DE102014222140A1

DE102014222140A1 - Verfahren zum Bewerten des momentanen Kraftstoffverbrauchs eines Kraftfahrzeugs

Info

Publication number: DE102014222140A1
Application number: DE102014222140.4A
Authority: DE
Inventors: Detlef Kuck; Martin Klubal; Ulf Kirchner
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2014-10-30
Filing date: 2014-10-30
Publication date: 2016-05-04

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bewerten des momentanen Kraftstoffverbrauchs eines Kraftfahrzeugs während einer Fahrt anhand von aktuell gemessenen Verbrauchsdaten sowie von Verbrauchsdaten, die während früherer Fahrten gewonnen und gespeichert wurden. Gemäß der Erfindung werden während jeder Fahrt fortlaufend auch Geschwindigkeitsdaten und Beschleunigungsdaten zu den Verbrauchsdaten gewonnen und gespeichert, und der Kraftstoffverbrauch wird anhand der Verbrauchsdaten während einer Vielzahl von Geschwindigkeits- und Beschleunigungsintervallen früherer Fahrten bewertet.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bewerten des momentanen Kraftstoffverbrauchs eines Kraftfahrzeugs während einer Fahrt anhand von aktuell gemessenen Verbrauchsdaten sowie von Verbrauchsdaten, die während früherer Fahrten gewonnen und gespeichert wurden, sowie ein zur Durchführung des Verfahren eingerichtetes Kraftfahrzeug gemäß den Oberbegriffen der unabhängigen Patentansprüche.
Automobilhersteller und deren Erstausrüster und Zulieferer unternehmen große Anstrengungen, kraftstoffeffizientere Antriebsstränge für Kraftfahrzeuge mit entsprechend geringerem CO₂-Ausstoß zu entwickeln. Einer der bedeutendsten Einflussfaktoren auf den Kraftstoffverbrauch ist aber der Fahrer und dessen Fahrweise. Um Fahrer zu einem energieeffizienten Verhalten zu bewegen, kann man ihnen während der Fahrt entsprechende Empfehlungen geben und/oder ein Verbesserungspotential bezüglich des Kraftstoffverbrauchs anzeigen und/oder die Energieeffizienz ihrer momentanen Fahrweise anzeigen.
So ist aus der EP 2 343 208 A1 ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 bekannt. Hierin werden Verbrauchsdaten zu schon gefahrenen Routen gespeichert und benutzt, um neue Fahrten im Hinblick auf energiesparende Fahrweise zu bewerten und die Bewertungsergebnisse dem Fahrer anzuzeigen. Es können nur Fahrten untereinander bewertet werden sowie nur Aktionen, die in der Vergangenheit (> ca. 30 s) liegen.
Ein gattungsgemäßes Verfahren ist auch aus der US 2012/0035843 A1 bekannt. Auch hier werden Verbrauchsdaten zu schon gefahrenen Routen gespeichert und benutzt, um neue Fahrten im Hinblick auf energiesparende Fahrweise zu bewerten und die Bewertungsergebnisse dem Fahrer anzuzeigen. Auch hier können nur Fahrten untereinander bewertet werden, d. h., für neu befahrene Routen ist keine Bewertung möglich.
Ein gattungsgemäßes Verfahren ist auch aus der US 8 521 410 B2 bekannt. Hierin wird geprüft und gespeichert, wie der Fahrer sich in der Vergangenheit auf einem Routenabschnitt verhalten hat. War das Verhalten verbrauchsungünstig, wird der Fahrer beim nächsten Passieren dieses Routenabschnitts darauf aufmerksam gemacht, dass auf diesem Abschnitt Verbesserungspotential besteht.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, das bekannte Verfahren dahingehend auszugestalten, dass es auf unabhängig davon nutzbar ist, ob die gerade befahrene Route schon einmal befahren worden ist oder nicht.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren und eine Vorrichtung gemäß den unabhängigen Patentansprüchen gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.
Gemäß der Erfindung werden während jeder Fahrt fortlaufend auch Geschwindigkeitsdaten und Beschleunigungsdaten zu den Verbrauchsdaten gewonnen und gespeichert, und zwar unabhängig von irgendwelchen Routen, Routenabschnitten oder geografischen Positionen, und der Kraftstoffverbrauch wird anhand der Verbrauchsdaten während einer Vielzahl von Geschwindigkeits- und Beschleunigungsintervallen früherer Fahrten bewertet.
Auf diese Weise ergeben sich nach und nach Kraftstoffverbrauchsdaten für verschiedenste Situationen, anhand derer in jeder neuen Situation beurteilt werden kann, ob der Fahrer gerade energieeffizient fährt oder nicht, und wenn nicht, wie viel Kraftstoff er einsparen könnte.
Insbesondere wird in einer bevorzugten Ausführungsform nach und nach das Kraftstoffverbrauchsverhalten eines Kraftfahrzeugs in Abhängigkeit von Geschwindigkeit und Beschleunigung durch Antriebskraft bzw. Verzögerung durch Motorbremse oder Ausrollen im Leerlauf selbsttätig erlernt, ohne dass dafür eine Kenntnis des Fahrzeugtyps und der Kenngrößen von Antriebsmotor und Antriebsstrang erforderlich ist.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann sich auch selbsttätig an die unterschiedlichsten internen und externen Bedingungen und Gegebenheiten beim Führen eines Kraftfahrzeugs anpassen, ohne dass hierfür eine Vielzahl von zusätzlichen Sensoren benötigt werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform werden die Bewertungsergebnisse dazu verwendet, dem Fahrer während der Fahrt Empfehlungen im Hinblick auf eine energiesparende Fahrweise zu geben, insbesondere Empfehlungen im Hinblick auf Beschleunigung oder Verzögerung sowie für manuelle Getriebe im Hinblick auf Fahren im Leerlauf und Gangwechsel, um auf die wirtschaftlichste Weise die Fahrgeschwindigkeit zu wählen, zu beschleunigen und zu verzögern, und Gangwechsel zu optimieren. Dies beinhaltet auch Empfehlungen wie Fahren im Leerlauf und Verzögerung durch die Motorbremse.
In einer bevorzugten Ausführungsform werden die Bewertungsergebnisse auch dazu verwendet, ein Verbesserungspotential bezüglich Kraftstoffverbrauch (d. h., ein Kraftstoffeinsparpotential) oder ein Verbesserungspotential bezüglich der mit einer gegebenen Kraftstoffmenge erzielbaren Reichweite zu berechnen und dem Fahrer anzuzeigen.
In einer bevorzugten Ausführungsform werden die Bewertungsergebnisse auch dazu verwendet, dem Fahrer die Energieeffizienz seiner momentanen Fahrweise anzuzeigen.
Die Erfindung ermöglicht es, den Kraftstoffverbrauch und den CO₂-Ausstoß wirkungsvoll zu senken, weil sie Fahrer ermuntern, motivieren und trainieren kann, ihr Fahrverhalten entsprechend zu ändern. Damit trägt die Erfindung auch zur Sicherheit im Verkehr bei; Bremsenverschleiß wird durch selteneres und sanfteres Bremsen vermindert; und der Geräuschpegel von Kraftfahrzeugen wird durch flüssigeres Fahren gesenkt.
Zweckmäßig arbeitet das Verfahren mit einem sog. elektronischen Horizont zusammen, der eine Fahrsituationsvorschau und durch entsprechende Empfehlungen an den Fahrer eine optimal an eine kommende Situation angepasste Fahrstrategie ermöglicht.
Der elektronische Horizont kann auch mit digitalen Kartendaten, Radarinformationen, Kamerainformationen, Verkehrszeichenerkennung, Fahrzeug-zu-Fahrzeug-Kommunikation und/oder Fahrzeug-zu-Infrastruktur-Kommunikation für eine Vorauserkennung von Fahrsituationen kombiniert werden.
Es folgt eine Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnungen. Darin zeigen:
1 einen Überblick über ein Verfahren zum Fördern von energieeffizientem Verhalten beim Führen eines Kraftfahrzeugs; und
2 ein detaillierteres Blockdiagramm des in 1 veranschaulichten Verfahrens.

In 1 wird das Verfahren zum Fördern von energieeffizientem Verhalten beim Führen eines Kraftfahrzeugs, hierin auch Verfahren für energiesparende Fahrweise genannt, in einem Modul 1 durchgeführt, das von einem CAN-Bus 2 des Fahrzeugs die folgenden vier Gruppen von Größen empfängt:

EH ADASIS:	Elektronischer Horizont basierend auf digitalen Kartendaten gemäß dem Protokoll ADASIS v2.0 (ADASIS = Advanced Driver Assistance System).
TSR:	von einem System für Verkehrszeichenerkennung erkannte Gebote und Verbote.
Radar:	Per Radar erkannte vorausfahrende Fahrzeuge u. dgl.
Fahrzeugparameter:	momentane Fahrzeuggeschwindigkeit, zurückgelegte Strecke und Kraftstoffzufuhrmengen, Fahrzeug-zu Fahrzeug-Kommunikation, Fahrzeug-zu-Infrastruktur-Kommunikation, u.dgl.

Im Modul 1 werden die vom CAN-Bus 2 empfangenen Größen verarbeitet, um den Fahrer des Fahrzeugs über die Energieeffizienz seines Fahrverhaltens zu informieren, ihm Empfehlungen zu geben, wie er energiesparender fahren kann, und das entsprechende Verbesserungspotential zu berechnen und den Fahrer darüber zu informieren.
Diese Informationen werden über den CAN-Bus 2 an eine Mensch-Maschine-Schnittstelle (HMI) 3 gesendet, welche die Informationen dem Fahrer auf einem Display 4 anzeigt, vorzugsweise in Form einer Grafik, in diesem Beispiel mit einem stilisierten Stück Straße in einer Farbe, die den momentanen Energieeffizienzgrad intuitiv erfassbar macht, einer stilisierten Empfehlung, den Fuß vom Fahrpedal zu nehmen, und des Grundes dafür, hier eine als ein Verkehrszeichen dargestellte Linkskurve 300 Meter voraus. Diese Informationen können auch zur Ansteuerung eines haptischen Gaspedals oder eines anderen Fahrerassistenzsystems verwendet werden.
Das im Modul 1 durchgeführte Verfahren wird nun anhand von 2 detaillierter beschrieben, worin es in Teilverfahren unterteilt ist, die in getrennten Blöcken durchgeführt werden, die jeweils Eingangs- und Ausgangs-Schnittstellen aufweisen. Dies erlaubt einen strukturierteren Verfahrensablauf.
In einem Block 5 wird der elektronische Horizont (EH) rekonstruiert, indem die auf dem ADASIS-Protokoll basierenden Eingangsgrößen extrahiert, übersetzt und in periodischen Intervallen an einen Block 6 ausgegeben werden.
In diesem Beispiel werden im Block 5 anhand des wahrscheinlichsten Weges (MPP; Most Probable Path), den das Fahrzeug nehmen wird, Listen von momentanen und kommenden Geschwindigkeitsbeschränkungen, Kurven, Kreuzungen (in Abschnitten entlang des MPP, insbesondere die nächste Kurve, die wesentliches Verlangsamen erfordert), Straßenneigungen (d. h. Steigungen und Gefälle), Stopp-Zeichen, und evtl. Straßenkategorien extrahiert, übersetzt und ausgegeben.
Eine Situationserkennung im Block 6 liefert anhand der vorgenannten Listen, der TSR- und Radar-Informationen sowie vorgespeicherter Situationsszenarien eine kommende relevante Situation in Form einer Distanz zu der kommenden Situation, einer zu der Distanz passenden Sollgeschwindigkeit, einer dementsprechend maximal erlaubten Fahrzeug-Längsbeschleunigung und eines Grundes, der aus der Kategorie der kommenden Situation folgt.
Ein Block 7 verwendet Werte der Fahrzeugverzögerung in Fahrtrichtung für ein Echtzeit-Verzögerungsmodell in Abhängigkeit von den Fahrzeugparametern Fahrzeuggeschwindigkeit und Längsverzögerung sowie der im Block 5 erhaltenen Straßenneigung. (Dabei liefert Differentiation der Fahrzeuggeschwindigkeit die Längsbeschleunigung, d. h. die Fahrzeugbeschleunigung in Fahrzeuglängsrichtung, die bei negativen Werten eine Verzögerung ist.)
Das im Block 7 gewonnene Modell wird zum Schätzen des Ausrollverhaltens des Fahrzeugs verwendet, um vor entsprechenden kommenden Situationen die richtigen Empfehlungen zu geben, und der Block 7 gibt eine Verzögerungsvorhersage als Funktion der momentanen Fahrzeuggeschwindigkeit und eines Straßenneigungsprofils aus.
Ein Block 8 empfängt vom CAN-Bus 2 die Fahrzeuggeschwindigkeit und die Kraftstoffzufuhrmenge in Form von sukzessiven Kraftstoffzufuhrimpulsen und liefert Informationen über den momentanen Kraftstoffverbrauch zeitbasiert oder distanzbasiert.
Ein Block 9 empfängt vom CAN-Bus 2 die Fahrzeuggeschwindigkeit sowie vom Block 8 den momentanen Kraftstoffverbrauch in Liter pro 100 km oder Liter pro Zeiteinheit, sammelt diese Werte und berechnet Verteilungsparameter wie Mittelwert und Standardabweichung für vorgegebene Intervalle von Geschwindigkeit und Beschleunigung bzw. Verzögerung.
Die berechneten Verteilungsparameter, die historische Verbrauchsdaten bilden, ändern sich mit jeder Eingabe eines gemessenen Kraftstoffverbrauchs in Echtzeit.
Der Block 9 gibt eine Matrix von Verteilungsparametern für unterschiedliche Intervalle von Geschwindigkeit und Beschleunigung aus.
Ein Block 10 empfängt die Ausgangsgrößen der Blöcke 6 und 7 und bestimmt eine optimale Strategie für die momentane und die kommende Situation durch Simulation anhand mehrerer Modellsituationen, welche umfassen, ob der Fahrer einem vorausfahrenden Fahrzeug folgen sollte, das Fahrzeug auf eine optimale Geschwindigkeit verzögern oder beschleunigen sollte oder Motorbremse oder Ausrollen im Leerlauf nutzen sollte.
Der Block 10 gibt an einen Block 11 eine Empfehlung für die optimale Geschwindigkeit und/oder Beschleunigung bzw. Verzögerung in der momentanen Fahrzeugposition sowie ggf. eine Empfehlung aus, das Fahrzeug zu verzögern, wenn die kommende Situation Motorbremsung oder Ausrollen im Leerlauf verlangt.
Der Block 11 fügt dem einen passenden Grund hinzu und gibt dies über den CAN-Bus 2 an die HMI 3 (1) aus, welche diese Informationen in geeigneter Form auf dem Display 4 anzeigt. Diese Informationen können auch zur Ansteuerung eines haptischen Gaspedals oder eines anderen Fahrerassistenzsystems verwendet werden.
Ein Block 12 empfängt die Matrix von Verteilungsparametern vom Block 9 und die optimale Geschwindigkeit und Beschleunigung bzw. Verzögerung in der momentanen Fahrzeugposition vom Block 10, womit sich eine Nachschlagtabelle für das Kraftstoffeinsparpotential ergibt.
Ein Block 13 empfängt die zeitbasierten oder distanzbasierten Informationen über den momentanen Kraftstoffverbrauch vom Block 8 sowie entsprechende Werte aus der Nachschlagtabelle vom Block 12, ermittelt daraus ein Kraftstoffeinsparpotential in Liter pro 100 km oder Liter pro Zeiteinheit und gibt dieses an den CAN-Bus 2 aus.
Ein Block 14 empfängt vom Block 6 die Fahrzeug-Sollgeschwindigkeit und die maximal erlaubte Fahrzeug-Längsbeschleunigung zu der momentanen Situation und einer relevanten kommenden Situation sowie vom Block 9 die historischen Verbrauchsdaten.
Daraus ergibt sich eine Nachschlagtabelle, der in Übereinstimmung mit der momentanen/kommenden Situation historische Verbrauchsdaten auf Basis der Sollgeschwindigkeit und erlaubten Beschleunigung entnommen werden, um einen maximal erlaubten Kraftstoffverbrauch auf Basis des momentan erlaubten Fahrerverhaltens zu ermitteln.
Ein Block 15 empfängt vom Block 8 den momentanen Kraftstoffverbrauch und vom Block 14 den maximal erlaubten Kraftstoffverbrauch für die momentane/kommende Situation und ermittelt daraus ein Maß für die Energieeffizienz des Fahrverhaltens des Fahrers, welches über den CAN-Bus 2 an die HMI 3 (1) ausgegeben wird und zu einer passenden Farbgebung eines Elements auf der Anzeige auf dem Display 4 führt, um dem Fahrer die Energieeffizienz seines momentanen Fahrstils vor Augen zu führen.
Obwohl das obige Ausführungsbeispiel anhand eines Kraftfahrzeugs mit Verbrennungsmotor erläutert wurde, wofür das Verfahren besonders gut geeignet ist, erkennt der Fachmann, dass das Verfahren auch auf Fahrzeuge mit Elektromotor als ergänzendem oder alleinigen Antriebsmotor entsprechend angewendet werden kann. Der Begriff Kraftstoff, wie hierin verwendet, ist daher in einem ganz allgemeinen Sinn zu verstehen und kann auch gespeicherte elektrische Energie oder irgendeinen anderen Energieträger umfassen.
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

EP 2343208 A1 [0003]
US 2012/0035843 A1 [0004]
US 8521410 B2 [0005]

Claims

Verfahren zum Bewerten des momentanen Kraftstoffverbrauchs eines Kraftfahrzeugs während einer Fahrt anhand von aktuell gemessenen Verbrauchsdaten sowie von Verbrauchsdaten, die während früherer Fahrten gewonnen und gespeichert wurden, dadurch gekennzeichnet, dass während jeder Fahrt fortlaufend auch Geschwindigkeitsdaten und Beschleunigungsdaten zu den Verbrauchsdaten gewonnen und gespeichert werden und dass der Kraftstoffverbrauch anhand der Verbrauchsdaten während einer Vielzahl von Geschwindigkeits- und Beschleunigungsintervallen früherer Fahrten bewertet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mit dem Verfahren nach und nach das Kraftstoffverbrauchsverhalten eines Kraftfahrzeugs erlernt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass mit dem Verfahren nach und nach das Verzögerungsverhaltenverhalten eines Kraftfahrzeugs erlernt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bewertungsergebnisse dazu verwendet werden, dem Fahrer während der Fahrt Empfehlungen im Hinblick auf eine energiesparende Fahrweise zu geben.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Empfehlungen im Hinblick auf eine energiesparende Fahrweise unter Berücksichtigung von kommenden Situationen gegeben werden, die unter Berücksichtigung eines wahrscheinlichsten Weges ermittelt werden, den das Fahrzeug voraussichtlich nehmen wird.
Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass dem Fahrer zusätzlich zu den Empfehlungen der Grund für die Empfehlungen mitgeteilt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bewertungsergebnisse dazu verwendet werden, ein Verbesserungspotential bezüglich Kraftstoffverbrauch oder bezüglich der mit einer gegebenen Kraftstoffmenge erzielbaren Reichweite zu berechnen und dem Fahrer anzuzeigen.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bewertungsergebnisse dazu verwendet werden, dem Fahrer die Energieeffizienz seiner momentanen Fahrweise anzuzeigen.
Kraftfahrzeug, dadurch gekennzeichnet, dass das Kraftfahrzeug dafür eingerichtet ist, das Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche durchzuführen.