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Die Erfindung bezieht sich auf ein Fahrerassistenzsystem zur Unterstützung des Fahrers zum verbrauchskontrollierten Fahren nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
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Es ist eine Vielzahl von Fahrerassistenzsystemen bekannt, die den Fahrer beispielsweise durch Navigation, durch Längsdynamikregelung oder durch Warnhinweise beim Fahren unterstützen. Einige Fahrerassistenzsysteme berücksichtigen zum Teil auch Maßnahmen zur Reduzierung des Kraftstoffverbrauchs. Beispielsweise wird in der
DE 10 2007 006 501 ein Fahrgeschwindigkeitsregelsystem beschrieben, bei dem zur Kraftstoffverbrauchreduzierung bewusst größere Regelabweichungen zugelassen werden. Auch sind bereits Navigationssysteme bekannt, die bei einer Zieleingabe eine effiziente Routenwahl zur Auswahl anbieten.
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Die
DE 10 2009 011 015 A1 beschreibt ein Kraftfahrzeug, welches in einem ECO-Modus betreibbar ist. Zudem ist ausgehend vom ECO-Modus durch starkes Durchdrücken des Gaspedals ein sogenannter ECO-OVERRULE-Modus erreichbar. Im ECO-Modus und im ECO-OVERRULE-Modus verfügt das Kraftahrzeug über eine analoge Restreichweitenanzeige mit Verbrauchstendenz.
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Aus der
US 2007/0 256 481 A1 ist ein System zur Auswertung eines Kraftstoffverbrauchs bekannt. Dabei können dem Fahrer auf einer Anzeige Hinweise angezeigt werden, wie er das Fahrzeug verbrauchsoptimiert betreiben kann.
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Darüber hinaus offenbart die
DE 10 2007 035 426 A1 eine Anzeigeeinrichtung für ein Kraftfahrzeug. Dabei können dem Fahrer mittels der Anzeigeeinrichtung die Antriebszustände Antreiben, antriebsloses Fahren (Segeln) und Verzögern mittels des Antriebsstrangs unterscheidbar dargestellt werden, zumindest aber der Zustand Segeln signalisiert werden.
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Schließlich ist aus der
WO 2010/013 133 A1 eine Steuervorrichtung eines Fahrzeugs bekannt, welche Mittel zum Erfassen einer Position eines Fahrpedals, Mittel zum Einstellen eines vorbestimmten Schwellwerts für das Fahrpedal und Mittel zum Einstellen einer Reaktionskraft des Fahrpedals umfasst. Dabei ist das Mittel zum Einstellen konfiguriert, die Reaktionskraft des Fahrpedals zu erhöhen, wenn der Öffnungsgrad des Fahrpedals den vorbestimmten Schwellwert überschreitet.
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Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Fahrerassistenzsystem eingangs genannter Art im Hinblick auf eine weitere Reduzierung des Kraftstoffverbrauchs bei gleichzeitiger Berücksichtigung des Fahrerwunsches zu verbessern.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des Patentanspruchs 1 gelöst. Die abhängigen Patentansprüche sind vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung.
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Der Erfindung liegen folgende Überlegungen, Erkenntnisse und Ideen zugrunde:
- Aktuelle Navigationssysteme geben dem Autofahrer bei der Routenplanung die erwartete Fahrtdauer und die Distanz zum Ziel als Auswahlkriterien für verschiedene Routen an. Mit einem verbesserten effizienzorientierten Navigationssystem (beispielsweise mit dem zukünftigen BMW Green Driving Assistant) kann den Autofahrern ein Instrument an die Hand gegeben werden, das sie auch über den Kraftstoffverbrauch auf der Route informiert und sie so bei der Wahl einer verbrauchsgünstigen Route unterstützt.
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Bereits vor Fahrtantritt kann der Fahrer bei der Routenplanung vergleichen, welche Route die kürzeste Fahrzeit oder den niedrigsten Verbrauch bietet. Für die Entscheidungsfindung listet der Green Driving Assistant neben den bekannten Kriterien Ankunftszeit und Distanz auch die erwartete Kraftstoffeinsparung auf. So fällt die Entscheidung leicht, ob die mögliche Kraftstoffeinsparung eine etwas längere Fahrzeit wert ist.
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Auch während der Fahrt verfügt der Green Driving Assistant über Möglichkeiten, die Zielerreichung noch effizienter und komfortabler zu gestalten. Sobald die Funktion registriert, dass die verbleibende Reichweite bei aktueller Fahrweise und Route nicht ausreicht, um an das gewünschte Ziel zu gelangen, wird der Fahrer informiert. Das System zeigt an, ob sich durch die Aktivierung eines ECO Fahrmodus (z. B. durch Betätigung einer ECO-Fahrmodus Taste) oder die Wahl einer anderen Route der Verbrauch optimieren lässt, um das Ziel doch noch ohne Tankstopp und den damit verbundenen Zeitverlust zu erreichen.
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Will der Fahrer seine Fahrweise beibehalten, ermöglicht der Tankstellenassistent des Green Driving Assistant eine gezielte Tankstellenanfahrt und plant diese in die Route ein. Beim Angebot der Tankstellen wird berücksichtigt, ob der Fahrer eine bestimmte Tankstellengruppe aufgrund einer Kundenkarte oder eines bestimmten Kraftstoffs bevorzugt oder wie groß der Umweg sein darf, den er durch den Tankstopp in Kauf nimmt. Sobald sich der Fahrer für eine Tankstelle entschieden hat, wird diese als Zwischenziel in die Navigation übernommen und die Routenberechnung angepasst.
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Als Grundlage für die Berechnung von Reichweite, Ankunftszeit und Kraftstoffeinsparung für eine Strecke dient ein vom Navigationssystem erlerntes Fahr- und oder Fahrerprofil. Hierzu wird auf die noch nicht veröffentlichte Patentanmeldung
DE 10 2009 039 092 A1 der Anmelderin verwiesen. Beispielsweise kann durch einen entsprechenden Algorithmus in einem Steuergerät ein typischer Kraftstoffverbrauch vorzugsweise über eine vorgegebene Lernstrecke (von z.B. etwa 500 km) fahrer- und/oder fahrzeugadaptiv erlernt werden, den der Green Driving Assistant für jede neue Routenplanung verwendet.
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Wie weiter oben bereits erwähnt, kann im Fahrzeug grundsätzlich ein Wahltaster (ECO Fahrmodus Taster) zur Verfügung gestellt werden, bei dessen Betätigung dem Fahrer verschiedene Maßnahmen zur verbrauchsoptimaler Fahrweise angeboten wird. Ein ganzheitlicher Ansatz aus Antriebskonfiguration und Anzeigekonzept bietet dem Fahrer die Möglichkeit, seinen Verbrauch auf verschiedene Weise zu verringern. In Kombination mit dem Vorausschauassistenten und dem Leerlaufsegeln (siehe weiter unten) erhöht sich das Potenzial zur Kraftstoffeinsparung erheblich.
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Zur Einsparung von Kraftstoff können also Streckendaten aus der Navigation und Maßnahmen zur effizienten Fahrweise kombiniert werden. Bei den erfindungsgemäßen Ideen stehen die Antriebskonfiguration, das Anzeigekonzept und der Vorausschauassistent im Vordergrund der Überlegungen und werden im Folgenden allgemein näher erläutert:
- Erfindungsgemäße Antriebskonfiguration:
- Aktiviert der Fahrer den ECO Fahrmodus über den Wahltaster oder einen anderen Schalter (z. B. in der Mittelkonsole), bleibt erfindungsgemäß die verfügbare Leistung des Motors gleich, die Leistungscharakteristik ändert sich aber. Fahrpedal- und Schaltkennlinien des Automatikgetriebes bzw. die Schaltpunktanzeige bei Handschaltgetrieben werden angepasst, um einen effizienteren Fahrmodus zu unterstützen.
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Erfindungswesentlich bei der Idee der Antriebskonfiguration ist die Fahrpedalkennlinie. Bis zu einer Auslenkung des Fahr- bzw. Gaspedals von vorzugsweise ca. 70 Prozent agiert das Fahrzeug im ECO Fahrmodus. D.h. Eine Erhöhung der Auslenkung führt zu einer kraftstoffverbrauchsoptimierten Leistungserhöhung durch entsprechende Ansteuerung insbesondere der Brennkraftmaschinen- Stellglieder. Verlässt der Fahrer diesen Bereich, erfolgt mit zunehmendem Pedalwinkel die Überleitung zur maximalen Leistungsabgabe. Die Fahrpedalkennlinie ist so gestaltet, dass dieser Übergang intuitiv verständlich und jederzeit auffindbar ist. So lässt sich bei Normalfahrt ein deutlicher Verbrauchsvorteil realisieren aber bei Bedarf in bestimmten Ausnahme-Situationen, wie bei Autobahnauffahrten oder Überholvorgängen, die erforderliche erhöhte Beschleunigung abrufen.
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Erfindungsgemäßes Anzeigekonzept:
- Schaltet der Fahrer in den ECO Fahrmodus, können vorzugsweise veränderte Anzeigen im Instrumentenkombi aktiviert werden, wodurch der Fahrer zur effizienteren Fahrweise motiviert wird.
- Dabei wird vorzugsweise -beispielsweise anstelle des Momentanverbrauchs- eine Fahrpedalempfehlung eingeblendet. Ein farblich (z. B. blau oder grün) hinterlegter Bereich symbolisiert den effizienten Fahrpedalbereich. Verlässt der Fahrer diesen Bereich, erfolgt mit zunehmendem Pedalwinkel die Überleitung zur maximalen Leistungsabgabe. Der Fahrer kann zusätzlich die Möglichkeit erhalten, eine individuelle ECO-Höchstgeschwindigkeit (z. B. zwischen 90 km/h und 130 km/h) zu definieren. Überschreitet der Fahrer diese Geschwindigkeit, erhält er als Erinnerung einen sogenannten „ECO-Tipp“ im Display. Zur weiterbildenden Idee eines ECO-Tipp Konzepts werden im Ausführungsbeispiel vorteilhafte Weiterbildungen erläutert. Unter ECO-Tipp wird ein Vorschlag an den Fahrer zur Ausführung einer bestimmten Maßnahme zur Kraftstoffverbrauchsreduzierung verstanden.
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Durch den ECO Fahrmodus spart sich der Fahrer Kraftstoff und gewinnt Reichweite. Diese Reichweitendifferenz wird vorzugsweise in einer neuen Anzeige in Form einer „Bonus Reichweiten Anzeige“ vermittelt. Damit erhält der Fahrer ein direktes Feedback über seinen Sparerfolg und wird mit Bonuskilometern belohnt. Je länger der Fahrer sparsam im ECO Fahrmodus fährt, desto größer wird die Zahl der Bonuskilometer.
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Im Display kann sich der Fahrer zudem eine Verbrauchshistorie anzeigen lassen. Er sieht, in welchem Fahrmodus er gefahren ist und wie hoch bzw. niedrig sein Durchschnittsverbrauch ist. Der wahlweise einblendbare „Technik-Erleben“-Monitor macht die ergriffenen Maßnahmen zur effizienten Fahrweise sichtbar. Die aktiven Systeme werden in einer abstrahierten Fahrzeuggraphik hervorgehoben, während ein Text nähere Infos zu Status und Wirkung der Funktion gibt. Der Kunde erfährt so, welche Systeme wann aktiviert sind und lernt die Technik besser kennen und verstehen.
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Mit einem mobilen Endgerät lassen sich beispielsweise zusätzlich verschiedene Fahrtdaten aufzeichnen und die Effizienz einer Fahrt auch außerhalb des Fahrzeugs auswerten. Ein Beispiel einer solchen Anwendung ist das Konzept einer iPhone App mit dem Namen MINIMALISM Analyser, die auf MINI Connected basiert. Hier erhält der Kunde spielerisch Rückmeldung dazu, wie effizient er beschleunigt, wie vorausschauend er verzögert und wie gut er schaltet. Der MINIMALISM Analyser sorgt für eine einfache und informative Aufbereitung der Daten. Am Ziel ermöglicht es die Applikation, die Fahrt zu analysieren, gibt Tipps für eine Reduzierung des Kraftstoffverbrauchs und erlaubt dem Nutzer, sich im Community Ranking zu vergleichen.
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Im ECO Fahrmodus stehen außerdem die Funktionen Leerlaufsegeln und Vorausschauassistent zur Verfügung, die eine noch effizientere Fahrweise ermöglichen.
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Erfindungsgemäßer Vorausschauassistent:
- Im ECO Fahrmodus ist auch der „Vorausschauassistent“ aktiv. Er hilft dem Fahrer, prädiktiv zu fahren und die Bewegungsenergie im Fahrzeug optimal zu nutzen. Das Fahrzeug kennt Tempolimits, enge Kurven und Abbiegungen und berechnet den Zeitpunkt, ab wann der Fahrer das Fahrzeug effizient rollen lassen kann. Die passenden Situationen erkennt das Fahrzeug durch Daten aus dem Navigationssystem, der Hinweis erscheint beispielsweise im Instrumentenkombi und/oder im Head-Up-Display, also vorzugsweise im direkten Blickfeld des Fahrers. Der Vorausschauassistent berücksichtigt das Verzögerungsverhalten auf Basis der aktuellen Fahrzeugdaten und des Straßenverlaufs und rechnet auch mit ein, wenn das Fahrzeug über die Leerlaufsegelfunktion (siehe unten) verfügt. Mit dem Vorausschauassistenten segelt man zu den richtigen Zeitpunkten und spart so Kraftstoff, ohne den nachfolgenden Verkehr zu behindern. Zur Optimierung der Prädiktion sollen in Zukunft außerdem aktuelle Verkehrs- und Streckendaten der sogenannten „lernenden Navigation“ (siehe weiter unten) in die Vorausschau mit einbezogen werden.
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Das Leerlaufsegeln ist eine Funktion für Automatikfahrzeuge, die in Verbindung mit dem ECO Fahrmodus besonders vorteilhaft ist. Geht der Fahrer vom Gas, unterbricht das Getriebe automatisch den Kraftschluss zwischen Motor und Getriebe. Lediglich Roll- und Luftwiderstand verzögern das Fahrzeug noch. Bei entsprechend vorausschauender Fahrweise lassen sich Reibungsverluste im Antriebsstrang so vermeiden und Kraftstoff sparen. Betätigt der Fahrer die Bremse leicht, kuppelt das Fahrzeug selbsttätig wieder ein und verzögert im Schub weiter, mit der so genannten „Motorbremse“. Auch wenn der Fahrer die Bremse wieder löst, bleibt die Schubverzögerung erhalten und die Bremsenergierückgewinnung spart weiter Kraftstoff. Beschleunigt der Fahrer erneut und nimmt dann den Fuß wieder vom Gas, segelt das Fahrzeug wieder. Selbstverständlich sind auch während des Segelbetriebs alle Fahrregel- und Stabilitätsprogramme aktiv. Durch das Leerlaufsegeln wird die im Fahrzeug bereits befindliche kinetische Energie genutzt.
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Beim Leerlaufsegeln verbraucht der Motor zwar immer noch Kraftstoff, der Leerlaufverbrauch ist jedoch verhältnismäßig gering. Der Verbrauchsvorteil des Leerlaufsegelns gegenüber der einfachen Schubverzögerung entsteht durch die Vermeidung von Reibungsverlusten und - mit vorausschauender Fahrweise - durch die längere Verzögerungsstrecke, denn beim Segeln rollt das Fahrzeug deutlich weiter als mit Motorbremse.
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Über die voreingestellten Konfigurationen hinaus kann der Umfang des ECO Fahrmodus individuell personalisierbar sein. Die ECO Fahrmodus-Funktionen ECO-Höchstgeschwindigkeit und Leerlaufsegeln beispielsweise können sich einzeln zu- oder abschalten lassen. Weiterhin hat der Fahrer die Möglichkeit ein spezielles Effizienzprogramm für den Innenraumkomfort auszuwählen, bestehend aus einem Klimaprogramm und einem besonderen Management der elektrischen Verbraucher. Das Leerlaufsegeln kann den Vorausschauassistenten in vorteilhafterweise weiterbilden bzw. ergänzen.
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Ergänzend wird daraufhin gewiesen, dass die ECO Fahrmodus Maßnahmen zur Antriebskonfiguration, zum Anzeigekonzept und zum Vorausschauassistenten einschließlich der ECO- Tipps auch ohne ECO Fahrmodus Taster grundsätzlich immer aktiv sein könnten oder abhängig von bestimmten Bedingungen auch automatisch aktiviert werden könnten.
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In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Es zeigt
- 1 eine schematische Darstellung zur Fahrpedalkennlinie in Verbindung mit der erfindungsgemäßen Antriebskonfiguration,
- 2 eine schematische Darstellung der Funktionsblöcke eines Programmmoduls zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Vorausschauassistenten, insbesondere in Form eines Verzögerungsassistenten, und
- 3a bis 3d Beispiele zum erfindungsgemäßen Anzeigekonzept im Zusammenhang mit möglichen ECO-Tipps, insbesondere spezielle ECO Tipps zur erfindungsgemäßen Antriebskonfiguration und zum erfindungsgemäßen Vorausschauassistenten.
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1 zeigt beispielsweise ein Brennkraftmaschinensteuergerät MS, das als Eingangssignal die Stellung des Fahrpedals (Fahrpedalwinkel FP) erhält und abhängig von einer Fahrpedalkennlinie eine Antriebsleistung AL erzeugt. Das Steuergerät MS kann Teil eines komplexeren Fahrerassistenz-Steuersystems (1,2; 2) sein oder mit diesem zusammenarbeiten. In 1 ist auf der Abszisse die Auslenkung des Fahrpedals FP, auch Fahrerwunsch oder Fahrpedalwinkel genannt, und auf der Ordinate die zur Verfügung gestellte Antriebsleistung AL, auch als Motormoment oder Antriebskraft an den Rädern oder Beschleunigung darstellbar, aufgetragen.
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Prinzipiell gilt, mit steigendem Fahrpedalwinkel FP steigt bei konstantem Gang die Antriebsleistung AL. Bei maximalem Fahrpedalwinkel FP=100% wird die maximal verfügbare Antriebsleistung AL=100% abgerufen. Als Fahrpedalkennlinie wird diejenige Kennlinie bezeichnet, die den Zusammenhang zwischen dem Fahrpedalwinkel FP und der abgerufenen Antriebsleistung AL bzw. dem abgerufenem Motormoment abbildet. Die Fahrpedalkennlinie kann dabei auch eine Funktion der aktuellen Motordrehzahl, dem gewählten Gang oder der Fahrzeuggeschwindigkeit sein.
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Allgemein gilt: Je höher die Antriebskraft an den Rädern, desto höher ist die erforderliche Leistung die vom Antriebssystem bereitgestellt werden muss. In 1 ist mit strichpunktierter Linie eine Fahrpedalkennlinie nach dem Stand der Technik dargestellt. Der momentane Kraftstoffverbrauch eines Verbrennungsmotors steigt dabei mit der abgerufenen Antriebsleistung. Bei Fahrzeugen mit elektrischem Fahrantrieb oder hybriden Systemen erhöht sich entsprechend der Leistungsbedarf aus dem Energiespeicher. Somit hat der Fahrer über das Fahrpedal direkten Einfluss auf den Kraftstoffverbrauch des Fahrzeugs.
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Nach dem derzeitigen Stand der Technik gibt ein Fahrpedal keine Rückmeldung über aus Verbrauchssicht empfehlenswerte Antriebsleistungen für verbrauchsoptimales Beschleunigen. Der Fahrer erhält keine Hilfestellung, um ein moderates Beschleunigungsniveau, das übliche Fahrmanöver im Alltagsverkehr mit absolutem reduzierten Kraftstoffverbrauch ermöglicht, einzuhalten. Eine verbrauchsoptimale Beschleunigung ist somit nur mit dem nötigen Expertenwissen und einer äußerst sensiblen Fahrpedalbedienung (v.a. bei Fahrzeugen mit sehr direkten/sportlichen Ansprechverhalten) möglich. Bei ungeübten Fahrern wird der Kraftstoffverbrauch durch unnötig viele Beschleunigungs- und Bremsmanöver, bzw. zu starkes Beschleunigen in die Höhe getrieben
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Als Unterstützung für einen Fahrer ohne das nötige Expertenwissen hinsichtlich der Verbrauchscharakteristik eines Kraftfahrzeugs, soll durch die erfindungsgemäße Antriebskonfiguration eine Fahrpedalkennlinie für beruhigtes und verbrauchsoptimales Fahren eingeführt werden. Diese neue Fahrpedalkennlinie kann standardmäßig im Fahrzeug umgesetzt werden oder über einen speziellen Fahrzeugmodus (z. B. ECO Fahrmodus) aufgerufen werden. Sie soll den Fahrer hinsichtlich einer Reduzierung des Kraftstoffverbrauchs des Fahrzeugs unterstützen. Gemäß der Erfindung wird, wie in 1 dargestellt, die Fahrpedalkennlinie in drei Bereiche B1, B2 und B3 aufgeteilt. Der Bereich B1 ermöglicht moderates, verbrauchsoptimales Fahren, während der Bereich B3 für sportliches, dynamisches Fahren steht, in dem jeweils die volle Antriebsleistung abgerufen werden kann. Im Folgenden werden die einzelnen Charakteristika dieser Fahrpedalkennlinie näher erläutert:
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Beginnend ab einem Fahrpedalwinkel von 0% wird ein Dosier-Bereich B1 für beruhigtes Fahren mit geringem Kraftstoffverbrauch definiert. Mit steigender Progression der Fahrpedalauslenkung FP wird im Bereich B1die Antriebsleistung AL zur optimalen Verbrauchsreduzierung nur gemäßigt erhöht und dem Fahrer ermöglicht, unnötig aggressive Beschleunigungs- und darauffolgende Bremsmanöver zu vermeiden. Die daraus resultierende beruhigte Fahrweise wird sich positiv auf den Kraftstoffverbrauch auswirken.
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Tritt der Fahrer das Fahrpedal FP weiter durch, wird er im Ankündigungs-Bereich B2 mit sehr geringer und vorzugsweise keiner Progression auf den bevorstehenden Austritt aus dem Bereich B1 hin zum Bereich B3 hingewiesen. Dieser plateauhafte Bereich B2 in der Fahrpedalkennlinie ermöglicht ein einfaches Wiederauffinden der maximal im Bereich B1 verfügbaren Antriebsleistung AL_max1. Diese maximale Antriebsleistung AL_max1 in Bereich B1 ergibt sich aus einem Kompromiss aus der Fahrbarkeit (Mindestdynamik im Alltagsverkehr) und der Verbrauchscharakteristik für das jeweilige Kraftfahrzeug.
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Als Ausstiegspunkt wird der Punkt bezeichnet, der am Ende des Plateaus liegt und die rechte Grenze des Ankündigungs-Bereichs B2 darstellt. Wird dieser Punkt überschritten, befindet sich der Fahrer im Dynamik-Bereich B3. Durch eine steile Fahrpedalprogression wird sportlich dynamisches Fahren bis zum Erreichen der Volllast ermöglicht, um die nötigen Leistungsbereiche für z.B. Überholmanöver oder Autobahnauffahrten zur Verfügung zu stellen.
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Der Übergang vom sehr flachen Bereich B2 in den steilen Bereich B3 wird dem Fahrer durch den starken Anstieg der Antriebsleistung AL Rückmeldung über den Ausstieg aus dem verbrauchsoptimalen Bereich B1 geben. Der sprunghafte Anstieg der Antriebsleistung kann durch eine gleichzeitige Rückschaltung noch deutlicher ausgeprägt werden. Zusätzlich kann dem Fahrer die aktuelle Fahrpedalposition FP mit Hilfe einer Anzeige (siehe 3a) mitgeteilt werden, um ein Übertreten über den Ausstiegspunkt hinaus zu vermeiden.
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Durch die erfindungsgemäße Fahrpedalkennlinie zur Umsetzung einer beruhigten Fahrweise in Kraftfahrzeugen kann der absolute Kraftstoffverbrauch von Kraftfahrzeugen bei entsprechender Fahrweise verringert werden. Diese Kraftstoffeinsparung wird in erster Linie durch die Wahl geringerer Beschleunigungen erreicht. Generell stellt sich bei einer Beschleunigung in der Ebene ein höherer streckenbezogener Kraftstoffverbrauch als bei einer Konstantfahrt in der Ebene ein. Moderate Beschleunigungen resultieren somit auf den ersten Blick in einem Mehrverbrauch aufgrund der längeren Beschleunigungsstrecke. Der absolute Streckenverbrauch während der Beschleunigung ist jedoch geringer als bei herkömmlicher Beschleunigung, da geringere Motorleistungen abgerufen werden müssen. Durch gezielte Abstimmung des Fahrpedalkennfelds und des Ausstiegspunkts auf die Verbrauchscharakteristik des Verbrennungsmotors übersteigt der gesparte Kraftstoff durch moderate Beschleunigung den Kraftstoffmehrverbrauch. Dies resultiert in einer Verringerung des absoluten Kraftstoffverbrauchs über die gesamte Strecke und ermöglicht gegenüber herkömmlichen Fahrpedalauslegungen einen deutlichen Verbrauchsvorteil im Alltagsverkehr.
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2 zeigt mögliche Komponenten eines Vorausschauassistenten als Programmmodule. Die Programmmodule können in einem elektronischen Steuergerät oder in mehreren Steuergeräten, wie beispielsweise in einem ohnehin vorhandenen Navigationssystem, einem Brennkraftmaschinensteuergerät, einem Fahrgeschwindigkeitsregler (ACC) und/oder einem anderen Längsdynamiksteuergerät, integriert sein. Die Gesamtheit der Programmodule bildet ein Steuersystem für das erfindungsgemäße Fahrerassistenzsystem.
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In 2 sind vorteilhafte Funktionsblöcke als Programmmodule in einem Steuersystem zur weiteren Unterstützung zum vorausschauenden Fahren, insbesondere zur Anweisung zum vorausschauenden Verzögern mit dem Ziel eines minimierten Kraftstoffverbrausches (Verzögerungsassistent), dargestellt. Das Steuersystem ist bei dem Ausführungsbeispiel nach 2 beispielsweise in zwei Steuergeräten 1 und 2 integriert.
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Ein Steuergerät 1 kann beispielsweise eine erweiterte elektronische Navigationseinheit (Navigationssystem) sein, die üblicherweise insbesondere die Kartendaten 5, einen Routenberechnungsblock 7 und ein sogenanntes ADAS Modul 6 zur Gewinnung von Streckendaten aufweist. ADAS (Advanced Driver Assistance Systems) ist eine bereits bekannte Navigationssoftware zur Routenoptimierung der Firma TeleAtlas zur Gewinnung von Streckendaten zur Unterstützung von vorausschauendem Fahren. Streckendaten sind beispielsweise Höhenunterschiede, Streckenverläufe (gerade oder kurvige Straßen) oder andere Landschaftsgeometrie. Weiterhin können Verkehrsschilder aus den Kartendaten 5 ausgewertet werden.
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Die Streckendaten, wie z. B. Höhenunterschiede, Streckenverläufe, enge Kurven, Abbiegungen und bestimmte Verkehrsschilder für Tempolimits oder Ortschaften, werden von der Navigationseinheit 1 an ein Längsdynamiksteuergerät 2 übermittelt, das als weitere Eingangssignale Fahrzeugdaten, wie beispielsweise das Antriebsmoment, die Fahrzeuggeschwindigkeit oder den Segelstatus, erhält. Diese Eingangssignale werden im Funktionsblock 8 zur Auswertung von Geschwindigkeiten und Entfernungen verarbeitet. Das Ergebnis der Auswertung in Funktionsblock 8 wird einem Verzögerungsalgorithmus 10 zugeführt. Weiterhin wird vom Funktionsblock 8 die Steigung aus den Streckendaten als Eingangssignal eines Fahrwiderstandsberechnungsblocks 9 weitergeleitet. Block 9 berechnet die aktuell mögliche Verzögerung abhängig von den Fahrzeugdaten und der Steigung. Der daraus gebildete Verzögerungsverlauf wird vom Block 9 ebenfalls dem Verzögerungsalgorithmus10 zugeführt. Der Verzögerungsalgorithmus 10 kann auch bei vorhandenem ECO Fahrmodus Schalter (wie oben allgemein erwähnt) den Status dieses Schalters (offener Pfeil zum Block 10) als Information erhalten. Der Verzögerungsalgorithmus 10 berechnet beispielsweise einen Zeitpunkt oder Streckenpunkt, ab wann im Schubbetrieb auf eine vorausliegende reduzierte Zielgeschwindigkeit gerollt werden kann (Verzögerungssituation). Ist eine Verzögerungssituation aktiv, wird vorzugsweise zum einen eine den Fahrer zu einer bestimmten Handlung anweisende Verzögerungsanzeige 3 ausgegeben und zum anderen Steuergeräte - hier als Block 4 zusammengefasst - zur Steuerung von bestimmten effizienten Betriebsstrategien (z. B. Rekuperation) entsprechend angesteuert. Vorteilhafte Details und Funktionsweisen zur Verzögerungsanzeige 3 werden in den 3a bis 3d im Zusammenhang mit weiteren Anzeigen 30 näher erläutert.
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In 3a ist schematisch ein Steuersystem 40 zur Umsetzung einer Fahrerassistenzfunktion, wie beispielsweise des in 2 dargestellt Verzögerungsassistenten, angedeutet. Das Steuersystem 40 kann beispielsweise die Kombination der Programmmodule 1 und 2 im Ausführungsbeispiel gemäß 2 sein. Das Steuersystem 40 kann aus mehreren Steuergeräten gebildet sein, beispielsweise aus einem Navigationssteuergerät, einem Brennkraftmaschinensteuergerät, einem Automatikgetriebesteuergerät, einem Bremssteuergerät und/oder einem Fahrgeschwindigkeitsregelsteuergerät (z.B. ACC). Die für die Erfindung erforderlichen Programmmodule können in unterschiedlichen Steuergeräten integriert sein. Die Steuergeräte arbeiten beispielsweise über Bussysteme zusammen und steuern die jeweils erforderlichen mit ihnen verbundenen Aktuatoren in üblicher Weise an.
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Soll aus dem Steuersystem 40 eine Anzeige 30 zur Anweisung des Fahrers ausgegeben werden, wird eine bestimmte Steuerinformation an eine Displayeinheit 20 - hier vorzugsweise an ein Kombiinstrument, ausgegeben. In der Displayeinheit 20 wird eine ECO-Anzeige 30 gemäß dem Anzeigekonzepts des erfindungsgemäßen Fahrerassistenzsystems realisiert. Das Anzeigekonzept sieht die ECO-Anzeige 30 im (aktivierten) ECO Fahrmodus vorzugsweise anstelle der üblichen Verbrauchsanzeige vor.
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Die ECO-Anzeige 30 weist in Balkendarstellung die Anzeige eines Bereichs B auf, der hervorgehoben (z. B. helleres Leuchten oder Leuchten in bestimmter Farbe (grün oder blau) oder Dauerleuchten) wird, wenn sich die Fahrweise oder der Fahrpedalwinkel FP in einem vom Steuersystem 40 vorgeschlagenen Effizienz-Bereich liegt. Durch den Marker D wird dem Fahrer zusätzlich angezeigt, wie gut er durch die Einstellung des Fahrpedalwinkels FP dem vorgeschlagenen Bereich B folgt.
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Angewandt auf das Ausführungsbeispiel gemäß 1 würde der Marker D im Anzeigen-Bereich B entsprechend der Fahrpedalstellung FP im Fahrpedal-Bereich B1 erscheinen. Im Fahrpedal-Bereich B1 würde der Anzeigen-Bereich B hervorgehoben dargestellt werden.
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Ist oder wird die Fahrweise oder der Fahrpedalwinkel uneffizient, wird die optische Hervorhebung des Bereichs B zurückgesetzt (z. B. dunkleres Leuchten oder graues statt farbiges Leuchten oder blinkendes Leuchten). In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel wäre hier beispielsweise hervorgehoben in hellblau - nicht hervorgehoben in hellgrau (durch die schwarz/weiß Zeichnung jedoch nicht darstellbar).
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Vorzugsweise wird durch Aufleuchten eines Pfeiles E in die effiziente Richtung eine Empfehlung zur Reduzierung des Fahrpedalwinkels oder zu einer anderen Änderung der Fahrweise ausgegeben.
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Vorzugsweise schließt in der ECO-Anzeige 30 an den Effizienzbereich B ein Dynamik-Bereich C an, der jedoch nicht hervorgehoben wird, wenn sich der Fahrpedalwinkel in diesem Bereich C befindet, in dem beispielsweise lediglich der Marker D gesetzt wird.
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Angewandt auf das Ausführungsbeispiel gemäß 1 würde der Marker D im Anzeigen-Bereich C entsprechend der Fahrpedalstellung im Fahrpedal-Bereich B3 erscheinen. Im Fahrpedal-Bereich B3 würde der Anzeigen-Bereich B auch nicht hervorgehoben dargestellt werden. Bei der Fahrpedalstellung 0%, also im Schubbetrieb, kann vorzugsweise zusätzlich zum Anzeigen-Bereich B ein Anzeigen-Bereich A hervorgehoben dargestellt werden, um eine Energiegewinnung -beispielsweise durch Rekuperationanzuzeigen.
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Zusätzlich zur Balkendarstellung können in der ECO-Anzeige 30 ECO-Tipps in Form von Symbolen F und/oder in Form von kurzen Textanweisungen oder Textinformationen G ausgegeben werden.
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Angewandt auf das Ausführungsbeispiel gemäß 2 kann beim Verzögerungsassistent ein in 2 und 3a als Symbol F gezeigtes Bild eingeblendet werden, das die Notwendigkeit einer zukünftigen Reduzierung der Geschwindigkeit anzeigt. Hierbei könnte zwar jedes zu erwartende Verkehrsschild (Geschwindigkeitsbegrenzung, Ortsschild, Einfahrt...) selbst eingeblendet werden, vorzugsweise wird hier jedoch ein funktionell zusammenfassenden Symbol F - wie hier eine Straße mit irgendeiner km/h Begrenzung verwendet, um die Wiedererkennung der Situation für den Fahrer zu erleichtern und diesen nicht mit zu vielen unterschiedlichen Symbolen abzulenken. In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Anzeigekonzepts, hier speziell der ECO- Anzeige 30, ist eine „Erfolgsanzeige“ - hier als Textinformation G, die dem Fahrer die gewonnene Reichweite oder den eingesparten Kraftstoff durch sein effizientes Fahren vor Augen hält.
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In 3b sind drei mögliche unterschiedliche Textanweisungen G als weitere Beispiele im Zusammenhang mit dem Verzögerungsassistenten dargestellt. In 3b sind die Beispiele dergestalt, dass bis zur Ausführung der empfohlenen Fahrweise insbesondere der Bereich B nicht hervorgehoben dargestellt wird - hier wäre beispielsweise wieder hervorgehoben in hellblau - nicht hervorgehoben in hellgrau (durch die schwarz/weiß Zeichnung nicht darstellbar).
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In den 3c und 3d sind weitere Beispiele des erfindungsgemäßen Anzeigenkonzepts dargestellt. Dabei sei schraffiert gleich hervorgehoben und nicht schraffiert gleich nicht hervorgehoben. Hervorgehoben ist somit nur der Anzeige-Bereich B in den Anzeigebeispielen 100 und 200 sowie der Anzeige-Bereich A des Anzeigebeispiels 200.
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In 3c bei Anzeigebeispiel 100 folgt der Fahrer den Anweisungen, wie beispielsweise der effizienten Fahrpedalkennlinie gemäß 1: Marker D in Anzeige-Bereich B (hervorgehoben) entsprechend Fahrpedalstellung FP in Bereich B1.
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In 3c bei Anzeigebeispiel 200 befindet sich das Fahrzeug im Rekuperationsbetrieb (Schubbetrieb), also optimale Effizienz.
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In 3c bei Anzeigebeispiel 300 ist erstens der Bereich B nicht hervorgehoben, zweitens erscheint der Pfeil E, drittens erscheint als Symbol F das Fahrpedal und viertens ist der Marker D im Dynamik-Bereich C. Gemäß dem Ausführungsbeispiel in 1 befindet sich hiermit die Fahrpedalstellung FP im Bereich B3. Dem Fahrer wird bezogen auf die Fahrpedalstellung uneffiziente Fahrweise durch zu hohe Lastanforderung angezeigt - ein ECO-Tipp zum „Vom-Gas-gehen“.
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In 3c bei Anzeigebeispiel 400 wird dem Fahrer durch Pfeil E und durch ein entsprechendes Symbol F das Überschreiten einer selbst gesetzten ökonomischen Höchstgeschwindigkeitsschwelle angezeigt - ein ECO-Tipp zum Reduzieren der Geschwindigkeit.
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In 3d bei Anzeigebeispiel 500 wird durch das Symbol F der ECO-Tipp zum Umschalten des Automatikgetriebes vom Sportprogramm S zum ökonomischen (=effizienten) Normal-Fahrprogramm D ausgegeben.
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In 3d bei Anzeigebeispiel 600 wird durch das Symbol F und der bekannten Schaltpunktanzeige der ECO-Tipp zum Wechseln in den 6. Gang ausgegeben.
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In 3d bei Anzeigebeispiel 700 wird durch das Symbol F und der bekannten Schaltpunktanzeige der ECO-Tipp zum Wechseln in den Neutralgang N ausgegeben.
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In 3d bei Anzeigebeispiel 800 wird durch das Symbol F der ECO-Tipp zur Drehzahlreduzierung ausgegeben.
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Für die erfindungsgemäße Antriebskonfiguration ist insbesondere die Kombination mit den Anzeigebeispielen 100 bis 300 des erfindungsgemäßen Anzeigekonzepts vorteilhaft. Für den erfindungsgemäßen Verzögerungs- bzw. Vorausschauassistenten ist insbesondere die Kombination mit den Anzeigebeispielen in 3b des erfindungsgemäßen Anzeigekonzepts vorteilhaft. Wie in 3a gezeigt können die Anzeigebeispiele auch kombiniert werden.
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Grundsätzlich stellen die Antriebskonfiguration, das Anzeigekonzept und der Vorausschauassistent ebenso wie die ECO-Tipps eigenständig umsetzbare erfinderische Ideen dar, die hier jedoch in besonders vorteilhafter Weise für einen ganzheitlichen Ansatz zur Steigerung der Effizienz bzw. zur Reduzierung von Kraftstoffverbrauch miteinander kombiniert werden.
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Die vorgenannten Maßnahmen können zu einem noch komplexeren vorausschauenden Energiemanagement weitergebildet werden, das dem Fahrzeug beibringt, für seinen Fahrer mit- und vorauszudenken. Hier nur einige Beispiele:
- Im Fahrzeug vorhandene Informationen, z.B. aus dem Navigationsgerät, werden verwendet, um vorauszusagen, in welcher Situation sich das Fahrzeug demnächst befinden wird. Typische Ereignisse sind beispielsweise Staus, Steigungen, Tempolimits oder verkehrsberuhigte Zonen. Auf diese Randbedingungen kann sich die Betriebsstrategie einstellen und optimal reagieren. Alternativ lässt sich mit diesen Informationen aus der Vorausschau ein weiterer wichtiger Stellhebel des Kraftstoffverbrauchs optimieren: die Fahrweise. Deshalb wird an Fahrerassistenzsystemen gearbeitet, die den Fahrer präventiv mit Informationen unterstützen, z.B. für eine vorausliegende Verzögerungssituation an einem Tempolimit. Wird der Fahrer beispielsweise bald von der Landstraße auf die Autobahn wechseln, wird durch vorausschauendes Wärmemanagement vorab die Kühlmitteltemperatur abgesenkt, um mehr Motorleistung bereitzustellen. Bei Stadtfahrten hingegen wird die Temperatur angehoben, da keine hohen Lasten erwartet werden, die eine besondere Kühlung erfordern. Das Ergebnis: weniger innermotorische Reibung und höhere Effizienz. Nähert sich ein Hybridfahrzeug zum Beispiel einer längeren Gefällestrecke, erfolgt eine entsprechende Meldung an den Bordrechner. Dieser veranlasst, dass schon im Vorfeld der Generator abgekoppelt und das Laden der Batterie auf den Schubbetrieb bei Bergabfahrt verlagert wird. Wird eine verkehrsberuhigte Zone erkannt, so wird vorher die Batterie für maximale elektrisches Fahren vorbereitet.
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Um sich zuverlässig zum Ziel führen zu lassen, sind Navigationssysteme heutzutage äußerst beliebt. Sie tun dies bisher jedoch nur, wenn man ihnen sagt, wohin es gehen soll. Durch den Einsatz von künstlicher Intelligenz können zukünftige sogenannte lernende Navigationssysteme auch ohne Zieleingabe das Ziel der Fahrt voraussehen, vor Verkehrsstaus warnen oder den Verbrauch senken:
- Für diese Vorausschau muss das lernende Navigationssystem zunächst Fahrer und Wege (kennen)lernen. Für jeden Fahrer wird ein geschütztes Profil angelegt, das Informationen zu dessen Fahrten speichert. Ziele, Abkürzungen und Schleichwege, aber auch Uhrzeit und z. B. die Sitzbelegung können hier als Informationen dienen.
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Mit all diesen Informationen wird die Fahrt um einiges komfortabler. Rechtzeitige Stauwarnungen, die Schnellauswahl des wahrscheinlichsten - nicht des letzten oder gespeicherten - Ziels, und der Abgleich mit dem individuellen Kalender im Smartphone sind nur die ersten von vielen möglichen Ideen.
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Besonders interessant wird es, wenn das in der Weise lernende Navigationssystem mit den fahrzeuginternen Systemen vernetzt wird, beispielsweise den vorausschauenden Energiemanagementmaßnahmen (siehe oben).
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Viele Daten, die die lernende Navigation aufnimmt, sind nicht nur individuell nützlich, sondern für alle Navigationsnutzer sinnvoll. Das sind beispielsweise Informationen über die Streckencharakteristik, also Steigungen, Kurvenradien und Geschwindigkeitsbegrenzungen. Diese Daten werden mit der digitalen Kartendatenbank abgeglichen und helfen damit, diese systematisch zu verbessern. Aber auch Informationen über den Verkehrsfluss oder den Kraftstoffverbrauch können erlernt und mit anderen Fahrzeugen geteilt werden.
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Mit diesem erlernten Wissen kann das Navigationssystem dem Fahrer z. B. eine besonders schnelle oder eine besonders verbrauchsarme Route vorschlagen. Auch die intelligente Vorausschau profitiert von erlernten Informationen aller Fahrzeuge. Die Vorhersagen über die vor dem Fahrer liegende Strecke werden präziser, mögliche Fehler in den Kartendaten werden korrigiert und die Prognose des vor dem Fahrzeug liegenden Verkehrszustands wird verbessert. Damit können die vorausschauenden Energiemanagementsysteme im Fahrzeug noch präziser und effizienter arbeiten.
