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Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Ermittlung einer energieverbrauchsoptimierten Route eines Kraftfahrzeugs von einem Startpunkt zu einem Zielpunkt.
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Zur Minimierung des Energieverbrauchs eines Kraftfahrzeugs spielt die Routenwahl eine wichtige Rolle. Navigationssysteme sind üblicherweise derart ausgelegt, dass entweder die kürzeste oder die schnellste Route von einem Startpunkt zu einem Zielpunkt ermittelt wird; auch eine Mischung beider Kriterien ist möglich, sowie die Eingabe weiterer Nebenbedingungen. Die kürzeste Route kann bezüglich des Energieverbrauchs ein Minimum darstellen, d. h., optimal sein. Dies ist jedoch häufig nicht der Fall, wenn die kürzeste Route beispielsweise durch ein Stadtgebiet führt, wo durch häufiges verkehrsbedingtes Anhalten und Anfahren ein erhöhter Energieverbrauch entsteht. Der auf einer gegebenen Route zu erwartende Energieverbrauch ist von einer Vielzahl von Faktoren abhängig, wie etwa der zulässigen Geschwindigkeit, Unterbrechungen des Verkehrsflusses durch Verkehrsampeln oder Vorfahrtsregelungen, den zu überwindenden Höhenunterschieden, den Eigenschaften des Fahrzeugs und dem Fahrstil des Fahrers.
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Aus der
US 5 913 917 ist ein Verfahren zur Abschätzung des Energieverbrauchs eines Kraftfahrzeugs bei der Fahrt von einem Startpunkt zu einem Zielpunkt entlang einer vorgegebenen Route bekannt, um die Reichweite eines elektrisch oder konventionell betriebenen Kraftfahrzeugs abzuschätzen. Dabei wird die vorgegebene Route in eine Vielzahl von Segmenten zerlegt, innerhalb derer jeweils näherungsweise konstante Bedingungen, wie Höchstgeschwindigkeit, Steigung usw. bestehen und die maximal eine Kreuzung bzw. Abzweigung umfassen. Aufgrund von Daten über Steigung, Fahrzeuggeschwindigkeit, erwarteter Verkehrsdichte, Wetterbedingungen usw. wird für jedes Segment ein Kraftstoffverbrauch ermittelt, wobei auch ein vorgegebener Fahrstil des Fahrers berücksichtigt wird. Die Summe der ermittelten Verbrauchswerte der einzelnen Segmente stellt den gesamten voraussichtlichen Kraftstoffverbrauch auf der vorgegebenen Route dar.
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Aus der
DE 10 2007 059 120 A1 und der
DE 10 2007 059 121 A1 sind Verfahren zur Bestimmung einer energieverbrauchsoptimierten Route von einem Start- zu einem Zielpunkt bekannt, wobei zumindest einem Teil der Elemente der ein Verkehrswegenetz abbildenden Kartendaten Energieverbrauchswerte zugeordnet werden, die einen beschleunigungs- bzw. einen geschwindigkeitsabhängigen Anteil aufweisen. Um fahrerspezifische Einflüsse zu erfassen, wird einer von mehreren vorgegebenen möglichen Fahrstilen (sportlich, konservativ bzw. defensiv oder energiesparend) angenommen.
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Es hat sich jedoch herausgestellt, dass hierdurch nur eine unvollkommene Lösung erzielt wird und in vielen Fällen keine energieoptimale Route bestimmt werden kann.
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Es ist deshalb die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Verfahren und eine entsprechende Vorrichtung zur Ermittlung einer energieverbrauchsoptimierten Route eines Kraftfahrzeugs von einem Startpunkt zu einem Zielpunkt zu schaffen.
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Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren sowie durch eine Vorrichtung wie in den unabhängigen Ansprüchen angegeben gelöst.
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Erfindungsgemäß ist erkannt worden, dass die Bremsstrategie, die beim Fahren eines Kraftfahrzeugs eingesetzt wird, einen wesentlichen Einfluss auf den Energieverbrauch des Kraftfahrzeugs beim Zurücklegen eines Teilstücks einer Route und deshalb auch auf die Bestimmung der bezüglich des Energieverbrauchs optimierten Route hat, der sogar den einer Beschleunigungsstrategie überwiegen kann. Mit ”Energieverbrauch” wird im Rahmen der vorliegenden Anmeldung der Verbrauch des von dem Kraftfahrzeug genutzten Antriebsmediums bezeichnet, also beispielsweise an Diesel- oder Ottokraftstoff, Gas oder auch elektrischer Energie. Die Erfindung bezieht sich insbesondere auf Kraftfahrzeuge mit einem entsprechenden Antrieb sowie Hybridfahrzeuge.
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Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren wird in bekannter Weise aufgrund von Kartendaten zumindest eine Route von einem Start- zu einem Zielpunkt ermittelt. Für diese bzw. für eine Mehrzahl möglicher Routen wird jeweils ein voraussichtlicher Energieverbrauch ermittelt, wobei eine Vielzahl möglicher Einflussgrößen berücksichtigt werden kann. Zur Ermittlung des Energieverbrauchs wird in an sich bekannter Weise die betreffende Route in einzelne Elemente bzw. Segmente zerlegt, für die in den Kartendaten jeweils Angaben enthalten sind, die zusammen mit weiteren Einflussgrößen eine Abschätzung des Energieverbrauchs beim Durchfahren des jeweiligen Segments ermöglichen, und der betreffende Energieverbrauchswert ermittelt. Die Summe der den einzelnen Elementen bzw. Segmenten einer Route zugeordneten Energieverbrauchswerte ergibt den der Route zugeordneten Energieverbrauch.
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Ausgehend vom Energieverbrauch, der der mindestens einen Route zugeordnet ist, kann ermittelt werden, ob diese Route hinsichtlich des Energieverbrauchs optimal ist. insbesondere kann für eine Mehrzahl möglicher Routen der jeweilige voraussichtliche Energieverbrauch bestimmt und durch Vergleich eine energieverbrauchsoptimierte Route ermittelt werden. Die energieverbrauchsoptimierte Route kann diejenige Route vom Start- zum Zielpunkt sein, die unter den ermittelten möglichen Routen den geringsten gesamten Energieverbrauch aufweist, oder eine solche, die hinsichtlich des Energieverbrauchs in Zusammenhang mit weiteren Kriterien oder Nebenbedingungen optimiert ist. Insbesondere können beispielsweise auch der Zeitbedarf, etwa durch Vorgabe eines maximalen Zeitbedarfs, oder der Ausschluss bestimmter Verkehrswege, wie etwa mautpflichtiger Straßenabschnitte, berücksichtigt werden; dabei können derartige Bedingungen als feste Ausschlusskriterien oder auch in einer gewichteten Kombination mit dem Energieverbrauch einbezogen werden.
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Erfindungsgemäß wird der voraussichtliche Energieverbrauch auf einer Route unter Berücksichtigung einer Bremsstrategie ermittelt, insbesondere dadurch, dass bei der Ermittlung des Energieverbrauchs der einzelnen Elemente bzw. Segmente der Route die Bremsstrategie berücksichtigt wird. Hierdurch wird eine deutliche Verbesserung der Genauigkeit der Abschätzung des Energieverbrauchs und damit der Genauigkeit der Bestimmung einer energieverbrauchsoptimierten Route erreicht.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens kann die Bremsstrategie Regeln für das Betätigen einer Betriebsbremse und/oder einer Motorbremse und/oder einer elektromotorischen Bremse des Kraftfahrzeugs umfassen. In vielen Situationen ist es bezüglich des Energieverbrauchs günstiger, anstelle der üblicherweise über ein Bremspedal betätigten Betriebsbremse des Kraftfahrzeugs zum Verringern der Geschwindigkeit ein System zur Energierückgewinnung (Rekuperation) aus der kinetischen Energie des Kraftfahrzeugs einzusetzen, beispielsweise durch Erhöhung der von der Lichtmaschine abgegebenen Spannung zum Aufladen einer Fahrzeugbatterie oder durch den Einsatz einer speziellen elektromotorischen Bremse; das gleiche gilt für die Umwandlung von potentieller Energie des Kraftfahrzeugs an einer Gefällstrecke in nutzbare Energie des Kraftfahrzeugs. Ebenso kann der Einsatz der Bremswirkung des Motors (Motorbremse) für den Energieverbrauch eine Rolle spielen, da ein Verbrennungsmotor auf diese Weise im Gegensatz zum Leerlauf ohne Kraftstoffverbrauch in Betrieb gehalten werden kann und außerdem die Motortemperatur reguliert werden kann, die für die Effizienz der Verbrennung ausschlaggebend ist. Ferner ist es in der Regel günstiger, das Kraftfahrzeug bei einer Geschwindigkeitsverringerung bzw. bei einem Anhalten ausrollen zu lassen anstatt die Geschwindigkeit bis kurz vor der Geschwindigkeitsverringerung bzw. dem Anhalten zu halten und das Fahrzeug dann aktiv abzubremsen. Welche Art der Verzögerung jeweils hinsichtlich des Verbrauchs günstiger ist, kann u. a. abhängen von einer Anfangsgeschwindigkeit, aus der heraus abgebremst wird, der Zielgeschwindigkeit, auf die abgebremst wird, dem Verbrauch in der Abbremsphase, und der Entfernung zu dem Wegpunkt, an dem die verringerte Geschwindigkeit erreicht sein soll.
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Derartige von einer Bremsstrategie umfasste Regeln geben Bedingungen an, unter denen eine Betriebsbremse, eine Motorbremse oder eine elektromotorische Bremse des Kraftfahrzeugs zum Einsatz kommt, etwa in Abhängigkeit von der Steigung bzw. dem Gefälle der Straße, der Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs oder der Entfernung zu einem Wegmerkmal, das eine Geschwindigkeitsänderung erzwingen könnte, etwa einer Kurve, einer Geschwindigkeitsbegrenzung oder einer Verkehrsampel. Diese Bedingungen sind insbesondere von der Umgebungs- und/oder der Verkehrssituation abhängig, da beispielsweise ein Ausrollenlassen bei dichtem Verkehr oder bei schlechter Sicht seltener möglich ist als bei geringem Verkehr. Weiterhin ist es vorteilhaft, dass die Bremsstrategie Bedingungen für das Abstellen des Motors umfasst, beispielsweise eine minimale Standzeit, bei deren Überschreitung der Motor des Kraftfahrzeugs abgestellt wird.
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Derartige Regeln können bei der Ermittlung eines voraussichtlichen Energieverbrauchs bei einer Fahrt entlang einer Route beispielsweise dadurch berücksichtigt werden, dass topographiebedingte Bremssituationen, etwa Kurven oder Gefällstrecken, sowie Geschwindigkeitsbegrenzungen ermittelt werden und ein darauf beruhender Einsatz der verschiedenen Bremsmethoden bei der Bestimmung des Verbrauchs berücksichtigt wird. Ebenso können verkehrsbedingte Bremssituationen durch Annahme entsprechender Wahrscheinlichkeiten berücksichtigt werden. Hierdurch ist eine besonders genaue Bestimmung des voraussichtlichen Verbrauchs und einer verbrauchsoptimalen Route möglich.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird der einer Route zugeordnete voraussichtliche Energieverbrauch unter Berücksichtigung eines fahrerspezifischen Fahrstils ermittelt. Es ist erkannt worden, dass der Fahrstil des Fahrers einen entscheidenden Einfluss auf den Verbrauch beim Zurücklegen einer gegebenen Route hat. Der Fahrstil des Fahrers kann sich in unterschiedlichen Situationen unterschiedlich auswirken; so kann beispielsweise derselbe Fahrer im Stadtverkehr eine ganz andere Fahrweise haben als auf einer Landstraße oder auf einer Autobahn. Daher kann eine Route, die für einen Fahrer die energieverbrauchsbezogen günstigste ist, für einen anderen Fahrer möglicherweise nicht die energieverbrauchsoptimierte Route darstellen. Dadurch, dass ein fahrerspezifischer Fahrstil bei der Ermittlung des einer Route zugeordneten voraussichtlichen Energieverbrauchs berücksichtigt wird, ist eine genauere Bestimmung der energieverbrauchsoptimierte Route möglich.
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Dabei umfasst der fahrerspezifische Fahrstil in bevorzugter Weise eine Bremsstrategie. Hierdurch kann berücksichtigt werden, dass je nach Fahrer bzw. Fahrstil in unterschiedlichen Situationen und in unterschiedlicher Häufigkeit beispielsweise ein Einsatz von Betriebsbremse, Motorbremse oder Rekuperation oder auch ein Abstellen des Motors bei einem Stillstand des Fahrzeugs erfolgen wird. Da die fahrerspezifische Bremsstrategie einen erheblichen Einfluss auf den Verbrauch des Kraftfahrzeugs hat, ermöglicht dies eine weitere Steigerung der Genauigkeit des erfindungsgemäßen Verfahrens.
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In bevorzugter Weise umfasst der fahrerspezifische Fahrstil Regeln für die Wahl der Getriebeübersetzung, insbesondere in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit bei einer Fahrt mit konstanter Geschwindigkeit und von Geschwindigkeit und Beschleunigung bzw. Verzögerung bei einer beschleunigten Fahrt bzw. bei einem Abbremsen. Die Getriebeübersetzung spielt auch für die Wirkung der Motorbremse oder der Energierückgewinnung eine Rolle. Ferner ist es bevorzugt, dass der Fahrstil Regeln für das Ein- und Auskuppeln umfasst, das ebenfalls eine Auswirkung auf den Verbrauch in Abhängigkeit von den Schaltvorgängen haben kann. Der Fahrstil kann auch Regeln für den Stillstands- bzw. Leerlaufbetrieb umfassen, etwa bezüglich des Abstellens des Motors bei einem längeren Stillstand. Hierdurch ist eine genauere Ermittlung der energieverbrauchsoptimierten Route bei unterschiedlichen Fahrzeugtypen, insbesondere bei Fahrzeugen mit manuellem Schaltgetriebe, möglich.
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Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der fahrerspezifische Fahrstil situationsabhängig berücksichtigt. Hierdurch kann der Tatsache Rechnung getragen werden, dass die Fahrweise eines Fahrers von einer Vielzahl von Faktoren beeinflusst werden kann, die auf unterschiedlichen Teilstücken bzw. Segmenten einer Route unterschiedlich wirken können. Hierdurch kann eine genauere Schätzung des Energieverbrauchs auf dem jeweiligen Teilstück bzw. Segment und daher auf der gesamten Route erfolgen.
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Insbesondere kann der fahrerspezifische Fahrstil routenabhängig sein, d. h., für verschiedene Segmente einer oder mehrerer Routen unterschiedlich sein. Auf diese Weise kann berücksichtigt werden, dass ein Fahrer beispielsweise auf einer Autobahn, auf einer kurvenreichen Landstraße, auf einer schmalen Nebenstraße oder im Stadtverkehr jeweils unterschiedliche Fahrstile aufweisen kann. Ferner kann aus dem Start- und/oder Zielpunkt darauf geschlossen werden, ob der Fahrer wahrscheinlich auf dem Weg zur oder von der Arbeit oder in seiner Freizeit unterwegs ist; da hierbei ein unterschiedlicher Zeitdruck bestehen kann, kann hierdurch der Fahrstil des Fahrers beeinflusst werden.
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Der fahrerspezifische Fahrstil kann auch vom Zeitpunkt abhängen. So kann sich auch aus der Tageszeit und aus dem Wochentag ergeben, ob sich der Fahrer auf einem Arbeitsweg befindet oder in seiner Freizeit unterwegs ist. Der Fahrstil kann auch von dem Zeitpunkt abhängen, zu dem das Kraftfahrzeug voraussichtlich ein Teilstück einer Route bzw. ein Routensegment passieren wird, da der Fahrstil des Fahrers in dichtem Verkehr ein völlig anderer sein kann als bei geringem Verkehr, was aufgrund des Zeitpunkts, vorausgesagt werden oder sich aus der aktuellen Verkehrslage ergeben kann.
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Der fahrerspezifische Fahrstil wird auch durch die Wetter- und die wetterbedingten Straßenbedingungen beeinflusst. So wird ein Fahrer bei schlechter Sicht aufgrund von Nebel oder Niederschlag eine ganz andere Fahrweise zeigen als bei guter Sicht; das gleiche gilt bei schneebedeckter oder auch regennasser Fahrbahn. Insbesondere können verschiedene Fahrer ihren Fahrstil in jeweils unterschiedlicher Weise an die Bedingungen anpassen.
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Dadurch, dass der fahrerspezifische Fahrstil in Abhängigkeit von den auf einem bestimmten Routensegment voraussichtlich herrschenden jeweiligen Bedingungen berücksichtigt wird, kann eine weitere Erhöhung der Genauigkeit des erfindungsgemäßen Verfahrens erreicht werden.
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Ferner kann der Fahrstil des Fahrers auch von den jeweils aktuellen Fahrzeugparametern abhängig sein. So spielt die Beladung des Fahrzeugs eine Rolle nicht nur für den Verbrauch des Kraftfahrzeugs auf einem gegebenen Segment, sondern auch für die Fahrweise des Fahrers, indem dieser beispielsweise bei erhöhter Beladung die erlaubte Maximalgeschwindigkeit weniger ausnutzen wird als bei leerem Fahrzeug. Insbesondere kann der Fahrstil auch davon abhängen, ob der Fahrer allein fährt oder ob ein Beifahrer mitfährt, ggf. auch davon, wie viele oder welche Mitfahrer vorhanden sind. Das gleiche gilt auch für einen Anhängerbetrieb, der nicht nur die erlaubte Höchstgeschwindigkeit beeinflusst, sondern auch den Fahrstil des Fahrers. Auch die Gangwahl kann von den Fahrzeugparametern abhängig sein.
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Da jeder Fahrer in unterschiedlicher Weise auf Änderungen beispielsweise der Beladung des Fahrzeugs reagieren kann, erlaubt eine Berücksichtigung des Fahrstils in Abhängigkeit von den aktuellen Fahrzeugdaten eine besonders genaue Abschätzung des voraussichtlichen Verbrauchs auf einer Route und eine entsprechend genauere Ermittlung einer verbrauchsoptimierten Route.
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Zur Ermittlung des Fahrstils des Fahrers werden gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung beim Betrieb des Kraftfahrzeugs Daten aufgezeichnet, die es erlauben, eine Beziehung zwischen Weg-, Umgebungs-, Verkehrs- und Fahrzeugparametern einerseits und dem Verhalten des Fahrers beim Fahren des Kraftfahrzeugs andererseits herzustellen. Insbesondere werden eine aktuelle Position des Kraftfahrzeugs, die beispielsweise über ein GPS-System ermittelt werden kann, und aufgrund von Kartendaten ermittelte Wegparameter bzw. Charakteristika eines Wegsegments aufgezeichnet. Gemeinsam hiermit können die aktuelle Zeit und die weiteren genannten Umgebungs-, Verkehrs- und Fahrzeugparameter aufgezeichnet werden. Gleichzeitig werden Aktionen des Fahrers zum Beschleunigen und Abbremsen, die gefahrene Geschwindigkeit sowie die Betätigung der Gangschaltung und ggf. weiterer verbrauchsrelevanter Zusatzfunktionen des Kraftfahrzeugs, wie etwa einer Klimaanlage oder eines Fenster, registriert. Die so ermittelten Daten werden miteinander in Beziehung gesetzt, um den Fahrstil des Fahrers in Abhängigkeit von der jeweiligen Situation zu ermitteln, insbesondere um Regeln für Aktionen des Fahrers unter den jeweiligen Bedingungen in Abhängigkeit von den Charakteristika eines Wegsegments zu ermitteln. In bevorzugter Weise wird der Fahrstil des Fahrers unter möglichst unterschiedlichen Bedingungen und für möglichst viele unterschiedliche Wegparameter ermittelt. Dieser persönliche Fahrstil kann insbesondere gespeichert werden und bei der Abschätzung des voraussichtlichen Energieverbrauchs auf einem Routensegment oder einer Route verwendet werden.
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Besonders vorteilhaft ist es, wenn der fahrerspezifische Fahrstil aufgrund von Daten einer bereits zurückgelegten Teilstrecke einer Route aktualisiert und aufgrund des aktualisierten Fahrstils eine Ermittlung einer energieverbrauchsoptimierten Route von einem aktuellen Ort zum Zielpunkt durchgeführt wird. Hierdurch kann jederzeit eine jeweils aktuell energieverbrauchsoptimierte Route für den verbleibenden Weg zum Zielpunkt ermittelt werden.
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In einer vorteilhaften Ausführung werden die fahrerspezifischen Fahrstildaten von einem ersten Fahrzeug zu einem zweiten Fahrzeug übermittelt. Als Übertragungsmittel eignen sich alle Verfahren zur Datenübertragung, z. B. mittels eines Speichermittels, einer Kabelverbindung und/oder einer drahtlosen Verbindung. Ein Speichermittel kann ein USB-Stick sein, den der Fahrer mit einem ersten Fahrzeug verbindet, welches er gerade fährt. Die so gesammelten Daten kann er dann auch für ein anderes, zweites Fahrzeug verwenden, indem die auf dem USB-Stick gesammelten Daten bei der Verbindung des USB-Sticks mit dem zweiten Fahrzeug die Daten automatisch übertragen. Speichermittel kann auch der Zündschlüssel oder die Key-Card des Fahrers sein, die neben der Zugangsberechtigung diese fahrerspezfischen Fahrstildaten speichern.
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Die Fahrstildaten können aber auch über geeignete Fernübertragungen direkt von Fahrzeug zu Fahrzeug übertragen werden, wenn erkannt wird, dass derselbe Fahrer mehrere Fahrzeuge benutzt und diese miteinander selbstständig oder bewusst ausgelöst, z. B. durch den Fahrer, miteinander kommunizieren. Die Übertragung kann auch über eine Kabelverbindung erfolgen, z. B. bei E-Mobilen, wenn diese an der Steckdose geladen werden.
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Insbesondere dann, wenn für ein Kraftfahrzeug mehrere Fahrer in Frage kommen, ist eine Identifikation des jeweils aktuellen Fahrers wünschenswert. Eine solche Identifikation kann beispielsweise aufgrund eines entsprechend kodierten persönlichen Schlüssels oder eines beim Starten des Kraftfahrzeugs bzw. des Navigationssystems einzugebenden persönlichen Codes, durch biometrische Verfahren, beispielsweise die Bestimmung des Gewichts der auf dem Fahrersitz sitzenden Person, oder aufgrund von individuell unterschiedlichen Einstellungen beispielsweise des Fahrersitzes, des Lenkrads, der Sicherheitsgurte oder der Spiegel erfolgen. Entsprechend der bei Beginn einer Fahrt getroffenen Einstellungen kann dann aufgrund eines gespeicherten Fahrerprofils der persönliche, ggf. situationsabhängige, Fahrstil des jeweiligen Fahrers aufgerufen und zur Ermittlung des voraussichtlichen Verbrauchs verwendet werden.
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In besonders bevorzugter Weise kann eine Identifikation des Fahrers stattdessen oder zusätzlich auch durch Auswertung des Fahrstils auf einer bereits zurückgelegten Fahrstrecke, die auch eine Teilstrecke der Route vom Start- zum Zielpunkt sein kann, erfolgen. Sofern die Fahrstile der verschiedenen möglichen Fahrer hinreichend unterschiedlich sind und deshalb für die Berechnung des Verbrauchs berücksichtigt werden müssen, ist hierdurch eine besonders einfache Identifikation des Fahrers möglich. Aufgrund der erfolgten Identifikation kann auf den vorab bestimmten, dem entsprechenden Fahrer zugeordneten Fahrstil sowie dessen Abhängigkeit von den Straßen-, Umgebungs- und Fahrzeugparametem zurückgegriffen werden.
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Auf diese Weise kann auch festgestellt werden, wenn bei einer Fahrt ein Fahrerwechsel stattfindet; hierfür können auch weitere Anhaltspunkte, beispielsweise ein Öffnen der Tür oder ein Abstellen des Motors, herangezogen werden. In bevorzugter Weise wird nach der Identifikation eines neuen Fahrers aufgrund von dessen Fahrstil eine aktuelle energieverbrauchsoptimierte Route für den Weg vom aktuellen Ort zum Zielpunkt ermittelt.
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Wenn ein Fahrer nicht identifiziert werden kann oder erstmals das Kraftfahrzeug fährt, so kann der Fahrstil des Fahrers aufgrund eines bereits zurückgelegten Teilstücks der Route ermittelt und zur Bestimmung der verbrauchsoptimalen Route für den verbleibenden Weg zum Zielpunkt verwendet werden.
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Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Ermittlung einer energieverbrauchsoptimierten Route eines Kraftfahrzeugs von einem Startpunkt zu einem Zielpunkt umfasst Eingabemittel zur Eingabe mindestens eines Zielpunkts, beispielsweise ein Touchscreen, und Speichermittel zur Speicherung von Kartendaten und ggf. weiteren Daten, wie Routendaten, Daten über fahrerspezifische Fahrstile einschließlich Daten über entsprechende Bremsstrategien, Daten zur Identifikation des Fahrers, Fahrzeugdaten und/oder Kennfelddaten zur Ermittlung eines Energieverbrauchswerts für ein beliebiges Segment einer Route in Abhängigkeit von verschiedenen Parameter. Die Vorrichtung umfasst ferner Datenerfassungsmittel zur Erfassung von Daten zumindest über den Startpunkt bzw. den aktuellen Ort des Kraftfahrzeugs sowie ggf. weiterer Daten bzw. Parameter wie etwa Wetterdaten, Daten zum Verkehrsaufkommen bzw. zur Verkehrssituation, der Uhrzeit und des Datums, sowie fahrzeugrelevante Parameter wie beispielsweise Zuladung, Bereifung oder Dachaufbauten. Ferner kann das Vorhandensein von Mitfahrern durch Sensoren detektiert werden, die ggf. durch biometrische Daten identifiziert werden können. Die Daten können dabei je nach Art der Daten beispielsweise durch eine Funkantenne, insbesondere innerhalb eines Navigationssystems, eine eingebaute Uhr oder durch Sensormittel erfasst werden oder, sofern diese in einem übergeordneten elektronischen System des Kraftfahrzeugs zur Verfügung stehen, aus diesem übernommen werden.
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Weiterhin umfasst die erfindungsgemäße Vorrichtung Prozessormittel zur Auswertung der gespeicherten und der erfassten Daten, beispielsweise einen Mikrocontroller bzw. Mikrocomputer, sowie Anzeigemittel zur Anzeige der energieverbrauchsoptimierten Route für den Fahrer des Kraftfahrzeugs, etwa ein Display oder eine akustische Anzeige. Die Prozessormittel sind erfindungsgemäß zur Ermittlung einer energieverbrauchsoptimierten Route nach einem erfindungsgemäßen Verfahren eingerichtet. Auf diese Weise ist eine in einer Vielzahl von Situationen genaue Ermittlung einer energieverbrauchsoptimierten Route von einem Startpunkt zu einem Zielpunkt möglich.
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Da der segmentbezogene Verbrauchswert und der Energieverbrauch eines Kraftfahrzeugs auf einer Route vom Typ und der Ausstattung des Kraftfahrzeugs abhängen, aber auch der Fahrstil eines Fahrers hiervon abhängt, ist es bevorzugt, dass die in den Speichermitteln gespeicherten Daten, insbesondere die Daten über fahrerspezifische Fahrstile, Fahrzeugdaten und/oder Kennfelddaten für den Typ und die Ausstattung des jeweiligen Kraftfahrzeugs gelten bzw. ermittelt wurden.
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Bei einem Verfahren zum Betreiben eines Kraftfahrzeugs kann für mindestens eine mögliche Route von einem Start- zu einem Zielpunkt eine solche Bremsstrategie ermittelt wenden, die für die betreffende Route einen minimalen Energieverbrauch ergibt. Der auf diese Weise ermittelte, der betreffenden Route zugeordnete Energieverbrauch kann bei der Ermittlung der energieverbrauchsoptimierten Route verwendet werden, und die betreffende Bremsstrategie kann beim Befahren der Route gesteuert werden. So kann beispielsweise bei einem Kraftfahrzeug mit einem automatischen Getriebe die Gangwahl zum Einsatz der Motorbremse entsprechend der optimalen Bremsstrategie angesteuert werden. Ferner können dem Fahrer durch geeignete haptische, optische und/oder akustische Anzeigemittel Hinweise übermittelt werden, die die Umsetzung der jeweils optimalen Bremsstrategie erleichtern. Wird durch aktuell aufgenommene Ortsdaten festgestellt, dass eine von der ermittelten energieverbrauchsoptimierten Route abweichende Route befahren wird, kann hierfür eine neue optimale Bremsstrategie ermittelt werden. Hierdurch ist eine Senkung des tatsächlichen Energieverbrauchs möglich.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnungen beispielhaft näher erläutert.
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Es zeigen:
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1 als Blockschaltbild die Ermittlung eines fahrerspezifischen Fahrstils gemäß einem Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens;
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2 ein Beispiel für zwei unterschiedliche Fahrstile;
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3 in symbolischer Form die verschiedenen Einflussgrößen für den Energieverbrauch und deren Zusammenhänge;
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4 als Blockschaltbild den Datenfluss bei der Ermittlung einer energieverbrauchsoptimierten Route.
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Gemäß 1 wird ein Fahrstil eines Fahrers, durch Aufzeichnung von Fahrdaten in Abhängigkeit von den relevanten Parameter bestimmt. Hierfür werden der aktuelle Ort und die aktuelle Fahrtrichtung des Kraftfahrzeugs beispielsweise aus den Daten eines GPS-gestützten Navigationssystems übernommen (nicht dargestellt); aus den in einem Speichermedium gespeicherten Kartendaten ergibt sich hieraus, auf welchem Teilstück eines Verkehrswegenetzes sich das Kraftfahrzeug aktuell befindet und in welcher Richtung es sich bewegt. Die Kartendaten enthalten für das betreffende Teilstück Parameter zur Charakterisierung des Teilstücks. Solche Parameter sind beispielsweise eine Straßenklassifizierung, die die Befahrbarkeit, den Belag, die Straßenbreite usw. beinhalten kann, die für das betreffende Teilstück und die betreffende Fahrtrichtung geltende Geschwindigkeitsbegrenzung oder andere Verkehrsregelungen, die Steigung und ggf. weitere topographische Angaben wie Meereshöhe und Kurvenradius. Insbesondere können die Parameter auch Angaben darüber enthalten, ob das betreffende Teilstück bzw. Segment sich in einem innerörtlichen oder einem außerörtlichen Bereich befindet. Enthält das Teilstück mehr als eine Kurve, können auch Angaben über die Anzahl der Kurven und einen durchschnittlichen oder den minimalen Kurvenradius enthalten sein. Ferner umfassen die Kartendaten Angaben über Kreuzungen, Abzweigungen, Vorfahrtsregelungen, Verkehrsampeln usw. Aus den derart ermittelten Wegparametem wird eine Klassifikation der aktuell befahrenen Straße abgeleitet, die ein- oder mehrdimensional sein kann. Gemeinsam mit den Wegparametem werden Betriebsparameter des Kraftfahrzeugs, wie beispielsweise Geschwindigkeit, Beschleunigung, Bremsverzögerung, Schalten, Gangwahl, Leerlaufzeiten usw. aufgezeichnet.
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Ferner werden weitere Daten, wie etwa über Uhrzeit, Datum und Zielpunkt oder über das Vorhandensein von Mitfahrern oder über die Beladung des Kraftfahrzeugs erfasst und ebenfalls bei der Ermittlung des Fahrstils berücksichtigt. Auch verkehrsbedingte oder Umgebungsparameter können erfasst und der Ermittlung des Fahrstils des Fahrers zugrunde gelegt werden.
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Aus den genannten Daten, die bevorzugt kontinuierlich aufgezeichnet werden, wird ein Fahrstil des Fahrers ermittelt, der beispielsweise als Funktion bzw. als Kennfeld oder als ein- oder mehrdimensionale Klassifikation ausgestaltet sein kann. Der Fahrstil gibt insbesondere an, welches Verhalten der Fahrer in Abhängigkeit von Weg- und anderen Parametern zeigt, beispielsweise welche Geschwindigkeit der Fahrer bei einer bestimmten Kombination von Parameter anstrebt bzw. einzuhalten versucht und welche Maßnahmen zur Beschleunigung oder Verzögerung er trifft. So können beispielsweise Kreuzungen, Stopschilder oder Kreisverkehre jeweils ein fahrerspezifisches Brems- und Beschleunigungsverhalten veranlassen. Beim Bremsen und Beschleunigen zeigt ein bestimmter Fahrer ein bestimmtes Schalt- und Gangwahlverhalten. Beim Fahren mit konstanter Geschwindigkeit bevorzugt ein bestimmter Fahrer eine bestimmte Getriebeübersetzung, die innerörtlich eine andere als außerörtlich sein kann. Auch in Abhängigkeit von der Tageszeit oder dem Zielpunkt kann der Fahrer ein unterschiedliches Verhalten zeigen.
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Der Fahrstil und die dazugehörige Geschwindigkeit-, Beschleunigungs- und Bremsstrategie sind somit nicht nur auf eine Straßenklassifikation, sondern auf eine Vielzahl von Einflussgrößen bezogen und ermöglichen daher eine realistische Vorhersage des Verhaltens des Fahrers und daher eine genaue Abschätzung des Verbrauchs auf einem Routensegment bzw. auf einer Route.
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2 zeigt ein einfaches Beispiel zur Verdeutlichung zweier unterschiedlicher Fahrstile. Die dünne Linie 1 zeigt das Verhalten von Fahrer A, die dicke Linie 2 das von Fahrer B, jeweils im innerörtlichen bzw. Stadtverkehr. Die gestrichelten Linien zeigen jeweils das Verhalten von Fahrer A (Linie 3) bzw. Fahrer B (Linie 4) auf einer Straße des außerörtlichen Verkehrs oder auf einer Autobahn. Wie in 2 gezeigt, beschleunigt Fahrer A im außerörtlichen Verkehr schneller als im innerörtlichen, während sich Fahrer B umgekehrt verhält. Fahrer A bremst im innerörtlichen Verkehr mit nahezu der gleichen Bremsbeschleunigung wie im außerörtlichen Verkehr, während Fahrer B im außerörtlichen Verkehr eine stärkere Abbremsung wählt als im innerörtlichen Verkehr.
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Die unterschiedlichen Beschleunigungs- und Bremsstrategien können nicht nur nach innerörtlichem oder außerörtlichem, sondern nach einer Vielzahl weiterer Bedingungen differenziert sein, die direkt und/oder über die Auswirkung auf den Fahrstil den Energieverbrauch beeinflussen.
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In 3 sind in symbolischer Form beispielhaft verschiedene Einflussgrößen dargestellt, die bei der Berechnung des Energieverbrauchs eine Rolle spielen. Die betreffenden Einflussgrößen lassen sich in die Gruppen Fahrzeugparameter, Straßenparameter, fahrerspezifische Parameter bzw. Fahrstil, Umgebungsparameter und Verkehrsparameter aufteilen. Zwischen den einzelnen Einflussgrößen bzw. Gruppen von Einflussgrößen bestehen Beziehungen, die symbolisch durch den gestrichelten Pfeil angedeutet sind. So haben die Wetterbedingungen nicht nur einen direkten Einfluss auf den Kraftstoffverbrauch auf einem Routensegment, etwa durch Gegenwind oder besonders hohe oder niedrige Temperaturen, sondern auch einen indirekten, indem der Fahrstil des Fahrers von den Wetterbedingungen, beispielsweise von der Sichtweite, abhängig ist. Auch der Straßenzustand sowie die weg- und verkehrsabhängigen Parameter sowie die Fahrzeugparameter beeinflussen den Energieverbrauch nicht nur direkt, sondern auch indirekt über den Fahrstil des Fahrers (nicht dargestellt).
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Zur Ermittlung einer verbrauchsoptimierten Route werden gemäß 4 aus den gespeicherten Kartendaten für eine Vielzahl von Segmenten einer möglichen Route vom Start- zum Zielpunkt jeweils die relevanten Wegparameter ermittelt. Dabei wird für die Ermittlung einer Route und der Segmente der Route auf die Kartendaten, auf die durch einen GPS-Empfänger ermittelte Position und den beispielsweise vom Fahrer eingegebenen Zielpunkt zurückgegriffen. In 4 sind nur jeweils einige der relevanten Parameter exemplarisch aufgeführt.
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Der Fahrer wird mit Hilfe der Aufzeichnung von Betriebsdaten des Kraftfahrzeugs, wie etwa Geschwindigkeit und Gangwahl, über eine bereits gefahrene Strecke aufgrund des dabei ermittelten Fahrstils identifiziert, wofür oft schon eine Fahrstrecke von wenigen Hundert Meter ausreicht; für die weitere Berechnung können dann gespeicherte Daten über den Fahrstil des Fahrers verwendet werden. Ggf. wird durch Aufzeichnung und Auswertung der Betriebsdaten gemeinsam mit den Weg- und ggf. weiteren Parametern auch der Fahrstil des Fahrers ermittelt und/oder aktualisiert. Abweichungen von einem gespeicherten Fahrstil können auch auf die Verkehrssituation, beispielsweise die Verkehrsdichte, schließen lassen und somit eine neue Routenoptimierung unter Berücksichtigung der geänderten Verkehrssituation auslösen.
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Aus den Wegparametem werden zusammen mit dem Fahrstil des Fahrers Verbrauchswerte für die jeweiligen Segmente errechnet. Für ein Segment kann beispielweise aufgrund der Wegparameter bestimmt werden, ob eine Beschleunigung oder ein Abbremsen erforderlich ist und ggf. mit welcher Wahrscheinlichkeit, und welche Geschwindigkeit zulässig ist. Aufgrund des fahrerspezifischen Fahrstils und ggf. weiterer Daten kann hieraus ein voraussichtlicher Verbrauchswert für das jeweilige Segment ermittelt werden. Dabei können auch weitere Parameter, wie etwa Fahrzeugparameter und aktuelle oder voraussichtliche Umgebungsbedingungen und Verkehrsparameter, berücksichtigt werden (nicht dargestellt).
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Von einem Routenplanungsalgorithmus werden sodann die den einzelnen Segmenten zugeordneten Verbrauchswerte in an sich bekannter Weise ausgewertet und eine verbrauchsoptimierte Route ermittelt. Hierbei können weitere Randbedingungen, beispielsweise die voraussichtlich benötigte Zeit, berücksichtigt werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 5913917 [0003]
- DE 102007059120 A1 [0004]
- DE 102007059121 A1 [0004]