DE102014014308A1

DE102014014308A1 - Verfahren zur Bestimmung handlungsleitender Formate des Kraftstoffverbrauchs

Info

Publication number: DE102014014308A1
Application number: DE102014014308.2A
Authority: DE
Inventors: Anmelder Gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2014-09-25
Filing date: 2014-09-25
Publication date: 2016-03-31

Abstract

Mit der vorliegenden Erfindung wird dem Fahrer eines Kraftfahrzeugs die Möglichkeit gegeben, seine Reisegeschwindigkeit an seine sonstigen Einkommens- und Konsumgewohnheiten anzupassen. Vor allem auf unbeschränkten Autobahnen besteht für den Fahrer durch die bewusste Wahl einer moderaten Fahrgeschwindigkeit ein erhebliches Einsparpotential. Dieser Umstand ist dem progressiven Anstieg des Luftwiderstandes mit zunehmender Geschwindigkeit geschuldet und allgemein bekannt. Bisher nicht bekannt und kommuniziert ist jedoch die Quantifizierung dieser Einsparung in Analogie zum allgemein geläufigen „Stundenlohn”. Entscheidet sich ein Fahrer beispielsweise für ein Tempo von 120 km/h mit einem Streckenverbrauch von 7,5 l/100 km gegenüber der möglichen Alternative von 160 km/h mit 14 l/100 km, erzielt er damit eine Einsparung von rund 31 Liter Kraftstoff pro zusätzlich benötigter Stunde Fahrzeit. Eine Erweiterung dieses Ansatzes unter Rückgriff auf ein Modell der Fahrwiderstandskurve ergibt für den Wert „160” sogar eine Einsparung von rund 36 Liter/Stunde und kann nun als die zeitbezogenen Aufrechterhaltungskosten für diese Geschwindigkeit interpretiert werden. Weiterhin bietet sich die Möglichkeit, in den vorgeschlagenen Anzeigewert auch die ersparte Tankzeit zu integrieren oder die Fahrgeschwindigkeit nach der neuen Führungsgröße automatisch zu regeln. Zwei weitere hier vorgeschlagene Neuerungen behalten das klassische Anzeigeformat des momentanen Streckenverbrauchs in „Liter/100 km” bei, führen jedoch zu einer Beruhigung desselben und lenken den Fahrerfokus verstärkt auf die Energieeffizienz der verschiedenen Handlungsoptionen und Fahrsituationen.

Description

Stand der Technik
Die klassische Anzeige des streckenbezogenen Momentanverbrauchswertes liefert dem Fahrer eines Kraftfahrzeugs häufig ablenkende und schwer interpretierbare Informationen. Insbesondere im Stadtverkehr bietet dieses klassische Anzeigeformat viel Spielraum für fälschliche Interpretationen.
Einen Lösungsansatz zur Beruhigung der Anzeige des streckenbezogenen Momentanverbrauchs schlägt die Patentnummer DE 10 2009 039 912 vor. Hierbei wird der kinetischen und potentiellen Energieänderung des Fahrzeugs eine virtuelle Kraftstoffmenge zugeordnet und diese vom Anzeigewert abgezogen. Dies setzt voraus, dass diese „regenerativen” Energieänderungen zu jedem Zeitpunkt genau bestimmt werden können. Im Unterschied dazu wird mit dem hier vorgeschlagenen Ansatz ein ähnlich zu interpretierender Streckenverbrauchswert direkt bestimmt, indem auf ein Modell der „nichtregenerativen” Fahrwiderstände und den Antriebs- und Motorwirkungsgrad zurückgegriffen wird.
In der Patentanmeldung DE 10 2008 054 703 wird vorgeschlagen, dem Fahrer eine Abweichung seiner Ist-Beschleunigung von einer Soll-Beschleunigung anzuzeigen, um möglichst effizient zu beschleunigen.
Die zeitbezogene Kraftstoffeinsparung bei Geschwindigkeitsverzicht (ER_KR)
Während einer konstanten Schnellfahrt erreicht die klassische Anzeige des momentanen Streckenverbrauchs seine interpretatorische Stärke. Der Bordcomputer meldet nun bei Tempo 120 z. B. einen Verbrauch von 7,5 l/100 km, bei 160 km/h dagegen ein Verbrauch von 14 l/100 km. Von rational-ökonomischem Interesse für den Fahrer wäre in einer solchen Fahrsituation jedoch die Information, wie viel Benzin und Geld er pro Zeit einspart, wenn er sich bewusst für 120 statt möglicher 160 km/h entscheidet.
Die Ableitung einer solchen zeitbezogenen Kraftstoffersparnis bei bewusstem Verzicht auf Geschwindigkeit (im Folgenden „ER_Kr”) ist aus zwei gegebenen Geschwindigkeiten und zugehörigen Streckenverbräuchen rechnerisch leicht möglich und einfach zu interpretieren. Unter Rückgriff auf ein Modell der Fahrwiderstände gelingt es jedoch auch, eine entsprechende Wertzuweisung mit gleicher Aussagekraft auch für nur eine einzige Fahrgeschwindigkeit zu bestimmen. Der Fahrer bekommt dann zurückgemeldet, was ihn eine bewusste Reduktion der Geschwindigkeit an zeitbezogener Einsparung einbringt, bzw. was ihn die Aufrechterhaltung oder Erhöhung der aktuellen Geschwindigkeit aktuell kostet. Durch eine Berücksichtigung von Windeinfluss, Dachaufbauten, Wirkungsgraden und anderen relevanten Einflussfaktoren bekommt dieser Anzeigewert auch als Angabe des Momentanverbrauchs eine hohe punktuelle Genauigkeit. Die vorliegende Erfindung der zeitbezogenen Verbrauchskosten (Anspruch 1 bis 6) gibt dem Fahrer eines Kraftfahrzeugs also die Möglichkeit, seine Fahrgeschwindigkeit und auch seine Fahrstrategie auf einer freien Autobahnstrecke an seine sonstigen Einkommens- und Konsumgewohnheiten anzupassen.
Eine objektive und quantitative Rückmeldung über den oben vorgestellten Sachverhalt der zeitbezogenen Einsparung bei bewusstem Geschwindigkeitsverzicht erscheint nicht nur wegen der hohen Relevanz für den Fahrer als äußerst wünschenswert. Aufgrund mehrerer systematischer Wahrnehmungsfehler dürften die meisten Fahrer zudem überrascht und auch skeptisch der Information gegenüberstehen, dass sie durch Verzicht auf Tempo 160 um die 50 Euro pro Stunde einsparen können.
Zum einen fühlt sich der Fahrer während einer Langsamfahrt eher unterfordert und gelangweilt, bei der Schnellfahrt hingegen wächst die Fülle an Informationen und Beanspruchung. Als Folge werden die tatsächliche Zeitersparnis einer Schnellfahrt und der damit verbundene Nutzen einer solchen systematisch überschätzt.
Eine weitere Täuschung des Fahrers bezieht sich auf die systematische Unterschätzung der Kosten, d. h. auf die Zuwachsrate des Streckenverbrauchs bei Erhöhung der Geschwindigkeit. In vielen modernen Fahrzeugen melden inzwischen Bordcomputer den momentanen Streckenverbrauch zuverlässig zurück, wodurch die sich die Akzeptanz eines stark zunehmenden Verbrauchs bei höherer Geschwindigkeit immer mehr durchsetzt. Wird dieser nun jedoch fälschlicherweise als ein derartiger Stundenlohn interpretiert, fällt die Schätzung dennoch erheblich zu gering aus.
Die vom Gesetzgeber vorgeschriebene Toleranzverschiebung für die Tachometeranzeige in Richtung „zu schnell” führt ebenfalls zu einer Unterschätzung der zeitbezogenen Einsparung. Die angegebenen 12 Liter/100 km/h bei Tachoanzeige von 160 nach Bordcomputer beziehen sich dadurch eben einfach auf 150 „echte” km/h und sind dafür auch plausibel. Für „echte” 160 km/h wird dagegen oftmals eine Tachoanzeige von bis zu 175 km/h notwendig.
Im Zusammenspiel aller Fehleinschätzungen ist somit ein Abweichen um den Faktor drei zwischen den gefühlten und wahren Kosten einer Schnellfahrt durchaus möglich. Intuitiv wird also auch der rationale und kostensensibilisiert Fahrer eher zu einer höheren Reisegeschwindigkeit tendieren als bei objektiver Rückmeldung der damit tatsächlich verbunden Mehrkosten.
Die Berechnung von ER_Kr aus empirischen Streckenverbrauchswerten (Ansprüche 1 und 2)
Im Folgenden wird das rechnerische Verfahren vorgestellt, wie eine derartige zeitbezogenen Ersparnis aus zwei verschiedenen Fahrgeschwindigkeiten mit Kenntnis der zugehörigen Streckenverbräuche berechnet werden kann. Obwohl dieses Verfahren für die praktische Durchführung nur eine untergeordnete Relevanz besitzt, dient es doch hervorragend für eine transparente Veranschaulichung des „punktuellen” Verfahrens (Ansprüche 3 bis 5).
Für eine Beispielrechnung stellt sich folgende Frage:
Wie viel Kraftstoff spart der Fahrer bei bewusster Wahl von 120 km/h gegenüber 160, bezogen auf die mehrinvestierte Fahrzeit bei Zugrundlegung von zugehörigen Streckenverbrauchswerten von 7,5 bzw. 14 Liter/100 km?
Ermittelt wird zunächst diejenige Fahrstrecke, über welche eine Fahrt mit 160 km/h genau eine Stunde schneller absolviert ist, als mit 120 km/h. Diese gesuchte „Referenzstrecke” liegt für die zu vergleichenden Geschwindigkeiten bei 480 km. Mit Tempo 160 benötigt der Fahrer über diese Strecke drei Stunden, bei konstant 120 km/h dagegen vier. Über 480 km spart der Fahrer also bei 160 km/h genau eine Stunde Fahrzeit ein, benötigt jedoch 4,8 mal 6,5 l/100 km Benzin zusätzlich, was einem Mehrverbrauch von 31,2 Litern also in etwa 50 Euro entspricht.
Die Stundenersparnis ER_Kr errechnet sich allgemein aus konkreten Geschwindigkeiten (v₁ und v₂) und den zugehörigen Streckenverbräuchen (SV₁; SV₂) nach folgender Formel: ER_Kr = (SV₁ – SV₂) × Sref / 100 (1) mit Sref = v₁ × v₂ / v₁ – v₂[km]
Der Ausdruck s_ref in Gleichung (1) steht für jene Referenzstrecke, welche bei den zu vergleichenden Geschwindigkeiten v₁ und v₂ zu genau einer Stunde Fahrzeitdifferenz führt. Sie ergibt sich durch Lösen des folgenden Gleichungssystems mit t_ref als „Referenzzeit”: S_ref = v₂ × t_ref S_ref = v₁ × (t_ref – 1)
Obwohl der Ausdruck s_ref in Gleichung (1) scheinbar die Einheit km/h trägt, repräsentiert er dennoch eine Strecke. Setzt man in Gleichung (1) die Streckenverbräuche (SV₁ und SV₂) in Liter/100 km und die Geschwindigkeiten in km/h ein, so erhält man direkt die gesuchte Stundenersparnis ER_Kr in Liter/Stunde.
Die Kraftstoffersparnis ER_Kr ist unabhängig von der tatsächlich zurückgelegten Strecke. Angenommen es sind tatsächlich lediglich 10 km mit 160 km/h oder alternativ mit 120 zu durchfahren. Die absolute Kraftstoffersparnis liegt dann bei lediglich 0,65 Litern. Gleichzeitig sinkt jedoch auch die Zeitersparnis bei der Schnellfahrt auf ganze 75 Sekunden, wodurch wieder eine „Stundenersparnis” von 31,2 Litern resultiert. Die häufig fehlende Gelegenheit sehr schnell fahren zu können, ist somit kein Grund dafür, es bei gegebener Gelegenheit dann auch wirklich zu tun. Tempo 160 kostet also über jede beliebige Strecke oder jeden beliebigen Zeitraum um die 50 Euro pro Stunde.
Die „punktuellen”, zeitbezogenen Kosten einer Fahrgeschwindigkeit ER_Kr (Ansprüche 3–5)
Der oben dargestellte Ansatz dient überwiegend zur Veranschaulichung, wie der klassische Streckenverbrauch und die gesuchte zeitbezogenen Ersparnis zusammenhängen und von der Größenordnung intuitiv nicht gleichgesetzt werden dürfen. Von praktischer Relevanz ist jedoch die Berechnung eines Wertes mit gleicher Aussagekraft und Interpretation für die jeweilige aktuelle Fahrgeschwindigkeit, ohne auf eine Vergleichsgeschwindigkeit zurückzugreifen.
Geht man zunächst von 160 km/h als der zu prüfenden Geschwindigkeit v₁ im Anfangsbeispiel nur einen kleinen Schritt nach unten, verringert sich gegenüber dem ursprünglichen Vergleichswert von 120 km/h zwar die Differenz der Streckenverbrauchswerte, gleichzeitig steigt jedoch auch die zugehörige Referenzstrecke s_ref stark an. Es lässt sich zeigen, dass ER_Kr als Produkt dieser beiden Terme für v₂ gegen v₁ einem Maximum entgegenstrebt.
Als Folge einer solchen Kostenzuordnung zu einer einzigen Geschwindigkeit in der konkreten Fahrsituation fährt ein Fahrer z. B. 110 km/h auf einer freien Autobahn, wenn er aktuell z. B. nicht mehr als 15 Euro pro Stunde für das Autofahren ausgeben möchte. Ein anderer Fahrer (oder der gleiche in einer anderen Situation) der seine Fahrtkosten um die 40 Euro pro Stunde veranschlagt, fährt dann eben auch ganz „rational” z. B. 155 km/h.
Für die differentielle Bestimmung von ER_Kr zu einer Fahrgeschwindigkeit in der aktuellen Fahrsituation ist es nun nicht mehr möglich, von empirisch ermittelten Verbrauchswerten auszugehen. Vielmehr muss nun die Annahme eines funktionellen Zusammenhangs der Fahrwiderstände von der Fahrgeschwindigkeit gemacht werden. Darüberhinaus müssen die Parameter dieses funktionellen Zusammenhangs (Roll- und Luftwiderstandswert) sowie der aktuelle Antriebs- und Motorwirkungsgrad (im Folgenden „Motorwirkungsgrad”) bestimmt werden. Durch eine ständige Aktualisierung dieser Parameter ermöglicht dieser Ansatz auch valide Werte für wechselnde äußere Bedingungen wie Windeinfluss und Dachaufbauten auszugeben.
Nimmt man für das Modell der nichtregenerativen Fahrwiderstände einen von der der Geschwindigkeit unabhängigen Rollwiderstand (F_R) und einen vom Quadrat der Geschwindigkeit abhängigen Luftwiderstand mit dem Luftwiderstandswert k_L an, ergibt sich die gesuchte zeitbezogenen Ersparnis ER_Kr nach folgender Gleichung:
Gleichung 2 ist so normiert, dass die Fahrgeschwindigkeit v und die Anströmgeschwindigkeit v_eff in „km/h” und der Luftwiderstandwert k_L in der Einheit Newton·h²/km² eingesetzt werden muss. Die Energiedichte des Kraftstoffs E_Kr wird in kWh/Liter eingesetzt. Die Bestimmung der Anströmgeschwindigkeit sollte dabei ständig durch einen dafür vorgesehenen Sensor erfolgen. Der geschwindigkeitsunabhängige Rollwiderstand FR geht nur indirekt über den Wirkungsgrad in Gleichung (2) ein. Da dieser in LKW für einen deutlich höheren Anteil am gesamten Leistungsumsatz verantwortlich ist, eignet sich der vorliegende Ansatz im Allgemeinen vermehrt für leichte und schnelle Fahrzeuge wie Motorräder und PKW.
Ohne Windeinfluss (v_eff = v) vereinfacht sich die Berechnung weiter zu:
ER_Kr wächst also in der dritten Potenz zur Fahrgeschwindigkeit und verhält sich umgekehrt proportional zum Wirkungsgrad. Für weiter auseinanderliegende Geschwindigkeitsbereiche wird also der kubische Zusammenhang von ER_Kr und der Fahrgeschwindigkeit durch einen zu- oder abnehmenden Motorwirkungsgrad überlagert sein, falls damit exakte Konstantfahrten realisiert würden. Durch die Verwendung des jeweils aktuellen Motorwirkungsgrades η fällt zum einen die Zuweisung eindeutiger aus, als auch entspricht dies der tatsächlichen Fahrsituation.
Rechenbeispiel:
Ein PKW setzt bei einer relativen Windgeschwindigkeit von 100 km/h dem Vortrieb eine Luftwiderstandskraft von rund 330 N entgegen. Der Luftwiderstandwert k_L liegt also bei rund 0,033 N·h²/km². Wir erhalten mit der weiteren Annahme von E_Kr gleich 9 kWh/Liter und einem effektiven Wirkungsgrad η von 0,24 (0,85 für Antriebswirkungsgrad; 0,28 für den Motorwirkungsgrad) nach Gleichung (3) ein ER_Kr von 35,1 Liter und damit eine geringfügig höhere Einsparung als aus der empirischen Vergleichsbetrachtung gegenüber 120 km/h.
Für das Modell der Fahrwiderstände zur Berechnung von ER_Kr werden nur die nichtregenerativen Fahrwiderstände wie Roll- und Luftwiderstand berücksichtigt. Der Vorteil der Vernachlässigung von Höhenänderung und Beschleunigung liegt darin, dass diese „regenerativen” und pulsierenden Fahrwiderstände nicht nachträglich wieder aus dem Anzeigewert herausgerechnet werden müssen. Höhen- und Geschwindigkeitsänderungen wird ein Verbrauchsäquivalent zugegeordnet und dieses von den tatsächlichen Verbrauchswerten abgezogen.
Die Berücksichtigung der Beeinflussung des Motorwirkungsgrades durch diese regenerativen Fahrwiderstände geht hingegen vorteilhafterweise mit in die Berechnung des Anzeigewertes ER_Kr ein. Beginnt z. B. für einen Fahrer während einer moderaten Reisegeschwindigkeit eine Bergauffahrt, kann er für eine Beibehaltung dieses Wertes nun sogar schneller fahren, was ihm durch einen sinkenden Anzeigewert signalisiert wird. Ursache hierfür ist die durch die Laststeigerung verursachte Anhebung des Motorwirkungsgrades, wodurch auch der Kraftstoffaufwand für die Überwindung der nichtregenerativen Fahrwiderstände sinkt. Bekommt das Fahrzeug jedoch zusätzlichen Gegenwind, muss der Fahrer seine Geschwindigkeit trotz Last- und Wirkungsgradsteigerung, zurücknehmen um wieder den gleichen Anzeigewert zu erhalten.
Für eine hohe Genauigkeit der angegebenen Zeitkosten ER_Kr ist eine hohe Validität der in das Fahrwiderstandsmodell eingehenden Parameter unabdingbar und sind diese in regelmäßigen Abständen zu überprüfen. Im Besonderen gilt dies für den Luftwiderstandskoeffizient k_L. Dieser kann z. B. während ohnehin erfolgender Ausrollphasen überprüft und aktualisiert werden.
Durch eine fortlaufende oder sporadische Messung von Verbrauch und Radleistung kann das Kennfeld der gespeicherten Motorwirkungsgrade aktualisiert werden. Verschleiß- oder temperaturbedingte Änderungen der Wirkungsgrade werden somit erkannt und gehen als gültige Werte in die Berechnung von ER_Kr ein.
Die „Tankzeit-Korrektur” (Anspruch 6)
Bisher wurden lediglich die zeitbezogenen Kraftstoffkosten für die Aufrechterhaltung der aktuellen Geschwindigkeit betrachtet. Prinzipiell könnten auch andere Kosten, wie Reifenverschleiß oder der Verlust an Komfort und Sicherheit gegenüber einer langsameren Fahrt mit in diese Betrachtung aufgenommen werden. Deren Quantifizierung als zeitbezogenen Kosten ist im ersten Fall jedoch sehr marginal und unterliegt im zweiten stark der jeweiligen subjektiven Gewichtung des Fahrers.
Relativ eindeutig kann man dagegen die zusätzlich benötige Betankungszeit in die zeitbezogenen Kraftstoffkosten ER_Kr einbeziehen. Fasst man die reine Nettofahrzeit mit der erforderlichen Betankungszeit zu einer gemeinsamen „Betriebszeit” zusammen, muss zu der mehrinvestierten Stunde Fahrzeit die anteilige, zusätzliche Betankungszeit T_T hinzugezählt werden. Im anschaulicheren Fall für zwei bestimmte Vergleichsgeschwindigkeiten ist hierfür die Überlegung, dass mit der schnelleren Geschwindigkeit über die Referenzstrecke nicht nur eine Stunde kürzer gefahren wird, sondern zusätzlich durch die Kraftstoffeinsparung auch noch Zeit für den Betankungsvorgang eingespart wird.
Die Bestimmung der gesuchten anteiligen Betankungszeit-Ersparnis T_T für eine mehrgefahren Stunde benötigt vorab die Eingabe eine durchschnittlich zu veranschlagende Betankungszeit T₀ (z. B. 0,1 Stunde) und eine durchschnittliche Tankmenge V₀ (z. B. 40 Liter). Daraus ergibt sich die durchschnittliche Betankungsgeschwindigkeit v_T (400 Liter/h), also inklusive Abbremsung, Beschleunigung und Anfahrt zur Tankstelle, Tankvorgang und Bezahlen.
Die dermaßen korrigierte zeitbezogene Ersparnis ERK_Kr,T berechnet sich aus dem ursprünglichen Wert ER_Kr und der Betankungsgeschwindigkeit v_T nach: ER_Kr;T = ER_Kr × (1 + T_T) (4a)
Vor allem bei kleinen Tankvolumina (Motorräder) oder langen Betankungszeiten (Elektroautos) kann der Anteil der Zeitkosten für eine schnelle Fahrweise durchaus beachtlich werden. Auch bei hohen Geschwindigkeiten (hohes ER_Kr) gewinnt die Betankungszeit-Korrektur erheblich an Bedeutung.
In der Praxis wird eine jeweilige konkrete Reichweitenschätzung bei weit auseinanderliegenden Betankungsmöglichkeiten (Elektroautos) deutlich relevanter sein, als der hier vorgestellte, asymptotische Ansatz zur Berücksichtigung der Tankzeit.
Fahren nach Tempomat (Anspruch 7)
Wird eine Konstantfahrt mit gleichmäßiger Drehzahl realisiert und die zugehörige Motorlast (und damit auch der Wirkungsgrad) vom Tempomat automatisch realisiert, muss zur genauen Darstellung von ER_Kr die Gleichung 2 um den Parameter n erweitert werden. Dies trägt dem Sachverhalt Rechnung, dass bei Übergang von einer moderaten Geschwindigkeit zu einer höheren zwar der Leistungsbedarf progressiv steigt, jedoch der Wirkungsgrad ebenfalls.
Die Berechnung erfolgt nun nach:
Der Parameter η . steht für die Änderung des Motorwirkungsgrades η zur Fahrgeschwindigkeit v in der aktuellen Fahrwiderstandskurve im Motorkennfeld. Seine Einheit ist h/km. Positive Werte stehen für eine Erhöhung des Motorwirkungsgrades bei Geschwindigkeitserhöhung und senken den Wert ER_Kr nach Gleichung (5) gegenüber Gleichung (2). Bei hoher Last wird η . gleich null oder sogar leicht negativ. Mit dem neuen Parameter werden nun auch solche „Paradoxien” wie die Senkung von ER_Kr durch Bergauffahrt (Laststeigerung) und Anhebung von ER_KR durch Bergabfahrt (weitere Drosselung) abgebildet.
Die Nutzung eines kinetischen Energiepolsters zur Erhöhung des Motorwirkungsgrades (Anspruch 8 und 9)
Beim Fahren mit moderater Geschwindigkeit steht für eine Konstantfahrt häufig keine geeignete Getriebeübersetzung zur Verfügung. Gerade bei Sportgetrieben fehlt nun eine entsprechend lange Gesamtübersetzung in dessen Folge der Motor in erheblicher Teillast und zu hoher Drehzahl betrieben werden muss. Verschärft wird dieser Konflikt zwischen Erzielung eines hohen Motorwirkungsgrades und Verringerung der Fahrwiderstände zusätzlich bei Bergabfahrten. Eine Geschwindigkeitszunahme ist hier nicht zu empfehlen, da dadurch im Übermaß potentielle Energie verbraucht wird.
Eine maximal sparsame Fahrweise wird unter diesen Umständen nur durch einen Wechsel von Beschleunigungs- und Ausrollphasen um die angestrebte Reisegeschwindigkeit zu erzielen sein. Wird hierbei der aktuelle Motorwirkungsgrad und die nichtregenerativen Fahrwiderstände für die Berechnung von ER_Kr verwandt, können auch solche Fahrphasen sehr wirklichkeitsgetreu wiedergegeben werden. In den Rollphasen wird für die Berechnung von ER_Kr der kinetischen Energie ein virtuelles Verbrauchäquivalent zugeordnet.
Möglich ist nun ebenfalls die separate Angabe der zeitbezogenen Einsparmöglichkeit einer pendelnden Fahrweise gegenüber einer konstanten Fahrweise, bzw. die Einbeziehung des Höhenprofils in die Optimierung bei möglichst konstanter Fahrweise.
Der nichtregenative Streckenverbrauch SV_n (Anspruch 10)
Für die Bestimmung des nichtregenerativen Streckenverbrauchs SV_n wird mit der hier vorliegenden Erfindung vorgeschlagen, diesen direkt aus den entsprechenden Fahrwiderständen und dem Motor- und Antriebwirkungsgrad zu berechnen. Im Patent DE 10 2009 039 912 A1 wurde dieser dadurch bestimmt, das aus dem empirisch ermittelten Streckenverbrauch der Anteil der Fahrwiderstände für Beschleunigung und Änderung der Höhenlage nachträglich herausgerechnet wurde.
Der gesuchte Wert SV_n berechnet sich nach:
Werden die Werte in den gleichen Einheiten wie in Gleichung (2) und FR in Newton eingesetzt ergibt sich SV_n direkt in „Liter/100 km”.
Der korrigierte Durchschnitts-Verbrauchswert SV_k (Anspruch 11)
Für den Stadtverkehr wird mit dieser Erfindung vorgeschlagen, die klassische Streckenverbrauchs-Anzeige durch die Anzeige eines „korrigierten Durchschnitts-Verbrauchswertes” SV_k, ebenfalls in der Einheit „Liter/100 km”, zu ersetzen. Dieser Anzeigewerte setzt sich zusammen aus dem Durchschnittsverbrauch einer vorangegangen Fahrepisode und einem Korrekturwert, welcher dem Fahrer eine Rückmeldung über die Effizienz einer aktuellen Handlung gibt im Vergleich zur Effizienz einer fahrtechnisch gleichwertigen Alternative.
Ein dermaßen beruhigter Anzeigewert minimiert die Beanspruchung und Ablenkung des Fahrers und fokussiert den Fahrer gezielt auf die beeinflussbaren Verbrauchsfaktoren. Darüberhinaus kann nun auch bei Stillstand und extremer Langsamfahrt somit weiterhin das gewohnte Anzeigenformat „l/100 km” sinnvoll beibehalten werden.
Völlig neuartig, jedoch zielführend mit SV_k ist die Aufgabe des bisherigen Zusammenhangs „Beschleunigung gleich Anzeigenerhöhung” und „Abbremsung gleich Anzeigenabsenkung”. Dies wird als Zugeständnis an die Notwendigkeit verstanden, dass im Stadtverkehr ein ständiges Aufeinanderfolgen von Phasen der Beschleunigung, der Abbremsung und des Stillstandes praktisch unumgänglich ist. Es erscheint völlig überflüssig dem Fahrer zurückzumelden, dass er einen erhöhten Kraftstoffverbrauch während eines Beschleunigungsvorganges hat. Von ablenkenden Informationen befreit kann er nun jedoch auch über die gewohnte Verbrauchsanzeige intuitiv lernen, unter den zur Verfügung stehenden Optionen die jeweils verbrauchsgünstigste auszuwählen.
Die neue Anzeige meldet dem Fahrer also zurück, dass er gut oder schlecht beschleunigt, nicht dass er beschleunigt. Sie gibt ihm Rückmeldung, ob er günstig oder ungünstig konstant fährt oder verzögert. Im einfachsten Fall macht sie durch eine Erhöhung des Anzeigewertes lediglich auf grobe Effizienzfehler aufmerksam, wie auf ausgeprägte Teillast in mittlerer und höherer Drehzahl und auf vermeidbare Bremsvorgänge bei höherer Geschwindigkeit.
Eine Aktualisierung des Durchschnittsverbrauchs in der Anzeige sollte während dem nächsten Stillstand oder neutraler Fahrerhandlungen erfolgen.
Es macht weiterhin Sinn, den Bremsvorgang als ursächlich für einen erhöhten Kraftstoffverbrauch zu betrachten und in der Verbrauchsanzeige durch einen positiven Korrekturwert zurückzumelden. Eine aktive Abbremsung bei relativ hoher Geschwindigkeit vernichtet ja kinetische Energie und verringert damit eine schon eingeplante, verbrauchsfreie Ausroll-Strecke für die während der Beschleunigung ja noch keine Anzeigenerhöhung erfolgte.
Bei stärkeren Bremseingriffen sollte evtl. keine oder nur eine geringe Anzeigeerhöhung zurückgemeldet werden, da dann von einem nichtoptionalen Fahreingriff ausgegangen werden kann, sowie dem Fahrer eine hohe Aufmerksamkeitsbeanspruchung unterstellt werden muss.
Allgemein können die drei vorgeschlagenen Anzeigeformate ER_Kr, SV_n und SV_k auch miteinander kombiniert werden. Sie könnten dabei gezielt durch den Fahrer abgefragt oder automatisch je nach Fahrsituation eingeblendet werden. So bietet die Fahrt auf einer Autobahn besonders die Anzeige von ER_Kr an, für die Überlandfahrt die beruhigte Streckenverbrauchsanzeige SV_n aus den nichtregenerativen Verbrauchsanteilen. Für den Stadtverkehr wiederum ist der korrigierte Durchschnittsverbrauchswert SV_k für eine Effizienzrückmeldung unter stark wechselnden Betriebsanforderungen besonders geeignet. Eine Kombination mit der klassischen Momentanverbrauchsanzeige erscheint dagegen wenig sinnvoll, da die neuen Formate einem sehr rational-ökonomischen Ansatz verfolgen und diesbezüglich alle Informationen und Rückmeldungen besser übermitteln. Eine Instruktion des Fahrers über die neuen Verfahren erscheint für eine hohe Akzeptenz der neuen Anzeigeformate unbedingt erforderlich.
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 102009039912 [0002]
DE 102008054703 [0003]
DE 102009039912 A1 [0043]

Claims

Verfahren zur Bestimmung und Anzeige eines zeitbezogenen Kraftstoffverbrauchs, Energieverbrauchs oder monetären Verbrauchs eines Land-, Luft- oder Wasserfahrzeugs, dadurch gekennzeichnet, dass dieser Anzeigewert die Einsparmöglichkeit bei verringerter Fahrgeschwindigkeit im Verhältnis zum dabei investierten zusätzlichen Zeitaufwand bzw. als die zeitbezogenen Kosten für die Aufrechterhaltung der aktuellen Fahrgeschwindigkeit quantifiziert.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Anzeigewert für jede Fahrgeschwindigkeit vorgegeben ist bzw. aus anderen Verbrauchswerten berechnet wird, wobei eine Korrektur dieses Anzeigewertes in Abhängigkeit externer Einflussfaktoren erfolgen kann.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Anzeigewert aus einer funktionalen Beziehung von Roll- und Strömungswiderstand von der Fahrgeschwindigkeit, sowie dem aktuellen Antriebs- und Motorwirkungsgrad berechnet wird, wobei a. die Anströmgeschwindigkeit permanent erfasst wird, b. die Parameter der angenommenen funktionalen Beziehung von Roll- und Strömungswiderstand von der Fahrgeschwindigkeit in regelmäßigen Abständen überprüft und aktualisiert werden, wofür eine Erfassung der Radleistung, der Fahrzeugbeschleunigung und der Fahrbahnsteigung erfolgt, c. der aktuelle Antriebs- und Motorwirkungsgrad entweder aus einem gespeicherten Motorkennfeld oder durch die Erfassung von Radleistung und Kraftstoff-Volumenstrom ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Anzeigewert während einer Fahrphase mit Leistungsabgabe des Motors, in welcher die Summe von potentieller und kinetischer Energieänderung des Fahrzeugs ungleich Null ist, eine Korrektur erfährt.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Anzeigewert während einer Fahrphase ohne Leistungsabgabe des Motors ebenfalls berechnet und angezeigt wird, wofür ein durchschnittlicher, vorangegangener oder erwarteter Antriebs- und Motorwirkungsgrad herangezogen wird, sowie aktuelle energetische Verlust wie Standgasverbrauch oder Motorschleppmoment mit in den Anzeigewert einfließen.
Verfahren nach Anspruch 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass im Anzeigewert zusätzlich zur Fahrzeit weitere Zeitaspekte, wie z. B. die Zeitdauer für das Aufnehmen von Energie oder Pausenzeiten Berücksichtigung findet.
Verfahren nach Anspruch 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass in die Berechnung des Anzeigewertes die dem aktuellen Punkt und Richtungsvektor der Fahrwiderstandskurve im Motorkennfeld entsprechende Änderungsrate des Motorwirkungsgrades Berücksichtigung findet.
Verfahren zur Bestimmung und Anzeige eines zeitbezogenen Kraftstoffverbrauchs, Energieverbrauchs oder monetären Verbrauchs eines Land-, Luft- oder Wasserfahrzeugs, dadurch gekennzeichnet, dass der Anzeigewert die Einsparmöglichkeit bei Motorlast mit einem höheren Wirkungsgrad gegenüber der aktuellen Motorlast quantifiziert, wobei a. dem Fahrer durch eine optische oder haptische Rückmeldung die Realisierung eines Betriebspunktes des Motors mit hohem Wirkungsgrad erleichtert wird, b. in Abhängigkeit dieses Anzeigewertes dem Fahrer entweder eine Beschleunigungsphase mit höherem Wirkungsgrad oder eine Rollphase ohne Motorleistung vorgeschlagen wird.
Verfahren zur automatischen Geschwindigkeitsregelung, dadurch gekennzeichnet, dass die Fahrgeschwindigkeit nach dem Anzeigewert aus Anspruch 2 bis 7 automatisch geregelt wird, wobei zusätzlich ein alternierender Wechsel zwischen Beschleunigungs- und Rollphasen automatisch realisiert werden kann.
Verfahren nach Anspruch 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Anzeigewert in einen streckenbezogenen Energieverbrauch umgerechnet bzw. als streckenbezogener Verbrauchswert direkt aus den Merkmalen von Anspruch 3 berechnet und angezeigt wird.
Verfahren zur Bestimmung und Anzeige eines streckenbezogenen Durchschnitts-Verbrauchswertes einer vergangenen Fahrepisode gekennzeichnet dadurch, dass dieser in Korrespondenz mit der aktuellen Fahrerhandlung korrigiert wird, wobei Vorzeichen und Betrag des Korrekturwertes in Abhängigkeit von der Effizienz der aktuellen Fahrerhandlung im Vergleich zur Effizienz fahrtechnisch ähnlicher Fahrerhandlungen gewählt werden.