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Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Verbrauchsoptimierung eines Antriebsstrangs eines Fahrzeugs.
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Ein Antriebsstrang eines Fahrzeugs wird typischerweise kalibriert, um im Genehmigungs- bzw. Zulassungsverfahren vorgegebene Werte wie zum Beispiel Emissionswerte zu erreichen. Bei der Kalibrierung werden zum Beispiel der Luftpfad, der Treibstoffpfad und/oder das Teilungsverhältnis eines elektrifizierten bzw. hybriden Antriebsstrangs berücksichtigt.
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Dies geschieht anhand von verschiedenen von nationalen oder supranationalen Behörden vorgeschriebenen Fahrzyklen. Für tatsächliche, im Alltag gefahrene Fahrzyklen sind weitere vorgeschriebene Prozeduren in der Entwicklung, um saubere Abgasemissionen für eine Vielzahl von Fahrzyklen sicherzustellen.
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Dabei ist es eine Herausforderung, den Antriebsstrang derartig zu kalibrieren, dass einerseits die Emissionsvorgaben über ein breites Spektrum von Fahrzyklen erreicht werden und andererseits der Kraftstoffverbrauch minimiert wird. Üblicherweise findet die Optimierung auf Einhaltung der Emissionsvorschriften statt, so dass Potentiale bei der Verbrauchsoptimierung verschenkt werden.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, den Kraftstoffverbrauch eines Antriebsstrangs eines Fahrzeugs zu senken.
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In der gattungsbildenden
DE 199 32 155 A1 wird ein Verfahren zur optimierten Steuerung von Antriebseinheiten für Fahrzeuge mit Verbrennungskraftmaschinen gezeigt. Dabei werden Steuerungsmaßnahmen in Abhängigkeit von regelmäßigen Vergleichen des aktuellen Betriebszustands und der aktuellen Betreibestrategie mit den optimierten Motorbetrieb charakterisierenden Motorkennfeldern bestimmt. Hierzu ist die Verbrennungskraftmaschine mit einem Steuergerät mit reprogrammierbarem Speicherbaustein ausgerüstet, das die erforderlichen Steueralgorithmen ausführt.
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In der
DE 197 29 212 A1 wird ein Verfahren zur optimierten Steuerung von Verbrennungsmotoren gezeigt. Dabei werden Steuerungsmaßnahmen in Abhängigkeit von regelmäßigen Vergleichen des aktuellen Betriebszustands mit dem Inhalt von Motorkennfeldern berechnet, wobei die Parameter der Motorkennfelder in Abhängigkeit von den aktuellen Zustandskenndaten des Motors und Informationen über die Umgebungsbedingungen variiert werden. Die Berechnungen erfolgen durch ein Steuergerät des Verbrennungsmotors.
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In der
DE 34 03 395 A1 wird eine Einrichtung zur Kraftstoff-Luft-Gemisch-Zumessung für eine Brennkraftmaschine gezeigt, bei der abgespeicherte Kennfeldwerte von Maschinenvariablen, die das Kraftstoff-Luft-Gemisch beeinflussen, in Abhängigkeit von Betriebsgrößen der Brennkraftmaschine zur Beeinflussung des Kraftstoffverbrauchs der Brennkraftmaschine korrigierend angepasst werden.
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In der
DE 10 2008 019 174 A1 wird eine Vorrichtung zum Betreiben eines ersten Fahrzeugs gezeigt, bei dem dessen Position, Geschwindigkeit oder Informationen über die vorliegende Strecke ermittelt werden und anhand von einem Parameter der bevorstehenden Strecke oder eines vorausfahrenden zweiten Fahrzeugs gesteuert wird. Dabei ist es vorgesehen, dass Leistungsdaten eines vorausfahrenden zweiten Fahrzeugs mit Fahrzeug-zu-Fahrzeug-Kommunikation oder Fahrzeug-zu-Infrastruktur-Kommunikation an die Tempomatvorrichtung des ersten Fahrzeugs übertragen werden, um dort für eine Regelung des Antriebsstrangs verwendet zu werden.
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Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruchs 1 bzw. 8 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen definiert.
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Gemäß einem Aspekt der Erfindung umfasst ein Verfahren zur Verbrauchsoptimierung eines Antriebsstrangs eines Fahrzeugs die Schritte:
- - Vorsehen einer Standardkalibrierung für den Antriebsstrang;
- - Aufzeichnen von Daten während mindestens eines Fahrzyklus eines Benutzers des Fahrzeugs;
- - Berechnen und Speichern einer optimierten Kalibrierung basierend auf den Daten und/oder der Standardkalibrierung; und
- - Verwenden der optimierten Kalibrierung für den nächsten Fahrzyklus.
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Die Erfindung schlägt eine Kalibrierung des Antriebsstrangs im jeweiligen Fahrzeug vor und zwar basierend auf während der Fahrt gewonnenen Daten. Die Kalibrierung erlaubt eine Reduzierung des Verbrauchs bei gleichzeitiger Einhaltung der Emissionsvorschriften. Dies wird erreicht durch eine auf den Benutzer oder Fahrer und seinen Fahrstil individuell zugeschnittene Kalibrierung. Eine Kalibrierung umfasst Werte und Datensätze in Rechnern, Positionen von Stellgliedern usw. Die Standardkalibrierung kann auch ein einfacher Satz von Startwerten sein, so dass das Verfahren ein selbstlernendes oder optimierendes Verfahren ist. Es können mehrere optimierte Kalibrierungen vorhanden sein, von denen die am besten geeignete ausgewählt wird.
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Die Daten können Daten wie Motordrehzahl, Motorlast, Kühlmitteltemperatur, Status von Komponenten der Abgasnachbehandlung wie Temperatur, Raumgeschwindigkeit, Last, Alterung, Umgebungsbedingungen wie Umgebungstemperatur und Umgebungsdruck, Zeit und/oder Datum umfassen. Diese und weitere Daten erlauben eine gute Erfassung und Abbildung der Verhältnisse des Fahrzeugs und einzelner Komponenten. Die Daten können als Eingangsdaten für die Berechnung der Kalibrierung und auch als Start oder Trigger einer Berechnung oder einer Kalibrierung bzw. eines Bestandteils einer Kalibrierung verwendet werden.
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Die Daten können an vorbestimmten Betriebspunkten aufgezeichnet werden. Dies erleichtert die Vergleichbarkeit verschiedener Datensätze bzw. Kalibrierungen und die Verarbeitung der Daten. Im Sinne einer Datenreduktion kann es ausreichend sein, Daten nur an bestimmten Punkten zu erheben.
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Die Daten werden von dem Fahrzeug über ein mobiles Gerät zu einem Rechner übertragen, auf dem Rechner wird die optimierte Kalibrierung berechnet und die optimierte Kalibrierung wird auf das Fahrzeug übertragen und dort gespeichert. So kann der Hersteller (des Fahrzeugs bzw. von Komponenten des Fahrzeugs) zum Beispiel eine Anwendung (App) für ein Smartphone zur Verfügung stellen, welches die Kommunikation beispielsweise über Bluetooth übernimmt.
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Das Aufzeichnen der Daten und/oder die Berechnung kann von dem Benutzer gestartet werden und/oder der Benutzer kann Informationen zu dem Fahrzyklus eingeben. So kann der Verarbeitungsprozess beschleunigt und verbessert werden.
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In Abhängigkeit der Daten können unterschiedliche Kalibrierungen verwendet werden. So können über die Kalibrierungen verschiedene Fahrzyklen eingestellt oder angepasst werden. Beispielsweise können Daten über den Tag und/oder die Uhrzeit basierend auf weiteren Daten wie zum Beispiel Verkehrsinformationen mit unterschiedlichen Optimierungseinstellungen verbunden sein. Beispielsweise wird die Fahrt zu der Arbeitsstätte um sechs Uhr morgens anders sein als um sieben Uhr dreißig.
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Bei vorbestimmten Werten der Daten können Fahrhinweise zur Verbrauchsreduktion und/oder Optionen hinsichtlich der Konfiguration des Fahrzeugs an den Benutzer ausgegeben werden. Diese Werte der Daten charakterisieren Situationen zum Beispiel von strengen Fahrzyklen, zu starken transienten Operationen, zu niedriger Last usw. Die Konfiguration oder die Hardware des Fahrzeugs kann beispielsweise eine größere Batterie für stärkere oder mehr elektrische Verbraucher, ein besseres Verhältnis von elektrischem zu konventionellem Antriebsstrang, ein Spoiler für bessere Aerodynamik bei höheren Geschwindigkeiten, effizientere Bremsen für verlässlichere Bremsvorgänge und/oder die Integration von Solarmodulen für Fahrten in heißer Umgebung umfassen. Dem Benutzer kann die erwartete Einsparung in Form von niedrigerem Kraftstoffverbrauch gegenüber dem erforderlichen Investment vorausberechnet werden, um so die Entscheidung des Benutzers zu unterstützen. Diese Möglichkeit der Konfiguration erlaubt eine modulare Anpassung des Fahrzeugs an den Fahrer bzw. sein Fahrverhalten und die Umgebung, was zu verringertem Verbrauch und zu einer Individualisierung des Fahrzeugs führt.
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Die optimierten Kalibrierungen verschiedener Benutzer und/oder verschiedener Fahrzeuge können ausgewertet und/oder verglichen werden. Dies schafft eine breite Basis an realen Verbrauchswerten und Daten von Fahrzyklen, die in die Optimierung und Entwicklung der Fahrzeuge einfließen kann. Des Weiteren ist es nun möglich, den Zulassungsbehörden kundenspezifische Fahrzyklen statt standardisierten (NEDC) oder zufällig erzeugten (RDE) Fahrzyklen für Compliance Prüfungen zur Verfügung zu stellen. Diese Konfigurationen kann die Behörde dann auf dem Teststand testen, so dass zum ersten Mal tatsächliche Alltagszyklen bewertet werden können.
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Zudem umfasst eine Vorrichtung zur Verbrauchsoptimierung eines Antriebsstrangs eines Fahrzeugs einen Onboard-Rechner zum Speichern von Kalibrierungen für den Antriebsstrang, zum Aufzeichnen von Daten während mindestens eines Fahrzyklus eines Benutzers des Fahrzeugs und zum Berechnen und Speichern einer optimierten Kalibrierung basierend auf den Daten und/oder bestehenden Kalibrierungen, wobei der Onboard-Rechner mit einer Steuereinheit des Antriebsstrangs verbunden ist, um diesem die optimierte Kalibrierung für den nächsten Fahrzyklus zur Verfügung zu stellen. Es gelten die gleichen Vorteile und Modifikationen wie oben beschrieben.
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Die Vorrichtung kann ein Eingabegerät für Eingaben des Benutzers hinsichtlich des Fahrzyklus umfassen, wobei das Eingabegerät mit dem Onboard-Rechner in Verbindung steht. Damit kann der Benutzer die Aufzeichnung und/oder die Berechnung manuell aktivieren, um zum Beispiel eine schnellere Verarbeitung zu ermöglichen. Darüber hinaus kann der Benutzer Angaben zu vergangenen, dem aktuellen und/oder dem nächsten Fahrzyklus machen, um so die Auswertung zu vereinfachen bzw. erweiterte Möglichkeiten zu nutzen. Die Angaben des Benutzers können zum Beispiel den Zweck der Fahrt oder besondere Eigenschaften wie beispielsweise eine hohe Zuladung oder einen erhöhten Luftwiderstand durch eine Dachbox umfassen.
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Im Folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnungen näher beschrieben, es zeigen:
- 1 eine Vorrichtung zur Verbrauchsoptimierung eines Antriebsstrangs eines Fahrzeugs gemäß der Erfindung.
- 2 ein Verfahren zur Verbrauchsoptimierung eines Antriebsstrangs eines Fahrzeugs gemäß der Erfindung.
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Die Zeichnungen dienen lediglich der Erläuterung der Erfindung und schränken diese nicht ein. Die Zeichnungen und die einzelnen Teile sind nicht notwendigerweise maßstäblich. Gleiche Bezugszeichen bezeichnen gleiche oder ähnliche Teile.
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1 zeigt eine Vorrichtung 1 zur Verbrauchsoptimierung eines Antriebsstrangs 2 eines Fahrzeugs. Das Fahrzeug kann ein PKW, LKW oder ein Fahrzeug zur Personenbeförderung sein. Der Antriebsstrang 2 kann konventionell, d. h. mit einem bzw. für einen Verbrennungsmotor, elektrisch oder hybrid, d. h. konventionell und elektrisch, ausgebildet sein.
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Die Vorrichtung 1 umfasst einen Onboard-Rechner 3, der in oder an dem Fahrzeug ausgebildet ist. Der Onboard-Rechner 3 kann ein bereits vorhandener Rechner oder Steuergerät sein oder er kann speziell für die Kalibrierung bzw. Verbrauchsoptimierung des Antriebsstrangs 2 vorgesehen sein.
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Der Onboard-Rechner 3 ist mit einem Steuergerät 4 des Antriebsstrangs 2 oder direkt mit dem Antriebsstrang 2 verbunden. In dem Steuergerät 4 oder in dem Antriebsstrang 2 ist eine Kalibrierung 5 des Antriebsstrangs 2 vorgesehen. Die Kalibrierung 5 steuert Hard- und Software des Antriebsstrangs 2, insbesondere Details des Luftpfads, des Kraftstoffpfads sowie das Verhältnis von bzw. die Zusammenarbeit des konventionellen und elektrischen Teils des Antriebsstrangs 2.
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Der Onboard-Rechner 3 enthält einen Speicher 6 zum Speichern bzw. Ablegen von Kalibrierungen 5. Dies können eine oder mehrere Kalibrierungen 5 sein, wobei Standardkalibrierungen, mit denen das Fahrzeug zum Beispiel ausgeliefert wird, und optimierte Kalibrierungen, die auf das spezielle Fahrzeug bzw. den speziellen Benutzer und seine Fahrweise angepasst sind, vorgesehen sind. Anhand von 2 wird im weiteren Verlauf die Erstellung von und der Umgang mit Kalibrierungen beschrieben. Die Verbindungen zwischen dem Onboard-Rechner 3, der Steuereinheit 4 sowie dem Antriebsstrang 2 sind bidirektional ausgeführt, so dass Daten, wie Steuer- und Statusdaten, Befehle, Kalibrierungen usw. in beide Richtungen transferiert werden können.
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Daten 7 werden zum Beispiel von Sensoren 8 während eines Fahrzyklus des Fahrzeugs gewonnen. Die Daten 7 betreffen Zustände und/oder Zustandswechsel verschiedener Komponenten, Teile oder Systeme des Fahrzeugs sowie der Umgebung. Im Einzelnen können dies Daten wie Motordrehzahl, Motorlast, Kühlmitteltemperatur, Status von Komponenten der Abgasnachbehandlung wie Temperatur, Raumgeschwindigkeit, Last, Alterung, Umgebungsbedingungen wie Umgebungstemperatur und Umgebungsdruck, Zeit und/oder Datum sein. Die Daten 7 können zumindest teilweise aus der Steuereinheit 4 stammen. Die Sensoren 8 sind mit einem oder mehreren Eingängen des Onboard-Rechners 3 verbunden.
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Der Onboard-Rechner 3 zeichnet die Daten während mindestens eines Fahrzyklus eines Benutzers des Fahrzeugs auf. Die Daten 7 werden in dem Speicher 6 oder einem weiteren Speicher oder Speicherbereich gespeichert.
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Basierend auf den Daten 7 und/oder bestehenden Kalibrierungen 5, wie zum Beispiel einer Standardkalibrierung oder einer vorhergehenden optimierten Kalibrierung, berechnet und speichert der Onboard-Rechner 3 eine optimierte Kalibrierung. Diese optimierte Kalibrierung ist über die Daten 7 an die speziellen Gegebenheiten des Benutzers wie zum Beispiel den Fahrstil angepasst. Diese Anpassung oder Kalibrierung erlaubt eine Minimierung des Kraftstoffverbrauchs durch den Antriebsstrang im Rahmen der zu erfüllenden Abgasnormen. Die optimierte Kalibrierung stellt der Onboard-Rechner 3 für den nächsten Fahrzyklus zur Verfügung.
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Die Vorrichtung 1 umfasst ferner ein Eingabegerät 9 für Eingaben des Benutzers hinsichtlich des Fahrzyklus, wobei das Eingabegerät 9 mit dem Onboard-Rechner 3 in Verbindung steht. Der Benutzer kann über das Eingabegerät 9 bestimmte Schritte wie die Aufzeichnung und/oder Berechnung initiieren bzw. Informationen zu Aufzeichnungen oder Fahrzyklen eingeben. Des Weiteren kann ein Ausgabegerät 10 vorgesehen sein, über das dem Benutzer Informationen zum Fahrverhalten und/oder Möglichkeiten zur Anpassung des Fahrzeugs, zum Beispiel Solarzellen, mitgeteilt werden. Dies kann dann ein kombiniertes Eingabe/Ausgabegerät sein, das in bestehende Informationssysteme des Fahrzeugs integriert sein kann.
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Der Onboard-Rechner 3 bzw. eine mit diesem in Verbindung stehende Komponente umfasst eine Schnittstelle 11 zur drahtlosen Kommunikation, beispielsweise gemäß dem Bluetooth Standard. Mittels dieser Schnittstelle 11 können die Daten 7 von dem Fahrzeug über ein mobiles Gerät 12 des Benutzers zu einem Rechner 13, wie einem Zentralrechner des Fahrzeugherstellers, übertragen werden. Auf dem Rechner 13 wird die optimierte Kalibrierung berechnet und es werden weitergehende Auswertungen zum Beispiel statistischer Art vorgenommen. Anschließend wird die optimierte Kalibrierung auf das Fahrzeug übertragen und dort gespeichert. Die Speicherung kann automatisch im Hintergrund, also ohne Mitwirkung und/oder Kenntnisnahme durch den Benutzer, oder mit Beteiligung des Benutzers, zum Beispiel in Form einer Download-Freigabe, durchgeführt werden.
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Anhand von 2 wird im Folgenden ein Verfahren zur Verbrauchsoptimierung des Antriebsstrangs 2 eines Fahrzeugs beschrieben.
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In einem ersten Schritt 100 wird das Fahrzeug von einem Benutzer gestartet. In einem zweiten Schritt 101 wird eine Kalibrierung 5 für den Antriebsstrang 2 vorgesehen. Dies kann eine Standardkalibrierung des Herstellers (zum Beispiel NEDC, FTP, WLTC usw.), bloße Start- oder Initialisierungswerte für ein selbstlernendes System oder eine bereits angepasste Kalibrierung sein.
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Das Verfahren läuft zumindest teilweise in einem Onboard-Rechner 3 und/oder einem anderen Rechner oder Steuergerät des Fahrzeugs ab. Speziell sind Werte bzw. Abwägungen zwischen Emissionen und Treibstoffverbrauch in dem Onboard-Rechner (ECU) 3 zumindest für Schlüssel-Betriebspunkte für verschiedene Kalibrierungen des Antriebsstrangs 2 gespeichert.
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Sobald das Fahrzeug dem Benutzer ausgeliefert ist und der Benutzer das Fahrzeug startet, werden gemäß Schritt oder Block 102 Daten 7 während mindestens eines Fahrzyklus eines Benutzers bzw. des Fahrzeugs aufgezeichnet. Alternativ kann die Aufzeichnung vom Benutzer gestartet werden. Die Aufzeichnung kann eine direkte zeitliche Folge sein oder vordefinierten Schlüssel-Betriebspunkten oder -bedingungen sind Zeitpunkte zugeordnet, an denen eine Wissensbasis oder Datenbank für die verschiedenen möglichen Einstellungen und Emissionen/CO2-Abwägungen hinterlegt ist.
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Eine typische Abhängigkeit kann die Motordrehzahl, Motorlast, Kühlmitteltemperatur, Status von Komponenten der Abgasnachbehandlung wie Temperatur, Raumgeschwindigkeit, Last, Alterung, Umgebungsbedingungen wie Umgebungstemperatur und Umgebungsdruck, Zeit und/oder Datum usw. sein. Für den Zustand oder Status des Abgasnachbehandlungssystems kann der Gesamtwirkungsgrad festgelegt werden und mit dem Zustand oder Status des Motors gepaart werden, um so ein Verhältnis von Kraftstoffeinspeisungsemissionen zu Pegeln am Auspuff zu erhalten, was zur Erfüllung der Vorschriften erforderlich sein kann.
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Nach dem Ausschalten des Fahrzeugs in Schritt 103, verbleibt der Onboard-Rechner 3 eingeschaltet, um im Schritt 104 eine optimierte Kalibrierung basierend auf den Daten 7 und/oder der Standardkalibrierung zu berechnen und zu speichern. Die Daten 7 können als abgespeichertes Fahrzyklus-Histogramm oder als Einzeldaten vorliegen. Die optimierte Kalibrierung zielt auf eine CO2 Minimierung innerhalb der Grenzbedingungen der AbgasEmissionen ab.
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Alternativ zu der Berechnung im Onboard-Rechner 3 kann die Berechnung in einem Zentralrechner 13 zum Beispiel des Fahrzeugherstellers durchgeführt werden. Dazu kann der Hersteller eine Anwendung (App) für ein Smartphone zur Verfügung stellen, welches die Zyklusdaten aus dem Fahrzeugmodul zum Beispiel per Bluetooth hochlädt und zu dem OEM Zentralrechner 13 weiterreicht. Dort findet die Berechnung der optimierten Einstellungen statt, die direkt zum Auto, über einen Rechner oder das mobile Gerät 12 des Benutzers heruntergeladen werden. Der Download kann automatisch oder nach einer Benachrichtigung, zum Beispiel eine SMS, auf Anforderung des Benutzers erfolgen.
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Statt das Ausschalten des Motors als Trigger für den Start der Berechnung zu wählen, kann der Benutzer selbständig oder auf Aufforderung die Berechnung oder Lernphase für den spezifischen Fahrzyklus starten. So kann zum Beispiel die Erkennung des täglichen Heim-Arbeit Fahrzyklus beschleunigt werden.
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In einem weiteren Schritt 105 wird die optimierte Kalibrierung für den nächsten Fahrzyklus verwendet. Dieser Schritt 105 ist zur besseren Übersicht separat dargestellt, er kann auch in den Schritt 101 integriert sein.
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In Abhängigkeit der Daten 7 können unterschiedliche (optimierte) Kalibrierungen 5 verwendet werden. So ist es möglich, zum Beispiel in Abhängigkeit nach der Tageszeit und/oder dem Datum jeweils angepasste Optimierungen zu verwenden, um so auf unterschiedliche Verkehrslagen und damit Fahrzyklen zu reagieren.
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Während oder nach einem Fahrzyklus können bei vorbestimmten Werten der Daten 7 Fahrhinweise zur Verbrauchsreduktion und/oder Optionen hinsichtlich der Konfiguration des Fahrzeugs an den Benutzer ausgegeben werden. Die Einbeziehung des Benutzers oder Fahrers erlaubt eine noch weitergehende Reduktion von Treibstoff und damit CO2.
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Die optimierten Kalibrierungen verschiedener Benutzer und/oder verschiedener Fahrzeuge können zum Beispiel in dem Zentralrechner 13 ausgewertet und/oder verglichen werden. Dies kann auch die Verfügbarmachung für Zulassungsbehörden umfassen, denen es damit möglich wird, tatsächliche Fahrzyklen auf Testständen abzubilden und auf Einhaltung der Emissionsvorschriften zu untersuchen.
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Sollte für ein Zulassungsverfahren oder für eine Überprüfung die allgemeine Testphase bzw. Konfiguration statt der optimierten erforderlich sein, kann das System in einem Lernmodus die Zulassungstestprozedur oder - kalibrierung erneut lernen.
