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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Schwungnutzung eines Kraftfahrzeuges
mittels eines Ausrollens des Kraftfahrzeuges mit den Schritten Ermitteln
von Geschwindigkeitsdaten des Kraftfahrzeuges, Ermitteln von Positionsdaten
des Kraftfahrzeuges und Ermitteln eines Startpunkts für
das Ausrollen.
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Verfahren
zur Schwungnutzung eines Kraftfahrzeuges sind bekannt. Unter Schwungnutzung kann
ein Abbremsen eines Fahrzeugs mittels Rollen verstanden werden,
beispielsweise vor einem Hindernis. Die
DE 10 2006 054 327 A1 betrifft
ein Verfahren zur Schwungnutzung eines Kraftfahrzeuges, bei dem
Positionsdaten und Geschwindigkeitsdaten des Kraftfahrzeuges erfasst
werden und zusammen mit Daten einer digitalisierten Karte eines
Straßennetzes verarbeitet werden. Um eine Energie- und
Kosteneinsparung zu ermöglichen, ist vorgesehen, dass bei dem
Verarbeiten der Daten ein Startpunkt ermittelt wird, an dem ein
Ausrollen des Kraftfahrzeuges initiiert wird. Es kann zu einem richtigen
Moment die Energiezufuhr zu einem Antriebsmotor des Kraftfahrzeuges
abgeschaltet beziehungsweise unterbrochen werden, wobei das Kraftfahrzeug
ohne einen erneuten Beschleunigungsvorgang ausrollen kann. Aus der
DE 10 2005 017 560
A1 ist ein Betriebsverfahren für ein in einem
Fahrzeug befindliches verkehrsadaptives Assistenzsystem bekannt,
das abhängig von geschwindigkeits- und/oder abstandsbezogenen Größen
des Fahrzeuges und eines vorausfahrenden Fahrzeuges eine Beschleunigung
oder eine Verzögerung des Fahrzeuges bewirkt. Das Assistenzsystem wird
abhängig von der an der Fahrzeugposition herrschenden Verkehrsphase,
insbesondere freiem Verkehr, synchronisiertem Verkehr und sich bewegendem
breitem Stau, betrieben.
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Aufgabe
der Erfindung ist es, ein verbessertes Schwungnutzen eines Kraftfahrzeuges
mittels eines Ausrollens des Kraftfahrzeuges zu ermöglichen.
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Die
Aufgabe ist bei einem Verfahren zur Schwungnutzung eines Kraftfahrzeuges
mittels eines Ausrollens des Kraftfahrzeuges mit den Schritten Ermitteln
von Geschwindigkeitsdaten des Kraftfahrzeuges, Ermitteln von Positionsdaten
des Kraftfahrzeuges und Ermitteln eines Startpunkts für
das Ausrollen dadurch gelöst, dass ein Ermitteln von Staudaten
von vor dem Kraftfahrzeug liegenden Staufronten und ein Ermitteln
des Startpunkts mittels der Geschwindigkeitsdaten, der Positionsdaten
und der Staudaten vorgesehen sind. In einem dichten Verkehr kann
es vorkommen, dass das Kraftfahrzeug auf eine Staufront auffährt.
Mittels bekannten On-board-Systemen, wie beispielsweise Abstandsmessvorrichtungen
oder auch durch die freie Sicht eines Fahrers des Kraftfahrzeuges
nach vorne ist es beispielsweise möglich, benachbarte Verkehrsteilnehmer
und/oder deren Fahrzustand auszumachen. Vorteilhaft kann die weiter
entfernt liegende Staufront beziehungsweise eine Position der Staufront
dennoch mittels der Staudaten ermittelt werden, wobei eine freie
Sicht bis zur Staufront nicht notwendig ist. Die Staudaten können
dazu beispielsweise von einer Verkehrsleitstelle oder von anderen
Fahrzeugen, die weiter vorne sich im Verkehrsfluss befinden, im
Sinne einer Fahrzeug-zu-Fahrzeug-Kommunikation, übermittelt
werden. Vorteilhaft können diese Daten dazu genutzt werden,
den Startpunkt des Ausrollens möglichst frühzeitig
festzulegen, sodass trotz der vor dem Fahrzeug liegenden Staufront
das Fahrzeug beim Erreichen derselben nicht abrupt abgebremst werden muss.
Vorteilhaft kann vielmehr das Fahrzeug mittels des Ausrollens, also
mit einer sanften Verzögerung an den Stau beziehungsweise
an die Staufront herangeführt werden, wobei vorteilhaft
die Geschwindigkeit des Kraftfahrzeuges mit der hinter der Staufront gefahrenen
Fahrgeschwindigkeit besonders energiesparend unter Ausnutzung der
kinetischen Energie des Kraftfahrzeuges synchronisiert werden kann.
Unter Ausrollen kann eine Verzögerung des Kraftfahrzeuges
mittels einer Motorbremse, insbesondere bei einer unterbrochenen
Kraftstoffzufuhr und bei einer geschlossenen Kupplung und/oder ein
Betrieb mit offener Kupplung und leer laufendem Motor und/oder ein
Betrieb mit offener Kupplung und abgestelltem Motor verstanden werden.
Ferner kann unter Ausrollen ein Rekuperationsbetrieb verstanden
werden, bei dem die kinetische Energie des Kraftfahrzeuges in in einer
Batterie speicherbare elektrische Energie umgewandelt wird.
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Bei
einer Ausführungsform des Verfahrens sind ein Ermitteln
einer Ist-Position des Kraftfahrzeuges mittels den Positionsdaten,
ein Ermitteln einer Ist-Stauposition einer nächstgelegenen
Staufront mittels den Staudaten, ein Ermitteln eines Ist-Abstands
des Kraftfahrzeuges zu der Staufront mittels der Ist-Position und
der Ist-Stauposition und/oder ein Festlegen des Startpunkts, falls
der Ist-Abstand einen Mindestabstand, insbesondere zwischen 100
m und 1000 m, insbesondere zwischen 200 m und 800 m, bevorzugt zwischen
200 m und 600 m, vorzugsweise zwischen 300 m und 350 m, unterschreitet
vorgesehen. Unter Staufront kann ein Wechsel von einer Verkehrsphase
zu einer weiteren, langsameren Verkehrsphase verstanden werden.
Bei den Verkehrsphasen kann es sich beispielsweise um die der Dreiphasentheorie
nach Kerner, insbesondere einen freien Verkehr, einen synchronisierten
Verkehr und einen sich bewegenden breiten Stau handeln. Vorteilhaft
kann der Startpunkt so festgelegt werden, dass sich ein bestmögliches
Ausnutzen des Schwunges des Kraftfahrzeuges durch das Ausrollen
ergibt.
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Bei
einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens ist ein Klassifizieren
der Staufront mittels zumindest einer der folgenden Frontklassen
vorgesehen: Ein Übergang von freiem Verkehr zu synchronisiertem
Verkehr für eine erste Frontklasse, ein Übergang
von freiem Verkehr zu sich bewegendem breitem Stau für
eine zweite Frontklasse, ein Übergang von freiem Verkehr
in eine Warteschlange für eine dritte Frontklasse und ein Übergang
von synchronisiertem Verkehr zu sich bewegendem breitem Stau für
eine vierte Frontklasse vorgesehen. Mittels der Frontklassen können
vorteilhaft dem Kraftfahrzeug Daten bereitgestellt werden, die es
ermöglichen, auf die unterschiedlichen Frontklassen unterschiedlich zu
reagieren, insbesondere unterschiedliche Startpunkte beziehungsweise
darauf abgestimmte Startpunkte festzulegen.
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Bei
einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens ist ein Festlegen
oder Begrenzen des Mindestabstandes auf einen Wert < 300 m, falls die
erste Frontklasse vorliegt, ein Festlegen oder Begrenzen des Mindestabstandes
auf einen Wert < 500
m, falls die zweite Frontklasse vorliegt und/oder ein Festlegen
oder Begrenzen des Mindestabstandes auf einen Wert < 100 m, falls die
dritte Frontklasse vorliegt, und/oder ein Festlegen oder Begrenzen
des Mindestabstandes auf einen Wert < 100 m, falls die vierte Frontklasse
vorliegt, vorgesehen. Vorteilhaft kann vermieden werden, dass das
Ausrollen des Fahrzeuges zu früh beginnt, wobei vorteilhaft
sichergestellt werden kann, dass der Schwung des Kraftfahrzeuges
nicht zu früh aufgezehrt ist, wobei das ausrollende Kraftfahrzeug
auf keinen Fall zum Verkehrshindernis wird oder zumindest als solches
wahrgenommen wird, da die Geschwindigkeit in Relation zu der nahenden
Staufront zu früh und zu stark reduziert wurde. Unter Klassifizieren
in Frontklassen kann im einfachsten Falle eine auf einer Verkehrssituation
vor dem Fahrzeug basierende softwaretechnisch realisierbare Auswahlabfrage
verstanden werden. Auf dieser Basis kann dann eine Reaktion generiert
werden, beispielsweise das Festlegen oder Begrenzen des Mindestabstands.
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Bei
einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens ist ein Ermitteln
des Mindestabstands mittels einer bei dem Ausrollen des Kraftfahrzeuges
auftretenden mittleren Ausrollbeschleunigung (aA)
vorgesehen. Die mittlere Ausrollbeschleunigung kann für unterschiedliche
Kraftfahrzeuge unterschiedlich festgelegt werden, sie kann beispielsweise
einen Wert von 0,8–1,2 m/s2, insbesondere
1 m/s2, betragen. Vorteilhaft kann vereinfachend
und ohne den Ansatz aufwändiger kinematischer Zusammenhänge und/oder
Zustandsgrößen des Kraftfahrzeuges lediglich mittels
der mittleren Ausrollbeschleunigung der Mindestabstand ermittelt
werden.
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Bei
einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens ist ein Ermitteln
des Mindestabstands mittels der Formel
wobei
s
A der
Mindestabstand,
v
KfZ die Ist-Geschwindigkeit
des Kraftfahrzeuges,
v
S eine von der
Frontklasse abhängige und mittels der Staudaten ermittelbare
mittlere Geschwindigkeit anderer Verkehrsteilnehmer hinter der Staufront
beziehungsweise Staugeschwindigkeit und a
A die
mittlere Ausrollverzögerung sind vorgesehen. Vorteilhaft kann
mittels der Formel s
A so gewählt
werden, dass während des Ausrollens eine Strecke durchfahren wird,
bei der am Ende des Ausrollens das Kraftfahrzeug mit der mittleren
Staugeschwindigkeit v
S synchronisiert ist.
Sobald der Ist-Abstand des Kraftfahrzeuges zur Staufront den Mindestabstand
erreicht beziehungsweise unterschreitet, kann das Ausrollen des
Kraftfahrzeuges beginnen beziehungsweise initiiert werden.
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Bei
einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens ist ein Ermitteln
des Mindestabstands mittels der Formel
wobei c
1 ein
erster Korrekturparameter, c
2 ein zweiter Korrekturparameter,
c
3 ein dritter Korrekturparameter, c
4 ein vierter Korrekturparameter und a
ϕ eine Korrekturbeschleunigung sind.
Mittels des ersten Korrekturparameters kann beispielsweise ein Offset
für den Mindestabstand eingestellt werden, beispielsweise
um einen Toleranzausgleich einer Genauigkeit der Staudaten beziehungsweise
der Ist-Stauposition vorzunehmen. Für den Fall, dass die
Ist-Stauposition mit einer Genauigkeit von ±50 m vorliegt,
kann der Korrekturparameter c
1 beispielsweise
50 m betragen. Dadurch kann vorteilhaft sichergestellt werden, dass das
Kraftfahrzeug das Ausrollen nicht zu früh beginnt, und
damit vorteilhaft nicht als Verkehrshindernis wahrgenommen werden
kann. Je nach Toleranzlage muss dann der Fahrer bei Erreichen der
Staufront noch durch Betätigen der Bremse des Kraftfahrzeuges
selbst die Fahrgeschwindigkeit an die mittlere Staugeschwindigkeit
synchronisieren beziehungsweise anpassen. Mittels des zweiten Korrekturparameters
c
2 kann eine prozentuale Verringerung oder Vergrößerung
des Mindestabstandes eingestellt werden. Mittels des Korrekturparameters
c
3 kann eingestellt werden, dass das Kraftfahrzeug
bei Erreichen der Staufront eine Geschwindigkeitsdifferenz des Wertes
von c
3 zu der mittleren Staugeschwindigkeit v
S aufweist. Auch dies kann dazu ausgenutzt
werden, dass der Fahrer kurz vor Erreichen der Staufront noch die
Bremse betätigen muss und vorteilhaft diese rasch genug
erreicht, um noch nicht als Verkehrshindernis wahrgenommen zu werden.
Mittels des Korrekturparameters c
4 kann
die Ausrollverzögerung a
A angepasst
werden, beispielsweise an einen Zustand des Kraftfahrzeuges, insbesondere
einen Beladungszustand, eine Bereifung, eine montierte Dachlast,
einen Anhängerbetrieb und/oder Ähnliches. Alternativ
und/oder zusätzlich ist es denkbar, die Ausrollverzögerung
a
A von weiteren Größen,
beispielsweise der Ist-Geschwindigkeit des Kraftfahrzeuges abhängig
zu machen. Mittels der Korrekturbeschleunigung a
ϕ kann
vorteilhaft eine Hangabtriebsbeschleunigung, die sich aus einer
um den Winkel
ϕ geneigten, also ansteigenden oder
abschüssigen Fahrbahn ergibt, berücksichtigt werden.
Die Korrekturbeschleunigung kann beispielsweise mittels der Formel a
ϕ = –g·sin(ϕ)
berechnet werden. Der Neigungswinkel ϕ kann beispielsweise
mittels dem Kraftfahrzeug zur Verfügung stehenden Kartendaten
und/oder GPS-Daten, insbesondere Höhenangaben eines Navigationssystems
des Kraftfahrzeuges, ermittelt werden.
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Bei
einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens ist ein Ermitteln
des ersten Korrekturparameters mittels der Formel
wobei v
SF eine
Geschwindigkeit der Staufront ist. Staufronten können eine
Geschwindigkeit aufweisen, insbesondere eine negative Geschwindigkeit,
sich also auf das sich nähernde Kraftfahrzeug zu bewegen.
Vorteilhaft kann mittels des Korrekturfaktors c
1 mittels
der angegebenen Formel diese Geschwindigkeitskomponente der Staufront
berücksichtigt werden. Alternativ und/oder zusätzlich
ist es möglich, der angegebenen Formel von c
1 noch
die vorab beschriebene Geschwindigkeitskonstante als Toleranzsicherheit
für die Staupositionsdaten hinzuzuaddieren. Falls v
SF eine negative Geschwindigkeit ist, wird
entsprechend der angegebenen Formel durch die Berücksichtigung
von c
1 der Mindestabstand vergrößert,
sodass entsprechend ein früheres Initiieren des Ausrollens
erfolgen kann.
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Bei
einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens ist ein Ermitteln
des Mindestabstands als Minimalwert von zumindest zwei vorab beschriebenen Schritten
zum Ermitteln des Minimalabstands vorgesehen. Es ist beispielsweise
vorteilhaft denkbar, den Minimalabstand mittels einer der vorab
beschriebenen Formeln und mittels vorgebbaren, insbesondere an die
jeweilige Verkehrssituation angepassten festgelegten Werten beziehungsweise
begrenzten Werten vorzunehmen. Je nachdem, welcher dieser beiden
Werte niedriger ist, kann dieser als Mindestabstand zum Festlegen
des Startpunktes, also zum Vergleichen mit dem Ist-Abstand des Fahrzeuges
zur Staufront verwendet werden. Da stets der kleinere Wert berücksichtigt
wird, kann dadurch ebenfalls vorteilhaft vermieden werden, dass
das Ausrollen des Kraftfahrzeuges zu früh initiiert beziehungsweise
eingeleitet wird.
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Bei
einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens ist ein Initiieren
des Ausrollens bei Erreichen des Startpunkts mittels zumindest einem
Element der folgenden Gruppe: eine haptische Rückmeldung, eine
optische Rückmeldung, eine fahrdynamische Rückmeldung,
ein automatisierter Eingriff in eine Längsdynamik des Kraftfahrzeuges
vorgesehen. Vorteilhaft kann der Fahrer des Kraftfahrzeuges darauf
aufmerksam gemacht werden, dass er zum Einsparen von Kraftstoff
mit dem Ausrollen des Kraftfahrzeuges beginnen kann. Unter haptischer
Rückmeldung kann beispielsweise ein haptisch wahrnehmbarer
Vorgang, beispielsweise ein Vibrieren des Lenkrades, des Sitzes
und/oder Ähnliches, verstanden werden. Unter einer optischen
Rückmeldung kann beispielsweise eine Anzeige in einem Kombi-Instrument
beziehungsweise an einer Anzeigentafel des Kraftfahrzeuges verstanden
werden. Unter einer fahrdynamischen Rückmeldung kann beispielsweise ein
kurzzeitiges Unterbrechen beziehungsweise Bereitstellen eines Drehmoments,
beispielsweise durch ein kurzzeitiges Abstellen einer Kraftstoffzufuhr,
verstanden werden. Ferner ist es denkbar, dass der Fahrer mittels
einer haptisch wahrnehmbaren kurzen Kickbewegung gegen ein Fahrpedal
des Kraftfahrzeuges eine Rückmeldung erhält. Ein
Eingriff in eine Längsdynamik des Kraftfahrzeuges kann
beispielsweise eine Unterbrechung einer Kraftstoffzufuhr bei geschlossener
Kupplung, ein Öffnen der Kupplung, verbunden mit einem
leer laufenden Motor sowie ein Öffnen der Kupplung, verbunden
mit einem abgestellten Motor und/oder ein Rekuperationsbetrieb, verbunden
mit einem Einspeichern von elektrischer Energie in eine Batterie
des Kraftfahrzeuges verstanden werden.
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Bei
einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens ist ein Ermitteln
des Startpunkts in Abhängigkeit von vor dem Kraftfahrzeug
liegenden statischen Abbiegepunkten, den Geschwindigkeitsdaten und den
Positionsdaten vorgesehen. Vorteilhaft kann das Ausrollen auch auf
vor das Fahrzeug liegende Abbiegepunkte, beispielsweise Kreisverkehre,
Kreuzungen, insbesondere T-Kreuzungen, Ausfahrten und/oder Ähnliche,
angewandt werden. Dabei ist es vorteilhaft möglich, anstelle
der mittleren Staugeschwindigkeit vS für
jede Art der Abbiegepunkte eine spezifische Geschwindigkeit vorzusehen,
die in die vorab beschriebenen Formeln anstelle der Geschwindigkeit
vS eingeht. So ist es beispielsweise denkbar,
für eine rechtwinklige Abzweigung, die beispielsweise mittels
Kartendaten und/oder Navigationsdaten des Navigationssystems des
Kraftfahrzeuges ermittelbar sind, eine vergleichsweise geringe Geschwindigkeit
als Endgeschwindigkeit des Ausrollens zuzuweisen und beispielsweise
einer Autobahnausfahrt eine vergleichsweise größere
Geschwindigkeit. Für Kurven kann eine von deren Krümmung
abhängige Geschwindigkeit eingesetzt werden.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren basiert auf dem Grundgedanken,
dass bei einem Fahrzeug Bremsvorgänge, die hinsichtlich
des Kraftstoffverbrauchs ungünstig sind, vermieden werden
können, wenn bei einer Annäherung des Fahrzeug
an eine Staufront ein Ausrollen des Fahrzeugs initiiert wird.
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Eine
auf diesem Grundgedanken basierende Vorrichtung zur Unterstützung
des Fahrers eines Fahrzeugs beim verbrauchsoptimierten Fahren, umfasst
- – Mittel zur Erfassung von Bewegungsdaten
des Fahrzeugs, insbesondere von Geschwindigkeitsdaten,
- – Mittel zum Erfassen der momentanen Position des Fahrzeugs,
- – Mittel zum Empfang von Staudaten von vor dem Fahrzeug
liegenden Staufronten, wobei die Staudaten über eine Funkverbindung
von einen externen Verkehrserfassungssystem bereitgestellt werden
und
- – Mittel zur Initiierung eines Ausrollens des Fahrzeugs
in Abhängigkeit der erfassten Bewegungsdaten des Fahrzeugs,
der erfassten momentanen Position des Fahrzeugs und der empfangenen Staudaten.
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Die
Aufgabe ist ferner bei einem Kraftfahrzeug, ausgelegt, eingerichtet
und/oder konstruiert zum Durchführen eines vorab beschriebenen
Verfahrens gelöst. Es ergeben sich die vorab beschriebenen
Vorteile.
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Weitere
Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus
der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnung
verschiedene Ausführungsbeispiele im Einzelnen beschrieben
sind. Gleiche, funktionsgleiche und/oder ähnliche Teile
sind mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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Dabei
zeigen:
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1 ein
Weg-Zeit-Diagramm mit einer Trajektorie eines Kraftfahrzeuges, das
durch einen breiten, sich bewegenden Stau und einen synchronisierten
Verkehr hindurchfährt;
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2 ein
weiteres Weg-Zeit-Diagramm mit einer Trajektorie eines Kraftfahrzeuges,
das durch eine Warteschlange vor einem Verkehrsknotenpunkt hindurchfährt;
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3 eine
schematische Darstellung einer Ausrollstrecke eines Kraftfahrzeuges,
das auf eine Staufront eines synchronisierten Verkehrs auffährt;
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4 eine
weitere schematische Darstellung einer Ausrollstrecke eines Kraftfahrzeuges,
das auf eine Staufront eines sich bewegenden breiten Staus auffährt;
und
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5 eine
weitere schematische Darstellung einer Ausrollstrecke eines Kraftfahrzeuges,
das auf eine Staufront einer Warteschlange vor einem Verkehrsknotenpunkt
auffährt.
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1 zeigt
ein Weg-Zeit-Diagramm 1 mit einer eingezeichneten ersten
Trajektorie 3 eines nicht näher dargestellten
Kraftfahrzeuges. Auf einer x-Achse 5 ist eine Zeit und
auf einer y-Achse 7 ein Ort eingezeichnet. Bei dem Ort
kann es sich beispielsweise um einen entsprechenden Streckenpunkt
einer Autobahn und/oder einer Schnellstraße handeln. Mittels
einer schräg verlaufenden Quadratstruktur ist ein erstes
Gebiet 9 eines synchronisierten Verkehrs schematisch eingezeichnet.
Mittels einer senkrecht und waagrecht verlaufenden Quadratschraffur
ist in dem Weg-Zeit-Diagramm 1 ein zweites Gebiet 11 eines
sich bewegenden breiten Staus schematisch eingezeichnet. Die übrigen, nicht
schraffierten Flächen des Weg-Zeit-Diagramms 1 symbolisieren
einen freien Verkehr.
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Die
mittels des Weg-Zeit-Diagramms 1 symbolisierten Gebiete
können entsprechend einer Dreiphasentheorie nach Kerner
eingeteilt werden, wobei insbesondere unter freiem Verkehr eine
Verkehrsphase beziehungsweise ein Verkehrsfluss verstanden werden
kann, bei dem die Verkehrsteilnehmer ihre Geschwindigkeit weitestgehend
selbst bestimmen können, beispielsweise auf Autobahnen
eine Durchschnittsgeschwindigkeit von über 100 km/h wählen,
beispielsweise ungefähr 130 km/h.
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Unter
synchronisiertem Verkehr kann insbesondere ein Verkehrsfluss verstanden
werden, bei dem die individuelle Fahrgeschwindigkeit jeweils von dem
vorausfahrenden Fahrzeug abhängt, da dieses nicht überholt
werden kann. Solche Zustände können beispielsweise
Geschwindigkeiten von ca. 60 km/h aufweisen. Unter einem sich bewegenden
breiten Stau kann insbesondere eine Verkehrssituation verstanden
werden, bei der der Verkehrsfluss nahezu vollständig zum
Erliegen kommt, sich aber dennoch neben Stillständen auch
Fahrbewegungen ergeben, beispielsweise mit einer durchschnittlichen
Geschwindigkeit von ca. 15 km/h. Solche Fahrzustände können
sich durch von hinten auffahrende Fahrzeuge und vorne diesen Stau
wieder verlassende Fahrzeuge entgegen einer Fahrtrichtung des eigentlichen Verkehrsflusses
bewegen, was in dem Weg-Zeit-Diagramm 1 durch eine negative
Steigung des zweiten Gebiets 11 leicht zu erkennen ist.
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Im
Unterschied dazu weist das erste Gebiet 9 eine im Wesentlichen
horizontale Lage auf, wobei angenommen werden kann, dass ein Gebiet
synchronisierten Verkehrs sich nicht bewegt, also der jeweilige Übergang
von einem freien Verkehr zum Gebiet des synchronisierten Verkehrs
und der entsprechend umgekehrte Übergang, an dem die Kraftfahrzeuge
den synchronisierten Verkehr wieder verlassen, ungefähr
ortsfest sind.
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In
dem Weg-Zeit-Diagramm 1 kann anhand der ersten Trajektorie 3,
beziehungsweise an unterschiedlichen Steigungen der ersten Trajektorie 3 abgelesen
werden, dass sich an den Übergängen zwischen den
unterschiedlichen Gebieten des freien, synchronisierten und gestauten
Verkehrs Geschwindigkeitsänderungen ergeben. Bei dem Weg-Zeit-Diagramm 1 handelt
es sich um eine schematische Darstellung, wobei Geschwindigkeitsänderungen
als Knicke, also mit unstetigen Geschwindigkeitsänderungen
symbolisiert sind. Dennoch kommt die Darstellung der ersten Trajektorie 3 des
Weg-Zeit-Diagramms 1 der Realität sehr nahe, da
bei einem Auffahren auf eine Staufront, also bei einem Erreichen des
ersten Gebietes 9 oder bei einem Erreichen des zweiten
Gebietes 11 sehr große Verzögerungswerte auftreten
können, insbesondere wenn eine entsprechende Staufront
sehr spät erkannt wird. Dabei kann der Schwung, also die
kinetische Energie des Kraftfahrzeuges verloren gehen beziehungsweise
nutzlos in Wärme umgewandelt werden. Dies kann vorteilhaft
mittels eines Ausrollens des Kraftfahrzeuges verhindert oder zumindest
auf ein Minimum reduziert werden. Dazu kann vorteilhaft zu einem
frühen Zeitpunkt, der in dem Weg-Zeit-Diagramm 1 mittels
des Buchstabens T0 symbolisiert ist, das
Ausrollen erfolgen.
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2 zeigt
ein weiteres Weg-Zeit-Diagramm 1 mit einer ersten Trajektorie 3.
Eine x-Achse 5 und eine y-Achse 7 sind analog
der 1 ausgebildet. Im Unterschied zur Darstellung
gemäß 1 ist in das Weg-Zeit-Diagramm 1 gemäß 2 ein
drittes Gebiet 13 einer Warteschlange an einem Netzknoten mit
sich sehr langsam bewegenden Kraftfahrzeugen eingezeichnet. Als
weiterer Unterschied kann das Weg-Zeit-Diagramm 1 beziehungsweise
die erste Trajektorie 3 eine Fahrt eines Kraftfahrzeuges
durch einen Streckenabschnitt mit niedrigerer Geschwindigkeit, beispielsweise
einem Stadtgebiet und/oder einer Landstraße darstellen.
Bei der Warteschlange kann es sich beispielsweise um eine Warteschlange vor
einer Ampel, einem Kreisverkehr, einer vorfahrtsberechtigten Querstraße
und/oder Ähnliches handeln.
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In 2 ist
ebenfalls der Zeitpunkt T0 eingezeichnet,
ab dem sinnvollerweise ein Ausrollen des Kraftfahrzeuges erfolgen
kann. Im Unterschied zur Darstellung gemäß 1 ist
eine zweite Trajektorie 15 eingezeichnet, wobei das Kraftfahrzeug
an dem Zeitpunkt T0 mit einem Ausrollen
beginnt. Es ist ersichtlich, dass sich dabei die Geschwindigkeit
des Kraftfahrzeuges langsam ändert, was in dem Weg-Zeit-Diagramm 1 mittels
einer leichten Krümmung der zweiten Trajektorie 15 zwischen
dem Zeitpunkt T0 und dem Erreichen des dritten
Gebietes 13 ersichtlich ist, wobei sich die während
des freien Verkehrs gefahrene Fahrtgeschwindigkeit langsam auf die
sehr niedrige, in dem dritten Gebiet 13 gefahrene Fahrgeschwindigkeit
synchronisiert.
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3 zeigt
eine schematische Darstellung eines Teils einer Fahrbahn 17,
beispielsweise zwei Fahrstreifen einer Schnellstraße oder
einer Autobahn aufweisend. Die Fahrbahn 17 weist einen
Ausrollabschnitt 19 auf, in dem ein Ausrollen des Kraftfahrzeuges
stattfinden kann. Eine Fahrtrichtung des nicht näher dargestellten
Kraftfahrzeuges verläuft, in Ausrichtung der 3 gesehen,
von links nach rechts. An den Ausrollabschnitt 19 schließt
sich ein erstes Gebiet 9 eines synchronisierten Verkehrs
an. An dem Übergang zwischen dem Ausrollabschnitt 19 und dem
ersten Gebiet 9 befindet sich eine erste Staufront 21,
an der ein freier Verkehr in einen synchronisierten Verkehr übergeht.
Die erste Staufront 21 kann einer ersten Staufrontklasse
zugeordnet werden. In dem Ausrollabschnitt 19 können
diese befahrenden Kraftfahrzeuge ihre Geschwindigkeit weitestgehend frei
wählen. Eine entsprechende Ist-Geschwindigkeit 23,
vKfz, ist in 3 mittels
eines Pfeiles angedeutet. Diese kann beispielsweise 108 km/h betragen.
Hinter der Staufront 21, also in dem ersten Gebiet 9 des synchronisierten
Verkehrs, können in diesem fahrende Kraftfahrzeuge lediglich
eine mittlere Geschwindigkeit beziehungsweise Staugeschwindigkeit 25,
vS fahren, was in 3 ebenfalls
mittels zwei Pfeilen angedeutet ist. Die Staugeschwindigkeit 25,
vS, kann beispielsweise 57,6 km/h betragen.
Um bei einer gemittelten Ausrollverzögerung aA von
1 m/s2 die Ist-Geschwindigkeit vKfz auf die Staugeschwindigkeit vS zu reduzieren, kann diese beispielsweise
520 m betragen. Es ist möglich, sobald ein die Fahrbahn 17 befahrendes
Kraftfahrzeug sich der Staufront 21 so weit genähert
hat, dass ein Mindestabstand, der den mittels des Doppelpfeils 19 angedeuteten
Ausrollabschnitt, beispielsweise 520 m, unterschreitet, ein Ausrollen
des Kraftfahrzeuges initiiert beziehungsweise begonnen wird. Die
Länge des Ausrollabschnitts kann mittels kinematischer
Formeln ermittelt werden. Es ist jedoch auch denkbar, neben einer
Ermittlung mittels kinematischen Zusammenhängen den Ausrollabschnitt 19 zu
begrenzen, beispielsweise für die erste Frontklasse auf
ein Maß von 300 m. Mittels einer Minimalwertbildung kann
dann überprüft werden, ob eine sich mittels kinematischer
Zusammenhänge errechnete Ausrollstrecke oder das begrenzte
Maß kleiner ist, wobei der kleinere Wert dann als Kriterium
genutzt werden kann. Dies kann vorteilhaft ausgenutzt werden, um
ein zu frühes Initiieren des Ausrollens zu verhindern,
wobei vorteilhaft sichergestellt werden kann, dass ein Fahrer des
Kraftfahrzeuges, ohne vorher zu langsam zu werden, auch die Staufront 21 erreicht.
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4 zeigt
eine Abbildung der in 3 dargestellten Fahrbahn 17.
Im Unterschied hat sich auf der Fahrbahn 17 ein zweites
Gebiet 11 eines sich bewegenden breiten Staus gebildet.
An einem entsprechenden Übergang von einem freien Verkehr
zu dem zweiten Gebiet 11 befindet sich eine zweite Staufront 27,
die in eine zweite Frontklasse eines Übergangs des freien
Verkehrs in den sich bewegenden breiten Stau eingeteilt werden kann.
Die Ist-Geschwindigkeit 23, vKfZ,
kann gemäß dem Ausführungsbeispiel in 4 ebenfalls
108 km/h betragen. Im Unterschied ist die Staugeschwindigkeit 25,
vS, deutlich geringer und kann beispielsweise
14,4 km/h betragen. Als weiterer Unterschied bewegt sich die zweite
Staufront 27 entgegen der Flussrichtung des Verkehrs, also
stromaufwärts mit einer Frontgeschwindigkeit 29,
vSF, auf sich dieser nähernde Kraftfahrzeuge
zu. Die Frontgeschwindigkeit 29, vSF,
ist in 4 ebenfalls mittels eines Pfeiles angedeutet.
Mit den in 4 angegebenen Geschwindigkeiten,
unter der Annahme, dass vSF vernachlässigbar
ist, kann der mittels des Doppelpfeils angedeutete Ausrollabschnitt 19 eine
Ausrollstrecke sA von 640 m aufweisen. Es
ist denkbar, für die zweite Frontklasse die Ausrollstrecke
sA auf ein Maß von ca. 500 m einzugrenzen.
Unter Einrechnung der Frontgeschwindigkeit 29, vSF, würde sich zwar dieselbe Ausrollstrecke sA ergeben, es müsste jedoch das
Ausrollen bereits ab einer größeren Entfernung,
also einem größeren Mindestabstand zur zweiten
Staufront 27 erfolgen.
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5 zeigt
eine schematische Darstellung einer weiteren Fahrbahn 17,
die einen Netzknoten 31 aufweist. Bei dem Netzknoten, der
hier beispielhaft als Kreuzung dargestellt ist, kann es sich um
einen beliebigen Netzknoten, beispielsweise eine Autobahnausfahrt,
einen Kreisverkehr, eine Lichtzeichenanlage oder einen Bahnübergang
handeln. Vor dem Netzknoten 31 weist die Fahrbahn 17 ein
drittes Gebiet 13 einer Warteschlange auf. Der Verkehr
in der Warteschlange weist eine sehr geringe Geschwindigkeit auf,
beispielsweise von 0 km/h. Für diesen Extremfall kann ein
Ausrollen des Kraftfahrzeuges auf eine Geschwindigkeit nahe 0 km/h
erfolgen. Als Ist-Geschwindigkeit 23, vKfz,
kann beispielsweise eine Geschwindigkeit von 72 km/h angenommen
werden, wobei sich eine Ausrollstrecke sA des
mittels des Doppelpfeils dargestellten Ausrollabschnitts 19 eine Strecke
von 200 m ergibt. An einem Übergang zwischen dem dritten
Gebiet 13, also der Warteschlange, und dem Ausrollabschnitt 19 befindet
sich eine dritte Staufront 33 eines Übergangs
eines freien Verkehrs in eine Warteschlange, die in eine dritte
Frontklasse einklassifiziert werden kann. Es ist denkbar, für
die dritte Frontklasse die Ausrollstrecke sA auf
100 m einzugrenzen oder auf diesen Wert festzulegen.
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Um
das Kraftfahrzeug möglichst energiesparend zu betreiben,
kann für dieses bei Erreichen der in den 3–5 dargestellten
Ausrollabschnitten 19 ein Ausrollen initiiert werden. Unter
Initiieren kann insbesondere eine Anzeige für den Fahrer
des Kraftfahrzeuges oder ein automatisiertes Einleiten des Ausrollens
verstanden werden. Zum Initiieren des Ausrollens können
Positionsdaten ermittelt werden, die beispielsweise eine Ist-Position
des Kraftfahrzeuges aufweisen. Außerdem kann eine Ist-Stauposition beziehungsweise
eine Position der Staufronten 21, 27, 33 mittels
Staudaten ermittelt werden. Staudaten können dem Kraftfahrzeug
von Verkehrsleitzentralen oder anderen Kraftfahrzeugen mittels einer
sogenannten Fahrzeug-zu-Fahrzeug-Kommunikation zur Verfügung
gestellt werden. Außerdem kann ein Ist-Abstand des Kraftfahrzeuges
zu der Staufront mittels der Ist-Position und der Ist-Stauposition
ermittelt werden. Der Ist-Abstand kann mit einem hinterlegten oder
berechenbaren Mindestabstand verglichen werden, wobei ein Startpunkt 35 für
das Ausrollen festgelegt wird, falls der Ist-Abstand den Mindestabstand erreicht
beziehungsweise unterschreitet. In den 3–5 sind jeweils
die Startpunkte 35 eingezeichnet. Gemäß der
Darstellung in 4, und falls die Staugeschwindigkeit 25,
vS, nicht vernachlässigbar ist,
würde der Startpunkt 35 weiter links liegen.
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Gemäß der
Darstellung in 3 kann der Mindestabstand auf
einen Wert von 300 m, gemäß der Darstellung in 4 auf
einen Wert von 500 m und gemäß der Darstellung
in 5 auf einen Wert von 100 m festgelegt werden.
Grundsätzlich ist es denkbar, den Mindestabstand zwischen
100 m und 1000 m, insbesondere zwischen 200 m und 800 m, bevorzugt
zwischen 200 m und 600 m, bevorzugt zwischen 300 m und 350 m festzulegen.
Vorteilhaft ist es denkbar, die Festlegung von den Staufronten 21, 27 und 33 abhängig
zu machen.
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Alternativ
und/oder zusätzlich ist es denkbar, den Mindestabstand
mittels der Formel
zu berechnen,
wobei
s
A der Mindestabstand, v
Kfz die
Ist-Geschwindigkeit des Kraftfahrzeuges, v
S eine
von der Frontklasse der Staufronten
21,
27 und
33 abhängige
mittlere Geschwindigkeit anderer Verkehrsteilnehmer hinter der Staufront
und mittels der Staudaten ermittelbaren Staugeschwindigkeit und
a
A die mittlere Ausrollverzögerung
sind. Gemäß den Darstellungen der
3 und
5 entspricht
der so berechenbare Mindestabstand auch der Länge des mittels
des Doppelpfeils angedeuteten Ausrollabschnitts
19. Für
den Fall, dass die Frontgeschwindigkeit
29, v
SF,
wie in
4 dargestellt, eine signifikante Größe
aufweist, kann die oben dargestellte Formel um einen davon abzuziehenden
Korrekturparameter
korrigiert werden, wobei
v
SF die Frontgeschwindigkeit
29 ist,
die beispielsweise einen negativen Wert aufweisen kann, sodass sich
die zwei negativen Vorzeichen aufheben und sich insgesamt ein größerer
Mindestabstand als die eigentliche Ausrollstrecke bei gegebener
Verzögerung a
A ergibt.
-
Um
verschiedene Gegebenheiten, wie sie im realen Verkehr auftreten
können, beispielsweise eine Wahrnehmung des ausrollenden
Kraftfahrzeuges als zu langsam, beispielsweise verbunden mit einem Einscheren
von anderen Teilnehmern, zu verhindern, kann die Formel mit unterschiedlichen
Korrekturparametern versehen werden. Für den Mindestabstand kann
dann die Formel
angegeben werden,
wobei
c
1 bis c
4 Korrekturparameter
und a
ϕ eine Korrekturbeschleunigung
sind. Die Korrekturbeschleunigung a
ϕ kann
beispielsweise für um den Winkel ϕ geneigte Fahrbahnen
sinnvoll sein und sich zu a
ϕ = –g·sin(ϕ)
berechnen. Mittels des ersten Korrekturparameters c
1 kann
ein Offset auf die Berechnung des Mindestabstandes gegeben werden,
beispielsweise um Toleranzen der Staudaten, insbesondere der Ist-Stauposition
der Staufronten
21,
27,
33 zu berücksichtigen.
Mittels des zweiten Korrekturparameters c
2 kann
eine prozentuale Verringerung oder Vergrößerung
des Mindestabstandes eingestellt werden, mittels des dritten Korrekturparameters
c
3 kann festgelegt werden, mit welcher Geschwindigkeitsdifferenz das
Kraftfahrzeug auf die entsprechende Staufront
21,
27,
33 auffahren
soll. Es kann beispielsweise festgelegt werden, dass der Fahrer
eine Geschwindigkeitsdifferenz von ungefähr 20 km/h durch
eigenständiges Bremsen bei Erreichen der Staufronten
21,
27,
33 selbst
ausgleichen. Mittels des vierten Korrekturparameters c
4 kann
ein prozentualer Aufschlag oder Abschlag auf die Ausrollverzögerung
a
A aufgegeben werden, um beispielsweise
einen Beladungszustand des Kraftfahrzeuges zu berücksichtigen.
-
Der
Korrekturparameter c
1 kann dann, um die
Frontgeschwindigkeit
29, v
SF, einzurechnen,
entsprechend der Formel
berechnet werden. Um zusätzlich
noch den oben beschriebenen Offset zu berücksichtigen,
kann dieser ebenfalls zu c
1 hinzuaddiert
werden. Für den Korrekturparameter hätte dann
die Form c
1 = c
1-1 +
c
1-2, wobei c
1-1 den
oben genannten Term zum Berücksichtigen der Frontgeschwindigkeit
29,
v
SF angibt und c
1-2 der
Offset zum Berücksichtigen der Toleranzen der Staudaten
ist.
-
Es
ist denkbar, das vorab beschriebene Ermitteln des Startpunktes auch
auf den Netzknoten 31, wie in 5 dargestellt,
selbst zu beziehen, also auch wenn sich vor diesem keine Staufront
gebildet hat. Für diesen Fall kann der Ort der Staufront
mit einem Ort des Netzknotens 31 zusammenfallen. Zur Ermittlung
des Startpunkts 35 muss dann lediglich für einen
bestimmten Typ von Netzknoten anstelle der jeweiligen Staugeschwindigkeit 25,
vS, eine entsprechende Netzknotengeschwindigkeit,
die üblicherweise beim Durchfahren des Netzknotens erreicht
wird, eingesetzt werden. Im Falle einer Autobahnausfahrt kann die
Netzknotengeschwindigkeit beispielsweise auf 72 km/h angesetzt werden,
im Falle eines Kreisverkehrs auf 36 km/h und im Falle einer t-förmigen Kreuzung,
wie sie beispielsweise in 5 dargestellt ist,
auf ungefähr 0 km/h.
-
Vorteilhaft
können neben Geschwindigkeitsdaten, Positionsdaten und/oder
Navigationsdaten auch Staudaten für die Schwungnutzung
des Kraftfahrzeuges ausgenutzt werden. Dies ermöglicht
eine Verfeinerung und Verbesserung entsprechender Startpunkte zum
jeweiligen Initiieren eines Ausrollvorgangs. Die Staudaten können
als sogenannte hochgenaue Verkehrsinformationen, die insbesondere
Grenzen von sich stromaufwärts bewegenden Staus, beispielsweise
die in 4 dargestellte zweite Staufront 27, auf
Autobahnen beziehungsweise Grenzen analog der dritten Staufront 33 von
Warteschlangen vor Netzknoten 31 als eine Art dynamische
Informationsebene für das Initiieren des Ausrollens beachtet
werden. Es ist denkbar, eine solche Ausrollempfehlung, die mittels
eines entsprechenden Navigationssystems des Kraftfahrzeuges ermittelbar ist,
auch an andere Vorrichtungen des Kraftfahrzeuges weiterzuleiten,
beispielsweise ausgelegt zum automatischen Initiieren des Ausrollens.
-
Im
Falle einer haptischen Rückmeldung mittels eines zeitlich
begrenzten Widerstandes an einem Fahrpedal des Kraftfahrzeuges ist
es denkbar, dass der Fahrer des Kraftfahrzeuges diesen Widerstand jederzeit überwinden
kann.
-
Ferner
ist es denkbar, dass die Staudaten auch eine aktuelle Signalstellung
einer Lichtzeichenanlage aufweisen, sodass beispielsweise im Falle
einer Rotphase das Ausrollen initiiert werden kann. Es ist denkbar,
zum Einleiten beziehungsweise Initiieren des Ausrollens eine möglicherweise
vorhandene Geschwindigkeitsregelanlage und/oder Abstandsregelanlage
abzuschalten. Dadurch können weitere Brems- oder Beschleunigungsvorgänge
vermieden werden.
-
Vorteilhaft
ist vorgesehen, dass neben statischen Netzknoten 31 auch
dynamische Staufronten 21, 27, 33 als
Streckenpunkte berücksichtigt werden, vor denen das Ausrollen
initiiert werden soll und/oder eine Ausrollempfehlung an den Fahrer
des Kraftfahrzeuges ausgegeben werden soll. Als statische Abbiegepunkte
beziehungsweise Netzknoten 31 können T-Kreuzungen,
Kreisverkehre und Autobahnausfahrten oder Kurven berücksichtigt
werden. Es ist denkbar, neben den Staufronten 21, 27 und 33 auch einen Übergang
von einem synchronisierten Verkehr in einen sich ausbreitenden breiten
Stau, beispielsweise als vierte Frontklasse, zu berücksichtigen.
Die Staufronten 21, 27 und 33 werden
nach der sogenannten Dreiphasen-Verkehrstheorie von Kerner anhand
von Verkehrsdaten off-board ermittelt, also außerhalb des
Kraftfahrzeuges und diesem, beispielsweise über eine Funkstrecke,
zur Verfügung gestellt. Die Startpunkte 35 für
das Ausrollen werden vorteilhaft jeweils so bestimmt, dass an dem
jeweiligen Streckenpunkt, also beispielsweise dem Netzknoten 31 oder
einer der Staufronten 21, 27, 33 die
Staugeschwindigkeit 25, vS, oder
die Netzknotengeschwindigkeit der dort vorherrschenden Verkehrssituation vorgegeben
wird. Beispielsweise kann das Kraftfahrzeug durch Ausrollen so weit
verzögert werden, dass seine Geschwindigkeit an der entsprechenden
Staufront 21, 27, 33 an die Geschwindigkeit
der sich dort befindenden anderen Fahrzeuge angepasst ist.
-
Die
in den 1 und 2 dargestellten Weg-Zeit-Diagramme 1 stellen
sogenannte zeitlich-räumliche Verkehrsmuster dar, wie sie
im Straßenverkehr vorkommen. Unter einer hochgenauen Verkehrsinformation
kann beispielsweise eine Lokalisierung einer Staufront in einer
Toleranz von ±50 m, bevorzugt ±10 m, vorzugsweise ±1
m verstanden werden.
-
Eine
Vorrichtung zur Unterstützung des Fahrers eines Fahrzeugs
beim verbrauchsoptimierten Fahren, die auf dem vorstehend beschriebenen Grundgedanken
basiert, umfasst einen oder mehrere im Fahrzeug üblicherweise
vorhandene Raddrehzahlsensoren als Mittel zur Erfassung der Bewegungsdaten
des Fahrzeugs, ein satellitengestütztes Navigationssystem
als Mittel zum Erfassen der momentanen Position des Fahrzeugs, einen
Rundfunkempfänger oder sonstigen Funkempfänger
als Mittel zum Empfang von Staudaten, welche von einen externen
Verkehrserfassungssystem bereitgestellt werden und Informationen über
den Ort und die Bewegung von Staufronten beinhalten, sowie eine
eine Steuereinheit als Mittel zur Initiierung eines Ausrollens des
Fahrzeugs in Abhängigkeit der erfassten Bewegungsdaten
des Fahrzeugs, der erfassten momentanen Position des Fahrzeugs und
der empfangenen Staudaten.
-
- 1
- Diagramm
- 3
- erste
Trajektorie
- 5
- x-Achse
- 7
- y-Achse
- 9
- erstes
Gebiet
- 11
- zweites
Gebiet
- 13
- drittes
Gebiet
- 15
- zweite
Trajektorie
- 17
- Fahrbahn
- 19
- Ausrollabschnitt
- 21
- erste
Staufront
- 23
- Ist-Geschwindigkeit
- 25
- Staugeschwindigkeit
- 27
- zweite
Staufront
- 29
- Frontgeschwindigkeit
- 31
- Netzknoten
- 33
- Startpunkt
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
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Zitierte Patentliteratur
-
- - DE 102006054327
A1 [0002]
- - DE 102005017560 A1 [0002]