DE102010019761A1

DE102010019761A1 - Verfahren zur Berücksichtigung von Windeinflüssen

Info

Publication number: DE102010019761A1
Application number: DE102010019761A
Authority: DE
Inventors: Sven Dipl.-Ing. Domroes; Bernd Dipl.-Kfm. Walk
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2010-05-07
Filing date: 2010-05-07
Publication date: 2010-12-23

Abstract

Die vorliegende Erfindung offenbart ein Verfahren zur Anzeige eines Energieverbrauchs eines Kraftfahrzeugs, das die folgenden Schritte aufweist: Ermitteln einer auf das Fahrzeug einwirkende Windgeschwindigkeit, Ermitteln einer auf das Fahrzeug einwirkende Windrichtung, Ermitteln einer Fahrzeuggeschwindigkeit und Ermitteln eines Energieverbrauchs des Kraftfahrzeugs, wobei der aufgrund der einwirkenden Windgeschwindigkeit und Windrichtung verursachte Energie-Mehr- bzw. Minderverbrauch des Fahrzeugs ermittelt und angezeigt wird.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Berücksichtigung von Windeinflüssen bei der Darstellung eines Energieverbrauchs oder einer Restreichweite oder einer Restfahrtzeit eines Kraftfahrzeugs.
Üblicherweise hat ein Fahrzeug eine Tankanzeige für den Tankbefüllungszustand, um abzuschätzen, wie weit bzw. wie lange noch das Fahrzeug ohne neue Tankfüllung gefahren werden kann. Anhand der Tankanzeige kann der Fahrer entscheiden wann der Tank wieder gefüllt werden muß. Außerdem kann der Fahrer durch die Tankanzeige eine Fahrstrategie entwickeln, um verbrauchsoptimiert das Fahrzeug zu fahren. Ein solches Fahrverhalten, kann zudem von einer elektronischen Restkilometeranzeige, wie sie in manchen modernden Fahrzeugen zum Teil eingebaut ist, unterstützt werden.
Die DE 10 2008 014 580 A1 beschreibt eine Reichweitenanzeige basierend auf der aktuellen Energiebevorratungsmenge des Energiespeichers unter Berücksichtigung eines individuellen Fahrstils des Fahrers sowie unter Berücksichtigung des Energieverbrauchs aktiver Nebenverbraucher.
Die DE 39 23 854 A1 beschreibt eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Bestimmung von Seitenwindeinflüssen an Fahrzeugen.
Die DE 10 2005 045 891 B3 beschreibt ein Verfahren zur Kraftstoffverbrauchsreduktion eines Kraftfahrzeugs durch das Erfassen von Windrichtung und Windgeschwindigkeit mit Hilfe von Sensorik am Kraftfahrzeug oder durch Bereitstellen von Wetter- und geografischen Informationen mit Hilfe eines GPS-Systems und weiterer Informationsdienste, insbesondere des Internets.
Aufgabe der Erfindung ist es, dem Fahrer eine genauere Information über den Energieverbrauch und die Restreichweite bereit zu stellen.
Diese Aufgabe wird mit den in den unabhängigen Ansprüchen angegebenen Maßnahmen gelöst.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Die vorliegende Erfindung offenbart ein Verfahren zur Anzeige eines Energieverbrauchs eines Kraftfahrzeugs, das die folgenden Schritte aufweist: Ermitteln einer auf das Fahrzeug einwirkende Windgeschwindigkeit, Ermitteln einer auf das Fahrzeug einwirkende Windrichtung, Ermitteln einer Fahrzeuggeschwindigkeit und Ermitteln eines Energieverbrauchs des Kraftfahrzeugs, wobei der aufgrund der einwirkenden Windgeschwindigkeit und Windrichtung verursachte Energie-Mehr- bzw. Minderverbrauch des Fahrzeugs ermittelt und angezeigt wird.
Ein separates Ermitteln und Anzeigen des durch einen Windeinfluß hervorgerufenen Energiemehr- oder -minderverbrauch unterstützt den Fahrer bei der Anpassung der Fahrgeschwindigkeit an eine möglichst energiesparende Fahrgeschwindigkeit.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform erfolgt eine Berechnung und Anzeige der Restreichweite und Restfahrtzeit eines Kraftfahrzeugs mit dem Schritt: Erfassen von Windprognosedaten für eine vorgebbare Fahrtroute, wobei übermittelte Windprognosedaten zur Berechnung und Anzeige der Restreichweite und Restfahrtzeit herangezogen werden. Gemäß obiger Ausführungsform wird die Berechnung und Anzeige der Restreichweite und Restfahrtzeit gezielt an die tatsächlich vorherrschenden Windbedingungen angepaßt. An dieser Stelle erfolgt durch die Auswertung der Windprognosedaten eine unmittelbare Unterstützung und Ergänzung der Einstellungen des Fahrers, da dieser beim Auswählen der Fahrtroute nicht bereits alle Randbedingungen der bevorstehenden Fahrt einschätzen und umsetzen kann.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform erfolgt eine Berechnung und Anzeige der Restreichweite und Restfahrtzeit eines Kraftfahrzeugs durch Heranziehen der Windprognosedaten als Auswahlkriterium für eine Fahrtroutenermittlung.
Gemäß obiger Ausführungsform kann durch die Berücksichtigung der Windprognosedaten eine Ermittlung einer Fahrtroute in vorteilhafter Weise so erfolgen, dass bei der Ermittlung des Gesamtenergiebedarfs für eine Zielroute der Energiemehr- oder -minderverbrauch durch den Windeinfluß auf das Kraftfahrzeug mit berücksichtigt wird. Somit kann bei alternativ angebotenen Zielrouten diejenige Zielroute mit dem größten unterstützenden Windeinfluß bzw. dem geringsten negativen Windeinfluß gewählt werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform erfolgt eine Berechnung und Anzeige einer Startzeitpunktempfehlung für eine vorgebbare Route, durch Heranziehen der Windprognosedaten zur Ermittlung einer Startzeitpunktempfehlung für eine vorgebbare Route.
Gemäß obiger Ausführungsform kann durch die Berücksichtigung der Windprognosedaten für eine gewählte Fahrtroute die Auswahl des Startzeitpunkts für die Fahrt in vorteilhafter Weise so erfolgen, dass bei der Ermittlung des Gesamtenergiebedarfs für die Fahrtroute der Energiemehr- oder -minderverbrauch durch den Windeinfluß auf das Kraftfahrzeug zu unterschiedlichen Fahrtzeiten berücksichtigt wird. Somit kann ein in der Zukunft liegender Fahrtzeitraum bzw. Startzeitpunkt einer Fahrt mit dem größten unterstützenden Windeinfluß bzw. dem geringsten negativen Windeinfluß gewählt werden.
Die vorliegende Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert.
Der Energieverbrauch für den Antrieb eines Kraftfahrzeugs wird durch den Gesamtfahrwiderstand des Kraftfahrzeugs beeinflußt. Dieser setzt sich aus verschiedenen Einzeleinflüssen zusammen, in denen der Reifenrollwiderstand, der Luftwiderstand sowie die Hangabtriebskraft die Hauptkomponenten darstellen. Da der Luftwiderstand mit dem Quadrat der Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs steigt (Luftwiderstand = 0,5 × Luftdichte × Angriffsfläche × (effektive Strömungsgeschwindigkeit)²), übt er mit zunehmender Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs einen immer größeren Einfluß aus. Als Faustformel gilt, daß ab einer Geschwindigkeit von etwa 70 km/h sein Anteil am Gesamtwiderstand überwiegt.
In direktem Zusammenhang mit dem Luftwiderstand des Kraftfahrzeugs sind die Windverhältnisse am Kraftfahrzeug zu sehen. Rückenwind und Gegenwind sind Strömungsgeschwindigkeitskomponenten am Kraftfahrzeug, die seinen Luftwiderstand verändern. Windstärken von 4–5 (d. h. ungefähr 25–35 km/h) sind in vielen Gebieten häufig anzutreffen. Bezogen auf eine Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs von 70 km/h hat Rückenwind oder Gegenwind von 30 km/h einen wesentlichen Einfluß auf den Luftwiderstand des Kraftfahrzeugs. Als Rückenwind ergibt sich ein Luftwiderstand, der ansonsten bei 40 km/h Kraftfahrzeuggeschwindigkeit herrschen würde. Bei Gegenwind ergeben sich Verhältnisse die sonst bei einer Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs von 100 km/h auftreten würden. Der Unterschied, der sich daraus im Gesamtfahrwiderstand ergibt, ist beträchtlich. Vor allem bei Kraftfahrzeugen mit strömungsungünstigen Außenkonturen, beispielsweise Lastkraftwagen, ist die Berücksichtigung des Windeinflusses von besonders großer Bedeutung.
In direktem Zusammenhang mit dem Fahrwiderstand sind der Leistungsaufwand der Antriebseinheit und der damit einhergehende, benötigte Energieaufwand für den Fahrbetrieb des Kraftfahrzeugs zu sehen. Der benötigte Energieaufwand erhöht oder reduziert sich entsprechend der Windgeschwindigkeit und Angriffsrichtung des Windes.
Es gibt zahlreiche technische Ansätze, um Strömungsgeschwindigkeiten (Windgeschwindigkeiten) zu messen. Bekannte Beispiele aus der Praxis sind das Ultraschall-Laufzeitverfahren, ein Hitzdraht-Anemometer oder der Heißfilmluftmassenmesser. Dem gleichen Zweck dient die technische Ausführung eines Peltonrads (Windrad) in Verbindung mit einem Spannungswandler, der die der Windgeschwindigkeit proportionale Drehgeschwindigkeit des Rads in ein Spannungssignal wandelt, das von einer Auswerteeinheit weiterverarbeitet wird. Ebenso sind Messverfahren und -geräte bekannt, die die Windrichtung bestimmen und beispielsweise elektrisch übertragen (z. B. Windfahne in Verbindung mit Potentiometer).
Je nach angestrebter Information wird eine Auswahl dieser Geräte an geeigneter Stelle am Kraftfahrzeug angebracht. Ihre Informationen, nämlich Windrichtung und -geschwindigkeit, werden unter Einbeziehung der Fahrgeschwindigkeit bzw. der effektiven Strömungsgeschwindigkeit dem Algorithmus zur Berechnung des Kraftstoffverbrauchs zugeführt.
In Abhängigkeit von der gewählten Fahrgeschwindigkeit und der erfassten effektiven Strömungsgeschwindigkeit, d. h. unter Berücksichtigung der Windverhältnisse, wird zusammen mit anderen Betriebszustandsparametern der Antriebseinheit, wie z. B.
Motordrehzahl, der Mehr- bzw. Minderenergiebedarf der Antriebseinheit des Kraftfahrzeugs gegenüber einer vergleichbaren Fahrsituation ohne Windeinfluß ermittelt und dem Fahrer angezeigt.
Die Anzeige visualisiert dem Fahrer in vorteilhafter Weise, in Abhängigkeit der erfassten effektiven Strömungsgeschwindigkeit, d. h. unter Berücksichtigung der Windverhältnisse, inwieweit der Fahrer einen durch den Windeinfluß verursachten Energiemehr- bzw. -minderverbrauch durch Anpassung seiner Fahrgeschwindigkeit vermeidet bzw. ausnutzt. Die Anzeige des Energiemehr- bzw. -minderverbrauchs durch den auf das Fahrzeug angreifenden Windeinfluß in Abhängigkeit der Fahrgeschwindigkeit richtet sich danach, ob und in welcher Stärke Rücken- oder Gegenwind am Fahrzeug angreift. Greift Rückenwind am Fahrzeug an, kann dieses mit einer erhöhten Fahrgeschwindigkeit bei gleich bleibendem Kraftstoffverbrauch betrieben werden. Im Gegensatz dazu könnte ein Betrieb des Kraftfahrzeugs mit reduzierter Fahrgeschwindigkeit bei Gegenwind zu einem verbrauchsgünstigeren Betriebszustand führen.
Der Vorteil des Verfahrens besteht darin, daß auf Grund des quadratischen Anstiegs des Fahrwiderstands des Kraftfahrzeugs ein übermäßiger Kraftstoffverbrauch bei Gegenwind vermieden wird, der bei einer starren Einstellung einer Fahrgeschwindigkeit in Kauf genommen werden würde. Dem Gegenüber werden bei Rückenwind quasi verbrauchsneutral höhere Fahrgeschwindigkeiten erreicht. Das Verfahren liefert auf diese Weise einen effizienten Beitrag zur Verbrauchs- und Emissionsreduzierung.
In einer weiteren Ausführungsform des vorliegenden Verfahrens werden Windprognosedaten aus zusätzlichen Wind-Informationsquellen, wie beispielsweise dem Radio oder Internet, zur Betrachtung von Windbedingungen am Kraftfahrzeug genutzt. Gegenüber den bisherigen Ausführungen, bei welchen die aktuell am Fahrzeug einwirkenden Windbedingungen durch eine Sensorik am Fahrzeug detektiert werden, werden Windprognosedaten für den Zweck der Bestimmung von Windeinflüssen für eine geplante Fahrtstrecke genutzt. Durch das Berücksichtigen von Windeinflüssen auf einer geplanten Fahrtstrecke können Standardfunktionalitäten heutiger Navigationsgeräte, wie beispielsweise die Restweitenberechnung oder die Restfahrtzeit, aufgrund des sich durch den Windeinfluss ergebenden Energiemehr- oder -minderverbrauchs wesentlich genauer an die tatsächlich vorherrschenden Bedingungen angepaßt und angezeigt werden. Dabei werden die Windeinflüsse auf der geplanten Fahrtroute automatisch ermittelt, kontinuierlich aktualisiert und den Berechnungsprozessen der Navigationseinheit des Kraftfahrzeugs zugeführt. Das automatische Erfassen und Verarbeiten der Windprognosedaten ist eine unmittelbare Unterstützung und Ergänzung der Einstellungen des Fahrers, da dieser beim Planen der Fahrtroute die auftretenden Windbedingungen aufgrund der Menge der anfallenden Daten sowie deren Zustandsänderungen für die bevorstehenden Fahrt nicht einschätzen und umsetzen kann.
Ebenso kann der Windeinfluss ein unterscheidendes Merkmal für alternative Wegstrecken sein, die zum gleichen Ziel führen. Beispielsweise führt die Route A gegenüber der Route B auf direkterem Weg zum geplanten Ziel, d. h. es wird durch Nutzung der Route B weniger Wegstrecke zur Zielerreichung zurück gelegt, als bei Route A. Die für das Zurücklegen der längeren Wegstrecke A benötigte Energie kann im Vergleich zur benötigten Energie der kürzeren Wegstrecke B dennoch geringer sein, wenn beispielsweise die Fahrt auf der Wegstrecke A durch Rückenwind unterstützt wird, wohingegen auf der Wegstrecke B Gegenwind herrscht. Dieser Einfluß des Windes und dessen Berücksichtung ist bei der Planung und Auswahl einer Route mittels eines Navigationssystems, beispielsweise nach den Kriterien der Wirtschaftlichkeit oder der Fahrtdauer, von entscheidender Bedeutung.
Wind ändert seine Geschwindigkeit und Richtung fortlaufend. Dieser Umstand kann positiv genutzt werden, indem man bei einer Fahrt viel Gegenwind vermeidet oder viel Rückenwind nutzt. Zu diesem Zweck ist es sinnvoll, genau dann eine Wegstrecke zurück zu legen, wenn diese Gegebenheiten auftreten. Unter Nutzung der Windprognosedaten erfolgt eine Zeitpunktberechnung mit bestmöglicher Windunterstützung für eine geplante Fahrt. Beispielsweise gibt der Nutzer dem hierbei unterstützenden Navigationssystem neben der Route einen Zeitraum vor, in welchem die Fahrt durchzuführen ist. Dies kann beispielsweise innerhalb der nächsten 24 Stunden sein. Das Verfahren berechnet aufgrund der vorliegenden Windprognosedaten alle Windeinfluss-Szenarien der geplanten Route innerhalb der nächsten 24 Stunden und gibt dem Nutzer eine Empfehlung eines Startzeitpunkts für eine Fahrt mit bestmöglicher Windunterstützung aus.
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

- DE 102008014580 A1 [0003]
- DE 3923854 A1 [0004]
- DE 102005045891 B3 [0005]

Claims

Verfahren zur Anzeige eines Energieverbrauchs eines Kraftfahrzeugs, das die Schritte aufweist – Ermitteln einer auf das Fahrzeug einwirkende Windgeschwindigkeit, – Ermitteln einer auf das Fahrzeug einwirkende Windrichtung, – Ermitteln einer Fahrzeuggeschwindigkeit, und – Ermitteln eines Energieverbrauchs des Kraftfahrzeugs, gekennzeichnet durch – Ermitteln des Energie-Mehr- bzw. Minderverbrauchs aufgrund der auf das Fahrzeug einwirkenden Windgeschwindigkeit und Windrichtung, und – Anzeigen des ermittelten Energie-Mehr- bzw. Minderverbrauchs.
Verfahren zur Berechnung und Anzeige der Restreichweite und Restfahrtzeit eines Kraftfahrzeugs, das den Schritt aufweist Erfassen von Windprognosedaten für eine vorgebbare Fahrtroute, gekennzeichnet durch Heranziehen der übermittelten Windprognosedaten zur Berechnung und Anzeige der Restreichweite und Restfahrtzeit.
Verfahren nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch Heranziehen der Windprognosedaten als Auswahlkriterium für eine Fahrtroutenermittlung.
Verfahren zur Berechnung und Anzeige einer Startzeitpunktempfehlung für eine vorgebbare Route, das den Schritt aufweist Erfassen von Windprognosedaten für eine vorgebbare Fahrtroute, gekennzeichnet durch Heranziehen der übermittelten Windprognosedaten zur Berechnung und Anzeige einer Startzeitpunktempfehlung für eine vorgegebene Route.