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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Betriebsoptimierung eines Kraftfahrzeugs
durch haptische Interaktion mit einem Fahrer, mit den Merkmalen
des Oberbegriffs des Anspruchs 1. Die Erfindung betrifft außerdem eine
Fahrpedalvorrichtung für
ein Kraftfahrzeug, mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs
5.
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Es
ist allgemein bekannt, dass durch die richtige Fahrweise Betriebsgrößen des
Fahrzeugs, wie zum Beispiel Kraftstoffverbrauch und Schadstoffemissionen,
optimierbar sind, ohne dass dabei auf Fahrkomfort, Fahrspaß und zügiges Fortkommen verzichtet
werden muss. Untersuchungen zeigen, dass sich durch die richtige,
betriebsoptimierte Fahrweise ohne weiteres bis zum 25% an Kraftstoff
sparen lassen. Außerdem
könnten
durch betriebsoptimierte Fahrweise Schadstoffemissionen des Fahrzeugs
in beträchtlichem
Umfang gesenkt werden.
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Aus
der
DE 10 2005
035 624 A1 ist ein Verfahren zur Betriebsoptimierung eines
Fahrzeugs durch haptische Interaktion mit dem Fahrer bekannt. Bei
diesem Verfahren werden in Abhängigkeit
aktueller Betriebsparameter des Fahrzeugs haptische Fahranweisungen
zur Optimierung wenigstens einer vorbestimmten Betriebsgröße des Fahrzeugs z.B. über eine
Pedalerie an den Fahrer übermittelt.
Beim bekannten Verfahren wird für
die Erzeugung der haptischen Fahranweisungen der Verlauf der von
dem Fahrzeug zu durchfahrenden Fahrstrecke zumindest bereichsweise
vorausschauend und zumindest relativ zur aktuellen Fahrzeugposition
ermittelt. Anhand des Verlaufs der vor dem Fahrzeug liegenden Strecke
kann eine Information darüber
zur Verfügung
gestellt werden, ob der Fahrer das Fahrzeug beispielsweise durch
eine Rechts- oder eine Linkskurve oder einen Kreisverkehr zu steuern
hat, oder ob eine Kreuzung zu überqueren
ist. Dies ist insbesondere dann von Vorteil, wenn der vor dem Fahrzeug
liegende Streckenverlauf nicht vollständig einsehbar ist. Ferner
berücksichtigt
das bekannte Verfahren den aktuellen Fahrzustand des Fahrzeugs,
wie zum Beispiel die aktuelle Geschwindigkeit oder die aktuelle
Beschleunigung des Fahrzeugs. Ebenso können das aktuelle Gewicht,
die aktuelle Länge,
die Fahrzeugart und die Schwerpunkthöhe des Fahrzeugs berücksichtigt
werden. Im Hinblick auf verbrauchs- und/oder verschleißoptimierte
Fahrweise wird beim bekannten Verfahren zumindest eine Grenzbedingung
für den Fahrzustand
für den
vor dem Fahrzeug liegenden Streckenverlauf ermittelt. Diese Grenzbedingung kann
beispielsweise eine Geschwindigkeit sein, mit der ein verbrauchs-
und/oder verschleißoptimiertes und
sicheres Durchfahren des vor dem Fahrzeug liegenden Streckenabschnitts
ohne zu starke Beanspruchung von Bremsen und Reifen möglich ist.
Damit der Fahrer sein Fahrverhalten beispielsweise hinsichtlich
Geschwindigkeitswahl oder Beschleunigungsverhalten dem zu durchfahrenden
Streckenabschnitt anpassen kann, wird wenigstens eine fahrstreckenabhängige Fahranweisung
erzeugt, wenn der aktuelle Fahrzugstand die wenigstens eine Grenzbedingung
nicht erfüllt.
Hierdurch wird der Fahrer noch vor dem Durchfahren des betroffenen
Streckenabschnitts aufgefordert, die Geschwindigkeit durch Gaswegnahme
oder durch Bremsung zu verringern. Das bekannte Verfahren benötigt für seine Realisierung
eine präzise
funktionierende Navigationseinrichtung.
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Die
vorliegende Erfindung beschäftigt
sich mit dem Problem, für
die Optimierung bestimmter Betriebsgrößen des Fahrzeugs Möglichkeiten
aufzuzeigen, die sich insbesondere preiswert realisieren lassen.
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Dieses
Problem wird durch die Gegenstände der
unabhängigen
Ansprüche
gelöst.
Vorteilhafte Ausführungsformen
sind Gegenstand der abhängigen
Ansprüche.
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Bei
dem erfindungsgemäßen Verfahren
zur Betriebsoptimierung eines Kraftfahrzeugs findet eine haptische
Interaktion mit einem Fahrer des Fahrzeugs statt, wobei in Abhängigkeit
von aktuellen Betriebsparametern des Fahrzeugs eine haptische Fahranweisung
zur Optimierung wenigstens einer vorbestimmten Betriebsgröße des Fahrzeugs über eine
Pedalerie an den Fahrer übermittelt
wird, und wobei als Betriebsparameter zumindest ein Beschleunigungswunsch
des Fahrers berücksichtigt wird.
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Die
Erfindung beruht demnach auf dem allgemeinen Gedanken, den aktuellen
Beschleunigungswunsch des Fahrers, den der Fahrer üblicherweise
durch Betätigung
eines Fahrpedals anzeigt, als Hauptkriterium für eine betriebsoptimierte Fahrweise
zu verwenden. Die Erfindung nutzt hierbei die Erkenntnis, dass das
Beschleunigungsverhalten einen wesentlichen Beitrag für die Optimierung
verschiedener Betriebsgrößen, wie
zum Beispiel Kraftstoffverbrauch und Schadstoffemissionen liefert.
Dabei spielt es primär
keine Rolle, ob sich das Fahrzeug dabei unmittelbar vor einer Kurve
oder vor einer Kreuzung oder dergleichen befindet.
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Beschleunigungsvorgänge erfordern
per se Motorleistung, die mit erhöhtem Kraftstoffverbrauch und
erhöhten
Schadstoffemissionen, insbesondere CO2-Emissionen
aber auch NOx-, CO- oder Partikel-Emissionen,
einhergeht. Durch richtiges Beschleunigungsverhalten, also insbesondere
durch mäßige Beschleunigungen,
lassen sich hierbei signifikante Kraftstoffeinsparungen und Reduzierungen der
Schadstoffemissionen erreichen.
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Der
Fahrer wird durch die haptische Fahranweisung vorzugsweise darüber informiert,
dass sein Beschleunigungswunsch außerhalb eines vorgegebenen
Beschleunigungsbereichs liegt, welcher beispielsweise derart definiert
ist, dass er lediglich Beschleunigungswerte umfasst, bei denen vorgegebene
Grenzwerte für
den Kraftstoffverbrauch und/oder die Schadstoffemissionen des Fahrzeugs
nicht überschritten
werden.
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In
einer vorteilhaften Weiterbildung des Verfahrens wird zusätzlich auch
die aktuelle Geschwindigkeit des Fahrzeugs als einer der aktuellen
Betriebsparameter berücksichtigt.
Der Fahrer kann somit durch die haptische Fahranweisung zusätzlich auch darüber informiert
werden, dass die aktuelle Fahrgeschwindigkeit außerhalb eines vorgegebenen
Geschwindigkeitsbereichs liegt, welcher beispielsweise analog zu
dem vorgegebenen Beschleunigungsbereich derart definiert ist, dass
er lediglich Geschwindigkeitswerte umfasst, bei denen vorgegebene Grenzwerte
für den
Kraftstoffverbrauch und/oder die Schadstoffemissionen des Fahrzeugs
nicht überschritten
werden.
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Gemäß einer
vorteilhaften Ausführungsform des
Verfahrens werden die haptischen Fahranweisungen in Form eines der
Höhe des
Beschleunigungswunsches entgegenwirkenden haptischen Signals übermittelt,
bei dem es sich insbesondere um eine Vibration zumindest des aktuell
vom Fahrer betätigten
Pedals, insbesondere des Fahrpedals, oder um einen Druckpunkt oder
erhöhten
Betätigungswiderstand
an zumindest dem aktuell vom Fahrer betätigten Pedal handeln kann.
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Weitere
wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den
Unteransprüchen, aus
der Zeichnung und aus der zugehörigen
Figurenbeschreibung anhand der Zeichnung.
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Es
versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend
noch zu erläuternden Merkmale
nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in
anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne
den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Bevorzugte
Ausführungsbeispiele
der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der
nachfolgenden Beschreibung näher
erläutert.
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Die
einzige Figur zeigt eine stark vereinfachte, schaltplanartige Prinzipdarstellung
einer Fahrpedalvorrichtung.
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Entsprechend
der Figur umfasst eine Fahrpedalvorrichtung 1 zumindest
ein von einem Fahrer des Fahrzeugs betätigbares Pedal 2,
bei dem es sich vorzugsweise um das Fahrpedal handelt. Dieses ist in üblicher
Weise relativ zu einem Fußraumboden 3 des
Fahrzeugs verstellbar angeordnet. Beispielsweise kann das Pedal 2 um
eine Schwenkachse 4 verschwenkbar sein. Die Fahrpedalvorrichtung 1 bildet dabei
zumindest einen Bestandteil einer Pedalerie des Fahrzeugs. Eine
Sensorik 5 erfasst beispielsweise die aktuelle Fahrpedalstellung
und ermöglicht
es dadurch, den mit der Fahrpedalstellung korrelierten Beschleunigungswunsch
des Fahrers zu ermitteln.
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Die
Fahrpedalvorrichtung 1 umfasst außerdem zumindest eine Einwirkeinrichtung 6,
die mit dem wenigstens einen Pedal 2 zusammenwirkt. Die Einwirkeinrichtung 6 dient
dazu, dem Fahrer haptische Fahranweisungen über das Pedal 2 zu übermitteln.
Ferner umfasst die Fahrpedalvorrichtung 1 eine Pedalsteuereinrichtung 7,
die mit der jeweiligen Einwirkeinrichtung 6 gekoppelt ist.
Im Beispiel ist die Pedalsteuereinrichtung 7 außerdem mit
der Sensorik 5 gekoppelt. Die Pedalsteuereinrichtung 7 dient
zum Betätigen
der jeweiligen Einwirkeinrichtung 6, wobei sie dies in
Abhängigkeit
aktueller Betriebsparameter des Fahrzeugs durchführt. Hierzu ist die Pedalsteuereinrichtung 7 erfindungsgemäß so ausgestaltet, dass
sie einen aktuellen Beschleunigungswunsch des Fahrers als Betriebsparameter
berücksichtigt,
in dessen Abhängigkeit
die Einwirkeinrichtung 6 betätigt wird. Kenntnis über den
aktuellen Beschleunigungswunsch erhält die Steuereinrichtung 7 direkt von
der Sensorik 5, also über
die aktuelle Pedalstellung des Fahrpedals 2.
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Die
Einwirkeinrichtung 6 kann beispielsweise ein hydraulisches
oder pneumatisches Kolben-Zylinder-Aggregat sein, dessen Kolben über eine
entsprechende Kolbenstange mit dem jeweiligen Pedal 2 verbunden
ist. Eine Betätigung
des Pedals 2 führt
somit über
eine Verdrängung
des pneumatischen oder hydraulischen Volumens in einem Zylinder
des Aggregats. Durch eine steuerbare Ventileinrichtung kann der
Drosselwiderstand, welcher der Verdrängung des Volumens entgegenwirkt,
gezielt eingestellt werden. Auch ist denkbar, durch eine entsprechende Druckbeaufschlagung
des Zylinders eine Bewegung des Pedals 2 zu generieren.
Ebenso kann es sich bei der Einwirkeinrichtung 6 um einen
elektromagnetischen Steller handeln, der in Abhängigkeit seiner Bestromung
einen Betätigungswiderstand
oder – je nach
Ausführungsform – eine aktive
Bewegung des Fahrpedals 2 generieren kann.
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Gemäß einer
vorteilhaften Ausführungsform kann
die Einwirkeinrichtung 6 so ausgestaltet sein, dass sie
die haptischen Fahranweisungen dem Fahrer in Form eines der Höhe der gewünschten
Beschleunigung entgegenwirkenden haptischen Signals übermitteln
kann. Mit Hilfe dieses haptischen Signals wird dem Fahrer somit über das
Pedal 2 signalisiert, dass die von ihm gewünschte Beschleunigung nicht
zu einer betriebsoptimierten Fahrweise führt, wodurch der Fahrer die
Möglichkeit
hat, seine Fahrweise, also seinen Beschleunigungswunsch zu adaptieren,
um die betriebsoptimierte Fahrweise realisieren zu können.
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Die
betriebsoptimierte Fahrweise ist dabei eine Fahrweise, bei der ein
vorgegebener Beschleunigungsbereich und vorzugsweise zusätzlich auch ein
vorgegebener Geschwindigkeitsbereich nicht überschritten wird bzw. werden.
Der vorgegebene Beschleunigungsbereich und der vorgegebene Geschwindigkeitsbereich
sind dabei verbrauchsgünstige
Bereiche, die derart definiert sind, dass sie lediglich der Beschleunigungswerte
bzw. Geschwindigkeitswerte umfassen, bei denen vorgegebene Grenzwerte
für den
Kraftstoffverbrauch und/oder die Schadstoffemissionen des Fahrzeugs
nicht überschritten
werden.
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Die
Einwirkeinrichtung 6 kann insbesondere so weitergebildet
sein, dass das haptische Signal durch eine Vibration zumindest des
aktuell vom Fahrer betätigten
Pedals 2 gebildet wird. Die Einwirkeinrichtung 6 generiert
somit eine Vibration des Pedals 2, die vom Fahrer ohne
weiteres fühlbar
ist.
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Ebenso
kann die Einwirkeinrichtung 6 so ausgestaltet sein, dass
das haptische Signal durch einen Druckpunkt oder durch einen erhöhten Betätigungswiderstand
beim aktuell betätigten
Pedal 2 gebildet wird. Hierdurch wird ebenfalls erreicht,
dass der Fahrer beim Betätigen
des Pedals 2 spürt,
dass er beim Überwinden
des erhöhten
Betätigungswiderstands
beziehungsweise des Druckpunkts die betriebsoptimierte Fahrweise
verlässt.
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Ferner
kann vorgesehen sein, die Einwirkeinrichtung 6 so auszugestalten,
dass eine Pedalstellung des Pedals 2, in welcher das jeweilige
haptische Signal bereitgestellt wird, also in welcher vorzugsweise
die Vibration erfolgt beziehungsweise in welcher der Druckpunkt
liegt beziehungsweise in welcher der erhöhte Betätigungswiderstand wirksam wird,
in Abhängigkeit
der aktuellen Betriebsparameter des Fahrzeugs variiert wird. Insbesondere
kann diese Pedalstellung in Abhängigkeit
der aktuellen Betriebsparameter permanent adaptiert werden. Beispielsweise
hängt die
genannte Pedalstellung von der aktuellen Fahrzeuggeschwindigkeit
ab, so dass beispielsweise der genannte Druckpunkt entlang des Verstellwegs
des Pedals 2 in Abhängigkeit
der aktuellen Fahrzeuggeschwindigkeit variiert und permanent adaptiert
wird.
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Im
gezeigten Beispiel ist die Pedalsteuereinrichtung 7 an
einen Datenbus 8 des Fahrzeugs angeschlossen, zum Beispiel
an einen CAN-Bus. An diesen Bus 8 kann außerdem ein
Motorsteuergerät 9 des
Fahrzeugs angeschlossen sein. Somit kann die Pedalsteuereinrichtung 7 beispielsweise
mit dem Motorsteuergerät 9 des
Fahrzeugs kommunizieren, um weitere Betriebsparameter des Fahrzeugs,
wie zum Beispiel die aktuelle Fahrzeuggeschwindigkeit, zu ermitteln.
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Die
Pedalsteuereinrichtung 7 kann Kennfelder enthalten, welche
in Abhängigkeit
vorbestimmter Betriebsparameter des Fahrzeugs, wie zum Beispiel Beschleunigungswunsch
und tatsächliche
Geschwindigkeit, die zugehörige
Pedalstellung für
die Bereitstellung des haptischen Signals vorgeben. Ferner kann
die Fahrpedalvorrichtung 1 bevorzugt als modulare Einheit
ausgestaltet sein, die anstelle einer herkömmlichen Fahrpedalvorrichtung 1 im
Fahrzeug montierbar ist, wodurch die betriebsoptimierte Fahrweise
auch bei bestehenden Fahrzeugmodellen relativ einfach umsetzbar
ist.
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Über den
Bus 8 kann die Pedalsteuereinrichtung 7 außerdem mit
weiteren Komponenten 10 des Fahrzeugs kommunizieren, von
denen hier lediglich zwei angedeutet sind.
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Mit
Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens beziehungsweise
mit Hilfe der Fahrpedalvorrichtung 1 ist es im Grunde möglich, dem
Fahrer online, also während
des Fahrbetriebs, über
eine verbrauchsreduzierte und/oder schadstoffreduzierte Fahrweise
zu informieren bzw. ihn zu einer solchen Fahrweise zu erziehen.
Hierbei lassen sich Erkenntnisse der Fahrzeugindustrie sowie zahlreiche
Untersuchungen nutzen, mit denen Kernaussagen, insbesondere in Form von
Fahrbetriebskennfeldern, generiert werden können, die einen Kraftstoffverbrauch
reduzieren, indem ein sinnvoller Einsatz von Fahrpedal und Bremse
sowie von Drehzahl- und Ganzstufenwahl in Verbindung mit einer vorausschauenden
Fahrweise realisiert wird. Wie eingangs genannt, kann durch diese betriebsoptimierte
beziehungsweise „richtige" Fahrweise eine signifikante
Einsparung an Kraftstoff und Emissionen realisiert werden, wobei
eine Einsparung um bis zu 25% als realistisch eingestuft wird.
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Über die
Fahrpedalvorrichtung 1, die in gewisser Weise ein intelligentes
Fahrpedalmodul bilden kann, wird dem Fahrer eine haptische Rückmeldung gegeben,
bis zu welcher Pedalstellung des Fahrpedals er sich in einem verbrauchsgünstigen
Fahrbereich, d.h. Geschwindigkeitsbereich, beziehungsweise Beschleunigungsbereich
befindet. Wie genannt kann diese Rückmeldung, also die Fahranweisung über einen
Druckpunkt, ähnlich
des so genannten „Kick-Down-Punkts" bei Automatikfahrzeugen,
oder einer ähnlichen
Rückmeldung,
wie zum Beispiel Vibration, erreicht werden. Der Fahrer kann nun
selbst entscheiden, ob er diese Fahrempfehlung oder Fahranweisung
annimmt oder aus irgendwelchen anderen Gründen sich dafür entscheidet,
diesen Punkt zu überdrücken.
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Optional
kann für
Fahrzeuge mit Schaltgetriebe ein Fahrstufenvorschlag mittels einer
Anzeige vorgesehen werden. Beispielweise kann eine Ganganzeige mit
Pfeil nach oben und nach unten in einem Kombiinstrument des Fahrzeuges
realisiert werden. Ebenso sind andere Anzeigemethoden denkbar.
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Die
Pedalsteuereinrichtung 7 kann in einem entsprechenden Steuergerät angeordnet
sein. Dieses Steuergerät
kann gemäß einer
vorteilhaften Ausführungsform
außerdem
mit einer Regulierungssoftware betrieben werden, welche generelle
empirische Erkenntnisse des verbrauchsarmen Fahrens mit den jeweiligen
fahrzeugspezifischen Charakteristika, wie vorliegende Motorisierung
und vorliegendes Getriebe, kombiniert und daraus entsprechende „Markierungen", also insbesondere
die haptischen Signale bzw. die damit verbundenen Pedalstellungen
vorgibt. Beispielsweise können
abhängig
von der Motorisierung unterschiedliche Kennfelder für Verbrauch
und Emission aktiviert werden. Bei modernen Fahrzeugen können Motorsoftware
und Getriebesoftware miteinander vernetzt sein, so dass die Fahrpedalstellung einen
direkten Einfluss auf den Motor hat sowie indirekt auf den Modus
des Getriebes. Durch entsprechende Rückkopplungen erhält die Pedalsteuereinrichtung 7 bzw.
ein zugehöriges
Steuergerät
vernetzte Informationen vom Motor und vom Getriebe und kann dadurch
den jeweiligen Druckpunkt am jeweiligen Pedal 2 modulieren.
Die Druckpunktmodulation entspricht hierbei allgemein der Vorgabe
der Pedalstellung im Verstellweg des Pedals 2, in welcher das
haptische Signal übertragen
wird, d.h. wirksam wird.
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Zusätzlich kann
das Fahrzeug mit einem Radarsystem oder mit einem ähnlichen
Abstandsmess- oder Abstandsregelsystem ausgestattet sein. Die Daten
dieses Systems lassen sich in der Pedalsteuereinrichtung 7 zur
Ermittlung einer an die Verkehrssituation angepassten möglichst
gleichmäßigen vorausschauenden
Fahrweise nutzen. Durch die Ausgabe der haptischen Fahranweisung
kann dem Fahrer somit eine Rückmeldung
gegeben werden, wenn er das Fahrpedal in einem der ermittelten vorausschauenden
Fahrweise widersprechenden Ausmaß betätigt.
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Zusätzlich oder
alternativ kann das Fahrzeug auch ein Navigationssystem aufweisen.
Hierdurch können
der Pedalsteuereinrichtung 7 Informationen über die
Topologie der vorausliegenden Strecke zur Verfügung gestellt werden, insbesondere
Informationen über
Kurven, Kreuzungen, Steigungen u. dgl. Anhand von diesen Informationen
kann in der Pedalsteuereinrichtung 7 für die vorausliegende Strecke ein
Geschwindigkeitsprofil für
eine verbrauchsreduzierte Fahrweise erstellt werden und dem Fahrer über die
haptische Fahranweisung einer Rückmeldung
gegeben werden, wenn er das Fahrzeug in einer hiervon abweichenden
Fahrweise steuert.
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Zudem
sind moderne Navigationssysteme in der Lage, Stadtbereiche zu erkennen.
Dementsprechend ist es grundsätzlich
möglich,
zusätzlich
zur Modulation des Druckpunktes am Fahrpedal 2 Kennfelder
von Motor und Getriebe zu adaptieren, beispielsweise um von Kennfeldern
maximaler Verbrauchsreduzierung auf Kennfelder bester Abgaswerte
zu wechseln. Somit kann in Abhängigkeit
von vorbestimmten Randbedingungen die Zielgröße, also die jeweilige Betriebsgröße der Betriebsoptimierung automatisch
verändert
werden.
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Zusätzlich oder
alternativ kann das Fahrzeug auch mit einem System zur Schilderkennung
ausgestattet sein, das beispielsweise mit einer oder mit mehreren
Kameras arbeitet. Mit Hilfe des Schilderkennungssystems lassen sich
Verkehrsschilder, insbesondere Ortsschilder und Geschwindigkeitsschilder,
erkennen und bei einer entsprechenden Vernetzung mit der Pedalsteuereinrichtung 7 zur
Realisierung einer verbrauchsreduzierten und/oder emissionsreduzierten
Fahrweise nutzen, indem beispielsweise Beschleunigungen auf Geschwindigkeiten oberhalb
einer für
den Ortsverkehr zulässigen
Geschwindigkeitsgrenze verhindert werden.
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Darüber hinaus
ist es grundsätzlich
möglich, das
Fahrzeug mit einer herkömmlichen
Tempomatfunktion oder mit einer erweiterten, verkehrsabhängig geregelten
Tempomatfunktion auszustatten. Bei einer entsprechenden Verknüpfung mit
der Pedalsteuereinrichtung 7 lässt sich auch hier eine verbrauchsreduzierte
Fahrweise realisieren, indem die in der Pedalsteuereinrichtung 7 bzw.
im zugehörigen Steuergerät hinterlegten
Kennfelder für
den optimierten Fahrzeugbetrieb in der jeweiligen Tempomatfunktion
bei Beschleunigungsvorgängen
Berücksichtigung
finden.
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Die
zuvor genannten Komponenten 10, mit denen die Pedalsteuereinrichtung 7 über den
Datenbus 8 kommunizieren kann, können somit beispielsweise ein
Radarsystem, ein Abstandsregelsystem, ein Navigationssystem, ein
Schilderkennungssystem und/oder ein Tempomatsystem sein.