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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Optimierung der Fahrt eines Kraftfahrzeugs auf einer Fahrstrecke gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.
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Der Einsatz von immer leistungsfähigeren Steuergeräten und Sensoren in Kraftfahrzeugen, insbesondere Straßenkraftfahrzeugen, wie sie die vorliegende Erfindung besonders betrifft, ermöglicht zum einen eine zunehmend detailliertere Bewertung des Kraftstoff- beziehungsweise Energieverbrauchs des Kraftfahrzeugs und ermöglicht ferner Steuereingriffe, insbesondere bei der Ansteuerung des Antriebsmotors oder des Getriebes, um den Kraftstoff- und Energieverbrauch zu optimieren.
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Einen maßgeblichen Einfluss auf den Kraftstoffverbrauch hat jedoch der Fahrer. So hängen der aktuelle und der Durchschnittsverbrauch davon ab, in welchem Ausmaß der Fahrer das Fahrzeug beschleunigt und wie vorausschauend er das Fahrzeug steuert. Der Einfluss des Fahrers ist dabei so groß, dass technische Fortschritte bei der Reduzierung des Durchschnittskraftstoffverbrauchs jüngerer Fahrzeuge sich in der Praxis mitunter kaum auswirken und die tatsächlichen Verbrauchswerte weit oberhalb der theoretischen Verbrauchswerte liegen.
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Um den Einfluss des Fahrers und von besonderen Umständen auf den Kraftstoff- und Energieverbrauch und andere Auswirkungen besser bewerten zu können, wurden verschiedene Maßnahmen vorgeschlagen. Beispielsweise offenbart
DE 10 2004 002 493 A1 eine Betriebsdatenerfassung zur Bewertung des Fahrstreckenverhaltens eines Kraftfahrzeugs. Dabei wird beispielsweise die Durchschnittsgeschwindigkeit, Maximalgeschwindigkeit, Stoppzeit und der Anzahl der Wechsel zwischen Fahrpedal- und Bremspedalbetätigungen den Fahrstreckenabschnitten zwischen zwei Fahrzeugstopps zugeordnet. Mit Hilfe dieser Informationen kann dann ein Fuhrparkbetreiber einen Fahrplan beziehungsweise eine Fahrstrecke optimieren.
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DE 10 2004 002 492 B4 offenbart eine Betriebsdatenerfassung zur Bewertung der thermischen Bauteilbelastung von Kraftfahrzeugkomponenten. Hierbei wird nicht nur die Temperatur von Kraftfahrzeugkomponenten oder eines Betriebsmediums berücksichtigt, sondern auch die erfassten Aufheizspannen und Abkühlspannen. Das Verfahren erfolgt Onboard und die Datenerfassung kann durch eine Datenspeicherung mittels des Getriebesteuergerätes erfolgen.
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DE 10 2004 002 496 B4 offenbart ein weiteres Betriebsdatenerfassungsverfahren zur Bewertung des Energie- oder Kraftstoffverbrauchs von motorbertriebenen Kraftfahrzeugen. Hierbei werden im Wesentlichen die Stillstandszeiten mit laufendem Antriebsmotor in die Bewertung einbezogen. Auch hier wird vorgeschlagen, die entsprechenden aus der Bewertung resultierenden Daten im Getriebesteuergerät zu speichern.
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DE 10 2004 002 495 A1 beschreibt ein Betriebsdatenerfassungsverfahren zur Bewertung des Antriebsenergieverbrauchs von motorbetriebenen Kraftfahrzeugen bei Berücksichtigung des Fahrerverhaltens. Die Bewertung erfolgt beispielsweise anhand der Anzahl von Stopps pro Kilometer oder anhand der Durchschnittsgeschwindigkeit. Es wird vorgeschlagen, den Kraftstoffverbrauch zweier Fahrzeuge zu vergleichen, welche mit einer nahezu identischen Anzahl von Stopps pro Kilometer und einer identischen Durchschnittsgeschwindigkeit dieselbe Strecke zurückgelegt haben, weil es entscheidend für den Kraftstoffverbrauch ist, ob diese Strecke dynamisch oder vorausschauend durchfahren worden ist. Ferner wirkt sich die Häufigkeit von Lastwechseln auf den Fahrkomfort aus, was wiederum beim Transport von Fahrgästen wichtig ist. Die Daten können wiederum im Getriebesteuergerät gespeichert werden.
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DE 100 55 795 A1 offenbart ein Verfahren zur Bestimmung des Kraftstoffverbrauchs in Kraftfahrzeugen, wobei der Kraftstoffverbrauch aus den aktuellen Betriebsdaten und Kenndaten der Verbrennungskraftmaschine bestimmt wird, und wobei mindestens die aktuelle Einspritzmenge ermittelt wird und aus dieser das momentan indizierte, von der Verbrennungskraftmaschine abgebbare Moment ermittelt wird.
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WO 2011/154082 A1 beschreibt ein Verfahren zur Einstellung von Schaltpunkten in einem Getriebe oder zur Erhöhung des Drehmoments einer elektrischen Antriebsmaschine, wobei eine im Getriebe vorgesehene Kick-Down-Funktion selektiv zu- und abgeschaltet wird, in Abhängigkeit verschiedener festgestellter Randbedingungen, beispielsweise der aktuellen Fahrbahnneigung, der aktuellen Geschwindigkeit und der aktuellen Fahrzeugbeschleunigung.
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DE 10 2008 040 284 A1 offenbart ein Verfahren zum Erfassen von vorbestimmten Daten während des Betriebs eines Kraftfahrzeugs, wobei die erfassten Daten fahrerabhängig erfasst und ausgewertet werden. In Abhängigkeit der Bewertung der Fahrweise können dem betreffenden Fahrer Optimierungshinweise ausgegeben werden.
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Die ermittelte Fahrweise jedes Fahrers oder von dem jeweiligen Fahrer gewünschte Funktionen oder Einstellungen können auf einem internen Speichermedium oder einem externen Speichermedium abgelegt werden. Somit ist es möglich, dass vor Fahrbeginn die persönliche Fahrweise oder von dem jeweiligen Fahrer gewünschte Funktionen oder Einstellungen über das Speichermedium an das Steuergerät des Fahrzeuges übertragen werden können. Die jeweils für einen Fahrer ermittelte Fahrweise kann an eine vorbestimmte Wunschfahrweise, an eine Fahrstrecke oder eine Ladung angepasst werden. Die Daten können mittels eines zentralen Gerätes abgespeichert und übertragen werden, wobei die Datenübertagung schnurlos zwischen dem zentralen Gerät und einem externen Steuergerät durchgeführt wird.
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DE 10 2008 040 284 A1 beschreibt ferner die Möglichkeit, dass ein Fuhrparkunternehmen bestimmte Wunschverhalten für die Fahrer festlegen kann, zum Beispiel bezüglich einer kraftstoffsparenden Fahrweise oder einer zeitoptimierten Fahrweise. Diese Wunschverhalten können ebenfalls auf einem Speichermedium hinterlegt beziehungsweise vorgegeben werden, sodass die Fahrzeuge individualisiert werden können. Die Individualisierung kann auch in Abhängigkeit der Fahrstrecke, der Ladung oder dem jeweiligen Kunden erfolgen.
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Die Individualisierung des jeweiligen Fahrzeugs hat den Vorteil, dass ein Fahrer, der das Fahrzeug wechselt, immer das gleiche Fahrzeugverhalten erfährt. Die streckenabhängige Individualisierung ermöglicht beispielsweise, dass die schnelle Schaltdynamik bei der Getriebesteuerung abgeschaltet wird und mit einer etwas längeren Schaltzeit geschaltet wird, wenn es sich bei der Fahrstrecke um eine Ebene handelt, sodass die Fahrt komfortabler wird.
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Ferner ist es möglich, bei einer bekannten Fahrstrecke einen optimalen Datensatz für das Befahren dieser Fahrstrecke zu ermitteln und dann im Fahrzeug zu speichern beziehungsweise in das Fahrzeug einzulesen. Hat beispielsweise ein Fahrer für eine Fahrstrecke beziehungsweise für einen Fahrzeugtyp eine optimale Fahrweise herausgefahren, kann dieser Datensatz für weitere Fahrer hinterlegt beziehungsweise kopiert werden.
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Die Individualisierung des Fahrzeugs in Abhängigkeit des Fahrstils erfolgt vorzugsweise durch Ansteuerung des Motors und des Getriebes.
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Die streckenabhängige Einstellung ermöglicht ferner, dass das Fahrzeug kurz vor dem Stillstand, zum Beispiel vor einer Ampel oder vor Kreuzungen, ausrollen kann, ohne dass die Fußbremse eingesetzt werden muss. Ferner kann der Einsatz einer Dauerbremse optimiert werden.
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DE 10 2010 048 325 A1 befasst sich ebenfalls mit der Bewertung der Fahrweise eines Fahrzeugführers von Kraftfahrzeugen, insbesondere von Nutzfahrzeugen. Dabei wird dem Fahrer in Abhängigkeit einer Fahrstilbewertung eine Information angezeigt, wobei die Anzeige einen Lernfortschritt des Fahrers berücksichtigt, um den Fahrer zu motivieren vom System vorgeschlagene Änderungen zu akzeptieren, sodass eine besonders verbrauchsfreundliche und verschleißreduzierende Fahrweise erreicht werden kann.
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DE 10 2011 117 025 A1 offenbart ein Verfahren zum Steuern des Betriebs eines Fahrzeugs, wobei das Fahrzeug eine Fahrzeugsteuerung, Motorsteuerung und Getriebesteuerung aufweist, sodass der Antrieb des Fahrzeugs selbst oder der Antrieb oder die Betätigung von im Fahrzeug vorgesehenen Nebenaggregaten in Abhängigkeit bestimmter Steuerungsgrößen durch Variation von Stellgrößen gesteuert werden kann.
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Das Dokument geht dabei aus von bekannten Steuerungsverfahren, welche die Beschaffenheit, insbesondere Topographie der Strecke berücksichtigen, welche das Fahrzeug ausgehend von seiner aktuellen Position als nächstes zurücklegen wird, sodass die Steuerung entsprechend optimiert werden kann, beispielsweise durch Adaptierung von Schaltprogrammen. Es wird vorgeschlagen, die Position des Fahrzeugs fortlaufend zu erfassen und zusammen mit entsprechend zugeordneten Betriebsdaten des Fahrzeugs zu speichern. Damit kann die Steuerung des Betriebs des Fahrzeugs bei einem späteren Durchfahren derselben Position in Abhängigkeit der gespeicherten Betriebsdaten ausgeführt werden, sozusagen das beste Fahrverhalten für eine bestimmte Strecke erlernt werden.
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Das gespeicherte Streckenprofil ermöglicht für zukünftige Fahrten den optimierten Betrieb des Fahrzeugs, beispielsweise im Hinblick auf den Kraftstoffverbrauch oder die Emissionen des Fahrzeugs. Auch ist es möglich, die Kenntnis des bevorstehenden Streckenabschnitts für Funktionen wie zum Beispiel den sogenannten Segelbetrieb zu verwenden oder gezielt ein Motorschleppmoment zu nutzen, um das Fahrzeug abzubremsen. Somit eignet sich das Verfahren besonders für Linienfahrzeuge, wie Linienbusse, welche über den Großteil ihrer Lebensdauer wiederholt über dieselben Fahrstrecken bewegt werden.
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Neben den zuvor genannten Größen können weitere im Fahrzeug zur Verfügung stehende Größen herangezogen werden, beispielsweise der Schließzustand der Türen, um die üblichen, sich wiederholt einstellenden Randbedingungen für das Fahrzeug auf bestimmten Strecken optimal zu erfassen und zukünftig zur Optimierung der Fahrzeugsteuerung heranzuziehen.
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DE 10 2005 025 271 A1 offenbart ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Klassifizierung der Fahrweise eines Fahrers in einem Fahrzeug. Dabei werden fahrweisenindikative Messgrößen aufgenommen, welche zur Ermittlung von Fahrweisenkenngrößen ausgewertet und gespeichert werden, und die Fahrweisenkenngrößen des Fahrers werden über Kommunikationsverbindungen mit anderen Fahrzeugen oder einer Zentrale ausgetauscht.
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Mindestens zwei Fahrzeuge sind einem Fahrzeugkollektiv fest zugeordnet und die Fahrweisenkenngrößen des jeweiligen Fahrers der mindestens zwei Fahrzeuge des mindestens einen Fahrzeugkollektivs werden zur Ermittlung einer Fahrerrangliste miteinander verglichen und die Fahrerrangliste wird ausgegeben, entweder in einer Zentrale oder auch in den Fahrzeugen. Bei der Ausgabe können auch die Fahrweisenkenngrößen in Punkte umgerechnet werden und die vom Fahrer erzielten Punkte als positive oder negative Punktzahl im Vergleich zu allen Fahrern des zugehörigen Fahrzeugkollektivs angezeigt werden.
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Obwohl somit verschiedene Ansätze bekannt sind, um den Fahrer eines Kraftfahrzeugs besonders bei der Personenbeförderung im öffentlichen Personenverkehr zu einer verbrauchsarmen, komfortablen Fahrweise zu motivieren und ferner Steuereingriffe in die Fahrzeugsteuerung vorgesehen werden, um diese gewünschte Fahrweise zu optimieren, besteht der Bedarf, die Fahrt eines entsprechenden Kraftfahrzeugs, beispielsweise eines Busses, auf einer Fahrstrecke weiter hinsichtlich einer ökonomischen und komfortablen Fahrweise zu verbessern.
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Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Optimierung der Fahrt eines Kraftfahrzeugs auf einer Fahrstrecke anzugeben, das in der Praxis noch bessere Ergebnisse als die bekannten Verfahren erzielt.
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Die erfindungsgemäße Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst. In den abhängigen Ansprüchen sind vorteilhafte und besonders zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung angegeben.
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Beim erfindungsgemäßen Verfahren zur Optimierung der Fahrt eines Kraftfahrzeugs auf einer Fahrstrecke ist das Kraftfahrzeug mit Sensoren versehen, welche aktuelle lokale Zustandsgrößen des Fahrzeugs, der Fahrstrecke, auf welcher sich das Fahrzeug gerade befindet, oder einer Fahrzeugumgebung erfassen. Zu den erfassten Zustandsgrößen des Fahrzeugs gehören typischerweise Größen wie die Fahrzeuggeschwindigkeit, die Beschleunigung und/oder der aktuelle Kraftstoffverbrauch. Zu den lokalen Zustandsgrößen der Fahrstrecke, also dem Streckenabschnitt der Fahrstrecke, den das Fahrzeug gerade überfährt, gehören typischerweise Größen wie die Steigung, die Fahrbahnbeschaffenheit und/oder das Ausmaß von Feuchtigkeit auf der Fahrstrecke. Zu den lokalen Zustandsgrößen der Fahrzeugumgebung gehören typischerweise Größen wie der Abstand zu einem vorausfahrenden Fahrzeug, die Verkehrsdichte, die Anzahl von Fahrspuren und/oder die Art der gerade befahrenen Straße, das heißt die Unterscheidung nach Überlandstraße, Autobahn oder innerörtlicher Straße.
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Erfindungsgemäß ist eine Sendeeinheit im Kraftfahrzeug vorgesehen, welche die erfassten aktuellen lokalen Zustandsgrößen an eine zentrale Recheneinheit außerhalb des Kraftfahrzeugs übermittelt. Die zentrale Recheneinheit wertet die übermittelten lokalen Zustandsgrößen aus und sendet in Abhängigkeit von dieser Auswertung Daten an das Kraftfahrzeug zurück. Der Datenversand zwischen der zentralen Recheneinheit und der lokalen Recheneinheit kann in Echtzeit oder periodisch mit beliebigem Intervall erfolgen. Weiterhin kann die zentrale Recheneinheit auch ein Update der lokalen Recheneinheit anstoßen, um beispielsweise dessen Funktionalität zu verbessern.
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Die zurückgesendeten Daten umfassen Steuerungsdaten zur Ansteuerung eines Antriebsmotors und/oder Getriebes des Kraftfahrzeugs. Durch Ansteuern des Antriebsmotors und/oder Getriebes mit diesen Steuerungsdaten wird die Fahrt des Kraftfahrzeugs angepasst und/oder einem Fahrer des Kraftfahrzeugs werden in Abhängigkeit dieser Steuerungsdaten Vorgabedaten zur Ansteuerung des Antriebsmotors und/oder Getriebes angezeigt. Die Abhängigkeit kann auch darin liegen, dass die Steuerungsdaten unmittelbar als Vorgabedaten angezeigt werden.
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Durch das erfindungsgemäße Verfahren werden somit nicht nur wie bisher Daten verschiedener Kraftfahrzeuge zentral ausgewertet und miteinander verglichen, um beispielsweise eine Fahrerrangliste zu erstellen, die, wenn sie dem Fahrer zugängig ist, dann zu einem Motivationsschub für den Fahrer führen kann. Sondern dadurch, dass die Auswertung der im Fahrzeug erfassten lokalen Zustandsgrößen dazu verwendet wird, unmittelbar oder über den Fahrer gezielt in die Fahrzeugsteuerung einzugreifen, kann eine noch weitgehendere Optimierung der Fahrt erzielt werden. Diese Optimierung geht auch über die bisher vorgeschlagene Onboard-Optimierung hinaus, nach der lokale im Kraftfahrzeug vorgesehene Steuergeräte erfasste lokale Umgebungsdaten oder Fahrzeugdaten verarbeiten und zur Ansteuerung des Kraftfahrzeugs verwenden, weil die zentrale Recheneinheit zum einen mit einer viel größeren Rechenleistung versehen werden kann, als diese den im Fahrzeug vorhandenen Steuergeräten zur Verfügung steht, und weil aufgrund dieser zur Verfügung stehenden Leistung der zentralen Recheneinheit viel mehr Parameter und Randbedingungen nicht nur von dem zu steuernden Fahrzeug, sondern auch von anderen Systemen oder Fahrzeugen berücksichtigt werden können, um eine optimale Ansteuerung des Kraftfahrzeugs auf der Fahrstrecke zu erreichen. Die an Bord befindlichen Steuergeräte des zu steuernden Kraftfahrzeugs müssen hingegen nur noch die empfangenen Steuerungsdaten als Stellgrößen umsetzen, ohne selbst die rechenintensive Auswertung der aktuellen lokalen Zustandsgrößen des Fahrzeugs oder von anderen globalen Zustandsgrößen vornehmen zu müssen.
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Die bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Verfügung stehende Rechenleistung der zentralen Recheneinheit, wobei es sich bei der zentralen Recheneinheit nicht um einen einzelnen Computer oder Server handeln muss, sondern die zentrale Recheneinheit auch durch eine Gruppe von Computern oder Servern ausgebildet werden kann, wobei beispielsweise eine internetbasierte Cloud-Lösung in Betracht kommt und die zentrale Recheneinheit durch die Cloud gebildet wird, ermöglicht die Berücksichtigung und Bewertung besonders vieler lokaler und insbesondere globaler Randbedingungen bei der Optimierung der Fahrt des Kraftfahrzeugs auf seiner Fahrstrecke. Damit kann ein sehr gut abgestimmter Steuereingriff in die Ansteuerung des Antriebsmotors und/oder Getriebes erfolgen.
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Beispielsweise kann beim Anfahren eines Haltepunktes, egal ob es sich dabei um einen voraussehbaren und erfassbaren Halt aufgrund eines Verkehrszeichens, einer erkannten Verkehrssituation oder an einer Haltestelle handelt, wobei die Erfassung all dieser Situationen vorteilhaft berücksichtigt wird, das Kraftstoffeinsparpotenzial dadurch vergrößert werden, dass das Anfahren mit einer gezielten in Abhängigkeit der erfassten Zustände ausgewählten Kombination aus Schubbetriebs- und Segelbetriebsphasen erfolgt. Im Segelbetrieb kann ein Pulse-and-Glide-Verfahren angewendet werden, bei welchem das Fahrzeug nicht auf einer konstanten Geschwindigkeit gehalten wird, sondern innerhalb einer Hysterese auf eine etwas größere Geschwindigkeit als gewünscht beschleunigt wird, um dann zu segeln, bis die Geschwindigkeit auf eine Mindestgrenze gefallen ist. Anschließend kann das Fahrzeug dann wieder auf die etwas größere Geschwindigkeit beschleunigt werden usw.
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Wenn das Fahrzeug im öffentlichen Personenverkehr bewegt wird, so kann zum Beispiel berücksichtigt werden, ob das Fahrzeug zu einem bestimmten Zeitpunkt an einem bestimmten Ziel sein soll oder möchte. Beispielsweise muss ein Busfahrer im Linienverkehr eine bestimmte Haltestelle zu einem bestimmten Zeitpunkt erreichen. Auf der anderen Seite soll das Fahrzeug möglichst verbrauchsgünstig bewegt werden. Somit kann gemäß einer Ausführungsform der Erfindung eine Priorisierung der verschiedenen berücksichtigten Vorgaben oder Wünsche erfolgen und in der Ansteuerung des Antriebsmotors und/oder Getriebes werden die Vorgaben und Wünsche entsprechend der vorgegebenen Priorisierung gewichtet, beispielsweise mittels eines entsprechend zugeordneten Faktors, der bestimmt, in welchem Ausmaß eine Vorgabe umgesetzt wird. Im Linienverkehr kann zum Beispiel das wichtigste Kriterium die Pünktlichkeit sein, mit einer entsprechend hohen Gewichtung. Fährt das Kraftfahrzeug dem gewünschten Fahrplan hinterher, so wird die Steuerung derart geändert, dass der zeitliche Rückstand aufgeholt werden kann, beispielsweise dadurch, dass eine vergleichsweise stärkere Beschleunigung des Fahrzeugs eingestellt wird, auch wenn dies zu Lasten des gewünschten verbrauchsarmen Fahrens geht. Liegt das Fahrzeug hingegen in der Zeit vor seinem Fahrplan, so kann die maximal zulässige Beschleunigung oder Geschwindigkeit gedrosselt werden, bis die Pünktlichkeit wieder hergestellt ist. Das Verfahren kann daher vorteilhaft die aktuelle Raum-Zeit-Position des Kraftfahrzeugs in Kombination mit den zu erwartenden Beeinflussungen durch die aktuelle Verkehrssituation auf der dem Kraftfahrzeug voraus liegenden Fahrstrecke mit rein ökonomischen Betrachtungen abwägen und in die Steuerungsdaten einfließen lassen.
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Kraftfahrzeuge unterscheiden sich in ihrer Auslegung voneinander. So weisen die Antriebsmotoren verschiedene Leistungen und Kennfelder auf. Die effizienteste Fahrweise eines Kraftfahrzeugs ist somit auch von der jeweiligen Fahrzeugauslegungen abhängig. Je nach Auslegung ist es sinnvoll, die Zielgeschwindigkeit schneller zu erreichen, um möglichst lange mit einer konstanten Drehzahl zu fahren, oder, sollte die aktuell benötigte Geschwindigkeit für das vorhandene Fahrzeug kein Optimum darstellen, eine vergleichsweise geringere Beschleunigung zu wählen, um die Zielgeschwindigkeit langsamer zu erreichen. Die Fahrzeugauslegung mit den dazugehörigen Kennfeldern, insbesondere dem Leistungs-Verbrauchs-Kennfeld des Antriebsmotors, kann somit eine wichtige Randbedingung für die Berechnung der idealen Geschwindigkeit beziehungsweise Beschleunigung sein. Demgemäß ist es vorteilhaft, wenn solche Randbedingungen in einer Datenbank hinterlegt werden, auf welche die zentrale Recheneinheit Zugriff hat.
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Bevorzugt ist daher vorgesehen, dass die zentrale Recheneinheit bei der Auswertung der übermittelten Zustandsgrößen weitere in einer Datenbank hinterlegte Datenbankwerte und/oder aktuell von anderen Kraftfahrzeugen oder außerhalb des Kraftfahrzeugs vorgesehenen globalen Sensoren erfasste und an die zentrale Recheneinheit übermittelte aktuelle globale Zustandsgrößen berücksichtigt.
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Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung können die genannten Randbedingungen, beispielsweise das Leistungs-Verbrauchs-Kennfeld, auch durch das Fahrzeug erlernt werden, sodass das für ein bestimmtes Fahrzeug hinterlegte Kennfeld anhand von erfassten Zustandsgrößen an die tatsächliche Situation angepasst werden kann. Das Erlernen kann insbesondere auf einer wiederholt mit dem Kraftfahrzeug durchfahrenen Strecke erfolgen, sodass bei einem späteren erneuten Durchfahren der Strecke die erlernten Randbedingungen für eine optimierte Steuerung verwendet werden können.
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Auch wenn durch das erfindungsgemäße Verfahren eine sehr weitgehende Optimierung der Steuerung des Kraftfahrzeugs auf einer Fahrstrecke möglich ist, so ist das Kraftfahrzeug nicht zwangsläufig das wirtschaftlichste auf der vorgesehenen Fahrstrecke. Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist daher vorgesehen, dass aus den erfassten aktuellen lokalen Zustandsgrößen und insbesondere aus weiteren in einer Datenbank hinterlegten Datenbankwerte und/oder globalen Zustandsgrößen ermittelt wird, ob ein Austausch des aktuellen Fahrzeugs durch ein anderes Fahrzeug für das künftige Befahren der Fahrstrecke sinnvoll ist. Dabei muss gegebenenfalls nicht das gesamte Kraftfahrzeug ausgetauscht werden, sondern unter Umständen kommt auch ein Austausch oder eine Nachrüstung einer oder mehrerer Fahrzeugkomponenten in Betracht. Ein solcher sinnvoller Austausch kann dann einem Fuhrparkbetreiber angezeigt beziehungsweise übermittelt werden. Dabei können auch andere ausschreibungsbedingte Eigenschaften für eine bestimmte Fahrstrecke berücksichtigt werden, beispielsweise ob es sich bei dem Fahrzeug um ein Hochflur- oder Niederflurfahrzeug handeln muss, welche Abgasnorm eingehalten werden muss, die notwendige Anzahl und Art der Türen, Sitzplätze usw.
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Auch bei dem erfindungsgemäßen Verfahren kann ein Fahrervergleichssystem mit Daten gespeist werden, um eine Rangliste der Fahrer zu erzeugen, welche dann den Fahrern eines Streckenverbunds, eines Fuhrparkunternehmens oder auch in anderen Gruppen zusammengefassten Fahrern angezeigt werden kann.
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Bevorzugt werden die erfassten aktuellen lokalen Zustandsgrößen zusammen mit das Kraftfahrzeug und/oder Komponenten des Kraftfahrzeugs identifizierenden Fahrzeugkennwerten an die zentrale Recheneinheit übermittelt. Damit ist es möglich, in der Datenbank hinterlegte antriebsmotorspezifische Kenngrößen wie beispielsweise ein Betriebskennfeld des Antriebsmotors, insbesondere in Form eines Leistung-Verbrauchs-Kennfeldes für verschiedene Antriebsmotortypen und/oder getriebespezifische Kenngrößen wie beispielsweise die Übersetzungsverhältnisse verschiedener Gangstufen des Getriebes für verschiedene Getriebetypen und/oder andere fahrzeugkomponentenspezifische Kenngrößen für verschiedene, in der Regel jedoch gleichartige Fahrzeugkomponenten entsprechend der vom Fahrzeug übermittelten identifizierenden Kennwerte zu berücksichtigen und in die Erstellung der Steuerungsdaten in Abhängigkeit der konkret im Fahrzeug vorgesehenen Komponenten beziehungsweise in Abhängigkeit des Motor- und/oder Getriebetyps einfließen zu lassen.
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Bei den Komponenten des Kraftfahrzeugs identifizierenden Fahrzeugkennwerten kann es sich zum Beispiel um Kennwerte handeln, welche beschreiben, ob das Kraftfahrzeug mit einem Hybridsystem und/oder einer Dauerbremse versehen ist, welche Kapazität und/oder welchen Ladungszustand ein an Bord befindlicher elektrischer Energiespeicher aufweist, um somit die Rekuperation optimal zu steuern, und dergleichen.
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Die Hinterlegung von Kenngrößen für verschiedene gleichwertige Fahrzeugkomponenten ermöglicht, dass lokal, das heißt an Bord des Fahrzeugs, nur erkannt werden muss, ob eine bestimmte Fahrzeugkomponente vorhanden ist oder nicht beziehungsweise welche Fahrzeugkomponente vorhanden ist, und alle weiteren Daten und Kennwerte für diese Fahrzeugkomponente können dann aus der Datenbank zur Verfügung gestellt werden.
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Die Fahrzeugkennwerte umfassen vorteilhaft einen Kraftfahrzeugtyp, einen Antriebsmotortyp des im Kraftfahrzeug vorgesehenen Antriebsmotors, einen Getriebetyp des im Kraftfahrzeug vorgesehenen Getriebes, mittels welchem Antriebsleistung vom Antriebsmotor auf Antriebsräder übertragen wird, die maximale Leistung und/oder ein Kennfeld des Antriebsmotors, insbesondere Verbrauchs-Leistungs-Kennfeld, die Gangzahl und/oder Übersetzungsverhältnisse des Getriebes und/oder weitere übliche Fahrzeugkennwerte, die bei der Optimierung der Ansteuerung vorteilhaft zu berücksichtigen sind.
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Bei den lokalen Zustandsgrößen handelt es sich vorteilhaft um die aktuelle Leistungsabgabe des im Kraftfahrzeug vorgesehenen Antriebsmotors, den aktuellen Gang des im Kraftfahrzeug vorgesehenen Getriebes, den aktuellen Kraftstoffverbrauch des Antriebsmotors, die aktuelle Fahrgeschwindigkeit des Kraftfahrzeugs und/oder die aktuelle Kraftfahrzeugbeschleunigung, aktuelle lokale Wetterbedingungen, den aktuellen Abstand des Kraftfahrzeugs zu einem vorausfahrenden Fahrzeug und/oder aktuelle Geschwindigkeitsbeschränkungen, die dort vorgegeben sind, wo das Fahrzeug gerade fährt.
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Geschwindigkeitsbeschränkungen können generell über Sensoren im Fahrzeug, die Verkehrsschilder erkennen können, erfasst werden und/oder durch ein Verkehrsleitsystem zur Verfügung gestellt werden, das vorteilhaft mit der zentralen Recheneinheit verbunden ist beziehungsweise dieser entsprechende Daten zur Verfügung stellt.
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Besonders vorteilhaft ist wenigstens eine lokale Recheneinheit im Kraftfahrzeug vorgesehen, welche aktuelle lokale Zustandsgrößen auswertet und die Ansteuerung des Motors und/oder Getriebes und/oder die Anzeige der Vorgabedaten werden zusätzlich in Abhängigkeit der von der lokalen Recheneinheit ausgewerteten Zustandsgrößen bewirkt. Hierbei kann man auch von einer hybriden Rechenleistung bei der Ansteuerung des Kraftfahrzeugmotors beziehungsweise Getriebes sprechen, nämlich mit einem lokal an Bord des Kraftfahrzeugs erbrachten Anteil der Rechenleistung und einem außerhalb des Kraftfahrzeugs in der wenigstens einen zentralen Recheneinheit erbrachten Anteil der Rechenleistung.
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Als globale Zustandsgrößen kommen beispielsweise, jedoch nicht zwingend, das Verkehrsaufkommen und/oder Verkehrsstörungen auf einem dem Kraftfahrzeug voraus liegenden Abschnitt der Fahrstrecke in Betracht, Wetterbedingungen auf einem dem Kraftfahrzeug voraus liegenden Abschnitt der Fahrstrecke und/oder die vorgegebene Ankunftszeit des Kraftfahrzeugs an einem vorgegebenen Zielpunkt der Fahrstrecke, wobei es sich bei dem Zielpunkt auch um ein Zwischenziel auf der Fahrstrecke handeln kann.
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Wenn das Kraftfahrzeug zum Transport von Personen im Rahmen des öffentlichen Verkehrs betrieben wird, beispielsweise als Bus ausgeführt ist, und Haltestellen zum einsteigen und aussteigen lassen von Personen nach einem vorgegebenen Fahrplan angefahren werden, so kann die globale Zustandsgröße insbesondere die Anzahl von Personen umfassen, die sich an wenigstens einer Haltestelle befinden, die auf einem dem Kraftfahrzeug voraus liegenden Abschnitt der Fahrstrecke positioniert ist. Damit kann nämlich bewertet werden, wie lange sich das Kraftfahrzeug an der entsprechenden Haltestelle voraussichtlich aufhalten wird. Diese Verweildauer kann dann in die Ansteuerung des Antriebsmotors und/oder Getriebes einfließen, sodass später vorgesehene Haltestellen oder ein Fahrtziel pünktlich erreicht werden/wird.
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In der Datenbank kann ferner eine Auftretenswahrscheinlichkeit zu der jeweiligen Haltestelle hinterlegt sein, welche angibt, mit welcher Wahrscheinlichkeit die an der Haltestelle befindlichen Personen eine Dauerkarte mit sich führen und/oder mit welcher Wahrscheinlichkeit die an der Haltestelle befindlichen Personen beim Einsteigen in das Kraftfahrzeug einen Fahrschein lösen beziehungsweise kaufen werden. So kann nämlich berücksichtigt werden, dass Dauerfahrkarteninhaber den Fahrer an der Haltestelle weniger lang aufhalten als Personen, die einen Fahrschein lösen müssen. Bei der Bestimmung der Wahrscheinlichkeit können beispielsweise die Position der Haltestelle und/oder die Uhrzeit bestimmt werden, zu welcher das Fahrzeug an der Haltestelle hält.
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Die globale Zustandsgröße umfasst beispielsweise aktuelle Schaltphasen und/oder Signale von Verkehrsampeln, die auf einem dem Kraftfahrzeug vorausliegenden Abschnitt der Fahrstrecke positioniert sind. Gegebenenfalls fließt in die Ansteuerung des Antriebsmotors beziehungsweise des Getriebes auch ein, ob eine Beeinflussung der Schaltphasen von Verkehrsampeln möglich ist. Entsprechende Daten können beispielsweise von einem Verkehrsleitsystem zur Verfügung gestellt werde oder - bei einer Möglichkeit der Einflussnahme - dem Verkehrsleitsystem übermittelt werden. Vorteilhaft ist hierfür die zentrale Recheneinheit mit dem Verkehrsleitsystem verbunden, beispielsweise über das Internet.
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Die Steuerungsdaten zur Ansteuerung des Antriebsmotors und/oder Getriebes umfassen vorteilhaft wenigstens eine oder mehrere der nachfolgenden Größe oder bestimmen diese:
- - eine temporäre maximale Geschwindigkeit und/oder Beschleunigung und/oder Verzögerung des Kraftfahrzeugs auf einem dem Kraftfahrzeug voraus liegenden Abschnitt der Fahrstrecke;
- - eine Gaspedalkennlinie zur Ansteuerung des Antriebsmotors;
- - ein Schaltprogramm oder das Schaltverhalten und/oder einen einzulegenden Gang des Getriebes;
- - ein Fahren des Kraftfahrzeugs im Segelbetrieb, Schubbetrieb und/oder Pulse-and-Glide-Betrieb oder den streckenbezogenen oder zeitbezogenen Anteil dieser Betriebszustände auf einem dem Kraftfahrzeug voraus liegenden Abschnitt der Fahrstrecke;
- - ein Geschwindigkeitssollprofil für das Kraftfahrzeug auf einem dem Kraftfahrzeug voraus liegenden Abschnitt der Fahrstrecke.
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Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung kann zusätzlich ein Fahrzeug-zu-Fahrzeug-Datenaustausch stattfinden und die miteinander ausgetauschten Daten können in die Ansteuerung des Motors und/oder des Getriebes einfließen. Wenn dem Fahrer angezeigt wird, wie er das Fahrzeug steuern sollte, so kann überwacht werden, ob und/oder inwieweit sich der Fahrer an die Vorgaben hält. Dies kann in eine Fahrerbewertung einfließen. Dabei kann die Einhaltung dahingehend priorisiert werden, dass Vorgaben, die sich auf die Sicherheit des Fahrzeugs auswirken, strenger in die Bewertung einfließen als Vorgaben zur Ausschöpfung eines Einsparpotenzials. Andere Priorisierungen und Kategorisierungen sind natürlich möglich, beispielsweise kann auch berücksichtigt werden, ob sich die Vorgabe auf die Pünktlichkeit auswirkt.
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Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird ein Teil der an das Fahrzeug zurückgesandten Steuerungsdaten dem Fahrer angezeigt, damit er diese in der Ansteuerung des Antriebsmotors und/oder Getriebes umsetzt, und ein anderer Teil der Steuerungsdaten wird direkt zur automatischen Ansteuerung des Antriebsmotors und/oder Getriebes verwendet. Beispielsweise umfassen die vom Fahrer zu berücksichtigenden Steuerungsdaten jene, die sich maßgeblich auf die Sicherheit und die Pünktlichkeit auswirken, wohingegen sich die automatisch umgesetzten Steuerungsdaten besonders bezüglich anderer Zielgrößen, beispielsweise einer verbrauchsarmen Fahrweise, auswirken.
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Die vorliegende Erfindung soll nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels und der Figur exemplarisch erläutert werden.
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In der Figur ist beispielhaft eine Aufteilung der zur Optimierung der Ansteuerung notwendigen Rechenleistung auf eine lokale Recheneinheit im Kraftfahrzeug und eine zentrale Recheneinheit - „die Cloud“ - sowie ein möglicher zugehöriger Datenfluss gezeigt.
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Die zentrale Recheneinheit ist mit 1 bezeichnet, die lokale Recheneinheit mit 2. Die lokale Recheneinheit 2 empfängt Positionsdaten des Fahrzeugs, beispielsweise aus einem satellitengestützten Navigationssystem mit einem entsprechenden Empfänger an Bord des Fahrzeugs. Sie empfängt ferner den Abstand zu wenigstens einem vorausfahrenden Fahrzeug, beispielsweise aus einem Radar-Abstands-System. Ferner werden Daten eines Verkehrsleitsystems, die aktuelle Neigung der Fahrbahn, der Motorzustand, der Getriebezustand, der Zustand eines Fahrpedals, der Zustand eines Bremspedals, Routendaten, sowie Fahrplandaten in die lokale Recheneinheit eingelesen. Die Aufzählung ist beispielhaft, nicht abschließend und nicht zwingend.
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Die lokale Recheneinheit lädt zumindest einen Teil der eingelesenen Daten in eine Cloud, zur Verfügung gestellt durch die wenigstens eine zentrale Recheneinheit 1. Die zentrale Recheneinheit 1, welche eine größere Rechenleistung als die lokale Recheneinheit 2 aufweist, berechnet aus den zugeführten Daten die optimalen Parameter zur Ansteuerung des Antriebsmotors und/oder Getriebes und erstellt entsprechende Steuerungsdaten, welche zurück zum Kraftfahrzeug, insbesondere die lokale Recheneinheit 2 oder gleich an das hier nicht dargestellte Getriebe und/oder den hier nicht dargestellten Antriebsmotor beziehungsweise ein entsprechendes Getriebe- und/oder Motorsteuergerät gesendet werden, um die Ansteuerung entsprechend zu optimieren.
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Wie gezeigt, können bestimmte Daten der zentralen Recheneinheit 1 auch anders als von der lokalen Recheneinheit 2 zugeführt werden. Dies betrifft beispielsweise Daten wie die Route, den Fahrplan, das Verkehrsaufkommen und/oder das Fahrgastaufkommen. Die entsprechenden Daten können durch außerhalb des Kraftfahrzeugs vorgesehene Sensoren/Systeme oder durch andere Kraftfahrzeuge erfasst werden oder auch durch einen Betreiber des Systems eingegeben werden.
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Die lokale Recheneinheit 2 kann einen Datenaustausch mit anderen lokalen Recheneinheiten anderer Fahrzeuge vornehmen. Ebenso kann ein entsprechender Datenaustausch zwischen der zentralen Recheneinheit 1 und den lokalen Recheneinheiten anderer Fahrzeuge stattfinden.
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In der lokalen Recheneinheit 2 kann insbesondere eine Logik zur Optimierung der Ansteuerung hinterlegt sein. Diese erzeugt beispielsweise eine maximal erlaubte Beschleunigung in Abhängigkeit von der aktuellen Fahrzeuggeschwindigkeit und/oder Fahrbahnneigung und/oder eine maximal erlaubte Verzögerung in der Abhängigkeit von der aktuellen Fahrzeuggeschwindigkeit und/oder Fahrbahnneigung. Insbesondere vermeidet die Logik ein Überbremsen und/oder eine Geschwindigkeitsübertretung und kann gegebenenfalls Fehler des Fahrers bei der Ansteuerung korrigieren, beispielsweise wenn der Fahrer den falschen Gang eingelegt hat oder eine falsche Tastenschaltstellung zur Gangwahl eingestellt hat. Insbesondere werden Leerlaufzeiten, das heißt Standzeiten mit laufendem Motor, vermieden.
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Die Logik kann eine Lernfunktionalität aufweisen, um die idealen, insbesondere die vorgenannten Größen selbständig beim Durchfahren der vorgegebenen Fahrstrecke zu lernen, um das Ergebnis für andere Fahrzeuge oder beim späteren erneuten Durchfahren der Fahrstrecke zu nutzen.
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Damit das Kraftfahrzeug vorausschauend gefahren werden kann, ist die Information über die kommende Route inklusive dem Streckenprofil vorteilhaft. Im Falle eines vorhandenen Navigationsgeräts mit aktiver Zielführung können diese Informationen vom Navigationsgerät zur Verfügung gestellt werden. Alternativ kann die Route gelernt werden. Dies ist möglich für alle Anwendungen, auf denen das Kraftfahrzeug regelmäßig dieselbe Route abfährt, oder wenn andere Fahrzeuge die Informationen zur Verfügung stellen können. Die aktuelle GPS-Position und die resultierende Route werden abgespeichert und mit bereits gespeicherten Routendatensätzen verglichen. Wenn beide Routendatensätze für einen bestimmten Zeitraum übereinstimmen, kann die noch voraus liegende Strecke bestimmt werden.
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Bei Fahrzeugflotten kommt vorteilhaft ein zusätzlicher Datenaustausch von erlernten Routen zwischen den Fahrzeugen zum Einsatz. Somit kann die gesamte Flotte auf alle erlernten Routen zugreifen und ein mehrfaches Erlernen kann vermieden werden. Der Datenaustausch kann über die zentrale Recheneinheit beziehungsweise Cloud bei vorhandener Internetanbindung der Fahrzeuge erfolgen, durch eine Fahrzeug-zu-Fahrzeug-Kommunikation, wenn zwei Fahrzeuge miteinander gekoppelt sind, beispielsweise über WLAN und/oder Bluetooth, oder auch manuell.
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Für eine noch bessere Bewertung der Möglichkeit eines Segelbetriebs ist es wichtige, die aktuelle Verkehrssituation zu kennen. Hierfür kann auf Daten der zentralen Recheneinheit oder eines anderen globalen Systems zurückgegriffen werden, neben der Erfassung der lokalen Größen, beispielsweise des Abstands zu wenigstens einem vorausfahrenden Fahrzeug mittels einer Abstandssensorik.
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Bei Fahrzeugen, die einen Fahrplan einhalten müssen, wird vorteilhaft kontinuierlich die aktuelle Soll/Ist-Position abgeglichen. Ist ein Fahrzeug vor seinem Fahrplan, wird eine entsprechend langsamere Fahrweise empfohlen oder eingestellt. Die aktuelle Verkehrssituation, welche auf dem kommenden Routenabschnitt, also einen vom Fahrzeug noch zu durchfahrenden Abschnitt der Fahrstrecke herrscht, kann mit einbezogen werden. Ist ein Fahrzeug hinter seinem Fahrplan zurück, kann, im Rahmen der erlaubten Geschwindigkeitsbegrenzung eine schnellere Fahrweise empfohlen oder eingestellt werden. Dies kann auch ohne Fahrplan vorgesehen sein, wenn der Fahrer eine späteste Ankunftszeit vorgibt.
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Eine Ampelzustandserkennung kann beispielsweise über ein Verkehrsleitsystem erfolgen und der zentralen Recheneinheit und/oder der lokalen Recheneinheit zugeführt werden.
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Zur Optimierung des Segelbetriebs kann ein Signal zum Ein- und Auskuppeln dem Fahrer nicht nur visualisiert werden, sondern auch an ein Getriebesteuergerät gesendet werden, sodass der Segelbetrieb vollautomatisch eingestellt wird.
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In der zentralen Recheneinheit 1 kann eine Logik vorgesehen sein, wonach der aktuelle Kraftstoffverbrauch des Antriebsmotors des Fahrzeugs und eine Vergleichskennzahl bewertet werden, um verschiedene Fahrzeuge, Fahrer und Routen zu vergleichen.
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Bezüglich des absoluten Verbrauchs kann beispielsweise der Verbrauch pro Fahrer, pro Fahrzeug und pro Route zu sich entsprechenden Zeitpunkten erfasst werden. Aus diesen Größen lassen sich die Verbrauchswerte einzelner Fahrzeuge auf einzelnen Routen, einzelner Fahrer auf Fahrzeugen, die Entwicklung von Fahrern und letztlich auch die Entwicklung des Gesamtverbrauchs berechnen und überwachen.
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Eine wichtige Komponente zum Erfolg ist die Mitarbeit der Fahrer. Damit das System genutzt wird, sollten die Fahrer am Erfolg teilhaben. Dies kann über eine Fahrerrangliste erfolgen, die erstellt wird, wobei die Rangliste vorteilhaft nicht nur die absoluten Verbrauchswerte berücksichtigt, sondern beispielsweise mittels einer Wertezahl die verschiedenen Randbedingungen auf verschiedenen Routen und zu verschiedenen Zeiten ausgleicht. Wichtig ist jedoch in der Regel, dass in die Rangliste einfließt, wie genau sich der Fahrer an seine Vorgaben und Empfehlungen gehalten hat.
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Es versteht sich, dass zur Bewertung der Fahrer eine Fahreridentifizierung notwendig ist. Dies ist beispielsweise über eine Fahrerkarte oder eine automatische oder manuelle Anmeldung des Fahrers im Fahrzeug möglich.
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Das Bewerten, inwieweit der Fahrer vorausschauend und ruhig gefahren ist, beispielsweise anhand von erfassten starken Bremsungen und/oder der Häufigkeit von Gas-/Bremswechsel, beides insbesondere in Abhängigkeit der Zeit, Geschwindigkeit und Strecke, kann zu einer Beurteilung des Sicherheitsverhaltens des Fahrers führen.
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Die Datenübertragung zwischen der zentralen Recheneinheit 1 und der lokalen Recheneinheit 2 kann vielfältig erfolgen, beispielsweise über GSM/G3/LTE-Netz und/oder WLAN.
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Um die notwendigen Datenmengen, die mit der zentralen Recheneinheit ausgetauscht werden müssen, zu reduzieren, kann zusätzlich eine Fahrzeug-zu-Fahrzeug-Kommunikation vorgesehen sein, über welche entsprechende Daten ausgetauscht werden, beispielsweise über die aktuelle Verkehrssituation, gelernte Routeninformationen und/oder Fahrplaninformationen.
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Die Steuerungsdaten beziehungsweise die Stellgrößen, die beispielsweise bei der Ansteuerung des Antriebsmotors und/oder des Getriebes adaptiert werden, umfassen neben der genannten Beschleunigungslimitierung und Geschwindigkeitslimitierung insbesondere auch das Ein- und Ausschalten einer Kick-Down-Funktion und/oder eine Skalierung der Kennlinie eines Gaspedals und/oder Bremspedals.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102004002493 A1 [0004]
- DE 102004002492 B4 [0005]
- DE 102004002496 B4 [0006]
- DE 102004002495 A1 [0007]
- DE 10055795 A1 [0008]
- WO 2011/154082 A1 [0009]
- DE 102008040284 A1 [0010, 0012]
- DE 102010048325 A1 [0017]
- DE 102011117025 A1 [0018]
- DE 102005025271 A1 [0022]
