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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Beurteilen des Fahrverhaltens eines Fahrers eines Kraftfahrzeuges, insbesondere im Hinblick auf den Kraftstoffverbrauch.
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Instrumente zum Messen und Anzeigen des Kraftstoffverbrauchs eines Kraftfahrzeuges sind seit langem bekannt. Häufig basieren sie nicht auf einer unmittelbaren Messung des Kraftstoffdurchsatzes einer zum Motor führenden Versorgungsleitung, sondern auf der Messung eines hydrostatischen Drucks, der sich in Abhängigkeit vom Verbrauch ändert. Eine solche Druckänderung, z. B. in einem Frischluftansaugkanal des Motors, reagiert zwangsläufig mit Verzögerung auf eine Änderung des Verbrauchs, und sie unterliegt Störeinflüssen, zu deren Unterdrückung eine Tiefpassfilterung des gemessenen Drucksignals erforderlich ist. Beides führt dazu, dass auch eine Echtzeit-Anzeige des Verbrauchs nur mit einer deutlichen Verzögerung auf eine Änderung des Verbrauchs reagieren kann. Da der Fahrer des Fahrzeugs die Verbrauchsanzeige nicht ständig verfolgen kann, erhält er keinen brauchbaren Aufschluss darüber, wie viel Treibstoff ihn ein Beschleunigungsmanover tatsächlich kostet, und ob es rationellere Alternativen zu seiner Fahrweise gibt.
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Es ist auch bekannt, Verbrauchswerte über einen langen Zeitraum, z. B. eine vollständige Fahrt, hinweg aufzunehmen und darauf basierend einen über diesen gesamten Zeitraum ermittelten Verbrauchswert anzuzeigen. Ein solcher Langzeitmittelwert erlaubt es einem Fahrer zwar, seine eigenen Verbrauchswerte mit den vom Fahrzeughersteller spezifizierten zu vergleichen, doch bekommt er keinerlei Aufschluss darüber, wie er ggf. sein Fahrverhalten ändern sollte, um den spezifizierten Verbrauchswerten näher zu kommen.
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Viele Fahrer neigen daher dazu, Unterschiede zwischen den vom Hersteller spezifizierten Verbrauchswerten und denen, die sie selbst erreichen, auf vermeintlich unrealistische Bedingungen der Tests zurückzuführen, mit denen die spezifizierten Verbrauchszahlen gemessen werden, und nehmen ihre eigenen, höheren Verbrauchswerte als unvermeidlich hin.
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Aufgabe der Erfindung ist, Verfahren und Mittel anzugeben, die es dem Fahrer eines Kraftfahrzeugs erleichtern, Fahrsituationen zu erkennen, die überproportional zum Kraftstoffverbrauch beitragen, und seinen eigenen Fahrstil durch Vermeidung solcher Situationen zu optimieren.
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Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren mit den Schritten:
- a) Erfassen von Wertepaaren von Geschwindigkeit und Beschleunigung eines Fahrzeugs;
- b) Einordnen jedes Wertepaares in einen von mindestens zwei Gütebereichen, wobei die Grenzbeschleunigung, bei der zwei benachbarte Gütebereiche aneinandergrenzen, eine abnehmende Funktion der Geschwindigkeit ist; und
- c) Beurteilen des Fahrverhaltens anhand der relativen Häufigkeit von Wertepaaren in den verschiedenen Gütebereichen.
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Das Verfahren basiert auf der Einsicht, dass der zum Beschleunigen des Fahrzeugs erforderliche Kraftstoffeinsatz nicht nur mit der Beschleunigung zunimmt, sondern auch bei gegebener Beschleunigung umso größer ist, je größer die Geschwindigkeit des Fahrzeugs ist. Ein Beschleunigungswert, der bei niedriger Fahrzeuggeschwindigkeit durchaus noch ökonomisch sein kann, kann bei höherer Geschwindigkeit zu überproportionalem Verbrauch führen. Wenn der Fahrer durch das Verfahren die Information bekommt, dass sein Fahrverhalten relativ viele Wertepaare in einem weniger ökonomischen der Gütebereiche produziert hat, dann kann er daraus gleichzeitig auch den Hinweis entnehmen, dass hier mit mäßigerer Beschleunigung eine Verbesserung des Verbrauchs erreichbar ist.
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Um die Wirtschaftlichkeit des Fahrverhaltens zu quantifizieren, kann jedem Gütebereich ein Gütefaktor zugeordnet werden und als Maß für die Wirtschaftlichkeit die Summe der mit den Gütefaktoren gewichteten relativen Häufigkeiten der Wertepaare angenommen werden. Im Rahmen einer längeren Messreihe ist somit eine hochauflösende Beurteilung des Fahrverhaltens möglich, auch wenn lediglich zwischen zwei verschiedenen Gütebereichen unterschieden wird.
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In der Praxis ist allerdings bevorzugt, dass die Zahl der Gütebereiche wenigstens drei ist, um eine differenzierte Beurteilung bereits anhand einer kleinen Zahl von Wertepaaren zu ermöglichen.
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Das Ergebnis des Schritts c) sollte im Fahrzeug angezeigt werden, damit der Fahrer jederzeit Auskunft über die Wirtschaftlichkeit seines Fahrverhaltens hat und dieses laufend optimieren kann.
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Zweckmäßig ist auch, eine Änderungstendenz des Ergebnisses des Schritts c) zu ermitteln und anzuzeigen, damit der Fahrer schnell und mühelos erkennen kann, ob seine Bemühungen um eine wirtschaftliche Fahrweise erfolgreich sind.
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Die relative Häufigkeit kann bezogen auf eine Fahrt oder ab einem vom Fahrer gewählten Zeitpunkt ermittelt werden. Alternativ, vorzugsweise kumulativ dazu kann die relative Häufigkeit auch bezogen auf ein Zeitintervall fester Dauer ermittelt werden, das in der Gegenwart endet. So kann der Fahrer jederzeit während oder nach einem Beschleunigungsmanöver Auskunft über dessen Wirtschaftlichkeit erlangen.
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Die Grenzbeschleunigung, die zwei benachbarte Gütebereiche voneinander trennt, ist vorzugsweise eine lineare Funktion der Geschwindigkeit.
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Wenn die Grenzbeschleunigung sowohl eine abnehmende als auch eine lineare Funktion der Geschwindigkeit ist, dann muss eine Geschwindigkeit existieren, bei der die Grenzbeschleunigung den Wert Null hat. Auch die maximale Beschleunigung des Fahrzeugs, d. h. die bei voll durchgetretenem Gaspedal erreichbare Beschleunigung, ist eine abnehmende Funktion an der Geschwindigkeit, die durch eine Gerade approximiert werden kann. Vorzugsweise haben diese letztere Gerade und die Grenzbeschleunigung bei derselben Geschwindigkeit den Wert Null. Mit anderen Worten liegt der Nullpunkt der Grenzbeschleunigung bei der maximalen Geschwindigkeit, die das Fahrzeug zu erreichen imstande ist. Diese maximale Geschwindigkeit ist im Allgemeinen nicht diejenige mit der besten Kraftstoffeffizienz. Daran wird deutlich, dass das erfindungsgemäße Verfahren den Fahrer nicht einseitig darauf konditioniert, die ökonomischste Geschwindigkeit zu fahren, sondern ihm hilft, sich in einem frei gewählten Geschwindigkeitsbereich mit möglichst geringem Verbrauch zu bewegen.
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Die Aufgabe wird ferner gelöst durch eine Vorrichtung zur Durchführung des oben beschriebenen Verfahrens mit einem Geschwindigkeitssensor, einem Beschleunigungssensor, einer Recheneinheit zum Beurteilen des Fahrverhaltens anhand von von den Sensoren gelieferter Daten und ein Anzeigeinstrument zum Anzeigen des Beurteilungsergebnisses. Ein solches Anzeigeinstrument wird im Allgemeinen als Skaleninstrument oder Digitalinstrument zur Anzeige wenigstens einer relativen Häufigkeit oder der Summe der gewichteten relativen Häufigkeiten ausgebildet sein. In Betracht kommt auch ein grafisches Anzeigeinstrument zum Anzeigen erfasster Wertepaare in einem zweidimensionalen Diagramm.
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Erfindungsgegenstand ist ferner ein Computerprogramm-Produkt mit Programmcode-Mitteln, die einen Computer befähigen, das oben beschriebene Verfahren auszuführen.
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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden deutlich anhand der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren. Aus dieser Beschreibung und den Figuren gehen auch Merkmale der Ausführungsbeispiele hervor, die nicht in den Ansprüchen erwähnt sind. Solche Merkmale können auch in anderen als den hier spezifisch offenbarten Kombinationen auftreten. Die Tatsache, dass mehrere solche Merkmale in einem gleichen Satz oder in einer anderen Art von Textzusammenhang miteinander erwähnt sind, rechtfertigt daher nicht den Schluss, dass sie nur in der spezifisch offenbarten Kombination auftreten können; stattdessen ist grundsätzlich davon auszugehen, dass von mehreren solchen Merkmalen auch einzelne weggelassen oder abgewandelt werden können, sofern dies die Funktionsfähigkeit der Erfindung nicht in Frage stellt. Es zeigen:
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1 ein Diagramm mit zwei exemplarischen Beschleunigungsverläufen eines Kraftfahrzeugs, aufgetragen als Funktion von dessen Geschwindigkeit;
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2 den Beschleunigungsverläufen der 1 entsprechende Verbrauchsverläufe, ebenfalls aufgetragen als Funktion der Geschwindigkeit;
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3 ein Diagramm einer Vorrichtung zum Beurteilen des Fahrverhaltens gemäß der vorliegenden Erfindung;
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4 einen exemplarischen Satz von Beschleunigungs-/Geschwindigkeitswertepaaren eines ökonomischen Fahrers, aufgetragen in einem zu 1 analogen Diagramm, und die Einstufung dieser Wertepaare in Gütebereiche;
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5 ein zu 4 analoges Diagramm eines mäßig ökonomischen Fahrers; und
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6 ein zu 4 analoges Diagramm eines unökonomischen Fahrers.
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7 ein einfaches Anzeigeinstrument zum Anzeigen einer Fahrerbeurteilung.
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1 zeigt Messkurven 1, 2 des Zusammenhangs von Beschleunigung und Geschwindigkeit beim Beschleunigen eines Kraftfahrzeugs, einmal (Kurve 1) bei maximal verfügbarer Motorleistung und das andere Mal (Kurve 2) bei einer niedrigeren, unter dem Gesichtspunkt der Kraftstoffeffizienz sinnvollen und einem normalen Verkehrsfluss angepassten Motorleistung. Lokale Minima der Messkurven 1, 2 sind jeweils auf Schaltvorgänge und die daraus resultierende Schubunterbrechung zurückzuführen.
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Kurven 3, 4 in 2 stellen, ebenfalls als Funktion der Geschwindigkeit, die den Beschleunigungsverläufen der Kurven 1 und 2 entsprechenden Verläufe des Kraftstoffverbrauchs dar. Die Ähnlichkeit der jeweils gleicher Motorleistung entsprechenden Kurvenpaare 1 und 3 bzw. 2 und 4 ist unübersehbar. Eine Messkurve 5 gibt den Verbrauch in Abhängigkeit von der Fahrzeuggeschwindigkeit bei konstanter Geschwindigkeit an. den Die Verbrauchswerte sind erheblich niedriger und ihre Abhängigkeit von der Fahrzeuggeschwindigkeit wesentlich geringer als beim beschleunigten Fahren.
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Eine Vorrichtung, die diesen Zusammenhang zwischen Beschleunigung und Verbrauch ausnutzt, um den Fahrstil des Fahrers zu beurteilen bzw. dem Fahrer eine objektive Information über seinen Fahrstil zu liefern, kann weitgehend auf Komponenten basieren, die serienmäßig in modernen Kraftfahrzeugen vorhanden sind, und ist daher mit minimalem Kostenaufwand realisierbar. Die in 3 schematisch dargestellte Vorrichtung umfasst ein an jedem Kraftfahrzeug vorhandenes Tachometer 6, einen Beschleunigungssensor 7, der herkömmlicherweise bereits Bestandteil diverser Fahrerunterstützungs- und Sicherheitssysteme ist, sowie einen Prozessor 8, der programmiert sein kann, um neben dem erfindungsgemäßen Beurteilungsverfahren noch anderen, an sich bekannten Steuerungs- oder Fahrerunterstützungszwecken zu dienen. Ein mit dem Prozessor 8 verbundenes Anzeigeinstrument 9 kann ein Skaleninstrument oder auch ein Bildschirminstrument sein; im letzteren Falle kann es je nach vom Fahrer vorgenommener Einstellung zum Anzeigen eines Bewertungsergebnisses oder einer anderen Betriebsgröße des Fahrzeugs dienen. Zur Ausführung der Erfindung ist daher im wesentlichen nur eine geeignete Programmierung des Prozessors 8 erforderlich, die benötigte Hardware ist entweder an einem herkömmlichen Fahrzeug vorhanden oder kann dort vorhandene Hardware mit minimalen Kosten ersetzen.
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4 zeigt ein Beispiel eines Anzeigebildes, das auf einem Bildschirm des Anzeigeinstrumentes 9 typischerweise zu sehen sein könnte. Der Bildschirm zeigt ein zweidimensionales Diagramm, an dessen Achsen entsprechend der Darstellung der 1 Geschwindigkeit und Beschleunigung des Fahrzeugs aufgetragen sind. In regelmäßigen Zeitabständen von Tachometer 6 und Beschleunigungssensor 7 aufgenommene Wertepaare von Geschwindigkeit und Beschleunigung ergeben jeweils einen Messpunkt 10 in dem Diagramm.
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Das Diagramm ist unterteilt durch eine Mehrzahl von abschüssigen Begrenzungslinien 11 bis 15, hier Geraden 11 bis 15, die sämtlich bei einem gleichen Geschwindigkeitswert von hier ca. 190 km/h die Nulllinie der Beschleunigung kreuzen. Die oberste Begrenzungslinie 11 entspricht einem idealisierten Verlauf der Messkurve 1 bei maximaler Motorleistung, bereinigt um alle mit dem Schalten von Gängen zusammenhängenden Einbrüche. Die unterste Gerade 15 entspricht einem in ähnlicher Weise idealisierten Verlauf der Messkurve 2. Die Begrenzungslinien 11 bis 15 unterteilen die Fläche des Anzeigeschirms in eine Mehrzahl von dreieckigen, zu hohen Geschwindigkeiten spitz zulaufenden Gütebereichen 16 bis 20 und einen Bereich 21, in dem keine Messpunkte 10 liegen können, und der folglich zur Unterbringung einer numerischen Anzeige 22 genutzt werden kann.
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Im Falle der 4 liegen fast alle Messpunkte 10 im untersten Gütebereich 20 des Diagramms, der einer sehr ökonomischen Fahrweise entspricht, und wenige im nächsthöheren Gütebereich 19. Die Zahl der Messpunkte 10 in den übrigen Gütebereichen 16–18 ist vernachlässigbar.
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Ein für die Beurteilung des Fahrverhaltens repräsentativer Zahlenwert, der auf der Anzeige
22 dargestellt wird, kann beispielsweise nach folgender Formel berechnet werden:
wobei n die Gesamtzahl von berücksichtigten Wertepaaren ist und n
1 jeweils die Zahl der Wertepaare im Gütebereich i ist. Der Gewichtungsfaktor a(i) ist im einfachsten Fall gleich 0 für den ökonomischsten Gütebereich
20 und nimmt von unten nach oben an jeder der Begrenzungslinien
12 bis 15 um 1 zu; um eine hohe Gewichtung von Messpunkten in den unökonomischen Gütebereichen zu erzielen, kann die Zunahme auch von unten nach oben anwachsen, z. B. von 1 an den Begrenzungslinien
15,
14 auf 2 an der Begrenzungslinie
13 und
3 an der Begrenzungslinie
12.
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Bei der Betrachtung des Diagramms der 4 fällt auf, dass es Gruppen von Messpunkten 10 gibt, die auf einem Bogen wie zum Beispiel 23 zu liegen scheinen. Solche Messpunkte 10 gehen in den meisten Fällen auf unmittelbar nach einander aufgenommene Messungen, im Falle des Bogens 23 also z. B. auf ein einzelnes, relativ heftiges Beschleunigungsmanöver zurück. Um dem Fahrer eine kurzfristige Information über die Wirtschaftlichkeit seiner Fahrweise zu liefern, ist es daher zweckmäßig, nicht nur den in der Anzeige 22 dargestellten, über sämtliche während einer Fahrt aufgenommenen Datenpaare gemittelten Beurteilungswert anzuzeigen, sondern ferner einen zweiten Mittelwert zu berechnen, der ausschließlich auf Datenpaaren basiert, deren Alter eine vorgegebene Grenze von z. B. einigen Sekunden nicht übersteigt. Ein solcher auf einer weiteren Anzeige 24 des Bereichs 21 dargestellter Beurteilungswert erlaubt es dem Fahrer, während des Fahrens des Beschleunigungsmanövers des Bogens 23 zu erkennen, dass dieses Beschleunigungsmanöver weniger wirtschaftlich ist als seine normale Fahrweise, und sich ggf. zu korrigieren.
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5 zeigt in einem zu 4 analogen Diagramm Messpunkte 10 eines mäßig ökonomischen Fahrers. Die Dichte der Messpunkte 10 ist in den Gütebereichen 17 bis 19 kaum geringer als im Gütebereich 16 und nimmt erst im obersten Gütebereich 20 des Diagramms sichtbar ab. Es liegt auf der Hand, dass mit der oben angegebenen Formel ein deutlich höherer Zahlenwert als im Falle der 4 erhalten wird, der auf ein deutlich weniger wirtschaftliches Beschleunigungsverhalten hinweist.
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6 zeigt einen bei unökonomischer Fahrweise resultierenden Datensatz. Die Beschleunigungswerte liegen im Mittel noch höher als im Falle der 5, und die Dichte der Messpunkte nimmt vom Gütebereich 18 zum Gütebereich 19 nur noch wenig ab. Es resultiert ein abermals höherer Beurteilungswert.
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Es liegt auf der Hand, dass eine Beurteilung des Fahrerverhaltens anhand der oben angegebenen oder einer vergleichbaren Formel auch basierend auf einer größeren oder kleineren Zahl von Gütebereichen, im Extremfall nur zwei Gütebereichen, möglich wäre. Eine größere Zahl von Gütebereichen ermöglicht jedoch eine deutlicher differenzierte Beurteilung, denn wenn z. B. die Gütebereiche 17 bis 20 zu einem zusammengefasst würden, würden sich die Beurteilungswerte im Falle der 4 und 5 nur wenig unterscheiden, und im Falle einer Zusammenfassung der Gütebereiche 16 bis 19 ergäbe sich allenfalls ein geringer Unterschied zwischen den Beurteilungswerten der 5 und 6.
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Um Platz auf dem Armaturenbrett des Kraftfahrzeugs einzusparen bzw. zum Anzeigen anderer Betriebsparameter des Kraftfahrzeugs verfügbar zu behalten, kann auf die Darstellung des vollständigen in 4, 5 und 6 gezeigten Diagramms auch verzichtet und lediglich die Anzeige 22 und/oder 24 dargestellt werden.
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Wenn das vollständige Diagramm dargestellt wird, ist es möglich, den Informationswert und damit die mögliche Lernwirkung für den Fahrer noch zu verbessern, indem die jeweils jüngsten Messpunkte 10 im Diagramm hervorgehoben dargestellt werden, z. B., indem sie jeweils, wie in 6 exemplarisch gezeigt, durch einen Bogen 25 verbunden werden. Um die Entwicklungsrichtung des Bogens 25 sichtbar zu machen, kann sein jeweils jüngster Teil 26 am deutlichsten und der älteste Teil 27 am schwächsten dargestellt sein, z. B. durch unterschiedliche Helligkeiten und/oder Linienstärken. Denkbar ist auch, die Farbe des Bogens 25 in Abhängigkeit vom Gütebereich, durch den er verläuft, zu variieren, beispielsweise im unwirtschaftlichsten Gütebereich 16 verlaufende Teile rot, im wirtschaftlichsten Gütebereich 20 verlaufende Teile grün darzustellen und den dazwischen liegenden Gütebereichen 17–19 jeweils von rot über gelb nach grün abgestufte Farbtöne zuzuordnen. Eine entsprechende farbliche Abstufung je nach Beurteilungsergebnis kann auch den Anzeigen 22, 24 zugeordnet werden, sodass beispielsweise im Falle der 4 der Fahrer beim Fahren des dem Bogen 23 entsprechenden Beschleunigungsmanövers an einer grüner Farbe der Anzeige 22 und einer gelbgrünen Farbe der Anzeige 24 erkennen kann, dass er im Mittel hochwirtschaftlich fährt, dass sein augenblickliches Manöver allerdings weniger wirtschaftlich ist.
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Einer einfachen Ausgestaltung zufolge ist am Armaturenbrett lediglich eine Anzeige 28 wie in 7 gezeigt vorgesehen. Die Anzeige umfasst eine Mehrzahl von zwischen wenigstens einem Ruhezustand und einem aktiven Zustand umschaltbaren Elementen 29, 30, 31, wie etwa LEDs. Die Anzahl der Elemente im aktiven Zustand, d. h. der eingeschalteten LEDs, ist repräsentativ für das Ergebnis der Fahrerbeurteilung. So können z. B. ein bis zwei eingeschaltete LEDs für eine ökonomische Fahrweise, drei eingeschaltete LEDs für eine mäßig ökonomische Fahrweise und mehr als drei eingeschaltete LEDs für eine unökonomische Fahrweise stehen.
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Die Elemente bzw. LEDs 29 können farblich differenziert sein, um die Suggestivität des Anzeigebildes zu verbessern. So können z. B. die bei ökonomischer Fahrweise aktiven LEDs 29 grün sein, die bei mäßig ökonomischern Fahrweise hinzugeschaltete LED 30 gelb, und die nur bei unökonomischer Fahrweise aktivierten LEDs 31 rot.
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Die Anzeige 28 kann umschaltbar sein, um wahlweise wie die Anzeige 22 ein auf einer langfristigen Mittelung basierendes Beurteilungsergebnis oder wie die Anzeige 24 das Ergebnis einer Kurzzeitmittelung anzuzeigen. Alternativ oder ergänzend kann eine Tendenzanzeige 32, hier z. B. in Form mehrerer pfeilförmig vignettierter LEDs, vorgesehen sein, die anhand eines Vergleichs zwischen langfristiger Mittelung und Kurzzeitmittelung oder zwischen nacheinander erhaltenen Kurzzeitmittelungen anzeigt, ob sich das Fahrverhalten im Sinne einer verbesserten oder einer verschlechterten Ökonomie entwickelt. Eine solche Tendenzanzeige kann, obwohl in 4–6 nicht dargestellt, auch im Bereich 21 der Anzeige 9 vorgesehen sein.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Messkurve
- 2
- Messkurve
- 3
- Messkurve
- 4
- Messkurve
- 5
- Messkurve
- 6
- Tachometer
- 7
- Beschleunigungssensor
- 8
- Prozessor
- 9
- Anzeigeinstrument
- 10
- Messpunkt
- 11
- Gerade
- 12
- Gerade
- 13
- Gerade
- 14
- Gerade
- 15
- Gütebereich
- 16
- Gütebereich
- 17
- Gütebereich
- 18
- Gütebereich
- 19
- Gütebereich
- 21
- Bereich
- 22
- Anzeige
- 23
- Bogen
- 24
- Anzeige
- 25
- Bogen
- 26
- Teil
- 27
- Teil
- 28
- Anzeige
- 29
- Anzeigeelement
- 30
- Anzeigeelement
- 31
- Anzeigeelement
- 32
- Tendenzanzeige
