zudem Informationen über die Position von Servicestationen für verschiedene Energiearten wie zum Beispiel Benzin, Diesel, elektrische Ladestatio-

nen, Batteriewechsel, Gastankstelle oder Wasserstofftanksteile enthalten.

Bei Programmpunkt 120 wird ein zu optimierender Parameter für die Ermittlung der Fahrroute ausgewählt. Dabei können folgende Parameter einzeln oder in Kombination auch mit unterschiedlichen Wertigkeiten berücksichtigt werden: Energieverbrauch der verschiedenen Energiearten, gesamter Energieverbrauch, Energierückgewinnung, Schadstoffausstoß, Drehmo- mentabgabe usw. Abhängig von der gewählten Ausführungsform können für verschiedene Streckenabschnitte oder befahrende Bereiche unterschiedliche Parameter für die Optimierung oder für die Einhaltung gewählt werden. Beispielsweise kann bei der Planung der Fahrroute ein Gebiet G, das einen einzuhal- tenden Grenzwert aufweist, berücksichtigt werden. Beispielsweise kann das Gebiet G, das mit einer gestrichelten Linie umgeben ist, eine bestimmte Antriebsart vorschreiben oder einen maximalen Schadstoffausstoß festlegen.

Beim folgenden Programmpunkt 130 ermittelt die Vorrichtung 2 gewünschte oder einzuhaltende Vorschriften für die Planung der Fahrroute. Die einzuhaltenden Vorschriften können Gebiete G mit vorgeschriebenen Antriebsarten oder vorgeschriebenen Schadstoffgrenzwerten ein Netz von Versorgungsstationen für die verschiedenen Energiearten usw. darstellen.

Bei einem folgenden Programmpunkt 140 werden Informationen über den Vorrat der zur Verfügung stehenden Energiearten der vorhandenen Antriebe abgefragt.

Beim folgenden Programmpunkt 150 wird eine Fahrroute zwischen der Startposition S und der Zielposition Z unter Berücksichtung des vorgegebenen zu optimierenden Parameters ermittelt. Anschließend wird bei einem Programmpunkt 160 die Fahrroute ausgegeben. Die Ausgabe kann beispielsweise durch eine Darstellung auf der Anzeige 7 erfolgen. Zudem kann bei einem folgenden Programmpunkt 170 die Vorrichtung 2 Steuerinforma-

tionen an das Steuergerät 3 abgeben, um die Antriebe 5, 6 in der gewünschten Weise zu betreiben. Die Steuerparameter können dabei kontinuierlich abhängig von der Position des Fahrzeuges an das Steuergerät 3 abgegeben werden. Dabei können beispielsweise die Art des zu verwendenden Antriebes, die Höhe des Schadstoffausstoßes und/oder die Höhe des Energieverbrauchs vorgegeben werden.

Wird beispielsweise die Strecke mit dem geringsten Energie- verbrauch zwischen dem Startpunkt S und dem Zielpunkt Z vorgegeben, wobei die Grenzwerte des Gebietes G eingehalten werden können, so wird in dem dargestellten Ausführungsbeispiel der Figur 2 folgende Strecke ermittelt, die vom Startpunkt S über den ersten Punkt Pl, den zweiten Punkt P 2, den dritten Punkt P3 zum Zielpunkt Z führt. Dabei wird während der Fahrt innerhalb des Gebietes G die vom Gebiet G einzuhaltenden Grenzwerte eingehalten. Beispielsweise kann im Gebiet G nur eine bestimmte Antriebsart, beispielsweise der Elektromotor erlaubt sein. Somit wird das Fahrzeug im Gebiet G nur mit dem Elektromotor betrieben. Zudem kann im Gebiet G beispielsweise der maximale Schadstoffausstoß pro Kilometer festgelegt sein. Somit wird während der Durchfahrt durch das Gebiet G der oder die Antriebsarten in der Weise betrieben, dass der maximale Schadstoffausstoß pro Kilometer eingehalten wird. Weiterhin kann beispielsweise für den Betrieb von zwei Antriebsdaten eine prozentuale Verteilung der zu leistenden Antriebsarbeit auf die zwei Antriebsarten abhängig von der gewählten Fahrroute und/oder von der gewählten Position ermittelt werden.

Mithilfe des beschriebenen Verfahrens kann mithilfe eines Optionsmenüs die Antriebsart des Fahrzeuges automatisch oder von einem Benutzer ausgewählt werden. Beispielsweise kann ein Hybridantrieb gewählt werden. Somit kann die vorhandene Antriebsart für die Berechnung der Fahrroute zur Optimierung eines Parameters berücksichtigt werden. Zudem kann mithilfe des beschriebenen Verfahrens ein optimaler Einsatz der vorhandenen Antriebe berechnet werden und diese Information an

das Steuergerät zur Steuerung der Antriebe abhängig von der Position des Fahrzeuges vorgegebene werden. Weiterhin kann die Fahrroute in Abhängigkeit von der zur Verfügung stehenden unterschiedlichen Drehmomentbereichen der verschiedenen An- triebsarten berücksichtigt werden. Dabei kann insbesondere eine mittlere Durchschnittsgeschwindigkeit eines Streckenabschnittes bei der Planung der Fahrroute berücksichtigt werden. Somit wird insgesamt eine optimierte Streckenführung für die Ermittlung der Fahrroute bereitgestellt.