DE102016007262A1

DE102016007262A1 - Intelligente akustische Schaltempfehlung mit eingebetteten Informationen für die Verbrauchsoptimierung bei Fahrzeugen mit Handschaltgetriebe

Info

Publication number: DE102016007262A1
Application number: DE102016007262.8A
Authority: DE
Inventors: Josef Mercz; Robert Breinl
Original assignee: qpunkt Deutschland GmbH
Current assignee: Avl Thermal And Hvac De GmbH
Priority date: 2016-06-15
Filing date: 2016-06-15
Publication date: 2017-12-21

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung einer akustischen Schaltempfehlung, die weitere eingebettete Informationen übermittelt und damit eine Reduzierung des Kraftstoffverbrauches bei Fahrzeugen mit Handschaltgetriebe im reellen Fahrbetrieb ermöglicht. Der/die Fahrer/in erhält unter Nutzung der Algorithmen zur Ermittlung des optimalen Schaltpunktes oder der optimalen Schaltkennlinie eine genaue Empfehlung zum auszuführenden Schaltvorgang ohne einer üblichen optischen Anzeige, somit bleibt die volle Aufmerksamkeit auf das Verkehrsgeschehen erhalten. Durch eine entsprechende Gestaltung des kurzen akustischen Signals mit veränderlichem Frequenzverlauf werden Schaltvorgänge mit ausschließlicher Bewegung des Schalthebels in oder entgegen der Fahrtrichtung sowie Schaltvorgänge mit seitlicher rechts- oder linksgerichteter Bewegung des Schalthebels in der Schaltkulisse und anschließender Bewegung in oder entgegen der Fahrtrichtung eindeutig unterschieden. Das akustische Signal mit eingebetteten Informationen ermöglicht die unbewusste Ausführung der Schaltvorgänge für eine verbrauchsoptimale Fahrweise.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung einer akustischen Schaltempfehlung, die weitere eingebettete Informationen übermittelt und damit eine Reduzierung des Kraftstoffverbrauches bei Fahrzeugen mit Handschaltgetriebe im reellen Fahrbetrieb ermöglicht. Der/die Fahrer/in erhält eine genaue Empfehlung zum auszuführenden Schaltvorgang ohne einer optischen Anzeige, somit bleibt die volle Aufmerksamkeit auf das Verkehrsgeschehen erhalten.
Die Getriebegangwahl bei einem PKW mit Handschaltgetriebe wird neben der aktuellen Fahrsituation durch persönliche Eigenschaften und Einstellungen des Fahrers beeinflusst und dadurch sehr individuell. Das führt in den seltensten Fällen zu einer kraftstoffsparenden Fahrstrategie. Die Wahl des am besten geeigneten Ganges ist wegen der Fülle der zu verarbeitenden Informationen so anspruchsvoll, dass diese auch bei erfahrenen Fahrern oft nicht der Fall ist. Untersuchungen haben gezeigt, dass durch verbrauchsorientiertes Schalten eine Verbrauchseinsparung von bis zu 17% erreicht werden kann [1].
Der Großteil der Kraftfahrzeuge wird aus Kostengründen auch in der Zukunft mit manuellem Schaltgetriebe ausgerüstet. Dabei entfallen die Vorteile der übergeordneten Schaltstrategie und des Antriebsstrangmanagements, die Automatikgetriebe mit Wandler, oder automatisierte Schaltgetriebe, z. B. Doppelkupplungsgetriebe oder CVT-Getriebe (CVT = Continuously Variable Transmission) mit variabler Getriebeübersetzung auszeichnen. Bei diesen Getriebearten wird ein Kompromiss zwischen dem minimalen Kraftstoffverbrauch, dem Fahrkomfort und der Fahrleistung mit hohem Entwicklungsaufwand ausgearbeitet. In der Automobilindustrie gab es bereits sehr früh Bestrebungen, den Kraftstoffverbrauch mit Hilfe einer Gangwahlstrategie zu reduzieren [2].
Die Betriebspunkte der verbrauchsorientierten Optimierung der Getriebegangwahl ergeben sich aus der Fahrzeuglängsdynamik und sind in [3] ausführlich beschrieben. Die Entwicklung der daraus abzuleitenden verbrauchsoptimalen Schaltstrategien wird unter anderen in [1] und [4] behandelt. Hier soll nur erwähnt werden, dass daraus optimale Schaltpunkte bzw. bei automatisierten Getriebe optimale Schaltkennlinien abgeleitet werden können, die es ermöglichen, den Verbrennungsmotor in einer möglichst hohen Anzahl der Fahrzustände in verbrauchsoptimalen Betriebspunkten zu betreiben. Die vorliegende Erfindung setzt diese Algorithmen, die bei allen namhaften Automobilherstellern entwickelt wurden, als Stand der Technik voraus und behandelt eine neue Art der Übermittlung dieser Informationen an den Fahrer eines Fahrzeugs mit manuellem Schaltgetriebe.
Viele moderne Kraftfahrzeuge mit manuellem Schaltgetriebe sind in der Regel mit einer sogenannten Schaltanzeige ausgerüstet. Diese optische Anzeigeeinheit ist in dem Fahrerdisplay untergebracht und die Befolgung der Schaltempfehlungen erfordert die permanente Beobachtung der Anzeigeeinheit wodurch die Verkehrssicherheit zum Teil gefährdet ist. Bei dem überwiegenden Anteil der Fahrzustände bleiben diese Anzeigen unbeachtet und sind dadurch unwirksam. Zu der Ausführung dieser Signalgeber sowie zu den Algorithmen gibt es zahlreiche Veröffentlichungen, wie z. B.:

DE000003334715A1 : Einrichtung zur Erzeugung eines Schaltempfehlungs-Signals
DE000003334715C2 : Einrichtung zur Erzeugung eines Schaltempfehlungs-Signals
DE000002931622A1 ( DE-PS 29 31 622 ): Einrichtung zur Anzeige einer bestimmten Drehzahlgrenze
DE000003128080A1 ( DE 31 28 080 A1 ): Schaltungsanordnung zur Steuerung einer Gangschaltanzeige eines Kraftfahrzeugantriebes
DE000003108920A1 ( DE-OS 31 08 920 ): Einrichtung zur Erzeugung einer optischen oder akustischen Schaltanweisung
DE000002926070A1 ( DE-OS 29 26 070 ): Einrichtung zur Erzielung eines verbrauchsgünstigen Betriebs einer Brennkraftmaschine
DE000002836082A1 ( DE-OS 28 36 082 ): Vorrichtung zur Regelung einer Antriebsmotor-Getriebe-Einheit
DE000002811574A1 ( DE-OS 28 11 574 ): Vorrichtung zur Regelung einer Antriebsmotor-Getriebe-Einheit
DE000002108987A ( DE-OS 21 08 987 ): Getriebesteuerung für Stufenwechselgetriebe in Kraftfahrzeugen.

Die oben genannten sowie weiteren bekannten Anmeldungen stellen eine passive Anzeige dar, die keine Auskunft über den aktuell eingelegten Gang und den gewünschten Ablauf des Schaltvorganges geben. Der Fahrer ist gefordert, seine Handlung zur Einleitung des richtigen Schaltvorganges ausgehend aus dem aktuell eingelegten Gang festzulegen. Durch die vorgelegte Erfindung wird, durch Anwendung von in das akustische Signal eingebetteten Zusatzinformationen die Durchführung des Schaltvorganges weitestgehend erleichtert und nach einer Eingewöhnungszeit unbewusst ausgeführt. Die akustische Schaltempfehlung kann durch die Audioanlage des Fahrzeuges oder durch eine separate Akustikeinheit, mit Unterbrechung der Audiowiedergabe oder ohne Unterbrechung als Hintergrundsignal erfolgen.
Die Schaltvorgänge in einem Fahrzeug mit manuellem Getriebe lassen sich wie folgt charakterisieren: Schaltvorgänge mit ausschließlicher Bewegung des Schalthebels in oder entgegen der Fahrtrichtung und Schaltvorgänge mit seitlicher Bewegung des Schalthebels in der Schaltkulisse mit anschließender Bewegung in oder entgegen der Fahrtrichtung.
1A veranschaulicht entsprechend der üblichen Anordnung der Vorwärtsgänge und des Rückwärtsganges (R) den Ablauf der Sachaltvorgänge ohne seitlicher Bewegung in der Schaltkulisse:
Hochschalten:
von Gang 1 in Gang 2
von Gang 3 in Gang 4
von Gang 5 in Gang 6 (bei 6-Gang-Getrieben)
Zurückschalten:
von Gang 2 in Gang 1
von Gang 4 in Gang 3
von Gang 6 in Gang 5 (bei 6-Gang-Getrieben).
1B zeigt beispielhaft für dieselbe Anordnung der Gänge den Ablauf von zwei Schaltvorgängen mit seitlicher Bewegung in der Schaltkulisse:
Hochschalten:
von Gang 2 in Gang 3
Zurückschalten:
von Gang 3 in Gang 2
Daraus ergibt sich die Forderung nach einer Unterscheidung dieser Schaltvorgänge. Eine mögliche Lösung wäre die Generierung von zwei aufeinanderfolgenden akustischen Signalen, wobei das erste die zuerst stattfindende seitliche Bewegung in der Schaltkulisse, das zweite die Richtung der darauffolgenden Bewegung des Schalthebels in oder gegen die Fahrtrichtung beschreiben sollte. Diese Signale können mit der Tonfrequenz, mit der Länge oder durch die Änderung der Tonfrequenz differenziert werden.
Beispiele:
Signal 1 kurzer Ton: keine seitliche Bewegung in der Schaltkulisse
Signal 1 langer Ton, hohe Frequenz: rechtsgerichtete Bewegung in der Schaltkulisse
Signal 1 langer Ton, niedrige Frequenz: linksgerichtete Bewegung in der Schaltkulisse.
Signal 2 ansteigende Frequenz: Hochschalten, Schalthebel entgegen Fahrtrichtung
Signal 2 abnehmende Frequenz: Zurückschalten, Schalthebel in Fahrtrichtung.
Die gemäß der Erfindung vorgesehene akustische Schaltempfehlung soll die Übermittlung der erforderlichen Informationen mit einem Tonsignal ermöglichen. Es ist kein Signal mit konstanter Frequenz, sondern ein Signal mit sich stetig ändernder Frequenz dafür vorgesehen. Die erste eingebettete Information signalisiert dem Fahrer, ob eine Hochschaltung (bei einem Signal mit steigender Frequenz) oder eine Zurückschaltung (bei einem Signal mit abnehmender Frequenz) gewünscht ist. Die Art der Frequenzänderung ermöglicht die Zuordnung zu den einzelnen Bewegungsarten in den Kulissen des Schalthebels.
2A zeigt den Frequenzverläufe in der Funktion der Zeit für ein akustisches Signal mit proportionaler (linearer) Frequenzänderung. Durch die Linearität ist die Zuordnung zu einer Schalthabelbetätigung in oder entgegen der Fahrtrichtung ohne seitliche Bewegung in den Kulissen (wie in 1A) möglich. Die Angabe des aktuellen oder des zu wählenden Ganges ist nicht notwendig, der Fahrer hat den Schaltvorgang einfach ohne seitliche Bewegung auszuführen. Die zusätzliche Information über die Schaltrichtung ergibt sich aus der Tendenz der Frequenzänderung: steigende Frequenz bedeutet Hochschalten, fallende Frequenz Zurückschalten.
2B zeigt die Frequenzverläufe mit einer zusätzlichen Information über die zuerst auszuführende seitliche Bewegung des Schalthebels nach 1B. In diesem Fall steht als Beispiel die progressiv zunehmende Frequenz für ein Hochschalten nach erfolgter rechtsgerichteter seitlicher Bewegung des Schalthebels in der Kulisse. Der progressiv abnehmende Frequenzverlauf signalisiert dem Fahrer ein erwünschtes Zurückschalten nach erfolgter rechtsgerichteter seitlicher Bewegung des Schalthebels in der Kulisse.
2C zeigt die Frequenzverläufe mit einer zusätzlichen Information über die zuerst auszuführende seitliche Bewegung des Schalthebels nach 1B. In diesem Fall steht als Beispiel die degressiv zunehmende Frequenz für ein Hochschalten nach erfolgter linksgerichteter seitlicher Bewegung des Schalthebels in der Kulisse. Der degressiv abnehmende Frequenzverlauf signalisiert dem Fahrer ein erwünschtes Zurückschalten nach erfolgter linksgerichteter seitlicher Bewegung des Schalthebels in der Kulisse.
Es sind noch zahlreiche Variationen möglich, wobei ein zusammengesetztes Signal die Komplexität erhöht. Ein kurzes Signal mit den eingebetteten Informationen, wie hier gezeigt, kann leicht angeeignet werden und eine verbrauchsoptimale Fahrweise ermöglichen. Auch Fahranfänger und Fahrschulen können solche Systeme für Trainingszwecke nutzen.
Literaturangaben

[1] Hötzer, D.: Entwicklung einer Schaltstrategie für einen PKW mit automatisiertem Schaltgetriebe. Schriftenreihe des Instituts für Verbrennungsmotoren und Kraftfahrwesen der Universität Stuttgart, Band 12.
[2] Jante, A.: Welche Bedingungen stellt der geringste Kraftstoffverbrauch an Motorencharakteristik, Getriebestufen und Schaltgrenzen? ATZ, Band 45 (1942), Nr. 10: S. 281–284.
[3] Mitschke, M.: Dynamik der Kraftfahrzeuge, Band A: Antrieb und Bremsung. Springer Verlag, 1982.
[4] Schuler, R., Bargende, M, Krieger, K.-L.: Ein Ansatz zur Analyse der Gangwahl für die Optimierung von Schaltstrategien. Stuttgarter Motorensymposium, 2006.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 000003334715 A1 [0005]
DE 000003334715 C2 [0005]
DE 000002931622 A1 [0005]
DE 2931622 [0005]
DE 000003128080 A1 [0005]
DE 3128080 A1 [0005]
DE 000003108920 A1 [0005]
DE 3108920 [0005]
DE 000002926070 A1 [0005]
DE 2926070 [0005]
DE 000002836082 A1 [0005]
DE 2836082 [0005]
DE 000002811574 A1 [0005]
DE 2811574 [0005]
DE 000002108987 A [0005]
DE 2108987 [0005]

Claims

Verfahren zur Erzeugung einer Schaltungsempfehlung in Form eine akustischen Signals, dadurch gekennzeichnet, dass der für den Kraftstoffverbrauch optimale Getriebegang aus den Fahrzeug- und Motordaten durch entsprechende Algorithmen, basierend auf den Zusammenhängen der Fahrzeug-Längsdynamik ermittelt und dem Fahrer in Form eines akustischen Signals mit eingebetteten Zusatzinformationen übermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das akustische Signal aus mehreren Teilsignalen besteht, und die Länge oder die Frequenzhöhe des ersten Teilsignals dem Fahrer eindeutig signalisiert, ob der empfohlene Schaltvorgang mit ausschließlicher Bewegung des Schalthebels in oder entgegen der Fahrtrichtung oder mit seitlicher Bewegung des Schalthebels in der Schaltkulisse mit anschließender Bewegung in oder entgegen der Fahrtrichtung zu erfolgen hat.
Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass das akustische Signal aus mehreren Teilsignalen besteht, und die Frequenzhöhe oder die Frequenzänderung des zweiten Teilsignals dem Fahrer eindeutig signalisiert, ob nach der Änderung oder Beibehaltung der Schaltkulisse das Einlegen eines höheren oder niedrigeren Getriebeganges empfohlen wird, und in bevorzugter Ausführung das Einlegen eines empfohlenen höheren Getriebeganges mit einer höheren Frequenz oder mit einem stetig zunehmenden Frequenzverlauf, das Einlegen eines empfohlenen niedrigeren Getriebeganges mit einer niedrigeren Frequenz oder mit einem stetig abnehmenden Frequenzverlauf signalisiert wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltempfehlung in Form eines einzigen akustischen Signals mit zeitlich veränderlichen Frequenz erfolgt und die empfohlene Beibehaltung der Schaltkulisse durch einen linear zu- oder abnehmenden Frequenzverlauf nach 2A und in bevorzugter Ausführung das Einlegen eines empfohlenen höheren Getriebeganges mit einem linear zunehmenden Frequenzverlauf, das Einlegen eines empfohlenen niedrigeren Getriebeganges mit einem linear abnehmenden Frequenzverlauf signalisiert wird.
Vorrichtung nach Anspruch 1 und 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltempfehlung in Form eines einzigen akustischen Signals mit zeitlich veränderlichen Frequenz erfolgt und die empfohlene Änderung der Schaltkulisse durch eine zuerst durchzuführende seitliche rechtsgerichtete Bewegung durch einen progressiv zu- oder abnehmenden Frequenzverlauf nach 2B und in bevorzugter Ausführung das Einlegen eines empfohlenen höheren Getriebeganges mit einem progressiv zunehmenden Frequenzverlauf, das Einlegen eines empfohlenen niedrigeren Getriebeganges mit einem progressiv abnehmenden Frequenzverlauf signalisiert wird.
Vorrichtung nach Anspruch 1, 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltempfehlung in Form eines einzigen akustischen Signals mit zeitlich veränderlichen Frequenz erfolgt und die empfohlene Änderung der Schaltkulisse durch eine zuerst durchzuführende seitliche linksgerichtete Bewegung durch einen degressiv zu- oder abnehmenden Frequenzverlauf nach 2C und in bevorzugter Ausführung das Einlegen eines empfohlenen höheren Getriebeganges mit einem degressiv zunehmenden Frequenzverlauf, das Einlegen eines empfohlenen niedrigeren Getriebeganges mit einem degressiv abnehmenden Frequenzverlauf signalisiert wird.
Vorrichtung nach Anspruch 1, 2, 3, 4, 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, dass sich das akustische Signal für die empfohlene Getriebegangwahl eine Kombination der genannten einzelnen Signalarten zusammensetzt und die Frequenzverläufe nach Anspruch 4, 5 und 6 der Fahrzeugkonfiguration entsprechend variabel gestaltet werden.