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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Bewerten der Fahrweise eines Fahrers in einem Kraftfahrzeug in Bezug auf die Kraftstoffnutzung.
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Das Problem der CO2-Emissionen wird derzeit sowohl in der internationalen Politik als auch in der wissenschaftlichen Forschung umfassend diskutiert, wobei insbesondere die Automobilindustrie dazu aufgerufen ist, ihren Beitrag zur CO2-Emission und zur globalen Erwärmung zu verringern. Zu einer Verringerung der CO2-Emissionen können vor allem die Entwicklung kraftstoffsparender Verbrennungsmotoren und Antriebsstränge sowie die Entwicklung von alternativen, CO2-neutralen Kraftstoffen beitragen.
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Darüber hinaus besteht jedoch auch ein großes Potential darin, den Benutzer eines Kraftfahrzeuges dazu anzuleiten, durch seine Fahrweise einen Beitrag zur Reduzierung des Kraftstoffverbrauchs zu leisten. Wenn ein Fahrer beispielsweise in kurzem Abstand zu einem vorausfahrenden Fahrzeug fährt, haben häufige Brems- und Beschleunigungsvorgänge eine schlechte Kraftstoffnutzung Zur Folge. Hält der Fahrer hingegen einen größeren Abstand ein, ist es für ihn einfacher, ehe konstante Geschwindigkeit beizubehalten, was zu einer effizienteren Kraftstoffnutzung führt.
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Aus
WO 00/07150 ist ein Verfahren zur Bereitstellung von Ratschlägen an Benutzer eines Kraftfahrzeugs bekannt, bei dem während des Fahrbetriebs verschiedene fahrzeuginterne Faktoren wie die Fahrzeuggeschwindigkeit, die Stellung des Gangwahlhebels, die Motordrehzahl, die auftretenden Beschleunigungen, die Gas- und Bremspedalstellung, die Lenkradstellung, die Lenkwinkelgeschwindigkeit und der Kraftstoffverbrauch überwacht und gespeichert werden. Darüber hinaus werden Umgebungsfaktoren wie die Steigung der befahrenen Strecke, Tempobeschränkungen, der Abstand und die Differenzgeschwindigkeit zu vorausfahrenden Fahrzeugen sowie die globale Position des Fahrzeugs in die Betrachtungen mit einbezogen. Aus den ermittelten Daten werden dann Empfehlungen abgeleitet, die dem Benutzer des Kraftfahrzeugs in regelmäßigen Abständen während der Fahrt bereitgestellt werden, um eine verbesserte Ausnutzung des Kraftstoffs zu erreichen.
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Aus der
EP 0 145 280 A1 ist eine Vorrichtung zur Anzeige des Kraftstoffverbrauchs in einem Fahrzeug bekannt, welche Mittel zur Erzeugung eines Ausgangssignals, das indikativ ist für das Verhältnis der für eine zurückgelegte Fahrstrecke tatsächlich verbrauchten Kraftstoffmenge zu der Durchschnittsmenge des für die Fahrstrecke verbrauchten Kraftstoffes, sowie ein Mittel zur Sichtanzeige des genannten Ausgangssignals aufweist.
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Aus der
DE 32 24 966 A1 ist eine Anzeigevorrichtung für die Wirtschaftlichkeit des Betriebs eines Kraftfahrzeugs durch Erfassung von Fahrzeugbeschleunigungen bekannt, wobei während eines vorgegebenen Intervalls erfasste Beschleunigungswerte als Summe oder Mittelwert mit einem Sollwert verglichen werden und wobei in Abhängigkeit von einer Sollwertüberschreitung eine Anzeigeeinheit aktiviert wird. Die Vorrichtung weist insbesondere eine Differenzierstufe zur Bildung von Beschleunigungswerten aus Geschwindigkeitswerten und eine Differenzbildungsstufe auf, in der die Differenz der in einem jeweils vorgegebenen Intervall erfassen und aufsummierten Beschleunigungsvorgänge und des jeweils vorgegebenen Beschleunigungssollwerts gebildet wird.
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Diese zur Bewertung der Fahrweise durchgeführte Differenzbildung herangezogenen Signale geben keine Hinweise im Hinblick auf Weitblick bzw. Vorausschau des Fahrers für ein besseres Fahrverhalten bzw. einen besseren Fahrstil im Bezug nur auf abrupte Bremsvorgänge oder Beschleunigungen, da alle Geschwindigkeitsänderungen in die Bewertung eingehen.
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Aus der
DE 29 17 945 A1 ist ein Maschinen-Regelungs-System für eine Verbrennungskraftmaschine bekannt, bei welchem Geschwindigkeits-Profil-Signale für jeden von einer Ausgangswelle empfangenen Drehimpuls sowie Korrektursignale erzeugt werden, wobei die Einrichtungen zur Erzeugung der Korrektursignale Einrichtungen zum Differenzieren der Profilsignale aufweisen, und wobei die Korrektursignale die Differenz zwischen den Drehwinkelsignalen und dem Bezugssignal für jeden Drehimpuls anzeigen. Auch hier ist die Bewertung der Fahrweise im Hinblick auf einen geringen Verbrauch nur bei abrupten Brems- und Beschleunigungsmanövern nicht möglich.
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Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Bewerten der Fahrweise eines Fahrers in einem Kraftfahrzeug in Bezug auf Kraftstoffnutzung bereitzustellen, welches bzw. welche die Anleitung eines Fahrers zu einer kraftstoffsparenden und vorausschauenden Fahrweise bei vergleichsweise geringem Rechenaufwand und ohne Notwendigkeit einer aufwendigen Sensorik ermöglicht.
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Diese Aufgabe wird durch das Verfahren gemäß den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 1 sowie die Vorrichtung gemäß den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 8 gelöst.
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Ein Verfahren zum Bewerten der Fahrweise eines Fahrers in einem Kraftfahrzeug in Bezug auf Kraftstoffnutzung weist folgende Schritte auf:
- – Ermitteln eines ersten Signals, welches für die aktuelle Fahrzeuggeschwindigkeit charakteristisch ist;
- – Berechnen eines zweiten Signals durch Tiefpassfilterung des ersten Signals; und
- – Bewerten der Fahrweise in Bezug auf Kraftstoffnutzung durch Auswerten der Differenz zwischen dem ersten Signal und dem zweiten Signal.
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Dadurch, dass gemäß der Erfindung die Differenz zwischen dem jeweiligen aktuellen (ungefilterten) Wert der Fahrzeuggeschwindigkeit und einem tiefpassgefilterten Wert der Fahrzeuggeschwindigkeit gebildet und dann die Differenz (insbesondere ihr Absolutwert) zur weiteren Beurteilung der Fahrweise herangezogen wird, kann ohne komplizierte Sensorik ein Wert eines die kraftstoffsparende bzw. vorausschauende Fahrweise charakterisierenden Bewertungsparameters bestimmt und dem Fahrer zur Optimierung seiner Fahrweise signalisiert werden, denn je vorausschauender der Fahrer fährt (insbesondere durch Einhaltung eines ausreichenden Abstandes zum Vorausfahrenden), zu desto weniger plötzlichen Geschwindigkeitsänderungen ist er gezwungen. Die Signalisierung der Fahrweise ermöglicht dem Fahrer eine gezielte Korrektur seiner Fahrweise, anders als es eine Information über einen allgemein hohen Kraftstoffverbrauch erlauben würde, der auch durch andere Einflussfaktoren – wie z. B. der Vornahme eines Kaltstarts, dem Vorliegen ungünstiger Schaltzeitpunkte oder dem häufigen Auftreten eines Motorbetriebs im Leerlauf bei Stillstand des Fahrzeugs – bedingt sein kann.
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Das Verfahren benötigt insbesondere nur eine vergleichsweise geringe Rechenleistung, da über die (bei jedem Rechenzyklus nur einmalig durchzuführenden) Tiefpassfilterung hinaus keine weiteren rechenintensiven bzw. ein großes Maß an Prozessorkapazität in Anspruch nehmenden Schritte durchzuführen sind. Die Erfindung ist somit in einfacher Weise unter Ausnutzung vorhandener Mikroprozessoren und im Rahmen existierender, periodisch von diesen Mikroprozessoren ausgeführter Hintergrundschleifen implementierbar, so dass keine zusätzliche Hardwareausrüstung erforderlich ist, zumal das benötigte Geschwindigkeitssignal in jedem Fahrzeug digital zur Verfügung steht. Aufgrund der auszuführenden einfachen Rechenoperationen ist auch keine Bereitstellung zusätzlicher Rechenleistung – z. B. durch Einsatz leistungsfähigerer Hardware – in dem Fahrzeug erforderlich.
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Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Auswerten der Differenz zwischen dem ersten Signal und dem zweiten Signal eine geschwindigkeitsabhängige Gewichtung des Absolutwertes dieser Differenz. Insbesondere kann bei höheren Geschwindigkeiten eine stärkere Gewichtung der Abweichungen zwischen dem ungefilterten und dem gefilterten Signal der Fahrzeuggeschwindigkeit erfolgen, wodurch dem höheren Einfluss dieser Abweichungen auf den Kraftstoffverbrauch bei höheren Geschwindigkeiten Rechnung getragen wird.
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Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Auswerten der Differenz zwischen dem ersten Signal und dem zweiten Signal ferner einen Vergleich zwischen dem anhand der geschwindigkeitsabhängigen Gewichtung des Absolutwertes erhaltenen gewichteten Absolutwert und einem vorgegebenen Idealwert. Dieser Idealwert stellt einen Kalibrierungsfaktor dar und markiert die empirisch bestimmte Grenze zwischen vorausschauendem und nicht vorausschauendem Fahrverhalten.
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In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist der Idealwert fest vorgegeben und der Absolutwert der Differenz wird mit einem Gewichtungsfaktor versehen. Selbstverständlich ist es mathematisch äquivalent, den Differenzwert nicht zu modifizieren und den Idealwert mit einem (zu dem vorgenannten Gewichtungsfaktor reziproken) Gewichtungsfaktor zu multiplizieren.
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Obwohl sich ein Vergleich der gewichteten Absolutdifferenz mit einem fest vorgegebenen Idealwert als zuverlässiges Maß für das vorausschauende Fahren erwiesen hat, und zwar überraschenderweise relativ unabhängig davon, ob es sich um eine ebene oder gebirgige oder um eine gerade oder kurvenreiche Strecke handelt, ist es auch möglich, zusätzliche Gewichtungsfaktoren einzuführen. Diese könnten beispielsweise die Streckentopologie berücksichtigen, wie sie beispielsweise anhand eines Navigationssystems bestimmt werden kann und beispielsweise bei besonders kurvenreichen Strecken den Idealwert erhöhen.
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Gemäß einer Ausführungsform werden die oben beschriebenen Schritte im laufenden Betrieb des Fahrzeuges wiederholt, insbesondere periodisch, durchgeführt.
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Gemäß einer Ausführungsform erfolgt die Bewertung der Fahrweise in Bezug auf Kraftstoffnutzung anhand eines Bewertungsparameters, dessen Wert in Abhängigkeit von dem Ergebnis der Auswertung der Differenz zwischen dem ersten Signal und dem zweiten Signal entweder mit einer vorgegebenen Schrittweite inkrementiert, dekrementiert oder unverändert gehalten wird. Bei periodischer Differenzberechnung Geschwindigkeit – gefilterte Geschwindigkeit (z. B. alle 14 ms) wird die Schrittweite vorzugsweise relativ gering gewählt, z. B. 0.001, um starke Schwankungen des Bewertungsparameters zu vermeiden.
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In einer alternativen Ausführungsform kann das Auswerten der Differenz zwischen dem ersten Signal und dem zweiten Signal das Berechnen des Integrals des – ggf. wie vorstehend erläutert gewichteten – Absolutwertes dieser Differenz über ein vorgegebenes Zeitintervall, z. B. 60 s umfassen. In dieser Ausführungsform wird dieses Integral nach Ablauf der Integrationszeit mit einem vorgegebenen Referenzwert verglichen und der Wert des Bewertungsparameters wird in Abhängigkeit von dem Ergebnis dieses Vergleiches entweder inkrementiert, dekrementiert oder unverändert gehalten. Bei dieser Ausführungsform findet eine zusätzliche Mittelung durch die Betrachtung des Intergrals der Differenz erreicht; nachteilig ist allerdings, dass der Bewertungsparameter bei längeren Integrationszeiten nur relativ selten angepasst wird, was zu einer relativ trägen Reaktion des Bewertungsparameters führt.
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Die Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung zum Bewerten der Fahrweise eines Fahrers in einem Kraftfahrzeug in Bezug auf Kraftstoffnutzung, wobei die Vorrichtung eine Einrichtung zum Ermitteln eines ersten Signals, welches für die aktuelle Fahrzeuggeschwindigkeit charakteristisch ist, eine Einrichtung zum Berechnen eines zweiten Signals durch Tiefpassfilterung des ersten Signals und eine Einrichtung zum Berechnen eines Bewertungsparameters zur Bewertung der Fahrweise in Bezug auf Kraftstoffnutzung durch Auswertung der Differenz zwischen dem ersten Signal und dem zweiten Signal aufweist.
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Zu bevorzugten Ausgestaltungen und Vorteilen der Vorrichtung wird auf die vorstehenden Ausführungen im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren Bezug genommen.
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Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind der Beschreibung sowie den Unteransprüchen zu entnehmen.
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Die Erfindung wird nachstehend anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die beigefügten Abbildungen näher erläutert. Es zeigen:
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1 ein Flussdiagramm zur Veranschaulichung einer Implementierung des erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß einer Ausführungsform;
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2 ein Diagramm, in welchem beispielhafte Zeitabhängigkeiten von in dem Verfahren von 1 ausgewerteten Signalen sowie des daraus ermittelten Bewertungsparameters aufgetragen sind;
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3a–b beispielhafte zeitabhängige Verläufe eines gemäß der Erfindung ermittelten Bewertungsparameters, welcher während einer Fahrt auf vergleichsweise ebener Strecke sowohl für einen sportlichen Fahrstil (3a) als auch für einen kraftstoffsparenden Fahrstil (3b) bestimmt wurde; und
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4a–b beispielhafte zeitabhängige Verläufe eines gemäß der Erfindung ermittelten Bewertungsparameters, welcher während einer Fahrt auf vergleichsweise gebirgiger Strecke sowohl für einen sportlichen Fahrstil (4a) als auch für einen kraftstoffsparenden Fahrstil (4b) bestimmt wurde.
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Anhand von 1 wird zunächst der Ablauf eines gemäß einer Ausführungsform der Erfindung durchgeführten Algorithmus erläutert, mittels dessen ein Bewertungsparameter ermittelt wird, welcher zur Bewertung der aktuellen Fahrweise hinsichtlich Kraftstoffausnutzung dient und welcher dem Fahrer signalisiert werden kann, um den Fahrer auf diese Weise zu einer vorausschauenden und kraftstoffsparenden Fahrweise anzuleiten.
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Gemäß 1 wird bei dem gemäß dem Ausführungsbeispiel angewandten Algorithmus die aktuell gemessene Fahrzeuggeschwindigkeit v als (ungefiltertes) Signal 10 bereitgestellt, z. B. als Mittelwert des Signals von allen Raddrehzahlsensoren. Des Weiteren wird dieses Signal 10 einer Tiefpassfilterung 15 mit einer Filterkonstante in der Größenordnung von 2,5 s unterzogen, um als weiteres Signal 20 eine tiefpassgefilterte Fahrzeuggeschwindigkeit v_filter zu ermitteln. Die Signale 10 und 20 werden einem Differenzblock 25 zugeführt, und der Absolutwert v_diff der Differenz aus den Signalen 10 und 20 anhand einer geschwindigkeitsabhängigen Verweis-Tabelle (”lookup table”) 40 modifiziert bzw. gewichtet. Mittels dieser Verweis-Tabelle 40 wird der zuvor ermittelte Absolutwert 30 (= v_diff) unter Berücksichtigung der aktuellen Fahrzeuggeschwindigkeit modifizert, wobei bei höheren Geschwindigkeiten eine stärkere Gewichtung der durch den Absolutwert v_diff charakterisierten Abweichungen zwischen dem ungefilterten und dem gefilterten Signal der Fahrzeuggeschwindigkeit erfolgt.
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In einer nachfolgenden Subtraktionsstufe erfolgt eine Differenzbildung zwischen dem anhand der Verweis-Tabelle 40 gewichteten Absolutwert 45 und einem Idealwert 50. Je nach dem, ob diese Differenz größer oder kleiner Null ist, wird in einer nachfolgenden Inkrementierungsstufe 55 der zurzeit geltende Wert des Bewertungsparameters (d. h. bei erstmaliger Durchführung des Algorithmus ein Startwert 60, bei jeder weiteren Durchführung des Algorithmus der zuletzt geltende aktuelle Parameterwert 70 des Bewertungsparameters) um eine vorgegebene Schrittweite erhöht oder erniedrigt. Der durch diese Inkrementierung erhaltene aktuelle Wert des Bewertungsparameters 70 wird ausgegeben. Hierbei kann beispielsweise der Wertebereich des Bewertungsparameters auf die Werte 0, 1, 2, 3, 4 und 5 begrenzt sein (ohne dass die Erfindung auf bestimmte Werte eingeschränkt wäre), wobei ein größerer Wert des Bewertungsparameters für eine kraftstoffsparendere Fahrweise steht, so dass im diesem Beispiel ein bestmöglicher Wert von ”5” und ein schlechtestmöglicher Wert von ”0” für den Bewertungsparameter erreichbar sind (in welchem Falle dann also der Bewertungsparameter konstant gehalten wird, wenn nach Erreichen des minimalen bzw. maximalen Wertes eine weitere Dekrementierung bzw. Inkrementierung zu erfolgen hätte).
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Nach Abarbeitung der in 1 dargestellten Schritte wird der Algorithmus von neuem durchgeführt, wobei eine typische Zyklusdauer lediglich beispielhaft und in Abhängigkeit von der jeweiligen Elektronikumgebung etwa 14 Millisekunden (ms) betragen kann. Bei jedem Zyklus wird somit der geschwindigkeitsabhängig gewichtete Differenz- bzw. Absolutwert aus dem ungefilterten und dem gefilterten Geschwindigkeitssignal mit dem festgelegten Idealwert verglichen und je nach dem, ob dieser Idealwert über- oder unterschritten wird, eine Erhöhung oder Erniedrigung des für die Bewertung der Fahrweise hinsichtlich Kraftstoffersparnis herangezogenen Bewertungsparameters durchgeführt. Die Schrittweite der Erhöhung bzw. Erniedrigung ist von der Frequenz der Durchführung des Algorithmus und der gewünschten maximalen Änderungsgeschwindigkeit des Bewertungsparameters abhängig. Grundsätzlich ist es auch möglich, für die Erhöhung bzw. Erniedrigung des Bewertungsparameters unterschiedliche Schrittweiten vorzusehen.
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Wenngleich gemäß dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel bei jedem Zyklus bzw. Durchlauf des Algorithmus ein Inkrement für den zuletzt ermittelten Bewertungsparameter bestimmt wird, ist die Erfindung nicht hierauf beschränkt. Gemäß einer weiteren, von dem Algorithmus in 1 abweichenden Ausführungsform kann der durch Differenzbildung zwischen dem ungefilterten und dem gefilterten Signal der Fahrzeuggeschwindigkeit ermittelte Absolutwert – ggf. gewichtet – auch über ein geeignetes Zeitintervall (z. B. 60 Sekunden) aufintegriert werden. Daraufhin kann bewertet werden, ob der so erhaltene Integralwert nach dem jeweiligen Zeitintervall einen bestimmten Schwellenwert erreicht hat oder nicht. Im Falle der Überschreitung des Schwellenwertes kann beispielsweise der Bewertungsparameter um Eins verringert werden, um auf diese Weise zu signalisieren, dass im zurückliegenden Zeitintervall (von im Beispiel 60 Sekunden) eine im Hinblick auf die Kraftstoffnutzung ungünstige Fahrweise vorlag.
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2 zeigt ein Diagramm, in welchem beispielhafte Zeitabhängigkeiten der in dem Verfahren von 1 ausgewerteten Signale aufgetragen sind. Aufgetragen sind jeweils die zeitabhängigen Verläufe der aktuellen Fahrzeuggeschwindigkeit v (als ungefiltertes Signal 10), der tiefpassgefilterten Fahrzeuggeschwindigkeit v_filter (als gefiltertes Signal 20), des gemäß Differenzbildung aus den Signalen 10 und 20 erhaltenen Absolutwertes 30 und des anhand des Flussdiagramms von 1 ermittelten Bewertungsparameters.
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Im dargestellten Beispiel steigt der Wert des Bewertungsparameters von einem Ausgangswert von etwas weniger als 2.5 bereits nach wenigen Sekunden auf einen Wert von etwas mehr als 2.5 an. Nimmt man z. B. an, dass der angezeigte Wertebereich des Bewertungsparameters auf die ganzzahligen Werte 0, 1, 2, 3, 4 und 5 begrenzt ist, und erfolgt somit hinsichtlich des Bewertungsparameters lediglich die Ausgabe eines gerundeten Wertes, so bedeutet dies, dass dem Fahrer bereits nach einer sehr kurzen Zeitspanne eine Verbesserung seiner Fahrweise im Hinblick auf Kraftstoffnutzung signalisiert und der Fahrer rasch somit zu einer weiterhin kraftstoffsparenden Fahrweise angehalten wird.
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In den 3a–b und 4a–b ist die Leistungsfähigkeit des erfindungsgemäßen Verfahrens veranschaulicht, indem jeweils der Verlauf des zur Bewertung der Fahrweise in Bezug auf Kraftstoffnutzung herangezogenen Bewertungsparameters bei vergleichsweise sportlichem Fahrstil (3a und 4a) und bei vergleichsweise kraftstoffsparenden Fahrstil (3b und 4b) betrachtet wird, wobei dieser Vergleich sowohl für relativ ebenes Gelände (3) als auch für relativ gebirgiges Gelände (4) erfolgt. Sowohl für ebenes Gelände als auch für gebirgiges Gelände zeigt sich eine empfindliche Abhängigkeit des Bewertungsparameters von der Fahrweise, wobei die kraftstoffsparende Fahrweise in beiden Fällen erwartungsgemäß zu einem kontinuierlichen Anwachsen der Werte des Bewertungsparameters führt und der sportliche Fahrstil entsprechend einen kontinuierlichen Abfall des Bewertungsparameters zur Folge hat.
