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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verbrauchsoptimierungssystem
eines Kraftfahrzeuges, welches zur Reduzierung des Kraftstoffverbrauchs bei
Kraftfahrzeugen eingesetzt werden kann.
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Eine
Information bzgl. eines Kraftstoffverbrauchs eines Kraftfahrzeuges
wird heutzutage, wenn überhaupt,
meist über
eine Anzeige im Armaturenbrett einem Insassen, insbesondere einem
Fahrer, des Kraftfahrzeuges mitgeteilt. Dies beinhaltet den Nachteil,
dass der Fahrer seinen Blick auf diese Anzeige richten muss, um
die Information zu erfassen, wodurch er zumindest für einen
Augenblick den um sein Kraftfahrzeug herum stattfindenden Verkehr nicht
mehr betrachten kann.
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Um
einem Fahrer eines Kraftfahrzeuges eine Information zu übermitteln,
ohne dass der Fahrer seine Blickrichtung verändern muss, sind nach dem Stand
der Technik Vorrichtungen bekannt, welche ein haptisches Signal
an den Fahrer des Kraftfahrzeugs senden, welches dieser mit Hilfe
seines Tastsinns erfassen kann.
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Die
DE 100 26 498 A1 offenbart
ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Rückmeldung eines Signals an
den Fahrer eines Kraftfahrzeugs, sobald eine zulässige Belastungsgrenze eines
Elements in einem Kraftfahrzeuggetriebe überschritten wird. Dabei erfolgt
die Rückmeldung
als haptisches Signal über
eine Fahrpedal des Kraftfahrzeugs, beispielsweise als gepulste Bewegung
des Gaspedals. Diese Druckschrift offenbart keine Weitergabe von
Information bzgl. des Kraftstoffverbrauchs des Kraftfahrzeuges.
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Die
DE 196 20 929 A1 offenbart
eine Vorrichtung zur Längsregelung
eines Kraftfahrzeuges zur Aufbringung einer Rückstellkraft an einem Leistungssteuerorgan,
welches auch ein Pedal des Kraftfahrzeuges sein kann. Auch diese
Druckschrift offenbart keine Weitergabe von Information bzgl. des
Kraftstoffverbrauchs des Kraftfahrzeuges über ein Leistungssteuerorgan.
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Die
DE 200 01 724 U1 offenbart
eine Vorrichtung zur Festlegung eines Druckpunktes, durch den die
sparsamste Stellung des Pedales durch einen im Fuß leicht
spürbaren
Druckpunkt fixiert wird. Dabei besteht die Vorrichtung aus einem
je nach Konsistenz und Ausführung
im idealen Winkel zugeschnittenen Schaumstoff. Da der zugeschnittenen
Schaumstoff nicht veränderbar
ist, kann der Druckpunkt nicht an Gegebenheiten eines Motors des
Kraftfahrzeuges oder eine spezielle Fahrsituation angepasst werden.
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Die
DE 100 26 048 C2 offenbart
eine Vorrichtung zur haptischen Signalgebung mittels eines Gaspedals.
Dabei werden mit Hilfe der haptischen Signalgebung bestimmte Betriebszustände des
Kraftfahrzeugs, wie z. B. Motorölstand,
Geschwindigkeit oder der Abstand zu einem vorher fahrenden Fahrzeug übermittelt.
Eine Kraftstoffoptimierung wird in der Druckschrift nicht erwähnt.
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Der
Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, eine Vorrichtung zum
Optimieren des Kraftstoffverbrauchs eines Kraftfahrzeuges bereitzustellen,
welches dem Fahrer des Kraftfahrzeuges eine Information über den
Kraftstoffverbrauch des Kraftfahrzeuges übermittelt, ohne dass der Fahrer
seinen Blick vom Verkehr nehmen muss.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein
Verbrauchsoptimierungssystem gemäß Anspruch 1
gelöst.
Die abhängigen
Ansprüche
definieren bevorzugte und vorteilhafte Ausführungen der Erfindung.
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Im
Rahmen der vorliegenden Erfindung wird ein Verbrauchsoptimierungssystem
eines Kraftfahrzeuges, welches ein Gaspedal, eine Steuervorrichtung
und eine Motorsteuervorrichtung, welche einen Motor des Kraftfahrzeuges
steuert, umfasst, bereitgestellt. Dabei erzeugt die Steuervorrichtung
eine Kraft, welche zusätzlich
zu einer Rückstellpedalkraft auf
das Gaspedal einwirkt. Die Steuervorrichtung ist nun derart ausgestaltet,
dass sie die Kraft abhängig von
einem von der Motorssteuervorrichtung ermittelten Kraftstoffverbrauch
des Motors und von einer Stellung des Gaspedals erzeugt.
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Indem
die Steuervorrichtung die Kraft, welche zusätzlich zu der Rückstellpedalkraft
auf das Gaspedal einwirkt, regelt, gibt die Steuervorrichtung ein
haptisches Signal an einen Fahrer des Kraftfahrzeuges, welches dieser
mit seinem Fuß,
welcher auf dem Gaspedal steht, erfassen kann. Da die Rückstellpedalkraft
damit abhängig
von den Kraftstoffverbrauch des Motors des Kraftfahrzeuges ist,
erhält
der Fahrer somit eine Information über den Kraftstoffverbrauch
des Kraftfahrzeuges, wobei diese Informationen haptisch ermittelt
wird. D. h. der Fahrer kann die Information erfassen, ohne von einer
sein Kraftfahrzeug betreffenden Verkehrslage abgelenkt zu werden.
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Dabei
kann die Steuervorrichtung zusätzlich derart
ausgestaltet sein, dass sie folgende Vorgänge erfasst und dass sie für eine vorbestimmte
Zeitspanne keine zusätzlich
zur Rückstellpedalkraft
auf das Gaspedal einwirkende Kraft erzeugt, wenn sie einen solchen
Vorgang erfasst:
- • eine Betätigung eines Kick-Down-Schalters
des Gaspedals
- • einer
von dem Fahrer auf das Gaspedal aufgebrachte Kraft, welche größer als
die Summe der von der Steuervorrichtung erzeugten Kraft und der
Rückstellpedalkraft
ist, wobei die Summe der von der Steuervorrichtung erzeugten Kraft
und der Rückstellpedalkraft
oberhalb eines vorbestimmten Grenzwertes liegt
- • eine
Geschwindigkeit des Gaspedals, welche eine vorbestimmte Grenzgeschwindigkeit überschreitet
(dabei ist die Geschwindigkeit des Gaspedals durch einen Pedalweg
des Gaspedals pro Zeiteinheit definiert)
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Indem
der Fahrer einen solchen vorab beschriebenen Vorgang erzeugt, z.
B. indem er eine von dem Gaspedal ausgeübte Kraft mit Hilfe seines Fußes überdrückt, teilt
er dem Verbrauchsoptimierungssystem mit, dass seine Prioritäten zur
Zeit nicht auf einer Optimierung des Kraftstoffverbrauchs liegen.
Deshalb ist es vorteilhaft, wenn die Steuervorrichtung in diesem
Fall für
eine bestimmte Zeitspanne keine zusätzlich zur normalen Rückstellpedalkraft einwirkende
Kraft erzeugt.
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Indem
der im zweiten vorab angegebenen Punkt vorbestimmte Grenzwert gleich
der immer auf das Gaspedal einwirkenden Rückstellpedalkraft gewählt wird,
kann vorteilhafter Weise verhindert werden, dass sich die Steuervorrichtung
kurzzeitig abschaltet, also für
eine vorbestimmte Zeitspanne keine zusätzlich zur Rückstellpedalkraft
auf das Gaspedal einwirkende Kraft erzeugt, obwohl sie vorher gar nicht
in Aktion war, also keine zusätzlich
zu Rückstellpedalkraft
auf das Gaspedal einwirkende Kraft erzeugt hat.
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Die
Steuervorrichtung kann zusätzlich
derart ausgestaltet sein, dass sie die abhängig von der Stellung des Gaspedals
erzeugte Kraft derart dosiert, dass diese Kraft einen von dem Fahrer
erfassbaren Druckpunkt definiert. Dabei kann die Steuervorrichtung
den Druckpunkt bei einer Stellung des Gaspedals erzeugen, ab der
ein Bereich von Gaspedalstellungen beginnt, welche mit erhöhtem Verbrauch
des Motors einhergehen.
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Mit
Hilfe des von dem Fahrer haptisch zu erfassenden Druckpunkt ist
das Verbrauchsoptimierungssystem in der Lage den Fahrer vor verbrauchserhöhenden Betriebszuständen zu
warnen.
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Des
Weiteren kann die Steuervorrichtung derart ausgestaltet sein, dass
sie die Kraft proportional zum Kraftstoffverbrauch des Motors erhöht.
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Dadurch
wächst
die von dem Gaspedal ausgeübte
Kraft linear mit den Kraftstoffverbrauch an. Da der Kraftstoffverbrauch
in der Regel umso mehr ansteigt, je weiter das Gaspedal durchgetreten
wird, wächst
die vom Gaspedal ausgeübte
Kraft in diesem Fall mit dem Pedalweg des Gaspedals an.
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Außerdem kann
die Steuervorrichtung den Druckpunkt bei einer Stellung des Gaspedals
erzeugen, welche mit einem Betriebszustand mit nahezu optimal niedrigem
Kraftstoffverbrauch des Motors einhergeht. Dabei kann die Steuervorrichtung
den Druckpunkt auch über
die Zeit und in Abhängigkeit von
dem Betriebszustand des Motors verschieben.
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Indem
der Fahrer mit dem Gaspedal diesem Druckpunkt folgt, kann er das
Kraftfahrzeug mit nahezu optimal niedrigem Kraftstoffverbrauch fahren.
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Das
Verbrauchsoptimierungssystem kann auch eine Antischlupfvorrichtung
des Kraftfahrzeuges umfassen. Dabei kann die Steuervorrichtung derart
ausgestaltet sein, dass sie den Druckpunkt bei einer Stellung des
Gaspedals erzeugt, welche dadurch ausgezeichnet ist, dass bei dieser
Stellung die Antriebsräder
gerade nicht durchdrehen. Dabei kann die Steuervorrichtung den Druckpunkt
auch über
die Zeit und in Abhängigkeit
von Informationen der Antischlupfvorrichtung verschieben.
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Indem
der Fahrer mit dem Gaspedal diesem Druckpunkt folgt, kann das Kraftfahrzeug
nahezu optimal beschleunigen, wobei kein Kraftstoff dadurch vergeudet
wird, dass die Antriebsräder
des Kraftfahrzeuges durchdrehen.
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Weiterhin
kann die Steuervorrichtung dem Fahrer eine Information mitteilen,
indem sie die Kraft, welche zusätzlich
zu einer Rückstellpedalkraft
auf das Gaspedal einwirkt, über
die Zeit nach einem bestimmten Muster variiert. Z. B. kann das Verbrauchsoptimierungssystem
damit dem Fahrer mitteilen, dass ein Herunter- oder Heraufschalten
eines manuellen Getriebes des Kraftfahrzeuges den Kraftstoffverbrauch
verringern würde.
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Die
vorliegende Erfindung eignet sich vorzugsweise zur Verbrauchsoptimierung
bei einem Kraftfahrzeug. Sie ist jedoch nicht auf diesen bevorzugten
Anwendungsbereich beschränkt.
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Die
vorliegende Erfindung wird nachfolgend näher unter Bezugnahme auf die
beigefügte
Zeichnung anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele erläutert.
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1 ist
eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Verbrauchsoptimierungssystems.
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2 stellt
erfindungsgemäß einen
Druckpunkt in einem Diagramm dar, in welchem eine Kraft über einen
Pedalweg eines Gaspedals aufgetragen ist.
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3 stellt
erfindungsgemäß ein Diagramm dar,
in welchem eine Kraft über
den Pedalweg des Gaspedals aufgetragen ist.
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4 stellt
einige erfindungsgemäße Kraftvariationsmuster
in einem Diagramm dar, in welchem eine Kraft über die Zeit aufgetragen ist.
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Die 1 stellt
eine schematische Darstellung eines Verbrauchsoptimierungssystems 10 dar, welches
ein Gaspedal 1, eine Motorsteuervorrichtung 3,
eine Steuervorrichtung 4 und eine Antischlupfvorrichtung 5 umfasst.
Dabei steuert die Motorsteuervorrichtung 3 einen Motor 2 eines
Kraftfahrzeuges und wird über
eine Stellung des Gaspedals 1 gesteuert. Die Steuervorrichtung 4 erhält Informationen über den
Motor 2 von der Motorsteuervorrichtung 3, über die
Stellung des Gaspedals 1 von dem Gaspedal 1 und über die
Antischlupfvorrichtung 5 wird sie darüber informiert, ob Antriebsräder 7 des
Kraftfahrzeuges, welche über
einen Antriebstrang 6 von dem Motor 2 angetrieben
werden, durchdrehen oder nicht.
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Die
Steuervorrichtung 4 erzeugt in Abhängigkeit der vorab genannten
Informationen eine Kraft, welche zusätzlich zu einer Rückstellpedalkraft
auf das Gaspedal 1 einwirkt. Um die nachfolgende Beschreibung
zu vereinfachen, wird die von der Steuervorrichtung 4 erzeugte
Kraft, welche zusätzlich
zu der Rückstellpedalkraft
auf das Gaspedal 1 einwirkt, im Folgenden nur "von der Steuervorrichtung 4 erzeugte Kraft" oder auch nur "diese Kraft" genannt.
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Die
Steuervorrichtung 4 stellt diese Kraft derart ein, dass
ein Fahrer des Kraftfahrzeuges mit seinem auf dem Gaspedal 1 stehenden
Fuß einen Druckpunkt
erfasst. Ein solcher Druckpunkt ist in 2 dargestellt.
Dabei ist eine Summe aus der Rückstellpedalkraft
und der von der Steuervorrichtung 4 erzeugten Kraft, welche
auf das Gaspedal 1 einwirkt, gegen einen Pedalweg des Gaspedals 1 dargestellt.
Der Druckpunkt liegt dabei bei einem mit s1 bezeichneten Pedalweg,
wobei die auf das Gaspedal einwirkende Kraft erhöht wird, sowohl wenn das Gaspedal
ausgehend von der Stellung s1 ein wenig weiter durchgetreten wird
als auch wenn der Fuß ein
wenig vom Gaspedal genommen wird. Mit F1 wird die
im Druckpunkt auf das Gaspedal einwirkende Kraft definiert, welche
selbstverständlich
von der Steuervorrichtung 4 eingestellt bzw. verändert werden
kann.
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Damit
ist die Steuervorrichtung 4 in der Lage verbrauchserhöhende Betriebszustände über einen Druckpunkt
darzustellen oder vor verbrauchserhöhenden Betriebszuständen mit
Hilfe eines Druckpunktes zu warnen. Z. B. kann ein Druckpunkt kurz vor
einem Bereich des Pedalwegs angeordnet sein, welcher einer Volllastanreicherung
des Motors entspricht. Übertritt
der Fahrer mit dem Gaspedal 1 den derart eingestellten
Druckpunkt nicht, wird der Bereich der Volllastanreicherung nicht
erreicht. Auf die gleiche Weise kann ein Druckpunkt vor einem Bereich
warnen, indem eine Drehzahlbegrenzung aufgrund des Bauteileschutzes
auftreten würde.
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Berechnet
die Steuervorrichtung 4 z. B. auf Grund geänderter
Informationen von der Motorsteuervorrichtung 3 einen kleineren
Pedalweg zum Vermeiden einer Volllastanreicherung, so verschiebt
sie den Druckpunkt s1 entsprechend und der Fahrer kann diesem Druckpunkt
folgen. Allgemein ist es dadurch möglich, dem Fahrer eine Information
zu geben, so dass er einen bestimmten Betriebszustand des Motors 2 einhalten
kann. Dabei berechnet die Steuervorrichtung 4 für einen
bestimmten Betriebszustand in Abhängigkeit von den Informationen
der Motorsteuervorrichtung 3 eine zeitabhängige optimaler
Stellung des Gaspedals 1. Entsprechend dieser zeitabhängigen optimalen
Stellung des Gaspedals 1 erzeugt die Steuervorrichtung 4 einen
Druckpunkt, dessen Lage s1 natürlich
auch zeitabhängig
ist. Folgt der Fahrer mit dem Gaspedal 1 diesem mit der
Zeit wandernden Druckpunkt, so wird der vorab bestimmte Betriebszustand
des Motors 2 eingehalten. Z. B. kann die Steuervorrichtung 4 die
Stellung des Druckpunktes derart berechnen, dass bei einer dem Druckpunkt
entsprechenden Gaspedalstellung der Schichtbetrieb des Motors 2 eingehalten
wird.
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Eine
weitere Realisierung eines Druckpunktes ist in 3 dargestellt.
Ab einem Pedalweg s2 beginnt die von der Steuervorrichtung 4 erzeugte Kraft
stark anzusteigen, wodurch dem Fahrer signalisiert wird, das Gaspedal
nicht über
die Stellung s2 hinaus zu bewegen. Wie stark die von der Steuervorrichtung 4 erzeugte
Kraft ansteigt, kann von der Steuervorrichtung 4 durch
die Wahl eines Winkels α eingestellt
werden. Durch eine Veränderung
von s2 kann die Steuervorrichtung 4 auch diese Art von Druckpunkt
bewegen und somit dem Fahrer mitteilen, wie er das Gaspedal 1 bewegen
soll.
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Da
die Steuervorrichtung 4 auch Informationen von der Antischlupfvorrichtung 5 erhält, kann
sie einen Druckpunkt und damit eine Last derart vorgeben, dass damit
ein Beschleunigungsgradient einer Beschleunigung des Kraftfahrzeuges
vorgegeben wird. Der Druckpunkt wird dabei so berechnet, dass der
Beschleunigungsgradient nicht überschritten wird.
Somit kann eine zu starke Beschleunigung des Kraftfahrzeuges auf
Grund einer Fehlbedienung des Gaspedals verhindert werden bzw. bewusst
gemacht werden.
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Weiterhin
kann mit Hilfe eines Druckpunktes dem Fahrer ein von der Antischlupfvorrichtung
erkannter Schlupf mitgeteilt werden. Über den Druckpunkt bekommt
der Fahrer eine Rückmeldung
und kann seinen Beschleunigungswunsch reduzieren. Des Weiteren kann
die Steuervorrichtung 4 für den Fall, dass die Antischlupfvorrichtung 5 erkennt,
dass mindestens einen Antriebsrad 7 durchdreht, einen Druckpunkt
derart einstellen, dass die dem Druckpunkt entsprechende Stellung
des Gaspedals zu einer Absenkung eines Moments des Motors 2 führen würde.
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Die
Steuervorrichtung 4 ist derart ausgestaltet, dass sie über bestimmte
Variationen der von der Steuervorrichtung 4 erzeugten Kraft
eine Information an den Fahrer des Kraftfahrzeuges übermittelt.
Da durch das Aufbringen einer variierenden Kraft auf das Gaspedal 1 die
Stellung des Gaspedals 1 verändert wird, berechnet die Steuervorrichtung
eine aus der variierenden Kraft resultierende Pedalwegveränderung
des Gaspedals und filtert diese Pedalwegveränderung, welche ja durch die
Steuervorrichtung selbst verursacht ist, bei der Bestimmung des
eigentlichen Pedalweges des Gaspedals 1, welcher durch
den Fahrer vorgegeben wird, aus.
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In 4 ist
die von der Steuervorrichtung 4 erzeugte Kraft, welche
der sonst auf das Gaspedal einwirkenden Kraft überlagert wird, über der
Zeit dargestellt, wobei drei Variationsmuster gezeigt werden. Während bei
dem Variationsmuster a dem Fahrer des Kraftfahrzeuges über eine
Vibration des Gaspedals 1 eine Information übermittelt
wird, wird bei dem Variationsmuster b bzw. c dem Fahrer über eine
Anzahl von Impulsen eine Information mitgeteilt; im Fall des Variationsmusters
b ein Impuls und im Fall des Variationsmusters c zwei Impulse.
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Bei
der vorliegenden Ausführungsform
wird der Fahrer mit dem Vibrationsmuster a allgemein gewarnt, weil
z. B. der Öldruck
oder die Kühlwassertemperatur
im Motor 2 außerhalb
eines vorgegebenen Bereiches liegen. Dagegen gibt das Variationsmuster b
dem Fahrer den Hinweis, dass er in den nächsten höheren Gang schalten sollte.
Entsprechend gibt das Variationsmuster c dem Fahrer den Hinweis,
dass er in den nächst
tieferen Gang zurückschalten
sollte.
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Abschließend sei
darauf hingewiesen, dass die Steuervorrichtung 4 auch ein
Bestandteil der Motorsteuervorrichtung 3 sein kann. In
diesem Fall würden
die mit den Bezugszeichen 3 und 4 bezeichneten Blöcke in 1 zu
einem Block verschmelzen.
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- 1
- Gaspedal
- 2
- Motor
- 3
- Motorsteuervorrichtung
- 4
- Steuervorrichtung
- 5
- Antischlupfvorrichtung
- 6
- Antriebsstrang
- 7
- Antriebsräder
- 10
- Verbrauchsoptimierungssystem
- F1
- Kraft
im Druckpunkt
- s1
- Pedalweg
des Druckpunktes
- s2
- Pedalweg
des Druckpunktes
- α
- Anstiegswinkel
der Kraft im Druckpunkt
- a
- Variationsmuster,
allgemeiner Fehler
- b
- Variationsmuster,
in den nächst
höheren
Gang schalten
- c
- Variationsmuster,
in den nächst
tieferen Gang schalten