DE19749582A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Kraftstoffeinsparung in Kraftfahrzeugen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Kraftstoffeinsparung in Kraftfahrzeugen.

Aufgrund steigender Kraftstoffpreise und eines erhöhten Umweltbewußtsein der Kraftfahrzeughalter besteht der Wunsch nach einem möglichst kraftstoffsparenden Kraftfahrzeug. Neben fahrzeugspezifischen Parametern hat die Fahrweise einen erheblichen Einfluß auf den Kraftstoffverbrauch. Dazu bieten moderne Kraftfahrzeuge dem Kraftfahrzeugführer einen Spar-Gang an, mit dem dieser insbesondere bei gleichbleibender Fahrweise, wie beispielsweise einer Autobahnfahrt mit gleichbleibender Geschwindigkeit, einen geringeren Kraftstoffverbrauch erzielen kann. Nachteilig ist, daß zum einen der Kraftfahrzeugführer die jeweils geeigneten Gänge selbst situationsbedingt wählen muß und zum anderen seine Fahrweise entsprechend anpassen muß.

Das Problem der geeigneten Gangwahl wird durch Automatikgetriebe gelöst, bei denen zwischen einer sportlichen und einer ökonomischen Fahrweise gewählt werden kann. In der ökonomischen Fahrstufe wird möglichst früh ein höherer Gang gewählt, so daß der Motor mit geringeren Drehzahlen betrieben wird. Das Problem mit der Fahrweise bleibt dabei jedoch unberücksichtigt.

Aus der DE 43 34 886 ist eine Zielführungseinrichtung für ein Kraftfahrzeug mit einem Bordrechner zur Gewinnung von Signalen für eine Fahrzeit- und/oder verbrauchsoptimale Fahrstrecke bekannt, bei dem verkehrssituationsbedingte Änderungen der optimalen Fahrstrecke berücksichtigt werden. Eine optimale Gangwahl und/oder Adaption der Fahrweise findet nicht statt.

Der Erfindung liegt daher das technische Problem zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Kraftstoffeinsparung in Kraftfahrzeugen zu schaffen, bei der die Fahrweise des Kraftfahrzeugführers verbrauchsoptimiert beeinflußt wird.

Die Lösung des technischen Problems ergibt sich durch die Merkmale der Patentansprüche 1 und 9. Aus den Daten von Sensoren zur Erfassung von Fahrzeugzustandsdaten und den Mitteln zur Erfassung der Fahrzeugumgebung wird in einer Zentraleinheit ein verbrauchsoptimiertes Fahrprofil erstellt und ein Satz von Steuersignalen für Aktuatoren des Kraftfahrzeuges erzeugt, um das Fahrprofil umzusetzen. Bei aktivierter Vorrichtung verhält sich daher das Kraftfahrzeug wie ein uasi-Autonomes-Kraftfahrzeug, so wie es beispielsweise bei einem Tempomat oder einer automatischen Distanzregelung (ADR- Systeme) der Fall ist. Quasi deshalb, weil der Kraftfahrzeugführer jederzeit aktiv das berechnete Fahrprofil wieder verlassen kann, beispielsweise um einen Überholvorgang einzuleiten. Das Prinzip beruht darauf, daß durch die Mittel zur Erfassung des Fahrzeugumgebung feststellbar ist, wieviele Fahrzeuge mit welcher Geschwindigkeit sich wo befinden. Daraus ist ableitbar, mit welcher konstanten Geschwindigkeit sich beispielsweise das Kraftfahrzeug möglichst lange fortbewegen kann, ohne Sicherheitsabstände zu verletzen. Zu dieser Geschwindigkeit läßt sich dann beispielsweise aus einem Kennfeld ein verbrauchsoptimiertes Gang/Drehzahl-Paar ermitteln. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

In einer bevorzugten Ausführungsform sind die Mittel zur Erfassung der Fahrzeugumgebung als Abstandssensoren ausgebildet. Da diese in modernen Kraftfahrzeugen meist ohnehin vorhanden sind, können diese dual eingesetzt werden, wobei sogar die Auswertung der Abstandssensorik verwendbar ist, nämlich die Anzahl der erfaßten Objekte, deren Relativgeschwindigkeit und Position. Ebenso können die Fahrzeugzustandsdaten von bereits vorhandenen Sensoren übernommen werden, so daß zusätzliche Hardware nur für die Zentraleinheit und gegebenenfalls für die Verdrahtung von der Zentraleinheit zu den Aktuatoren notwendig ist. Durch die Kombination verschiedener Sensor-Typen für die Abstandssensorik wird eine verbesserte Zuverlässigkeit bei sich ändernden äußeren Bedingungen erreicht. So beeinflußt beispielsweise Nebel die Ergebnisse eines Lidar- Sensors, nicht jedoch von Radar- oder Ultraschall-Sensoren. Zusätzlich kann eine Kamera Anwendung finden, mittels derer auch hintereinander fahrende Kraftfahrzeuge erfaßbar sind. Durch Zuordnung einer digitalen Straßenkarte mit zugehörigem GPS-Empfänger sind zusätzliche Informationen über Straßenführung, Verkehrsschilder und ähnliches zugänglich, so daß das Fahrprofil vorausschauender ermittelt werden kann. Durch Ausbildung der Aktuatoren als x-by-wire-Systeme können die von der Zentraleinheit erzeugten Steuersignale einfach als elektronische Signale direkt den jeweiligen Steuergeräten der x-by- wire-Systeme zugeführt werden.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Die einzige Figur zeigt ein Blockschaltbild der Vorrichtung zur Kraftstoffeinsparung in Kraftfahrzeugen. Die Vorrichtung 1 umfaßt eine Abstandssensorik 2, eine Kamera 3, Sensoren 4, eine Zentraleinheit 5, einen Multiplexer 6 und Aktuatoren 7-9. Die Abstandssensorik 2 ist vorzugsweise als eine Kombination von Lidar-, Radar-, und Ultraschallsensoren ausgebildet. Diese senden einerseits ihre jeweilige Strahlung aus und empfangen andererseits die von Objekten reflektierten Anteile. Aus Laufzeit und Einfallswinkel kann dann auf den Abstand und die Position des Objektes zurückgeschlossen werden. Die Kamera 3 überwacht ebenfalls den Verkehrsraum. Mittels der Kamera 3 sind beispielsweise auch verdeckte Objekte wie dicht hintereinander fahrende Kraftfahrzeuge auflösbar, die von der Abstandssensorik 2 nicht erfaßbar sind. Die Daten der Abstandssensorik 2 und der Kamera 3 werden über Datenleitungen 10 bzw. 11 an die Zentraleinheit 5 übergeben. Anhand dieser Daten kann die Zentraleinheit 5 ein Abbild der Fahrzeugumgebung berechnen. Die Sensoren 4 erfassen für den Verbrauch des Kraftfahrzeuges relevante Parameter wie z. B. Geschwindigkeit, Motordrehzahl, Motormoment und eingelegte Gangstufe. Die erfaßten Daten werden über eine Datenleitung 12 ebenfalls an die Zentraleinheit 5 übergeben. Alternativ können zumindest einige der Daten auch von einem Motorsteuergerät übernommen werden. Die Zentraleinheit 5 berechnet aus den ihr zugeführten Daten ein verbrauchsoptimiertes Fahrprofil. Diese Berechnung soll anhand einiger Überlegungen näher erläutert werden. Für den Kraftstoffverbrauch ist beispielsweise eine gleichmäßige Fahrweise günstiger als eine Vielzahl von Brems- und Beschleunigungsvorgängen. Anhand der ermittelten freien Verkehrsfläche kann ein Geschwindigkeitsbereich ermittelt werden, in dem das Kraftfahrzeug über längere Zeit gleichmäßig fahren könnte. Aus diesem Bereich kann wiederum fahrzeugspezifisch eine Geschwindigkeit mittels empirisch ermittelter Kennfelder ausgewählt werden, die den geringsten Kraftstoffverbrauch bezogen auf die zurückgelegte Strecke hat. Zu dieser Geschwindigkeit existiert ein optimales Parameterpaar Drehzahl/Gangstufe, das ebenfalls einem Kennfeld entnehmbar ist. Zur Umsetzung des derart ermittelten Fahrprofils wird ein Satz Steuersignale für die Aktuatoren 7-9 erzeugt. Dabei kann der Aktuator 7 beispielsweise eine Bremseinrichtung, der Aktuator 8 eine Gaszuführeinrichtung und Aktuator 9 eine Gangwahleinrichtung sein. Dann könnte der Satz Steuersignale beispielsweise zuerst eine Abbremsung bis zu einer gewünschten Geschwindigkeit beinhalten, einen daran anschließenden Gangwechsel mit einer konstanten Gaszufuhr zum Halten der gewünschten Geschwindigkeit. Der Satz von Steuersignalen wird über einen Datenbus 13 an einen Dateneingang des Multiplexers 6 übergeben. Am anderen Dateneingang 14 des Multiplexers 6 liegen die Steuersignale der zu den Aktuatoren 7-9 zugehörigen Pedale und Schalter. Über die Steuerleitung 15 wird ausgewählt, ob die Vorrichtung 1 aktiv ist oder nicht, das heißt welche Steuersignale für die Aktuatoren 7-9 an den Ausgang des Multiplexers 6 durchgeschaltet werden. Die Aktuatoren sind dabei als x-by-wire-Systeme ausgebildet, das heißt mechanisch entkoppelt. Dazu wird einen mechanische Stellgröße in eine elektrische Stellgröße umgewandelt und an ein zugehöriges Steuergerät übergeben, das dann die Steuerung der Komponente rein elektrisch vornimmt. Die von der Zentraleinheit 5 erzeugten Steuersignale können dann direkt an die Steuergeräte der Aktuatoren 7-9 übergeben werden. Die Umschaltung des Multiplexers 6 kann beispielsweise durch einen separaten Schalter oder eine starke Änderung der Brems- oder Gaspedaltätigkeiten erfolgen, um beispielsweise einen Überholvorgang durchzuführen.

Eine weitere Möglichkeit zur Kraftstoffeinsparung ist die zeitweise Abschaltung der Zündung an Verkehrsampeln. Dazu kann beispielsweise auf die Daten einer digitalen Karte eines Navigationssystems zurückgegriffen werden, in der die Länge der Ampelphasen abgelegt sind. Mittels der Kamera 3 kann dann bereits beim Heranfahren an die Ampelanlage registriert werden, wann die Umschaltung erfolgt ist und wie lange ein Stillstand dauern wird, so daß bei längerem Stillstand die Zündung zur Kraftstoffeinsprung ausgeschaltet werden kann.

Claims (10)

1. Vorrichtung zur Kraftstoffeinsparung in Kraftfahrzeugen, umfassend Sensoren zur Erfassung von Fahrzeugzustandsdaten und Mittel zur Erfassung der Fahrzeugumgebung, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung (1) eine Zentraleinheit (5) aufweist, mittels der in Abhängigkeit von der erfaßten Fahrzeugumgebung und den erfaßten Fahrzeugzustandsdaten ein verbrauchsoptimiertes Fahrprofil erstellbar und in Form eines Satzes von Steuersignalen für Aktuatoren (7-9) umsetzbar ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zur Erfassung der Fahrzeugumgebung als Abstandssensoren (2) ausgebildet sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstandssensoren (2) als Lidar- und/oder Radar- und/oder Ultraschallsensoren ausgebildet sind.

4. Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zur Erfassung der Fahrzeugumgebung mindestens eine Kamera (3) umfassen.

5. Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zur Erfassung der Fahrzeugumgebung eine digitale Straßenkarte mit zugeordnetem GPS-Empfänger umfassen.

6. Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Aktuatoren (7-9) als eine Bremseinrichtung, eine Gaszuführeinrichtung und eine Gangwähleinrichtung ausgebildet sind.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Aktuatoren (7-9) eine Lenkeinrichtung und/oder eine Zündeinrichtung ausgebildet sind.

8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Aktuatoren (7-9) als x-by-wire-Systeme ausgebildet sind.

9. Verfahren zur Kraftstoffeinsparung in Kraftfahrzeugen, mittels Sensoren (4) zur Erfassung von Fahrzeugzustandsdaten, Mitteln zur Erfassung der Fahrzeugumgebung und einer Zentraleinheit (5), umfassend folgende Verfahrensschritte:

• a) Übergabe der erfaßten Fahrzeugzustandsdaten und der Daten der Mittel zur Erfassung der Fahrzeugumgebung an die Zentraleinheit (5),
• b) Auswertung der Daten der Mittel zur Erfassung der Fahrzeugumgebung zur Ermittlung der Anzahl der umgebenden Objekte, deren Relativgeschwindigkeit und Position,
• c) Berechnung eines verbrauchsoptimierten Fahrprofils anhand der gemäß Verfahrensschritt b) ermittelten freien Verkehrsfläche unter Berücksichtigung der Fahrzeugzustandsdaten,
• d) Berechnung eines Satzes von Steuersignalen für Aktuatoren (7-9) des Kraftfahrzeuges zur Umsetzung des Fahrprofils gemäß Verfahrensschritt c).

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß als Fahrzeugzustandsdaten mindestens die Geschwindigkeit, Motordrehzahl und Gangstufe erfaßt werden.