Jeder Benutzer eines Motorfahrzeuges verursacht Verkehr und belastet damit in unterschiedlichem Ausmass unsere Umwelt. Die Verteilung der entstehenden Umweltkosten nach dem Verursacherprinzip scheitert bis heute vornehmlich an einer zweckmässigen Erfassung der Fahrleistung der einzelnen Motorfahrzeuge. Versuche, diese Fahrleistung aufgrund der Erfassung der gefahrenen Kilometer zu erheben, scheitern teilweise am Fehlen universell und fälschungssicher einbaubarer Erfassungsgeräte. Zudem stellt die Erfassung der gefahrenen Kilometer nur beschränkt die Umweltbelastung durch das einzelne Fahrzeug dar. So sind beispielsweise 100 km am Stück gefahren umweltfreundlicher, als 20mal 5 km Kurzstrecken, bei denen ein Katalysator seine Wirkung nur bedingt entfalten kann. Die Erfassung der Kilometer lässt auch keine Rückschlüsse auf den Fahrstil zu.
Es ist bekannt, dass sportliches Fahren (häufiges Beschleunigen und Bremsen) oder Fahrten im Stadtverkehr zu zusätzlichem Treibstoffverbrauch und somit Schadstoffausstoss führt.
Nachfolgend eine Beschreibung der Erfindung, aufgrund des unabhängigen Patentanspruches 1, mit einem Vibrationssensor als integriertem Sensor und einem direkten Anschluss zu einem Drehzahlgeber des Motors. Weitere Erläuterungen zu den abhängigen Ansprüchen 2 bis 7 folgen am Schluss. Im Gegensatz zu bisher bekannten Erfindungen von Fahrtenschreibern und Datenerfassungsgeräten, welche vorwiegend für Nutzfahrzeuge entwickelt wurden, besticht vorliegende Erfindung durch:
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- universellen Einsatz für alle bekannten Motorfahrzeuge
- redundantes und daher zuverlässiges Erfassen der Daten ohne Möglichkeit zur Manipulation der erfassten Daten durch den Halter
- nachträglichen Einbau in jedes Motorfahrzeug möglich
- einfachen und kostengünstigen Einbau
- Datenerhalt über mehr als 10 Jahre
- automatisches Auslesen und Aufbereiten der Daten aus dem Datenerfassungsgerät mit Hilfe eines PC oder Lesegerätes
- sofortigen Ausdruck der Orginaldaten und der aufbereiteten Daten als Beleg für den Fahrzeughalter
- Ausdruck der Daten zur Weiterleitung an die Behörden
- automatische Weiterleitung der Daten auf elektronischem Weg (Netzwerk, Netzwerkverbund, Datenträger) möglich.
Das Datenerfassungsgerät (im folgenden nur noch DEG genannt) besteht im wesentlichen aus folgenden elektronischen Funktionseinheiten:
A einer Spannungsstabilisierung mit Überspannungsschutz für die interne Energieversorgung des DEG und einer Ladeschaltung für
B den internen Akku
D einem integrierten Vibrationssensor
E Auswertung und DA-Wandlung von Spannungseinbrüchen
F Microprozessor
G Auswertung und DA-Wandlung der Sensoren und Drehzahlgeber M
H Serieller Schnittstelle
I Programm und Systemspeicher
J Datenspeicher, der auch ohne Energieversorgung Daten behält
Das DEG wird an beliebiger Stelle im Motorraum plombiert befestigt. Die externe Energieversorgung des DEG wird so angeschlossen, dass sie in elektrischer Verbindung mit der Starterbatterie steht.
Bei der Inbetriebnahme kann das DEG über die serielle Schnittstelle initialisiert werden. Dabei werden z.B. eine Gerätenummer, welche auch im Fahrzeug selbst angebracht wird, der Fahrzeugtyp und fahrzeugspezifische Programmparameter einprogrammiert. Nach abgeschlossener Initialisierung sperrt das DEG die Schnittstelle, damit nur noch die gespeicherten Daten ausgelesen, aber nichts mehr in das DEG einprogrammiert oder verändert werden kann.
Das Starten des Motors wird in dreifacher Weise registriert:
1) durch Fesstellen eines Spannungseinbruchs der externen Energieversorgung
2) Am Einsetzen der Drehimpulse
3) durch Erschütterung des internen Vibrationssensors
Durch diese redundante Erfassung ist eine zuverlässige Erfassung der Motorstarts möglich. Während des Betriebs des Motors wird die Zeitdauer des Betriebs erfasst und fortlaufend summiert sowie die Drehzahl in ausgewählten Drehzahlbereichen summiert. Ab einer gewissen Änderungsgrösse der Drehzahl wird auch dieses Ereignis registriert und fortlaufend summiert. In bestimmten Zeitabständen oder bei Auftreten einer Störung werden die erfassten Daten mit Zeitangabe im Datenspeicher abgespeichert.
Mögliche Daten sind:
1) Total der Anzahl Motorstarts
2) Total der Motorstarts nach einem kurzen Motorhalt
3) Total der Motorumdrehungen aufgeteilt in z.B acht verschiedene Drehzahlbereiche und gesamte Anzahl der Motorumdrehungen
4) Total der Drehzahländerungen
5) Total der Betriebszeit des Motors
6) Aktuelles Datum beim Speichern der Daten
7) allfälliger Störungscode wie z.B Ausfall der Drehimpulse, Wegfall der Stromversorgung, neues Anlegen der Stromversorgung, unmögliche Drehzahlen, Überspannung, Anschliessen der Schnittstelle oder andere ausserordentliche Betriebszustände
Durch ein äusserst stromsparendes Design der Elektronik und durch den fest im DEG eingebauten Energiespeicher kann auch nach einem Wegfall der externen Energieversorgung die Datenerfassung weiter erfolgen. Ausserordentliche Betriebszustände, z.B. wegen Manipulier-Versuchen, werden mit Datum und Errorcode registriert. Die Erfassung der Anzahl Motorstarts und das Total der Betriebszeit des Motors wird aber in jedem Fall registriert und ist nicht zu verhindern.
Im Normalfall ergibt sich aus den erfassten und gespeicherten Daten ein äusserst genaues Benützungsprofil des Fahrzeugs. Der Datenspeicher ist so dimensioniert, dass Platz für mehrere Ableseperioden vorhanden ist, wobei bei einem vollen Speicher jeweils die ältesten Werte überschrieben werden. Aufgrund der universellen Grundstruktur des DEG ist durch entsprechende Software im DEG eine Anpassung an die verschiedensten Umstände möglich. So ist es durch entsprechende Softwaresteuerung ohne weiteres möglich, einen Teil des Datenspeichers als Echtzeitspeicher zu verwalten, um z.B. nach einem Unfall die Drehzahldaten des Motores auswerten zu können.
Durch Vergiessen des DEG z.B. in Kunstharz sowie der fehlenden Möglichkeit, in das DEG nach der Initialisierung Daten zu schreiben, ist eine Manipulation der gespeicherten Daten unmöglich, und gleichzeitig wird das DEG optimal gegen Umwelteinflüsse geschützt.
Das Auslesen der Daten kann in längeren Intervallen, beispielsweise gleichzeitig mit einer Abgaswartung, erfolgen. Durch Einstecken einer Verbindung am DEG werden dessen Daten automatisch auf einen Personel-Computer oder eine andere Leseeinrichtung übertragen. Im PC geschieht auch die weitere Auswertung und Verknüpfung der Daten. Einerseits werden die Daten untereinander auf Plausibilität und Fehlercodes untersucht und andererseits mit Hilfe einer im PC integrierten Fahrzeugdatenbank zu aussagekräftigen Resultaten verknüpft. Nach dem Auslesen der Daten erhält der Fahrzeughalter sofort alle Resultate sowie die DEG-Orginaldaten als Beleg ausgedruckt. Ein zweiter Ausdruck, eine Weiterleitung der Daten mittels elektronischer Übermittlung oder mittels Datenträger, informiert die entsprechende Behörde.
Damit ist eine zuverlässige Möglichkeit geschaffen, die einzelnen Fahrzeughalter strikte nach dem Verursacherprinzip mit Gebühren wie Steuern, Strassenkosten, Schwerverkehrsabgaben, Umweltabgaben und Grundversicherungsprämien zu belasten.
Beschreibung zu Anspruch 2
Wird ein Mikrofon als Sensor der Drehzahl eingesetzt, so ist dieses an einem geeigneten Ort einzubauen, so dass die einzelnen Verbrennungstakte des Motors am besten aufgenommen werden. In einer ersten Stufe wird das Signal stark bandbreitenbegrenzt, in bezug zum Drehzahlbereich des Motors also etwa auf 5 bis 200 Hz. Durch weitere Aufbereitung des Signals mit Hilfe analoger und digitaler Schaltkreise und anschliessender Bearbeitung mit geeigneten Softwarealgorhythmen, lässt sich aus dem Mikrofonsignal zuverlässig die Drehzahl des Motors gewinnen. In der einfachsten Form des DEG befindet sich dieses Mikrofon direkt im DEG selbst.
Beschreibung zu Anspruch 3
Wird für die Erfassung der Drehzahl ein Vibrationssensor verwendet, so ist dieser so zu montieren, dass die entstehenden Vibrationen des Motors bei der Verbrennung möglichst störungsfrei abgetastet werden. Die Signalaufbereitung erfolgt mit den gleichen technischen Mitteln wie bei der Aufbereitung eines Mikrofonsignals.
Beschreibung zu Anspruch 4
Bei Motoren, die mit Zündkerzen für die Zündung des Brennstoffs ausgerüstet sind, kann durch Empfang der Hochfrequenzstörungen auf einen Betrieb des Motors und nach Aufbereitung des Signals mit den technischen Mitteln wie Filter, PLL-Schaltung und digitaler Algorhythmen auch auf dessen Drehzahl geschlossen werden.
Beschreibung zu Anspruch 6
Da die von einem Verbrennungsmotor erzeugten Vibrationen sehr stark sind, kann durch geeignete Konstruktion eines im DEG eingebauten Vibrationssensors, z.B auf magnetoinduktiver oder piezzoelektrischer Basis, dessen Ausgangsleistung durch entsprechende Wandlung zur Unterstützung oder vollständigen Speisung des DEG verwendet werden. Der interne Akku muss dann nur die Motorstandzeiten überbrücken. Dadurch ist eine unabhängige Erfassung bei einem Unterbruch der externen Energieversorgung bis zur nächsten Datenauslesung möglich.
Every user of a motor vehicle causes traffic and thus pollutes our environment to varying degrees. The distribution of the resulting environmental costs according to the polluter pays principle has so far mainly failed due to an appropriate recording of the mileage of the individual motor vehicles. Attempts to ascertain this mileage based on the recording of the kilometers traveled sometimes fail due to the lack of universal and counterfeit-proof installation devices. In addition, the recording of the kilometers traveled represents the environmental impact of the individual vehicle only to a limited extent. For example, 100 km at a time are more environmentally friendly than 20 times 5 km of short journeys where a catalytic converter can only have a limited effect. The recording of the kilometers does not allow any conclusions to be drawn about the driving style.
It is known that sporty driving (frequent acceleration and braking) or driving in city traffic leads to additional fuel consumption and thus pollutant emissions.
The following is a description of the invention, based on the independent claim 1, with a vibration sensor as an integrated sensor and a direct connection to a speed sensor of the motor. Further explanations on the dependent claims 2 to 7 follow at the end. In contrast to previously known inventions of tachographs and data acquisition devices, which were primarily developed for commercial vehicles, the present invention impresses with:
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- universal use for all known motor vehicles
- Redundant and therefore reliable acquisition of the data without the possibility of manipulation of the acquired data by the holder
- Subsequent installation in any motor vehicle possible
- Simple and inexpensive installation
- Data retention over more than 10 years
- Automatic reading and processing of the data from the data acquisition device using a PC or reader
- Immediate printing of the original data and the processed data as proof for the vehicle owner
- Print the data for forwarding to the authorities
- Automatic forwarding of the data electronically (network, network connection, data carrier) possible.
The data acquisition device (hereinafter only called DEG) essentially consists of the following electronic functional units:
A voltage stabilization with overvoltage protection for the internal power supply of the DEG and a charging circuit for
B the internal battery
D an integrated vibration sensor
E Evaluation and DA conversion of voltage dips
F microprocessor
G Evaluation and DA conversion of sensors and speed sensors M
H serial interface
I program and system memory
J Data storage that retains data even without a power supply
The DEG is sealed at any point in the engine compartment. The external power supply of the DEG is connected in such a way that it is in electrical connection with the starter battery.
During commissioning, the DEG can be initialized via the serial interface. Here, e.g. a device number, which is also attached in the vehicle itself, the vehicle type and vehicle-specific program parameters. After initialization has been completed, the DEG blocks the interface so that only the stored data can be read out, but nothing can be programmed or changed in the DEG.
Starting the engine is registered in three ways:
1) by detecting a voltage dip in the external energy supply
2) At the onset of angular momentum
3) by vibration of the internal vibration sensor
This redundant detection enables reliable detection of engine starts. During the operation of the engine, the duration of the operation is recorded and summed continuously, and the speed in selected speed ranges is summed. From a certain change in the speed, this event is also registered and continuously summed up. At certain intervals or when a fault occurs, the recorded data are stored in the data memory with a time.
Possible dates are:
1) Total number of engine starts
2) Total engine starts after a short engine stop
3) Total engine revolutions divided into e.g. eight different speed ranges and total number of engine revolutions
4) Total speed changes
5) Total engine operating time
6) Current date when the data was saved
7) Any fault code such as failure of the angular momentum, loss of power supply, reconnection of the power supply, impossible speeds, overvoltage, connection of the interface or other extraordinary operating conditions
Thanks to the extremely energy-saving design of the electronics and the energy storage permanently installed in the DEG, data can continue to be collected even after the external power supply has been lost. Extraordinary operating conditions, e.g. due to manipulation attempts, are registered with the date and error code. The recording of the number of engine starts and the total operating time of the engine is registered in any case and cannot be prevented.
Normally, the recorded and stored data result in an extremely precise usage profile for the vehicle. The data memory is dimensioned so that there is space for several reading periods, whereby the oldest values are overwritten when the memory is full. Due to the universal basic structure of the DEG, appropriate software in the DEG enables adaptation to the most varied of circumstances. Appropriate software control makes it easy to manage part of the data storage as real-time storage, e.g. to be able to evaluate the engine speed data after an accident.
By casting the DEG e.g. in synthetic resin and the lack of the possibility to write data into the DEG after initialization, manipulation of the stored data is impossible, and at the same time the DEG is optimally protected against environmental influences.
The data can be read out at longer intervals, for example simultaneously with exhaust gas maintenance. By plugging in a connection to the DEG, its data is automatically transferred to a personal computer or other reading device. The further evaluation and linking of the data also takes place in the PC. On the one hand, the data are examined among themselves for plausibility and error codes and, on the other hand, linked to meaningful results with the help of a vehicle database integrated in the PC. After reading out the data, the vehicle owner immediately receives all the results and the original DEG data as a receipt. A second printout, a forwarding of the data by electronic transmission or by means of a data carrier, informs the relevant authority.
This creates a reliable way of charging individual vehicle owners strictly according to the polluter pays principle with fees such as taxes, road costs, heavy vehicle taxes, environmental taxes and basic insurance premiums.
Description of claim 2
If a microphone is used as a speed sensor, it must be installed at a suitable location so that the individual combustion cycles of the engine are best recorded. In a first stage, the signal is severely limited in bandwidth, in relation to the speed range of the motor to about 5 to 200 Hz. By further processing the signal with the aid of analog and digital circuits and subsequent processing with suitable software algorithms, the speed can be reliably determined from the microphone signal win the engine. In the simplest form of the DEG, this microphone is located directly in the DEG itself.
Description of claim 3
If a vibration sensor is used to record the speed, it must be installed in such a way that the vibrations generated by the engine are sensed as smoothly as possible during combustion. The signal is processed using the same technical means as for the processing of a microphone signal.
Description of claim 4
In engines that are equipped with spark plugs for igniting the fuel, it is possible to conclude that the engine is operating by receiving the high-frequency interference and after processing the signal using technical means such as filters, PLL switching and digital algorithms, its speed can also be inferred.
Description of claim 6
Since the vibrations generated by an internal combustion engine are very strong, a suitable construction of a vibration sensor built into the DEG, e.g. on a magneto-inductive or piezoelectric basis, can use its output power through appropriate conversion to support or fully supply the DEG. The internal battery then only has to bridge the engine life. This enables independent detection in the event of an interruption in the external power supply until the next data reading.