DE3912359A1 - Schalthilfe-informationseinrichtung in kraftfahrzeugen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Schalthilfe-Informationseinrich­ tung in Kraftfahrzeugen, bei denen Getriebeschaltvorgänge von Hand eingeleitet werden.

Herkömmliche Drehzahlanzeigen bieten dem Fahrer kaum Infor­ mationen hinsichtlich bestimmter Fahrbetriebsweisen, z. B. kraftstoffverbrauchs- oder schadstoffemissionsoptimiert. Die Motordrehzahl gibt ansich weder Auskunft über den gegenwär­ tigen Betriebspunkt im Motorkennfeld noch über etwaige Dreh­ momentreserven nach einem Hochschalten in höhere Gänge.

Bei Fahrzeugen mit automatisierten Getrieben ist es bei­ spielsweise schon bekannt durch spezielle Verfahren den je­ weiligen Betriebspunkt des Motors im Kennfeld zu erfassen und unter bestimmten Bedingungen automatisch eine Schaltung in einen anderen Gang einzuleiten, so daß sich in solchen Fällen eine optimierte Kraftstoffausnutzung einstellen kann. Dabei ergibt sich jedoch das Problem der Notwendigkeit eines vorausschauenden Fahrens durch den Fahrer, was von elektro­ nischen Systemen nur mit relativ großem Aufwand gelöst werden kann. Andere Antriebssysteme, z. B. SAMT (Semi Automatic Ma­ nual Transmission) oder EPS (Elektro-Pneumatische Schaltung) haben nur die Möglichkeit, den Fahrer auf einer Anzeige an­ zuzeigen, welche Gänge er im Moment aufgrund eines zulässi­ gen Motordrehzahlbereiches schalten könnte.

Bei Fahrzeugen mit handgeschalteten Gangwechseln sind als Pseudoschalthilfen schon sogenannte Ökonometer vorgesehen worden, die den momentanen Kraftstoffverbrauch digital oder analog oder symbolisiert darstellen. Eine echte Schalthilfe stellen diese Verbrauchsanzeigen jedoch nicht dar, dies um­ soweniger, je mehr Gänge mit dem vorhandenen Getriebe schaltbar sind. Gerade in Nutzfahrzeugen kommen heute moder­ ne Getriebe zur Anwendung, die eine Schaltung in beispiels­ weise 16 verschiedene Gänge ermöglichen.

Ausgehend von dieser Problematik ist es daher Aufgabe der Erfindung, bei Fahrzeugen mit von Hand einzuleitenden Schaltvorgängen Vorkehrungen zu treffen, die dem Fahrer eine verständliche und klar erkennbare Entscheidungshilfe zum Schalten bieten und eine kraftstoffverbrauchsoptimierte und/oder schadstoffemissionsminimierte Fahrweise fördern.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Schalthilfe- Informationseinrichtung mit den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst.

Dabei ist eine Einrichtung zur visuellen oder akustischen Ausgabe einer Schaltempfehlung an den Fahrer und außerdem eine elektronische Recheneinrichtung vorgesehen, mit der auf der Basis erfaßter Istzustände von Motordrehzahl, Fahrge­ schwindigkeit, eingelegtem Gang, Fahrpedalstellung sowie auf der Basis von Daten der Motorcharakteristik und Getrie­ becharakteristik Werte für eine kraftstoffverbrauchsopti­ mierte und/oder abgasemissionsminimierte Fahrweise errechnet und in Signale für die Ausgabe entsprechender Schaltempfeh­ lungen an die eingangs erwähnte Einrichtung umgesetzt werden.

Durch eine Gewichtung der Kriterien Kraftstoffverbrauch und Abgasschadstoffemission kann ein globales Optimum der Fahr­ weise erreicht werden.

Einzelheiten und mögliche Ausgestaltungen dieser erfindungs­ gemäßen Grundidee sind in den Unteransprüchen angegeben.

Unabhängig von der jeweils möglichen konkreten Ausführungs­ form bekommt der Fahrer immer ganz gezielt einen Hinweis, daß nach dessen Erscheinen ein Schalten angebracht ist.

Nachstehend ist die erfindungsgemäße Lösung anhand mehrerer, in der Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele noch nä­ her erläutert. In der Zeichnung zeigt

Fig. 1 schematisch das Prinzip der erfindungsgemäßen Schalthilfe-Informationseinrichtung,

Fig. 2 bis 9 je eine Ausführungsform zur Aufzeigung der Schalthilfeinformation.

Zunächst sei nochmals kurz auf die der Erfindung zugrunde liegenden Problematik eingegangen. Was soll erreicht werden? Dem Fahrer soll klar gemacht werden, ob er beispielsweise im Teillastbereich in einem anderen Gang günstiger im Hinblick auf Kraftstoffverbrauch und/oder Abgasschadstoffabgabe fah­ ren könnte oder ob er im Vollastbereich auch in einem höhe­ ren Gang seine aktuelle Geschwindigkeit halten kann. In bei­ den Fällen kann dies nur dann sicher entschieden werden, wenn

• - das auf Kraftstoffverbrauchsoptimierung ausgelegte Motor­ kennfeld (Verbrauchskennfeld),
• - das auf Abgasschadstoffminimierung ausgelegte Motorkenn­ feld (Abgasschadstoffkennfeld),
• - aus diesen Motorkennfeldern die aktuelle Leistung und Leistungsreserve,
• - die verfügbaren Gangsprünge des Getriebes,
• - die momentane Zuglast (resultierend aus Fahrzeuggewicht und befahrener Steigung) und damit die notwendige Leistung im jetzigen und späteren Gang,
• - die typische Schaltzeit des Fahrers (Zeitdauer zum Gangwechsel)
• - der daraus resultierende Geschwindigkeitsverlust beim Schaltvorgang, und
• - aus den Motorkennfeldern sowie Gangsprüngen das nach einer Schaltung notwendige Drehmoment, um die gleiche Leistung bzw. die gleiche Beschleunigung wie vor der Schaltung zu erhalten,

bekannt sind. Allein aus dem Wissen um Motordrehzahl, Fahr­ pedalstellung, dem eingelegten Gang, dem subjektiv empfunde­ nen Motorgeräusch und der sichtbaren Steigung der befahrenen Fahrstrecke wäre der Fahrer ohne besondere Konzentration nur unzureichend in der Lage, bei einem Getriebe mit einer Viel­ zahl von Schaltmöglichkeiten den optimalen Gang zu wählen.

Um diese Unsicherheiten zu vermeiden, ist die erfindungsge­ mäße Schalthilfe-Informationseinrichtung vorgesehen. Diese besteht im Prinzip - siehe Fig. 1 - aus einer elektronischen Recheneinrichtung 1, die einen Mikroprozessor 2, Eingabeein­ heit 3, Ausgabeeinheit 4, Signalaufbereitungs- bzw. Signal­ wandlerstufen 5, 6, Programmspeicher 7, Arbeits- bzw. Daten­ speicher 8 aufweist, welche Teile durch Datenübertragungska­ näle 9 miteinander verknüpft sind.

Im Arbeits- bzw. Datenspeicher 8 ist ein nach Gesichtspunk­ ten kraftstoffverbrauchsoptimierter Werte gegebenes Motor­ kennfeld des im Fahrzeug verwendeten Motors, z. B. Dieselmo­ tors, abgespeichert. Zweckmäßig ist es auch, wenn im Arbeits- bzw. Datenspeicher 8 auch ein nach Gesichtspunkten abgas­ schadstoffminimierter Werte gegebenes Motorkennfeld des be­ sagten Motors abgespeichert ist, auf das wahlweise zurückge­ griffen werden kann. Im Arbeits- bzw. Datenspeicher 8 ist außerdem datenmäßig die Charakteristik des dem betreffenen Motor nachgeschalteten Getriebes eingespeichert.

In die Recheneinheit 1 werden während des Fahrbetriebes die Istzustände folgender von Sensoren bzw. Meßgeräten er­ faßten Istwerte eingeleitet, nämlich die Motordrehzahl n (erfaßt vom Sensor 10), die Geschwindigkeit v (von Geber 11), der momentane Kraftstoffverbrauch (von Meßgerät 12), die Stellung des Fahrpedals 13 (vom Geber 13/1), der Schaltzu­ stand des Getriebes (von Melder 14).

Anhand dieser gemeldeten Istwerte und auf der Basis der Da­ ten der Motorcharakteristik (Motorkennfelder) und Getriebe­ charakteristik errechnet die Recheneinrichtung 1 mit ihrem Mikroprozessor 2 Werte für eine kraftstoffverbrauchsopti­ mierte Fahrweise (bei Rückgriff auf das kraftstoffverbrauchs­ optimierte Motorkennfeld) und/oder abgasschadstoffminimierte Fahrweise (durch Rückgriff auf das schadstoffminimierte Mo­ torkennfeld) und setzt diese errechneten Werte in Signale für die Ausgabe entsprechender Schaltempfehlungen an eine Ausgabe-Einrichtung 15 um.

Von der elektronischen Recheneinrichtung 1 können bei der Berechnung der Schaltempfehlungen aber außer den erwähn­ ten Istwerten auch noch andere sich am Fahrzeug oder während des Fahrbetriebes ändernde Bedingungen, wie die aktuelle Be­ ladung, äußere Einflüsse wie Wind, Straßenzustände, Steigun­ gen bzw. Gefälle und dergleichen, berücksichtigt werden. Diese Bedingungen können teils durch zusätzliche Istzu­ standsmelder erfaßt oder intern anhand anderer Werte berech­ net werden.

Die Ausgabeeinrichtung 15 ist zur visuellen und/oder akusti­ schen Ausgabe einer Schaltempfehlung an den Fahrer einge­ richtet und in einem vom Fahrersitz aus einsehbaren Sichtbe­ reich, z. B. Armaturenbrett, oder im Umfeld des Fahrerarbeits­ platzes angeordnet.

In Fig. 1 ist mit 16 eine Drehzahlanzeigeeinrichtung be­ zeichnet, die die vom Sensor 10 gemeldeten und in einer Ein­ richtung 17 gewandelten Signale der Istdrehzahl des Motors anzeigt.

Die Ausgabe-Einrichtung 15 und Drehzahlanzeige-Einrichtung 16, gegebenenfalls auch die Einrichtung 17, können zu einem An­ zeigeinstrument 18 vereinigt sein, wie in Fig. 1 angedeutet und in den Fig. 2 bis 9 beispielhaft dargestellt.

Mit den in den Fig. 2 bis 9 dargestellten Anzeigeinstrument 18 wird primär die Istdrehzahl des Motors auf analoge Weise durch einen Zeiger in Verbindung mit einer Skala zur Anzeige gebracht.

Die Einrichtung 15 zur Ausgabe der Schaltempfehlung kann

• - wie aus Fig. 2 ersichtlich - eine Digitalanzeige sein, auf der die Schaltempfehlung an den Fahrer direkt visuell aus­ gebbar ist, in der Form, daß das Wort "Hochschalten" oder "Herunterschalten" statisch oder im Blinkrhythmus aufleuch­ tet, gegebenenfalls - wie dargestellt - mit der zusätzli­ chen Direktinformation in welchen Gang durch dessen zif­ fernmäßige Darstellung,
• - wie aus Fig. 3 ersichtlich - eine digitale Zifferanzeige sein, die farblich vom Skalenumfeld abgesetzt dem Fahrer als statisch oder im Blinkrhythmus aufleuchtende Zahl den einzulegenden Gang aufzeigt,
• - wie aus Fig. 4 ersichtlich - eine farblich vom Skalenum­ feld abgesetzte Lampe sein, die durch Blinken dem Fahrer auf die Notwendigkeit eines Schaltens aufmerksam macht, gegebenenfalls in Verbindung mit einer numerischen Anzeige in welchen Gang (nicht dargestellt),
• - wie aus Fig. 5 ersichtlich - durch zwei farblich von Ska­ lenumfeld abgesetzte Lampen bzw. Anzeigefelder gebildet sein, bei deren Aufleuchten (statisch oder Blinkrhythmus) dem Fahrer durch einen nach oben oder unten weisenden Pfeil die Notwendigkeit eines Hoch- bzw. Herunterschaltens aufgezeigt wird, gegebenenfalls in Verbindung mit einer nummernmäßigen Anzeige in welchen Gang (wie dargestellt),
• - wie aus Fig. 6 ersichtlich - entweder durch einen Summer, der bei Notwendigkeit eines Schaltens den Fahrer hierauf durch Ausgabe von Summtönen (statisch bzw. dynamisch) auf­ merksam macht, gegebenenfalls in Verbindung mit einer nu­ merischen Anzeige in welchen Gang (nicht dargestellt), oder durch einen Lautsprecher gebildet sein, über den auf die Notwendigkeit des Schaltens in einen anderen Gang durch Ausgabe einer Information in Form gesprochener Worte hin­ weisbar ist,
• - wie aus Fig. 7 ersichtlich - durch einen zweiten Zeiger gebildet sein, der sich farblich oder seiner Form nach vom ersten Zeiger 19 unterscheidet, normalerweise mit letzte­ rem in Deckung gebracht ist, jedoch bei berechneter Not­ wendigkeit eines Schaltens durch Signalgabe in eine andere Position gebracht wird, in der auf eine durch das so initiierte Schalten anzustrebende Solldrehzahl hinweist,
• - wie aus Fig. 8 ersichtlich - durch ein neben der Drehzahl­ skala 20 verlaufendes Leuchtdioden- bzw. Lämpchen-Band ge­ bildet sein, in dem die einzelnen Leuchtorgane in Pfeil­ form zu einem bestimmten Wert der Drehzahl-Skala 20 hin­ weisend angeordnet sind und durch Ansteuerung eines be­ stimmten Leuchtorganes dieses durch statisches oder blin­ kendes Leuchten auf einen durch Schalten anzustrebenden Wert auf der Drehzahl-Skala 20 hinweist, und
• - wie aus Fig. 9 ersichtlich - durch ein Leuchtdioden- bzw. Lämpchen-Band gebildet sein, bei dem die Anzahl der auf­ leuchtenden Leuchtorgane das Maß des momentan ausgenutzten Motor-Drehmomentes bzw. der momentan ausgenutzten Motor- Leistung ist, aus welcher Anzeige der Fahrer die Informa­ tion entnimmt, daß er durch Schalten in einen besseren Wirkungsgradbereich des Motors kommen kann. Das besagte Leuchtdioden- bzw. Lämpchen-Band kann an beliebiger Stelle des Instrumentenfeldes oder - wie dargestellt - sich längs des Zeigers 19 an diesen erstreckend angeordnet sein. Da­ bei entspricht beispielsweise die Zeigerspitze dem maximal verfügbaren Drehmoment bei der jeweils angezeigten Drehzahl. Wenn alle Leuchtorgane angesteuert sind, also leuchten, nutzt der Fahrer 100% das verfügbaren Drehmomentes aus. Leuchtet nur ein Teil, so nutzt er nur einen Teil des Dreh­ momentes bzw. der verfügbaren Leistung aus. Der Fahrer er­ hält so schnell einen Überblick über die Leistungsreserven, die er durch Hoch- bzw. Herunterschalten dann nützen kann.

Die Ausgabe-Einrichtung 15 ist hinsichtlich ihrer konkreten Ausführungsform nicht an die vorbeschriebenen Ausführungsbei­ spiele gebunden, es sind Mischformen, oder auch von einem Drehzahlmesser getrennte Anordnungen, z. B. kombiniert mit einer anderen Anzeige, oder ganz isoliert im Fahrzeug, möglich.

Außerdem kann die auszugebende Information durch im Sicht­ feld des Fahrers angeordnete, sogenannten "head up displays" dargestellt werden. Dabei spiegelt sich die Information bei­ spielsweise in der Windschutzscheibe.

Die elektronische Recheneinrichtung 1 kann mit ähnlichen Einrichtungen, soweit diese als elektronische Motorsteue­ rung, elektronische Kupplungssteuerung und/oder elektronische Getriebesteuerung bereits im Fahrzeug vorhanden ist, verei­ nigt sein, wobei in einem solchen Fall das Vorhandensein ei­ nes Mikroprozessors, von Arbeits- bzw. Daten- und Programm­ speichern, gegebenenfalls auch weiterer Teile ausgenützt wer­ den kann bei der Realisierung der Funktion der Rechenein­ richtung 1.

Claims (14)

1. Schalthilfe-Informationseinrichtung in Kraftfahrzeugen, bei denen Getriebeschaltvorgänge von Hand eingeleitet werden, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung zur visuel­ len und/oder akustischen Ausgabe einer Schaltempfehlung an den Fahrer und eine elektronische Recheneinrichtung vorgesehen sind, mit der auf der Basis erfaßter Istzu­ stände von Motordrehzahl, Fahrgeschwindigkeit, eingeleg­ tem Gang, Fahrpedalstellung sowie auf der Basis von Daten der Motorcharakteristik und Getriebecharakteristik Werte für eine kraftstoffverbraucheroptimierte und/oder abgasschadstoffminimierte Fahrweise errechnet und in Si­ gnale für die Ausgabe entsprechender Schaltempfehlungen an die angeschlossene Ausgabe-Einrichtung umgesetzt wer­ den.

2. Schalthilfe-Informationseinrichtung nach Anspruch 1, da­ durch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Ausgabe ei­ ner Schaltempfehlung eine Digitalanzeige ist, auf der die Schaltempfehlung an den Fahrer direkt visuell ausgebbar ist, in der Form "Hochschalten" oder "Herunterschalten", gegebenenfalls mit der zusätzlichen Direktinformation "in Gang . . .".

3. Schalthilfe-Informationseinrichtung nach Anspruch 1, da­ durch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Ausgabe ei­ ner Schaltempfehlung eine farblich vom Umfeld abgesetzte Lampe ist, die durch Blinken den Fahrer auf die Notwen­ digkeit eines Schaltens aufmerksam macht.

4. Schalthilfe-Informationseinrichtung nach Anspruch 1, da­ durch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Ausgabe ei­ ner Schaltempfehlung durch eine oder zwei farblich abge­ setze Lampen bzw. Anzeigefelder gebildet ist, bei deren Aufleuchten dem Fahrer durch einen nach oben oder unten zeigenden Pfeil die Notwendigkeit eines Hoch- bzw. Herun­ terschaltens aufgezeigt wird.

5. Schalthilfe-Informationseinrichtung nach Anspruch 1, da­ durch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Aufgabe ei­ ner Schaltempfehlung durch einen Summer gebildet ist, der bei Notwendigkeit eines Schaltens den Fahrer hierauf durch Abgabe eines Summtons aufmerksam macht.

6. Schalthilfe-Informationseinrichtung nach Anspruch 1, da­ durch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Ausgabe ei­ ner Schaltempfehlung durch einen Lautsprecher gebildet ist, über den auf die Notwendigkeit des Schaltens in ei­ nen anderen Gang durch Ausgabe einer Information in Form gesprochener Worte hinweisbar ist.

7. Schalthilfe-Informationseinrichtung nach Anspruch 1, da­ durch gekennzeichnet, daß bei einer Analog-Anzeige der Ist-Drehzahl durch einen Zeiger die Einrichtung zur Aus­ gabe einer Schaltempfehlung ein zweiter Zeiger ist, der sich farblich oder seiner Form nach vom anderen unter­ scheidet und bei Notwendigkeit in eine vom anderen unter­ schiedliche Stellung gebracht wird, in der er auf eine durch Schalten anzustrebende Solldrehzahl hinweist.

8. Schalthilfe-Informationseinrichtung nach Anspruch 1, da­ durch gekennzeichnet, daß bei einer Analog-Anzeige der Ist-Drehzahl durch einen Zeiger die Einrichtung zur Aus­ gabe einer Schaltempfehlung eine neben der Drehzahl- Skala verlaufendes Leuchtdioden- bzw. Lämpchen-Band ist, in dem die einzelnen Leuchtorgane in Pfeilform zu einem bestimmten Skalenwert hinweisend angeordnet sind und durch Ansteuerung eines bestimmten Leuchtorgans dessen statisch oder im Blinkrhythmus erfolgendes Leuch­ ten auf eine durch Schalten anzustrebende Solldrehzahl hinweist.

9. Schalthilfe-Informationseinrichtung nach Anspruch 1, da­ durch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Ausgabe einer Schaltempfehlung durch ein Leuchtdioden- bzw. Lämpchen-Band gebildet ist, bei dem die Anzahl der auf­ leuchtenden Leuchtorgane ein Maß für das momentan ausge­ nutzte Motor-Drehmoment bzw. die momentan ausgenutzte Motor-Leistung ist.

10. Schalthilfe-Informationseinrichtung nach Anspruch 9, da­ durch gekennzeichnet, daß das besagte Leuchtdioden- bzw. Lämpchen-Band sich längs des in einer Analog-Anzeige den Drehzahl-Istwert anzeigenden Zeigers erstreckend angeord­ net ist.

11. Schalthilfe-Informationseinrichtung nach Anspruch 1, da­ durch gekennzeichnet, daß die elektronische Rechenein­ richtung (1) Ein- und Ausgabe-Einheiten (3, 4), Signal- Programmspeicher (7), Arbeits- bzw. Datenspeicher (8) und einen Mikroprozessor (2), alle Teile durch Daten­ übertragungskanäle (9) miteinander verknüpft, aufweist.

12. Schalthilfe-Informationseinrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß in einen Arbeits- bzw. Da­ tenspeicher (8) ein nach Gesichtspunkten kraftstoffver­ brauchsoptimierter Werte gegebenes Motorkennfeld und ge­ gegenenfalls auch ein nach Gesichtspunkten abgasschad­ stoffminimierter Werte gegebenes Motorkennfeld eingege­ ben ist.

13. Schalthilfe-Informationseinrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß in einen Arbeits- bzw. Da­ tenspeicher (8) die Daten der Getriebecharakteristik eingegeben sind.

14. Schalthilfe-Informationseinrichtung nach den Ansprüchen 1 und 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß von der elektronischen Recheneinrichtung (1) bei Berechnung der Schaltempfehlungswerte auch sich am Fahrzeug ändernde Bedingungen, wie die aktuelle Beladung, sowie auf das Fahrzeug einwirkende äußere Einflüsse, wie Wind, Stra­ ßenzustand und Steigungen bzw. Gefälle, berücksichtigt werden.