DREWS, Frank (Schumacher Ring 218, Röthenbach, 90552, DE)
DÜSER, Tobias (Jahnstraße 12, Bühlertal, 77830, DE)
SCHRÖTER, Jens (Remchinger Str. 79/1, Karlsbad, 76307, DE)
ZINGEL, Christian (Jordanstr. 14, Karlsruhe, 76131, DE)
SCHWARZ, Alexander (Schulstraße 8, Tiefenbronn, 75233, DE)
OTT, Sascha (Peter-Besucher-Weg 19, Bad Herrenalb, 76332, DE)
ZELL, Andreas (Herrnhüttestraße 33, Nürnberg, 90411, DE)
LEONE, Carmelo (Wippenhauserstrasse 14, Freising, 85354, DE)
BRANDT, Thomas (Weißenberg 32, Edelsfeld, 92265, DE)
DREWS, Frank (Schumacher Ring 218, Röthenbach, 90552, DE)
DÜSER, Tobias (Jahnstraße 12, Bühlertal, 77830, DE)
SCHRÖTER, Jens (Remchinger Str. 79/1, Karlsbad, 76307, DE)
ZINGEL, Christian (Jordanstr. 14, Karlsruhe, 76131, DE)
SCHWARZ, Alexander (Schulstraße 8, Tiefenbronn, 75233, DE)
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| Patentansprüche 1. Verfahren zum Betrieb einer Vorrichtung zur Erzeugung einer zusätzlichen Rückstellkraft am Gaspedal für Kraftfahrzeuge, wobei eine durch eine entsprechende Betätigungskraft herbeigeführte Lageänderung des Gaspedals (1) gegenüber seiner Ausgangslage entgegen einer Rückstellkraft zu einer Erhöhung der Antriebskraft des Antriebsmotors führt und bei nachlassender Betätigungskraft eine Rückstellkraft das Gaspedal (1) in Richtung seiner Ausgangslage zurückbefördert und wobei ein Stellglied (2) vorgesehen ist, das eine in Rückstellungsrichtung des Gaspedals (1) wirkende zusätzliche Rückstellkraft (F) aufbringt, dadurch gekennzeichnet, dass die Größe der zusätzlichen Rückstellkraft (F) auf das Gaspedal (1) derart gestaltet wird, dass das Gaspedal (1) eine Stellung einnimmt, die den Betriebspunkt des Antriebsmotors in einen Bereich mit höherem Wirkungsgrad verschiebt. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Größe der zusätzlichen Rückstellkraft (F) auf das Gaspedal (1) in Abhängigkeit der Fahrsituation und der Verkehrssituation des Kraftfahrzeugs eingestellt wird. 3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine negative, zusätzliche Rückstellkraft (F) auf das Gaspedal (1) den Fahrzeugführer zur Ausübung einer Betätigungskraft in Richtung Erhöhung der Antriebskraft des Antriebsmotors veranlasst . 4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Fahrsituation des Kraftfahrzeugs in eine Beschleunigungsfahrt, eine Konstantfahrt und eine Verzögerungsfahrt unterteilt wird. 5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Größe der zusätzlichen Rückstellkraft (F) auf das Gaspedal (1) während einer Beschleunigungsfahrt derart gestaltet wird, dass das Gaspedal (1) eine optimale Stellung einnimmt, wobei diese optimale Stellung des Gaspedals (1) in Abhängigkeit des Wirkungsgrades des Antriebsmotors und vorzugsweise mit Hilfe von vorab bestimmten Kennfeldern ermittelt wird. 6. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Größe der zusätzlichen Rückstellkraft (F) auf das Gaspedal (1) während einer Verzögerungsfahrt derart gestaltet wird, dass das Gaspedal (1) eine unbetätigte Stellung einnimmt. 7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass zur Einleitung der Verzögerungsfahrt ein Ausrollweg vor einem stehenden oder sich in Fahrtrichtung des Kraftfahrzeugs bewegenden Hindernisses berechnet wird und mit einer vorab bestimmten Ausrollkurve des Kraftfahrzeugs verglichen wird. 8. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Fahrsituation einerseits anhand von dynamischen Größen wie Fahrgeschwindigkeit, Längsbeschleunigung, Querbeschleunigung und Giermoment und andererseits anhand von fahrzeuginternen Größen wie Motorsteuerungsparameter und Getriebesteuerungsparameter bestimmt wird. 9. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Verkehrssituation durch eine Umfeldsensorik zur Erfassung der Fahrbahn, der Streckenführung, der Verkehrszeichen und/oder der stehenden oder fahrenden Hindernisse bzw. Verkehrsteilnehmer bestimmt wird. 10. Verfahren nach Anspruch 2 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Verkehrssituation mit Hilfe einer elektronisch gespeicherten Straßenkarte in Verbindung mit einer satellitengestützten Positionsermittlung bestimmt wird. 11. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass in Abhängigkeit der Verkehrssituation eine Beschleunigungsfahrt, eine Konstantfahrt oder eine Verzögerungsfahrt erkannt wird und die zusätzliche Rückstellkraft (F) auf das Gaspedal (1) derart gestaltet wird, dass das Kraftfahrzeug energieeffizient geführt wird. 12. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass dem Fahrzeugführer bei einer Beschleunigungsfahrt, einer Konstantfahrt und einer Verzögerungsfahrt dem Fahrzeugführer der zu wählende Gang eines manuellen Getriebes vorgeschlagen wird. 13. Vorrichtung zur Erzeugung einer zusätzlichen Rückstellkraft am Gaspedal für Kraftfahrzeuge, wobei eine durch eine entsprechende Betätigungskraft herbeigeführte Lageänderung des Gaspedals (1) gegenüber seiner Ausgangslage entgegen einer Rückstellkraft zu einer Erhöhung der Antriebskraft des Antriebsmotors führt und bei nachlassender Betätigungskraft eine Rückstellkraft das Gaspedal (1) in Richtung seiner Ausgangslage zurückbefördert und wobei ein Stellglied (2) vorgesehen ist, das eine in Rückstellungsrichtung des Gaspedals (1) wirkende zusätzliche Rückstellkraft (F) aufbringt, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel (R0 bis R4) vorgesehen sind, die die Größe der zusätzlichen Rückstellkraft (F) auf das Gaspedal (1) derart gestalten, dass das Gaspedal (1) eine Stellung einnimmt, die den Betriebspunkt des Antriebsmotors in einen Bereich mit höherem Wirkungsgrad verschiebt. 14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel (R0 bis R4) in Abhängigkeit der Fahrsituation und/oder der Verkehrssituation eine Beschleunigungsfahrt, eine Konstantfahrt oder eine Verzögerungsfahrt erkennen und die zusätzliche Rückstellkraft (F) auf das Gaspedal (1) derart gestalten, dass das Kraftfahrzeug energieeffizient geführt wird. 15. Vorrichtung nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel (R0 bis R4) als Regler (Ri bis R4) ausgeführt sind, - wobei der erste Regler (Ri) eine der optimalen Gaspedalstellung beim Beschleunigen entsprechende Zusätzliche Rückstellkraft (F) auf das Gaspedal (1) ausgibt, und - wobei der zweite Regler (R2) eine Zusätzliche Rückstellkraft (F) auf das Gaspedal (1) zur Folgefahrt hinter einem anderen Verkehrsteilnehmer ausgibt, und - wobei dritte Regler (R3) eine Zusätzliche Rückstellkraft (F) auf das Gaspedal (1) zur Verzögerung des Kraftfahrzeug ausgibt, sodass das Gaspedal (1) eine un- betätigte Stellung einnimmt, und - wobei der vierte Regler (R4) eine Zusätzliche Rückstellkraft (F) auf das Gaspedal (1) ausgibt, sodass eine von einem Tempomat eingestellte Geschwindigkeit realisiert wird, und - wobei eine übergeordnete Steuereinheit (R0) vorgesehen ist, die aufgrund der Fahrsituation und/oder der Verkehrssituation einen oder mehrere Regler (Ri bis R4) aktiviert oder deaktiviert. 16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass eine Umfeldsensorik vorgesehen ist, die der übergeordneten Steuereinheit (R0) Informationen über die Fahrbahn, der Streckenführung, der Verkehrszeichen und/oder der stehenden oder fahrenden Hindernisse bzw. Verkehrsteilnehmer zur Verfügung stellt. |
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erzeugung einer zusätzlichen Rückstellkraft am Gaspedal für Kraftfahrzeuge, wobei eine durch eine entsprechende Betätigungskraft herbeigeführte Lageänderung des Gaspedals gegenüber seiner Ausgangslage entgegen einer Rückstellkraft zu einer Erhöhung der Antriebskraft des Antriebsmotors führt und bei nachlassender Betätigungskraft eine Rückstellkraft das Gaspedal in Richtung seiner Ausgangslage zurückbefördert und wobei ein Stellglied vorgesehen ist, das eine in Rückstellungsrichtung des Gaspedals wirkende zusätzliche Rückstellkraft aufbringt. Außerdem betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zu deren Betrieb.
Aus der DE 32 32 160 Al ist daher ein Verfahren bekannt, bei dem die Rückstellkraft des Fahrpedals veränderbar ist und dem Fahrzeugführer eine haptische Rückmeldung gibt. Die Rückstellkraft des Fahrpedals wird im Bereich des gesamten Pedalwegs in Abhängigkeit von Kenngrößen, die das Motordrehmoment und die Motor- drehzahl wiedergeben, automatisch eingestellt. Bei dem vorbekannten Verfahren werden dem Fahrzeugführer Informationen, beispielsweise zur Gangwahl, in Form von dem Pedalweg überlagerten Bewegungen, z.B. Vibrationen, übermittelt.
Aus einer Internetveröffentlichung (http: //www. niεsan- global.com/EN/NEWS/2008/ STORY/080804-02-Θ .html) ist ein sogenanntes ECO Pedal bekannt. Bei diesem ECO Pedal wird ein Zielkorridor für die Gaspedalstellung berechnet, der durch eine maximale Gaspedalstellung begrenzt wird. Befindet sich der Fahrzeugführer während eines Beschleunigungsvorgangs oder während einer Fahrt mit konstanter Geschwindigkeit in dem genannten Zielkorridor, leuchtet nur eine Kontrollleuchte in einem Anzeigeinstrument grün auf. Nähert sich der Fahrzeugführer einer oberen Schwelle, beginnt die Kontrollleuchte zu blinken und eine zusätzliche Rückstellkraft am Gaspedal weist ihn darauf hin, dass er den effizienten Bereich verlässt. Reduziert der Fahrzeugführer deshalb die Gaspedalstellung, verschwindet die zusätzliche Rückstellkraft. Übertritt der Fahrzeugführer dagegen den Schwellwert, wird fortan eine erhöhte Zusätzliche Rückstellkraft am Gaspedal aufgebracht, die sich aus der normalen passiven Bedienkraft des Pedals und der zusätzlichen Rückstellkraft bei Erreichen des Schwellwerts zusammensetzt. Berechnet wird der Schwellwert dabei aus dem Verbrauch und dem Wirkungsgrad des Antriebsstranges. Eine Adaption der Schaltstrategie ist bei dem vorbekannten ECO Pedal dagegen nicht vorgesehen. Außerdem wird lediglich ein Zielkorridor vorgegeben, der nach minimalem spezifischem Verbrauch berechnet wird und die Dynamik der Beschleunigung nicht ausreichend berücksichtigt. Eine Interaktion mit anderen Verkehrsteilnehmern findet nicht statt. Es hat sich gezeigt, dass die bekannt gewordenen Verfahren eine Reihe von der Praxis gestellten Forderungen nicht erfüllen. Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung darzustellen, die eine höhere Energieeinsparung des Antriebsmotors erzielen.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren und eine Vorrichtung mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Dabei ist vorgesehen, dass die Größe der zusätzlichen Rückstellkraft auf das Gaspedal derart gestaltet wird, dass das Gaspedal eine Stellung einnimmt, die den Betriebspunkt des Antriebsmotors in einen Bereich mit höherem Wirkungsgrad verschiebt. Dabei wird der Möglichkeit Rechnung getragen, dass ein Verlauf, der schnell durch Bereiche höheren spezifischeren Verbrauchs in den Bereich sehr niedrigen Verbrauchs übergeht, in der Summe Energie sparender ist .
Eine vorteilhafte Weiterbildung sieht vor, dass die Größe der zusätzlichen Rückstellkraft auf das Gaspedal in Abhängigkeit der Fahrsituation und der Verkehrssituation des Kraftfahrzeugs eingestellt wird. Dabei veranlasst eine negative, zusätzliche Rückstellkraft auf das Gaspedal den Fahrzeugführer zur Ausübung einer Betätigungskraft in Richtung Erhöhung der Antriebskraft des Antriebsmotors .
Ein grundlegender Erfindungsgedanke ist, dass die Fahrsituation des Kraftfahrzeugs mindestens in eine Beschleunigungsfahrt, eine Konstantfahrt und eine Verzögerungsfahrt unterteilt wird. Dabei ist vorgesehen, dass die Größe der zusätzlichen Rückstellkraft auf das Gaspedal während einer Beschleunigungsfahrt derart gestaltet wird, dass das Gaspedal eine optimale Stellung einnimmt, wobei diese optimale Stellung des Gaspedals in Abhängigkeit des Wirkungsgrades des Antriebsmotors und vorzugsweise mit Hilfe von vorab bestimmten Kennfeldern ermittelt wird. Während einer Verzögerungsfahrt wird die Größe der zusätzlichen Rückstellkraft auf das Gaspedal derart gestaltet, dass das Gaspedal eine unbetätigte Stellung einnimmt. Zur Einleitung der Verzögerungsfahrt wird ein Ausrollweg vor einem stehenden oder sich in Fahrtrichtung des Kraftfahrzeugs bewegenden Hindernisses berechnet und mit einer vorab bestimmten Ausrollkurve des Kraftfahrzeugs verglichen.
Es ist vorgesehen, dass die Fahrsituation einerseits anhand von dynamischen Größen wie Fahrgeschwindigkeit, Längsbeschleunigung, Querbeschleunigung und Giermoment und andererseits anhand von fahrzeuginternen Größen wie Motorsteuerungsparameter und Getriebesteuerungsparameter bestimmt wird.
Bei einer besonders vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird die Verkehrssituation durch eine Umfeldsensorik zur Erfassung der Fahrbahn, der Streckenführung, der Verkehrszeichen und/oder der stehenden oder fahrenden Hindernisse bzw. Verkehrsteilnehmer bestimmt. Alternativ oder zusätzlich wird die Verkehrssituation mit Hilfe einer elektronisch gespeicherten Straßenkarte in Verbindung mit einer satellitengestützten Positionsermittlung bestimmt. Ebenso könnten hier mobilfunkgestützte oder auf Car-to-Car-Kommunikation basierende Systeme zur Ermittlung der Verkehrssituation ergänzend oder alternativ zum Einsatz gebracht werden. Erfindungswesentlich ist es, dass in Abhängigkeit der Verkehrssituation eine Beschleunigungsfahrt, eine Konstantfahrt oder eine Verzögerungsfahrt erkannt wird und die zusätzliche Rückstellkraft auf das Gaspedal derart gestaltet wird, dass das Kraftfahrzeug energieeffizient geführt wird. Eine weitere Maßnahme zum energieeffizienten Betrieb des Kraftfahrzeugs wird dadurch erzielt, dass bei einer Beschleunigungsfahrt, einer Konstantfahrt und einer Verzögerungsfahrt dem Fahrzeugführer der zu wählende Gang eines manuellen Getriebes vorgeschlagen wird.
Die genannte Aufgabe wird auch durch eine Vorrichtung gelöst, wobei Mittel vorgesehen sind, die die Größe der zusätzlichen Rückstellkraft auf das Gaspedal derart gestalten, dass das Gaspedal eine Stellung einnimmt, die den Betriebspunkt des Antriebsmotors in einen Bereich mit höherem Wirkungsgrad verschiebt.
Die Mittel erkennen in Abhängigkeit der Fahrsituation und/oder der Verkehrssituation eine Beschleunigungsfahrt, eine Konstantfahrt oder eine Verzögerungsfahrt und gestalten die zusätzliche Rückstellkraft (F) auf das Gaspedal derart, dass das Kraftfahrzeug energieeffizient geführt wird.
Bei einer besonders vorteilhaften Weiterbildung ist vorgesehen, dass die Mittel als Regler ausgeführt sind,
- wobei der erste Regler eine der optimalen Gaspedalstellung beim Beschleunigen entsprechende Zusätzliche Rückstellkraft (F) auf das Gaspedal ausgibt, und
- wobei der zweite Regler eine Zusätzliche Rückstellkraft
(F) auf das Gaspedal zur Folgefahrt hinter einem anderen Verkehrsteilnehmer ausgibt, und
- wobei dritte Regler eine Zusätzliche Rückstellkraft (F) auf das Gaspedal zur Verzögerung des Kraftfahrzeug ausgibt, sodass das Gaspedal eine unbetätigte Stellung einnimmt, und - wobei der vierte Regler eine Zusätzliche Rückstellkraft
(F) auf das Gaspedal ausgibt, sodass eine von einem Tempomat eingestellte Geschwindigkeit realisiert wird, und
- wobei eine übergeordnete Steuereinheit vorgesehen ist, die aufgrund der Fahrsituation und/oder der Verkehrssituation einen oder mehrere Regler aktiviert oder deaktiviert .
Es ist eine Umfeldsensorik vorgesehen, die der übergeordneten Steuereinheit Informationen über die Fahrbahn, der Streckenführung, der Verkehrszeichen und/oder der stehenden oder fahrenden Hindernisse bzw. Verkehrsteilnehmer zur Verfügung stellt.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen beschrieben, die in der Zeichnung dargestellt sind. In der Zeichnung zeigen
Fig.l eine schematische Darstellung eines Pedalsystems und einer Vorrichtung zur Erzeugung einer zusätzlichen Rückstellkraft ;
Fig.2 eine schematische Schnittdarstellung des Pedalsystems aus Fig. 1 zur Erläuterung der Funktionsweise;
Fig.3 eine schematische Darstellung mehrerer Regler und einer übergeordneten Steuereinheit;
Fig.4 ein Zeit-Weg-Diagramm zur Berechung eines Ausrollweges; Fig.5 ein Diagramm, das einer mit einer gezeigten Geschwin- digkeit gefahrenen Wegstrecke den kumulierten Verbrauch gegenüber stellt bei einer Verkehrssituation mit temporärem Tempolimit;
Fig.6 ein der Fig. 5 entsprechendes Diagramm bei einer Verkehrssituation „Stop & Go" und
Fig.7 ein der Fig. 6 entsprechendes Diagramm bei der Verkehrssituation „Stop & Go" mit kürzerer Gesamtwegstrecke als in Fig. 6.
Fig. 1 zeigt ein kompaktes Pedalsystem zur Erzeugung einer zusätzlichen Rückstellkraft F am Gaspedal 1. Zu diesem Zweck ist eine Kraftrückstellungseinrichtung im Gehäuse 3 integriert. Das Pedalsystem umfasst im Wesentlichen einen Pedalhebel 11 zur Umsetzung des Fahrerwunsches in Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs. Ein Elektromotor 4, insbesondere ein Torquemotor als weitere Komponente der Kraftrückstellungseinrichtung kann im bestromten Zustand eine Rückstellkraft auf den Pedalhebel 11 bzw. auf das Gaspedal 1 in Richtung einer Geschwindigkeitsverminderung ausüben. Am Elektromotor 4 ist eine Antriebsscheibe 6 drehbar angeordnet, die mittels einer Antriebsrolle 7 die Rückstellkraft auf den Pedalhebel 1 bzw. auf das Gaspedal 1 ausüben kann. Eine Steuereinheit 10 zur Steuerung des Elektromotors 4 ist ebenfalls im Gehäuse 3 integriert.
Fig. 2 zeigt ein Pedalsystem mit einem Pedalhebel 1 in seiner Nulllage PN. Das heißt, der Fuß des Fahrzeugführers auf den Pedalhebel 1 übt keine Kraft in Richtung Geschwindigkeitserhöhung aus und der Antriebsmotor des Kraftfahrzeugs dreht mit der Leerlaufdrehzahl. Der Pedalhebel 1 ist um den Drehpunkt P schwenkbar, und zwar von einer Nulllage PN bis zur Endlage PE, was in Motordrehzahl übersetzt heißt, von Leerlauf bis Vollgas. In diesem Fall ist im Drehpunkt P des Pedalhebels 1 eine Schenkelfeder als Pedalrückholfeder 2 derart angeordnet, dass sie den Pedalhebel 1 in seine Nulllage PN drückt. Alternativ wäre auch eine linear wirkende Feder als Pedalhebelrückholfeder 2 insbesondere außerhalb des Drehpunkts P denkbar. Der Elektromotor 4 ist um seinen Drehpunkt M schwenkbar, und zwar von seiner Endlage ME bis zu seiner Nulllage MN. Im beschriebenen Fall sind die Drehpunkte P und M des Pedalhebels 1 und des Elektromotors 4 örtlich getrennt. Es wäre aber durchaus ein Pedalsystem möglich, bei dem die beiden Drehpunkte P und M zusammenfallen.
Am Elektromotor 4 ist eine Motorrückholfeder 8 derart angeordnet, dass die Antriebsscheibe 6 des Elektromotors 4 mittels der Antriebsrolle 7 den Pedalhebel 1 ebenfalls in Richtung von dessen Nulllage PN drückt, insbesondere wenn der Elektromotor 4 nicht bestromt ist. Dabei ist hier jeweils ein Ende der Pedalrückholfeder 2 bzw. Motorrückholfeder 8 zumindest in Druckrichtung der Feder 2, 8 fest mit dem Gehäuse 3 verbunden. Der Winkelbereich, der durch die jeweilige Nulllage MN, PN und Endlage ME, PE der Federn 2, 8 bestimmt ist, ist bei der Motorrückholfeder 8 sowohl bezüglich der Nulllage MN als auch bezüglich der Endlage ME größer als bei der Pedalrückholfeder 2. Dadurch ist gewährleistet, dass die Antriebsscheibe 6 über die Antriebsrolle 7 zu jeder Zeit am Pedalhebel 1 anliegt. Das heißt, dass die Motorrückholfeder 8 zumindest im unbestromten Zustand des Elektromotors 4 immer vorgespannt ist.
Zur Ansteuerung des Elektromotors 4 durch eine im Pedalsystem integrierte Steuereinheit 10 ist es von Vorteil, die jeweilige Win- kellage sowohl des Pedalhebels 1 als auch des Elektromotors 4 jeweils durch einen entsprechenden Sensor, beispielsweise durch einen Hallsensor zu erfassen. Entsprechende Sensoren sind in den Fig. 1 und 2 jedoch nicht dargestellt.
Dem nachfolgend beschriebenen Verfahren liegen zwei grundsätzliche Gedanken zu Grunde: Der erste Gedanke ist es, die Fahrbewegung eines Kraftfahrzeugs in mehrere Fahrsituationen zu unterteilen und für jede Fahrsituation eine Gaspedalstellung zu empfehlen, die unter Berücksichtigung eines besonders effizienten Energieverbrauchs des Antriebsmotors getroffen wird. Die empfohlene Gaspedalstellung korrespondiert mit der Größe der zusätzlichen Rückstellkraft (F) auf das Gaspedal. Der zweite Gedanke liegt in der Vernetzung mit einer Umfeldsensorik zur Erkennung der Verkehrssituation zum Zwecke der Energieeinsparung des Antriebsmotors. Die Umfeldsensorik erkennt dabei andere Verkehrsteilnehmer genauso wie Verkehrszeichen, die beispielsweise eine Geschwindigkeitsbegrenzung anzeigen.
Der Antriebsstrang im Kraftfahrzeug, bestehend aus Antriebsmotor und Getriebe, besitzt bei unterschiedlichen Motormomenten und Drehzahlen unterschiedliche Wirkungsgrade. Im Betrieb werden durch den Fahrer aufgrund mangelnden Systemwissens oft Betriebspunkte mit sehr niedrigem Wirkungsgrad angefahren. Dadurch ergibt sich ein erhöhter Kraftstoffverbrauch.
Durch das nachfolgend noch näher beschriebene Verfahren werden die Betriebspunkte reproduzierbar in Bereiche höheren Wirkungsgrades verschoben, die Verluste reduziert und dadurch der Kraftstoff- bzw. Energieverbrauch gesenkt. Dies geschieht durch unmittelbare Anleitung des Fahrzeugführers. Die Anleitung des Fahr- zeugführers erfolgt hierbei über eine Vorrichtung zur Erzeugung einer zusätzlichen Rückstellkraft F am Gaspedal 1, wie sie anhand von Fig. 1 und 2 beschrieben wurde. Durch eine positive oder negative, zusätzliche Rückstellkraft F am Gaspedal wird der Fahrer zum geringeren bzw. stärkeren Gas geben angeleitet. Während eine positive, zusätzliche Rückstellkraft F am Gaspedal 1 den Fahrzeugführer dazu veranlasst die Betätigungskraft am Gaspedal 1 zu reduzieren, veranlasst eine negative, zusätzliche Rückstellkraft -F am Gaspedal 1 den Fahrzeugführer zur Betätigung des Gaspedals 1 in Richtung Erhöhung der Antriebskraft. Dies ist abhängig von der aktuellen Fahrsituation. Die Fahrsituation wird in eine Beschleunigungsfahrt, eine Konstantfahrt und eine Verzögerungsfahrt unterteilt. Die Größe der zusätzlichen Rückstellkraft F wird in Abhängigkeit der Fahrsituation und der Verkehrssituation eingestellt. Die Verkehrssituation wird dabei mit Hilfe einer Umfeld- sensorik ermittelt, wie sie auch bei Fahrerassistenzsystemen und sogenannten Adaptive Cruise Control Systemen zum Einsatz kommt. Alternativ kann die Verkehrssituation anhand einer elektronisch gespeicherten Straßenkarte in Verbindung mit einer satellitengestützten Positionsermittlung erfolgen.
Anhand von Fig. 3 wird nun erläutert, wie die Größe der zusätzlichen Rückstellkraft F in Abhängigkeit der Fahrsituation eingestellt wird. Wie bereits erwähnt wird die Fahrsituation des
Kraftfahrzeugs in eine Beschleunigungsfahrt beim Beschleunigen des Kraftfahrzeugs, eine Konstantfahrt beim Fahren mit konstanter Geschwindigkeit und eine Verzögerungsfahrt beim Abbremsen des Kraftfahrzeugs unterteilt. Darüber hinaus wird noch eine Folgefahrt definiert, bei der das Kraftfahrzeug hinter einem anderen Verkehrsteilnehmer fährt und diesem Verkehrsteilnehmer folgt. Die Folgefahrt beschreibt damit ein typisches Bild vom Verkehr auf Landstraßen, auf denen nicht überholt werden kann. In Fig. 3 sind vier Regler Ri, R 2 , R 3 , R 4 und eine übergeordnete Steuereinheit R 0 dargestellt. Die Regler Ri, R 2 , R 3 , R 4 sind für die eben genannten unterschiedlichen Fahrsituationen zuständig und werden von der übergeordneten Steuereinheit R 0 aufgerufen. Das heißt, die Erkennung der Fahrsituation und die Entscheidung, welcher der nachfolgend genannten Regler Ri, R 2 , R 3 , R 4 anzusteuern ist, trifft die übergeordnete Steuereinheit R 0 .
Der erste Regler R 1 gibt eine der optimalen Gaspedalstellung beim Beschleunigen entsprechende zusätzliche Rückstellkraft F aus. Der Fahrzeugführer wird durch diese zusätzliche Rückstellkraft F angeleitet, das Gaspedal 1 in die optimale Stellung, die der erste Regler R 1 für die Beschleunigungsfahrt berechnet hat, zu bewegen. Diese optimale Gaspedalstellung beim Beschleunigen wird mit Hilfe eines Kennfeldes bestimmt, das einem Rollenprüfstand vorab ermittelt wurde. Aus dem Kennfeld ergibt sich die optimale Gaspedalstellung im Hinblick auf den Wirkungsgrad des Antriebsmotors. Der zweite Regler R 2 gibt das Stellsignal für eine zusätzliche Rückstellkraft F zur Folgefahrt hinter einem anderen Verkehrsteilnehmer aus. Der zweite Regler R 2 zur Koordinierung der Folgefahrt kann mit einem Regler eines Fahrerassistenzsystems identisch sein. Das Fahrerassistenzsystem wertet die Daten einer Umfeldsen- sorik aus und berechnet ständig den Abstand zu einem vorausfahrenden Verkehrsteilnehmer. Während das Fahrerassistenzsystem jedoch eine Abbremsung des Kraftfahrzeugs verursacht, ist bei dem Regler R 2 zur Durchführung einer Folgefahrt vorgesehen, dass eine zusätzliche Rückstellkraft ausgegeben wird, die den Fahrzeugführer dazu veranlasst, eine Gaspedalstellung zu wählen, die ein zu nahes Auffahren auf den Vordermann unterbindet. Durch diese Maßnahme kann auf ein Abbremsen des Kraftfahrzeugs verzichtet wer- den, was unter Energieverbrauchskriterien vorteilhaft ist.
Der dritte Regler R 3 ist für die Einleitung der Verzögerungsfahrt zuständig: Läuft das Kraftfahrzeug zu nahe auf ein Hindernis auf, wird dieser Regler R 3 aktiv. Der Regler R 3 gibt eine zusätzliche Rückstellkraft aus, sodass das Gaspedal 1 eine unbetätigte Stellung einnimmt. Der Fahrzeugführer wird also dahingehend geleitet, dass er seinen Fuß vollständig vom Gaspedal 1 nimmt. Eine Ausrollwegberechnung 12 berechnet, ob das Kraftfahrzeug in der
Schubabschaltung des Antriebsmotors ausrollen soll. In diesem Zusammenhang wird auf die Berechnung eines Ausrollweges in Fig. 4 verwiesen. Abhängig vom aktuellen Abstand vom Hindernis wird der Reglerauswahl R 0 gemeldet, ob ausgerollt werden muss, ob man sich in einem Bereich befindet in dem das Fahrzeug in Folgefahrt hinter dem Hindernis herfahren kann oder ob noch weiter beschleunigt werden kann. Dabei wird immer die Geschwindigkeit des Hindernisses VHindernis sowie die Zeit T berücksichtigt, die benötigt wird, um auf die Geschwindigkeit des Hindernisses v H indernis zu gelangen. Im in Fig. 4 dargestellten Zeit-Weg-Diagramm bezeichnet die mit dem Bezugszeichen 14 versehene Kurve die Bewegung des Hindernisses. Das Hindernis ist in diesem Fall ein vorausfahrendes Fahrzeug. Die Bewegung des Kraftfahrzeugs mit der Geschwindigkeit v ist mit dem Bezugszeichen 15 versehen. Aus dem berechneten bzw. gemessenen Abstand s soll vom Kraftfahrzeug zum Hindernis ergibt sich die Zeit T, die benötigt wird um auf das mit der Geschwindigkeit VHinderms vorausfahrende Fahrzeug auszurollen. Dabei wird ein Sicherheitsabstand s S icherheit=v/2+x berücksichtigt, der sich aus der halben Geschwindigkeit v des Kraftfahrzeugs und einem Sicherheitsweg x berechnet. Da das Ausrollen im Schub des Antriebsmotors bei gleichzeitiger Nulllage des Gaspedals 1 stattfindet, ist eine zu Hilfenahme der vorhin angesprochenen Kennfelder des Antriebsmotors notwendig.
Der vierte Regler R 4 in Fig. 3 gibt das Stellsignal für eine zusätzliche Rückstellkraft F aus, sodass eine von einem Tempomat eingestellte Geschwindigkeit realisiert wird. Unter einem Tempomat versteht man in diesem Zusammenhang einen Regler, der die Einstellung und Beibehaltung einer vom Fahrzeugführer gewünschten Geschwindigkeit v des Kraftfahrzeugs umsetzt. Der vierte Regler R 4 setzt die Vorgaben des Tempomats in eine entsprechende Rückstellkraft am Gaspedal 1 um, und der Fahrzeugführer wird entsprechend dieser haptischen Rückmeldung geleitet. Wie bereits erwähnt, ist die übergeordnete Steuereinheit R 0 dazu vorgesehen, einen oder mehrere Regler R 1 bis R 4 aufgrund der Fahrsituation o- der der Verkehrssituation zu aktivieren oder zu deaktivieren.
In Fig. 3 ist außerdem noch ein Pedaldämpfer 13 dargestellt, der störende Vibrationen am Gaspedal 1 und zu schnelle Änderungen der eingestellten zusätzlichen Rückstellungskraft F dämpft. Der Pedaldämpfer 13 glättet mit Hilfe eines Filters die Anforderungen an die zusätzliche Rückstellkraft, um dem Fahrzeugführer ein angenehmes Pedalgefühl zu vermitteln. Die Kommunikationswege der genannten Regler R 1 bis R 4 sowie der übergeordneten Steuereinheit R 0 , der Ausrollwegberechnung 12 und des Pedaldämpfers 13 sind schematisch in Fig. 3 dargestellt.
In der übergeordneten Steuereinheit R 0 wird mit Hilfe einer Entscheidungslogik entschieden, welcher der Regler R 1 bis R4 aktiv werden soll. Diese Logik erhält basierend auf der Ausrollwegberechnung 12 die Information ob ein Hindernis anliegt bei dem sofort ausgerollt werden muss, ob sich das eigene Fahrzeug in der Folgefahrt befindet oder ob die Strecke frei ist. Liegt ein Hindernis an, bei dem sofort ausgerollt werden muss, wird dem Fahrer durch Auswahl des Reglers R 4 eine Gaspedalstellung in der unbetä- tigten Stellung empfohlen. Befindet sich das Fahrzeug in Folgefahrt hinter einem anderen Fahrzeug wird Regler R 2 aktiviert. Bei freier Strecke wird dem Fahrer automatisch bis zum Erreichen der im Tempomat eingestellten Geschwindigkeit der optimale Gaspedalstellungsverlauf für eine Beschleunigung vorgegeben. Während der Beschleunigungsfahrt ist der Regler R 1 aktiv. Anschließend wird Regler R 4 aktiv und regelt auf die im Tempomat eingestellte Geschwindigkeit .
In den Fig. 5 bis 7 werden drei verschiedene Verkehrssituationen erläutert, um das beschriebene Verfahren zu verdeutlichen. In Fig. 5 wird die Verkehrsituation mit einer temporären Geschwindigkeitsbeschränkung durchfahren. Die Startgeschwindigkeit beträgt knapp 100km/h. In 1000m Entfernung befindet sich eine Ortseinfahrt mit einer Geschwindigkeitsbegrenzung auf 50km/h. Die Länge der Ortschaft beträgt 1000 Meter. Danach kann wiederum auf 100km/h beschleunigt werden. Die Gesamtwegstrecke des Manövers beträgt 2800 Meter. Die mit dem Bezugszeichen 16 versehene Geschwindigkeitskurve und die dazugehörige Kurve des kumulierten Verbrauchs 16' stammt von einem Vergleichsfahrzeug, das nicht mit einer vorhin beschriebenen Vorrichtung und ohne das beschriebene Verfahren dieselbe Strecke absolviert hat. Im Vergleich zu der Geschwindigkeitskurve 17 und der Verbrauchskurve 17', die mit dem eben beschriebenen Verfahren erzielt wurde, zeigt sich folgendes. Bis zur Ortseinfahrt beim Wegpunkt P=IOOOm wird der Fahrzeugführer gleichmäßiger an das bevorstehende Geschwindigkeitslimit herangeführt, während der Vergleichsfahrer länger bei der hohen Geschwindigkeit von knapp unter 100km/h bleibt und erst Vergleichs- weise spät vor der Ortschaft beim Wegpunkt P=IOOOm die Geschwindigkeit reduziert. Die Tatsache, dass eine Ortschaft mit einer Geschwindigkeitsbegrenzung unmittelbar bevorsteht kann mit Hilfe einer elektronisch gespeicherten Straßenkarte in Verbindung mit einer satellitengestützten Positionsermittlung erfolgen. Der geführte Fahrzeugführer mit der Geschwindigkeitskurve 17 profitiert dabei von der geführten Schubabschaltung, wie sie vom Regler R 3 vorgegeben wird. Das Resultat zeigt die Differenz 18 zwischen dem „normalen" und dem mit Hilfe des vorliegenden Verfahrens „optimierten" Verbrauchs. In der Ortschaft zwischen den Wegpunkten P=IOOOm und P=2000m sind beide Geschwindigkeitskurven 16 und 17 deckungsgleich bei einer Geschwindigkeit von v=50km/h. Der
Verbrauch an Energie oder Kraftstoff kann sich bei der Ortsdurchfahrt nicht unterscheiden. Mit dem Ende der Ortschaft am Wegpunkt P=2000m beschleunigt der geführte Fahrzeugführer schneller. Die Geschwindigkeitskurve 17 befindet sich daher oberhalb der Vergleichskurve 16. Wie bereits erwähnt wurde, kann es vorteilhaft sein, Betriebspunkte des Antriebsmotors mit schlechtem Wirkungsgrad schnell zu durchlaufen um früher zu Betriebspunkten des Antriebsmotors mit besonders gutem Wirkungsgrad zu gelangen. Durch diese geführt Beschleunigungsfahrt, die anhand des Reglers R 1 bereits beschrieben wurde, wird ebenfalls die Energie besonders effizient eingesetzt. Dies zeigt sich durch den Unterschied 18 im kumulierten Verbrauch.
In den Fig. 6 und 7 wird wiederum die mit dem beschriebenen Verfahren und unter Verwendung der beschrieben Vorrichtung erzielte Geschwindigkeitskurve mit dem Bezugszeichen 17 und die dazugehörige Verbrauchskurve mit 17' bezeichnet. Eine Vergleichskurve ohne das beschriebene Verfahren ist wiederum mit 16 bzw. 16' bezeichnet. In Fig. 6 ist die Verkehrsituation „Stop & Go" darge- stellt. Aus dem Stand wird auf 100km/h beschleunigt. Anschließend folgt eine Konstantfahrt, danach wird wieder auf 0km/h verzögert. Die Gesamtwegstrecke beträgt hier 1500 Meter. Die nach dem beschriebenen Verfahren erzielte Geschwindigkeitskurve 17 steigt bis zum Wegpunkt P=200m weniger steil an, das heißt, der Fahrzeugführer wird hier weniger stark beschleunigen, da ihm der Regler Ri eine zusätzliche Gegenkraft F auf das Gaspedal 1 gibt, die ihn dazu veranlassen, weniger stark zu beschleunigen. Das Resultat ist jedoch, dass sich beim Wegpunkt P=250m die Verbrauchskurven 17' und 16' nur sehr geringfügig unterscheiden. Die größere Energieeinsparung ist bei der Verzögerungsfahrt des Kraftfahrzeugs zu erzielen: Während die Geschwindigkeitskurve 17 bereits ab dem Wegpunkt P=800m langsam nach unten geht und damit das Kraftfahrzeug vergleichsweise langsam in der geführten Schubabschaltung des Antriebsmotors dem Stillstand zugeführt wird, fährt der Vergleichsfahrer noch bis zum Wegpunkt P=1200m mit der
Höchstgeschwindigkeit von etwa 100km/h weiter und reduziert dann anschließend schneller seine Geschwindigkeit, um beim Zielpunkt P=1500m im Stillstand zu sein. Dazu muss allerdings beim Wegpunkt P=800m bereits die Information vorliegen, dass sich das Fahrzeug beim Zielpunkt P=1500m im Stillstand befinden muss. Diese Information kann von einem bereits am Zielpunkt stehenden Fahrzeug per Car-to-Car-Kommunikation übermittelt werden, da das andere Fahrzeug beispielsweise am Ende eines Verkehrsstaus steht. Die eben angesprochene Energieeinsparung verdeutlicht der Unterschied 18 zwischen der kumulierten Verbrauchskurve 17' nach diesem Verfahren und der Vergleichsverbrauchskurve 16' ohne Fahreranleitung.
Beinahe noch deutlicher zeigt das Diagramm in Fig. 7 das enorme Einsparpotential an Energie. Ähnlich zu der Verkehrssituation „Stop&Go" nach Fig. 6 wird auch bei der in Fig. 7 dargestellten Verkehrssituation aus dem Stand auf 100km/h beschleunigt. Anschließend folgt eine Konstantfahrt, danach wird wieder auf 0km/h verzögert. Die Gesamtwegstrecke beträgt hier jedoch nur 1000 Meter. Die geführte Beschleunigung des Reglers R 1 führt dazu dass die Geschwindigkeitskurve 17 langsamer der Zielgeschwindigkeit von 100km/h nähert als die Vergleichskurve 16. Die geführte
Schubabschaltung führt dazu, dass bereits ab dem Wegpunkt P=300m die Geschwindigkeit reduziert wird (siehe Geschwindigkeitskurve 17). Dagegen bleibt der Vergleichsfahrer bis zum Wegpunkt P=750m bei der Höchstgeschwindigkeit von 100km/h und verzögert das Vergleichsfahrzeug erst ab diesem Wegpunkt P=750m. Der Unterschied 18 im kumulierten Verbrauch zeigt wiederum die Energieeffizienz des beschriebenen Verfahrens und der vorgestellten Vorrichtung.
Zu einer energieeffizienten Fahrweise gehört, dass dem Fahrzeugführer während der beschriebenen Fahrsituationen der Beschleunigungsfahrt, der Konstantfahrt und der Verzögerungsfahrt der zu wählende Gang eines manuellen Getriebes vorgeschlagen wird.
Kerngedanke des beschriebenen Verfahrens ist es, eine eingangs beschriebene Vorrichtung zur Erzeugung einer zusätzlichen Rückstellkraft am Gaspedal hinsichtlich der Funktionalität des energieeffizienten Fahrens zu erweitern. In Kombination mit einer Um- feldsensorik oder einem Fahrerassistenzsystem können somit verschiedene Fahrsituationen energieeffizient durchfahren werden.
Die Thematik der Kraftstoffreduktion oder Emissionsreduktion ist ein globales Problem der weltweiten Automobilbranchen. Das beschriebene Verfahren und die korrespondierende Vorrichtung können weltweit eingesetzt werden, um die durch Individualmobilität entstehenden Emissionen deutlich zu reduzieren. Das Verfahren und die Vorrichtung sind auch im Personennahverkehr, beispielsweise in Bussen, und im Gütertransportverkehr, beispielsweise bei Lastkraftwagen einsetzbar.