Was können vorausschauende GPS Tempomaten?
Vorausschauende GPS Tempomaten berechnen, auf der Grundlage von Karteninformationen und der Kenntnis der Fahrwiderstände des Fahrzeuges, die optimale Antriebsstrangregelung für die vor dem Fahrzeuge liegende Strecke und steuern den Triebstrang entsprechend an. Damit unterstützen sie den Fahrer beim Kraftstoff sparen.
Können Fahrzeughersteller die Technik eines LKW so schlaumachen, dass sie genauso gut oder vielleicht sogar noch besser als ein menschlicher Fahrer fährt?
Du bist der Meinung, du kennst die Antwort? Dann lass uns mal sehen, ob wir die gleiche Ansicht vertreten.
Nach meiner Einschätzung wird es noch eine Weile dauern, bis LKW’s autonom ohne Fahrer im Straßenverkehr fahren.
Es gibt allerdings heute schon Fahrerassistenzsysteme bei den Herstellern zu kaufen, die den Fahrer unterstützen. Aber wie schlau sind diese Systeme denn nun wirklich?
Hier, in diesem Artikel, schreibe ich über Fähigkeiten und Limitationen von vorausschauenden GPS Tempomaten.
Ich werde erklären,
- wie solche Systeme funktionieren,
- was sie können und was sie nicht können,
- wie sie richtig eingesetzt werden
- und welche Teilfunktionalitäten diese prädiktiven Tempomaten beinhalten können.
Mit diesem Wissen bist du in der Lage, diese Assistenten optimal zu nutzen und dadurch die maximale Kraftstoffersparnis herauszuholen und bei langen Strecken entspannt zu bleiben.
Du wirst erfahren, auf welcher technischen Ausstattung diese Funktionalitäten basieren und kannst sie damit besser einschätzen.
Du erkennst, warum sie so regelt, wie sie regelt und auch warum du es selbst vielleicht manchmal anders machen würdest. Mit dem Wissen kannst du dann unterscheiden, ob der Tempomat mehr weiß als du und deshalb schlauer agiert oder er überfordert ist und du besser eingreifen solltest.
Also fangen wir gleich an.
Was ist ein vorausschauender Tempomat?
Ein vorausschauender Tempomat ist ein Geschwindigkeitsregelsystem, dem der Fahrer die Steuerung des Antriebsstranges übergeben kann.
Eine Software berechnet an Hand von Gelände- und Sensordaten (innerhalb eines vorgegebenen Geschwindigkeitsbereiches) den verbrauchsoptimalen Geschwindigkeitsverlauf, verbrauchsoptimale Beschleunigungen, sowie die Schaltstrategie und regelt den Antriebsstrang des Fahrzeuges entsprechend.
In seiner vollen Ausbaustufe ist ein prädiktiver Tempomat ein Fahrerassistenzsystem der Stufe 1: „Assistiertes Fahren“.
Der Weg zum autonomen Fahren wird in 5 Stufen eingeteilt. Du kannst die Erklärung der Stufen hier nachschauen: Autonomes Fahren: Die 5 Stufen zum selbst fahrenden Auto.
Er ist also der erste Schritt in Richtung autonomes Fahren. Das Fahrzeug übernimmt in Stufe 1, unter Beaufsichtigung des Fahrers, eine Fahrfunktion. Die anderen Fahrfunktionen müssen weiterhin vom Fahrer wahrgenommen werden.
In unserem Fall erfolgt die Regelung der Längsdynamik (Gas geben und Bremsen) durch den Fahrassistenten. Die Querdynamikregelung, also das Lenken, muss weiterhin durch den Fahrer erfolgen.
Im Unterschied zu den Sicherheitssystemen ist der vorausschauende Tempomat zur kontinuierlichen Benutzung während der ganz normalen Fahrt vorgesehen.
Die Sicherheitsassistenten, wie zum Beispiel der Bremsassistent und der Spurhalteassistent, unterstützen den Fahrer nur bei Gefahrensituationen.
Ein konzentrierter, aufmerksamer Fahrer sollte also eigentlich die Sicherheitssysteme gar nicht erleben.
Den vorausschauenden Tempomaten sollte der Fahrer ausgiebig in Anspruch nehmen. Er ist dafür da, dem Fahrer einen Teil seiner normalen Fahraufgabe abzunehmen.
Wie heißen die vorausschauenden Tempomaten der Hersteller?
Bei jedem Hersteller hat dieses System einen anderen Namen:
Welche Vorteile bietet ein vorausschauender Tempomat?
Die ursprüngliche Erfindung des Tempomaten in einem Auto war eine reine Komfortfunktion. Der Fahrer stellt die von ihm gewünschte Geschwindigkeit ein und das Auto fährt automatisch genau mit dieser Geschwindigkeit.
Da sich die Fahrwiderstände während der Fahrt ständig ändern, muss der Fahrer beim manuellen Fahren permanent den Tacho im Auge haben und die gewünschte Geschwindigkeit kontinuierlich mit dem Gaspedal nachregulieren.
Wenn er, z. B. auf der Autobahn, konstant mit gleichbleibender Geschwindigkeit fahren will, ist das lästig und anstrengend.
Hier hilft der klassische Tempomat. Einfach die Marschgeschwindigkeit einstellen und der Computer des Autos regelt den störenden Einfluss der Fahrwiderstände weg, ohne dass der Fahrer etwas tun muss.
Vorausschauende GPS Tempomaten sollen dagegen in erster Linie dabei helfen, kraftstoffsparend zu fahren. Der Komfortgewinn ist hier ein willkommener Nebeneffekt.
Kraftstoffsparen durch Prädiktion.
Im Artikel „Willst du wissen, warum weniger Arbeit Kraftstoff spart?“ kannst du nachlesen, was bei einer kraftstoffverbrauchsoptimierten Fahrweise alles beachtet werden muss.
Die Energien im Fahrzeug müssen so schlau verwaltet werden, dass möglichst wenig Energie aus dem Fahrzeug entweicht.
In den Artikeln: „Mit vorausschauendem Fahren Kraftstoff sparen – Wie gehts?“ und „EcoRoll – ein Freilauf mit Fragezeichen“ habe ich die manuelle, verbrauchsoptimale Fahrweise ausführlich erklärt.
Du kannst da auch lesen, wie extrem schwierig es für einen Menschen ist, alle erforderlichen Informationen zu erfassen, zu bewerten und in entsprechende Handlungen umzusetzen.
Wir Menschen brauchen zur Umsetzung einer kraftstoffoptimalen Fahrweise unsere Intuition, Erfahrung und eine solide Ausbildung.
Wenn wir ehrlich mit uns selbst sind, dann müssen wir uns eingestehen, dass es eigentlich eher ein „schätzen der richtigen Aktionen“ ist, was wir da machen.
Ein Computer geht das Thema ganz anders an. Er rechnet die richtige Fahrstrategie aus.
Beide Vorgehensweisen haben ganz eigene Vor- und Nachteile, die wir uns hier heute ansehen werden. Unser Ziel ist es, den Tempomaten da zu nutzen, wo er seine Vorteile hat und da auszuhelfen, wo seine Schwächen sind.
Das kann der Tempomat besser als der Mensch:
- Er kann extrem schnell und genau die richtige Fahrstrategie berechnen.
- Die Streuung ist klein. Bei gleichen Bedingungen kommt der Tempomat zum gleichen Ergebnis.
- Er wird nicht müde und arbeitet mit gleichbleibender Präzision.
Machen wir uns nichts vor, in diesen Punkten ist die Maschine uns deutlich überlegen, da haben wir keine Chance.
Aber auch die Maschine hat Limitationen:
- Die Qualität der Regelung hängt von der Vollständigkeit der Eingangswerte ab und da gibt es gegenwärtig noch Lücken. Es gibt Sachen, die ein Mensch erfasst, die aber von der Sensorik der Maschine noch nicht erkannt werden.
- Die Qualität des Ergebnisses hängt vom Rechenalgorithmus ab. Dieser wird von Menschen programmiert und ist darum nur so gut seine Programmierer.
Daraus leiten sich zwei Schlussfolgerungen ab:
Sicherheit durch Komfort.
Perfekt vorausschauend zu fahren, ist für einen Menschen extrem anstrengend.
Die erforderliche, lange anhaltende, hohe Konzentration führt unweigerlich zur Ermüdung des Fahrers.
Da kann man nichts machen, so ist der Mensch nun mal im Laufe seiner Entwicklung geworden.
In der Konsequenz wird die Aufmerksamkeit, trotz Pausen, im Verlaufe des Arbeitstages nachlassen. Mit der Zeit steigt das Risiko, in Gefahrensituationen zu spät oder vielleicht sogar falsch zu reagieren.
Die Fahrerassistenzfunktion des vorausschauenden Tempomaten führt nicht nur dazu, dass die Qualität des Fahrens gleich gut bleibt, sondern auch, dass die Aufmerksamkeit des Fahrers länger erhalten bleibt.
Da der vorausschauende Tempomat dem Fahrer einen Teil seiner Fahraufgabe abnimmt, wird die kognitive (geistige) Kapazität des Fahrers geschont.
Es bedeutet, dass die Ermüdung später eintritt. Er ist länger in der Lage, auf plötzlich auftretende Gefahrensituationen richtig zu reagieren!
Ich habe entsprechende Studien gesehen, die das wissenschaftlich beweisen. Leider stehen die nicht im Internet, deshalb kann ich sie hier nicht verlinken.
Diesen Aspekt der Nutzung von guten GPS Tempomaten sollten wir nicht geringschätzen.
Welche Funktionen können in einen vorausschauenden Tempomat integriert sein?
Der Name „vorausschauender Tempomat“ oder „prädiktiver Tempomat“ legt die Vermutung nahe, dass so ein Tempomat vorausschauendes Fahren realisieren kann.
Das ist richtig, es gibt darüber hinaus aber noch andere Tempomatfunktionen, die interessant sind.
Also schauen wir uns diese mal im Einzelnen an.
Vorausschauendes Fahren.
Die Fahrstrategie des vorausschauenden Fahrens stellt dich als Fahrer vor zwei große Herausforderungen, bei denen dir ein vorausschauender Tempomat helfen kann:
- Zum zielgenauen, vorausschauenden Fahren, muss die Menge der auf den nächsten Metern frei werdenden Energie ins Gleichgewicht mit der für die Fahrwiderstände erforderlichen Energie gebracht werden. Dazu müssen die Energiemengen exakt abgeschätzt oder berechnet werden.
- Der eigentliche Zielpunkt, an dem eine vorgegebene Geschwindigkeit erreicht sein soll, liegt häufig so weit entfernt, dass der Fahrer ihn nicht sehen kann.
So ist der Ablauf:
Du gibst dem Tempomaten deine gewünschte Marschgeschwindigkeit vor. (Das ist die durchschnittliche Geschwindigkeit, mit der du fahren möchtest.)
Die Marschgeschwindigkeit wird auch Setzgeschwindigkeit genannt, da sie durch Drücken der Taste »Set« eingestellt werden kann.
Als zweite Information braucht der Computer von dir den Geschwindigkeitsbereich, in dem er regeln darf.
Je nach Hersteller und Generation des Tempomaten erfolgt das durch Auswahl aus vorgegebenen Alternativen, durch das Einstellen einer Maximal- und einer Minimalgeschwindigkeit oder durch Eingabe der erlaubten Abweichung von der Marschgeschwindigkeit nach oben und nach unten.
Der Computer ermittelt während der Fahrt den Fahrwiderstand deines Fahrzeuges anhand von eingespeicherten Parametern und Sensoren im Antriebsstrang.
Nun braucht er noch den Streckenverlauf und die Postion des Fahrzeuges und er kann die notwendigen Berechnungen ausführen, die es ihm ermöglichen den Antriebsstrang richtig anzusteuern.
Der Streckenverlauf ist als Karte im Steuergerät des Fahrzeuges abgespeichert. Die Art der Informationen, die in der Karte eingespeichert sind, ist für die Leistungsfähigkeit des Tempomaten ausschlaggebend.
In den Anfangszeiten beschränkte sich die Karteninformation auf das Höhenprofil der Strecke. Damit war der Tempomat in der Lage, die Prädiktion für die Lageenergie durchzuführen.
Neuere Tempomaten verfügen über Karten, die auch Kurvenverläufe und Verkehrshindernisse bzw. Verkehrszeichen beinhalten.
Mit diesen Informationen kann er auch die Bewegungsenergie vor diesen Hindernissen zielgenau steuern.
In Karten abgespeicherte Information können veralten. Deshalb können einige Tempomaten während der Fahrt lernen und die Karteninformationen selbstständig aktualisieren.
Verbrauchsoptimales Beschleunigen.
Der Beschleunigungsvorgang lädt das Fahrzeug mit Bewegungsenergie auf.
Hier kommt es darauf an, die Energie-Umwandlungsverluste kleinzuhalten.
Der Tempomat soll die Beschleunigung im Bereich des besten Wirkungsgrades des Motors durchführen, damit das Maximum an Dieselenergie als Bewegungsenergie endet und möglichst wenig als Wärme in der Umgebung.
Dafür nutzt der Tempomat die Verbrauchsinformationen aus dem abgespeicherten Motorkennfeld. Mit den Daten rechnet er aus, wieviel Gas den Motor genau im besten Arbeitspunkt betreibt.
In der Regel ist bei einem Dieselmotor ja ein hohes Motormoment bei niedriger Drehzahl vorteilhaft.
Es gibt aber noch andere Aspekte zu berücksichtigen, was die Sache kompliziert macht.
Die Fahrwiderstände sind von der Antriebskraft und der Geschwindigkeit abhängig.
Um so größer das Antriebsmoment am Rad ist, um stärker verformen sich die Reifen, was einen Anstieg des Rollwiderstandes zur Folge hat.
Ein hohes Antriebsmoment bewirkt auch noch eine hohe Beschleunigung und damit steigt der Luftwiderstand schnell an. Eine geringere Beschleunigung verzögert dagegen den Luftwiderstandsanstieg und spart dadurch auf einem Teil der Strecke zusätzlich Kraftstoff.
Bei Tempomaten, die diese beiden Aspekte berücksichtigen, spricht Mercedes von einer „Soft-Cruise“ Funktion.
Der Nachteil dieser Regelung besteht darin, dass sich der Beschleunigungsvorgang „lahm“ anfühlen kann.
Das fällt besonders dann auf, wenn der Beschleunigungsvorgang gleichzeitig mit anderen Fahrzeugen stattfindet, die entweder manuell gefahren werden oder wo der Hersteller einen anderen Kompromiss gewählt hat.
Die Kunst besteht hier darin, einen guten Kompromiss aus Fahrdynamik und Kraftstoffeinsparung zu finden.
Bei einigen Systemen hast du die Möglichkeit zwischen verschiedenen Fahrprogrammen zu wählen und dadurch aus verschiedenen Alternativen den für dich angenehmsten Kompromiss selbst auszuwählen.
Den Abstand einhalten.
Da wir ja sehr häufig nicht allein auf der Straße sind, diktiert uns oft der Vordermann die mögliche Fahrgeschwindigkeit.
In diesen Fällen ist es nicht hilfreich, wenn der Tempomat die Geschwindigkeit regelt, sondern er sollte den Abstand zum Vordermann regeln.
Bei Tempomaten, die über diese Funktionalität verfügen, sprechen wir von Abstandsregeltempomaten.
Du kannst den gewünschten Abstand zum Vordermann einstellen und ihn damit an unterschiedliche Fahrsituationen anzupassen.
Der Tempomat misst den Abstand und regelt die Geschwindigkeit so ein, dass sich der gewünschte Abstand einstellt.
Für die Funktion des vorausschauenden Fahrens ist es allerdings nicht gut, wenn der Abstandsregeltempomat einen konstanten Abstand zum Vordermann einhält.
Selbst wenn dieser einen sehr guten Tempomaten haben sollten, würde die Postion nicht zu deiner Regelung passen.
Ein guter vorausschauender Abstandsregeltempomat regelt den Abstand zum Vordermann vorausschauend.
Das heißt, er lässt vor Rollphasen den Abstand etwas ansteigen, damit genug Platz zum Ausrollen ist.
Wundere dich also nicht, wenn dein Tempomat den Abstand zum Vordermann nicht sklavisch einhält. Wenn er beim Abstand flexibel arbeitet, ist das ein gutes Zeichen.
Bremsomatfunktion
Für die Kraftstoffverbrauchsoptimierung sind natürlich die Phasen relevant, bei denen der Motor befeuert ist. Also dann, wenn Antriebsmoment anliegt.
Geht es steil bergab, dann kann die Geschwindigkeit des Fahrzeuges durch die frei werdende Bewegungsenergie auch über die obere Geschwindigkeitstoleranz ansteigen.
Für den Kraftstoffverbrauch wäre das nicht schlimm. Da wir aber wollen, dass sich der Fahrer auf den Tempomaten verlassen kann, sollte der Tempomat auf jeden Fall auch in dieser Situation regelnd eingreifen.
Vor dem Überschreiten der oberen Geschwindigkeitsschwelle muss die Maschine automatisch die Dauerbremse aktivieren, bzw. runterschalten.
Diese Funktion wird als Bremsomat bezeichnet. In einigen Fahrzeugen kann sie auch unabhängig vom Tempomat aktiviert werden.
Richtiges Schalten
Bei Fahrzeugen, die mit einem automatisierten Schaltgetriebe ausgestattet sind, muss die Triebstrangregelung entscheiden, wann geschaltet wird.
Diese Funktion muss auch ohne Tempomat vorhanden sein und funktionieren.
Auch hier sind die Fahrwiderstände ausschlaggebend und darum ist der Regelalgorithmus auch ähnlich wie bei der Prädiktion.
Die Herausforderung besteht allerdings darin, dass die Funktion auch ohne das Vorhandensein einer Karte mit Geländeinformationen funktionieren muss. Fahrzeuge mit automatisiertem Getriebe, aber ohne vorausschauenden Tempomaten, haben ja keine GPS Ortung und auch keine Karteninformationen. Außerdem kann bei Fahrzeugen mit GPS Tempomat die Karte weiße Flecken haben oder das GPS Signal ist weg, dann muss die Schaltung aber trotzdem automatisch funktionieren.
Der Computer berechnet aus dem Geschwindigkeitsverlauf und seiner Fahrwiderstandsermittlung einen prognostizierten Steigungsverlauf. Der ist dann die Grundlage für die Schaltzeitpunkte.
In vielen Fällen sollte diese Funktion auch für die Tempomatfunktionalität taugen.
Es bleibt dann allerdings noch die Frage zu klären, ob eine ungünstige Schaltung später am Berg durch ein Herunterschalten vor der Steigung vermieden werden kann.
So eine Regelung funktioniert nur mit Karte und ist auch nicht einfach.
Das Runterschalten vor dem Berg erhöht ja erstmal die Drehzahl und damit den Kraftstoffverbrauch.
Sie machen nur dann Sinn, wenn dadurch eine Schaltung am Berg vermieden werden kann, die in einem zu niedrigeren Gang enden würde. Und selbst dann muss der Verbrauch auf der Reststrecke im kleineren Gang größer sein, als der Mehrverbrauch auf der ersten Bergstrecke, der ja dann mit höherer Drehzahl erfolgt.
Diese Prognose schafft definitiv nur ein Computer.
Nicht jedes Runterschalten vor dem Berg ist ein Beleg für Verbrauchseinsparung. Es kann auch zur Geschwindigkeitssteigerung unter Inkaufnahme von Mehrverbrauch erfolgt sein. Das ist wieder so eine Frage nach dem Kompromiss, den der Hersteller gewählt hat.
Den Fahrer informieren.
Da der Tempomat selbstständig in die Regelung des Fahrzeuges eingreift, der Fahrer aber die Verantwortung behält, muss er immer vollständig informiert sein, was der Tempomat vorhat.
Aus diesem Grund ist die Anzeige im Fahrzeugdisplay extrem wichtig.
Hier einige Informationen, die dem Fahrer angezeigt werden sollten:
- Ist die Regelung aktiv oder ist sie inaktiv, weil dem System gerade Informationen fehlen (GPS Signal, Karteninformationen usw.)?
- Eingestellte Marschgeschwindigkeit
- Obere Grenzgeschwindigkeit
- Untere Grenzgeschwindigkeit
- Momentane Geschwindigkeit
- Erkannte Regelziele (Kreuzungen, Kreisverkehre, Kurven, Geschwindigkeitsbeschränkungen usw.)
- Abstand zu den Regelzielen
- Abstand zum Vordermann
- Geschwindigkeit vom Vordermann
Die Informationen müssen deutlich, gut lesbar und rechtzeitig angezeigt werden.
Wann soll der Tempomat benutzt werden?
Die Antwort auf diese Frage ist einfach aufgeschrieben, aber schwieriger ausgeführt.
Der vorausschauende Tempomat soll immer dann aktiviert werden, wenn die Karte und die Sensoren im Fahrzeug alle Informationen ermitteln können, die für die Antriebsstrangregelung notwendig sind.
Die ersten Tempomaten hatten ihr Metier auf der Autobahn. Hier sind die Straßen vermessen und es geht meistens schön geradeaus. – Das perfekte Umfeld für die erste Entwicklungsstufe eines Fahrerassistenzsystems.
Auf Autobahnen kannst du das System auf jeden Fall schon mal nutzen.
Ich prognostiziere, dass die höheren Stufen des autonomen Fahrens auch als Erstes auf der Autobahn stattfinden werden.
Inzwischen gibt es nun auch schon Varianten, die auf Landstraßen funktionieren. Mercedes nennt es „Interurban“. Hier sind in den Karten, neben Daten über Steigung und Gefälle auch Informationen zu Kurvenverläufen, Kreuzungen und Verkehrszeichen vorhanden.
Diese Generation von Tempomaten kann erkennen, wie schnell eine Kurve befahren werden kann und wo Geschwindigkeitsbegrenzungen ein Ausrollen sinnvoll machen.
Es wird eine Zeit kommen, da werden Tempomaten auch Ampeln erkennen oder Online über Ampelschaltungen oder Verkehrslagen in der Stadt informiert sein. Bis dahin ist die Stadtfahrt für vorausschauende Tempomaten noch zu kompliziert.
Da in der Stadt die Geschwindigkeit mehr von der Verkehrslage als von der erlaubten Maximalgeschwindigkeit abhängt, ist hier der Fahrer dem Tempomaten noch überlegen.
Obwohl, wenn eh in der Stadt grundsätzlich nur noch 30 oder 40 km/h erlaubt sind, dann kann man vielleicht auch da den Assistenten zu Hilfe nehmen. Bei meinem PKW mache ich das heute schon, denn ich will den Unfug nicht auch noch mit Strafzetteln finanzieren.
Wieviel Kraftstoff spart ein vorausschauender Tempomat?
Nach Angaben der Hersteller spart ein vorausschauender Tempomat zwischen 1,5 und 13 % Kraftstoff.
Hier siehst du eine Tabelle mit den Werten, die ich zu den Herstellerangaben gefunden habe.
| Mercedes PPC | bis 5% | Link |
| DAF PCC | 1,5 bis 4% | Link |
| Volvo I see | bis 13% | Link |
| Scania CCAP | 3 bis 4% | Link |
| MAN Efficient Cruise | ? | Schickt mir bitte einen Link wenn jemand im Internet was findet. |
Natürlich ist es nicht ganz so einfach.
Dein Einsparpotential hängt ganz wesentlich von zwei wichtigen Faktoren ab.
- Der Topografie, auf der dein LKW unterwegs ist.
- Der Qualität des Fahrers, mit dem die Performance des Tempomaten verglichen wird.
zu 1. – In hügeligem Gelände, in dem das Potenzial des vorausschauenden Fahrens grundsätzlich schon mal hoch ist, hat ein vorausschauender Tempomat natürlich gut Chancen seine Performance auszuspielen. Ist es sehr bergig oder ganz flach, dann sinkt das Einsparpotential.
zu 2. – Hier musst du zwischen der grundsätzlichen Fähigkeit und der Ermüdung unterscheiden. Ich kann dir aus meiner Erfahrung sagen, dass die Versuchsfahrer von Mercedes hoch qualifiziert sind und bei diesen Messfahrten absolut konzentriert fahren. Glaube mir, das bekommt im normalen Alltag auf Dauer keiner so hin.
Es kommt natürlich auch auf das Einsatzprofil an. Ein Verteilerverkehrseinsatz in der Stadt bringt natürlich nicht die Einsparungen, wie der Einsatz auf der Landstraße mit einem Tempomaten der letzten Generation.
Ich glaube, ich liege nicht falsch, wenn ich sage, dass ein konsequenter Einsatz von einem sehr guten vorausschauenden Tempomaten im Alltagseinsatz bei einem durchschnittlichen Fahrer in durchschnittlichem Gelände eine Verbrauchseinsparung von 5 bis 10 % zeigen sollte.
Wenn du dazu Daten aus deinem Flottenmonitoring hast, dann schreib mir doch mal im Kommentar, was du in deinen Einsätzen herausgefunden hast.
Wie funktioniert ein vorausschauender Tempomat?
Ein vorausschauender Tempomat setzte natürlich gewisse technischen Ausstattungen voraus. Sehen wir uns also mal an, wie das so funktioniert.
Prädiktion der Energiepotentiale.
Ein vorausschauender Tempomat braucht also eine Karte mit Informationen über die Topografie der Strecke und am Besten noch über Kurvenverläufe, Kreuzungen, Kreisverkehre und Verkehrszeichen.
Es sind keinen Karten, so wie wir sie aus dem Atlas kennen. Es sind Datenbanken mit Koordinaten und den dazugehörigen Informationen.
Diese Daten werden von Firmen, die sich auf dieses Geschäft spezialisiert haben, erstellt und verkauft. Der Hersteller braucht also für alle Länder, in denen das Fahrzeug verkauft wird, einen Lieferanten für die Kartendaten.
Da das Straßennetz nicht statisch ist, sondern sich kontinuierlich ändert, müssen diese Karten regelmäßig aktualisiert werden.
Ein Hersteller hat eine andere Vorgehensweise versucht.
Die ersten Generationen von Volvo’s I-see hat die Kartendaten aus den Positionsdaten der Fahrzeuge selbst erstellt und in einer Cloud vereinigt. Volvo war also nicht auf einen Kartenlieferanten angewiesen.
Allerdings war offensichtlich die Genauigkeit, die sich mit dieser Vorgehensweise erreichen ließ, zu dem Zeitpunkt noch nicht ausreichend.
Heute verwenden alle Hersteller vermutlich beide Technologien gleichzeitig. Es gibt eine genaue Basiskarte, die über die Fahrzeit mit den Daten der Sensoren der Fahrzeuge nachgeschärft wird.
Wenn du es aufmerksam beobachtest, solltest du bemerken, dass die Regelgüte des vorausschauenden Tempomaten mit der Zeit besser wird.
GPS Ortung
Das Fahrzeug muss wissen, wo es sich befindet.
Dafür wird eine Satellitenortung verwendet. Es gibt mehrere Systeme, die alle nach dem gleichen Prinzip funktionieren. Das üblichste ist gegenwärtig das amerikanische GPS.
Ich habe dir hier ein Video herausgesucht, in dem gut erklärt wird, wie so eine Positionsbestimmung über Satellitennavigation funktioniert.
Die Genauigkeit der Positionsbestimmung liegt im Bereich zwischen 3 und 10 m in Längs- und Querrichtung. 10 bis 25 m in der Tiefe.
Für die Funktion des vorausschauenden Tempomaten ist die Längsrichtung wichtig. Du siehst, es ist nicht absolut genau. Für unseren Zweck reicht diese Genauigkeit aber aus.
Der Fehler in der Tiefe ist für eine vorausschauende Regelung viel zu groß. Deshalb wird diese Information aus der sehr genauen Karte entnommen.
Es gibt Einsatzfelder von GPS gesteuerten Fahrzeugen (z. B. in der Landwirtschaft), wo die Genauigkeit nur wenige Zentimeter abweichen darf. In solchen Fällen wird das Prinzip des »Differential GPS« verwendet. Dieses erfordert einen zusätzlichen, ortsfesten GPS-Empfänger außerhalb vom Fahrzeug, mit dessen Hilfe der Positionsfehler weiter minimiert wird.
Fahrwiderstandsbestimmung
Jetzt haben wir also die Position und wissen, wie die Straße vor dem Fahrzeug verläuft.
Um die optimale Triebstrangregelung berechnen zu können, muss der vorausschauende Tempomat noch herausfinden, wie groß der Fahrwiderstand ist und wie er sich auf den nächsten Metern entwickeln wird.
Das Steuergerät des Fahrzeuges weiß, wie groß gerade das Antriebsmoment und damit die Antriebskraft ist, da es den Betriebspunkt des Motors und den Gang erkennt.
Im Artikel: „Willst du wissen, warum weniger Arbeit Kraftstoff spart?“ hast du gelesen, dass die Fahrwiderstände immer genauso groß sind, wie die Antriebskraft.
Damit kennt das Fahrzeug den Fahrwiderstand.
Um berechnen zu können, wie sich der Fahrwiderstand auf den nächsten Metern bzw. Kilometern weiterentwickeln wird, muss der Gesamtfahrwiderstand in die Einzelfahrwiderstände (Luftwiderstand, Rollwiderstand, Steigungswiderstand und Beschleunigungswiderstand) aufgeteilt werden.
Dafür braucht der Computer folgende Informationen:
- Den Luftwiderstandbeiwert des Fahrzeuges.
- Den Rollwiderstandsbeiwert der Reifen.
- Das Fahrzeuggewicht.
- Die Fahrgeschwindigkeit.
- Die Straßenneigung.
Der Luftwiderstandsbeiwert und der Rollwiderstandsbeiwert sind als Parameter in den Speicher des Fahrzeuges eingespeichert. Diese Werte sind nicht absolut konstant, das verursacht einen Fehler bei der Aufteilung.
Das Geschwindigkeitssignal ist vorhanden, es wird ja für den Tacho eh gebraucht. Damit kennt der Computer die Geschwindigkeit genau und kann den Luftwiderstand berechnen.
Für die anderen drei Fahrwiderstände wird nun noch das Fahrzeuggesamtgewicht gebraucht.
Das ermittelt der Computer durch einen schlauen Algorithmus. Er macht es sich zunutze, dass die Masse in allen drei Fahrwiderständen vorkommt, aber die Fahrwiderstände sich unterschiedlich verändern.
Die Masse des Fahrzeuges ändert sich üblicherweise nur im Stand, wenn das Fahrzeug be- oder entladen wird. Damit ist der Rollwiderstand während der Fahrt gleich groß.
Der Beschleunigungswiderstand und der Steigungswiderstand ändern sich ständig währen der Fahrt.
Die Beschleunigung kann der Computer aus dem Geschwindigkeitssignal zuordnen.
Bleibt also für alle anderen Antriebskraftänderungen noch die Steigung als Ursache übrig.
Als weitere Hilfe gibt es noch die Neigungsinformation vom Neigungssensor der Getriebeschaltung und die Topografieinformation aus der Karte.
Aus allen diesen Zusammenhängen kann der Fahrzeugrechner das Fahrzeuggewicht berechnen und sowohl für die automatisierte Getriebeschaltung, als auch für die vorausschauende Fahrregelung benutzen.
Mit der nun bekannten Masse und den Daten aus der Karte ist jetzt die Berechnung der zukünftigen Fahrwiderstandsentwicklung möglich.
Als besonderen Service für dich zeigt er nach einer gewissen Fahrstrecke das Gewicht auch im Fahrzeugdisplay an.
Abstandsmessung zum Vordermann.
Bleibt noch der Abstand zum vorausfahrenden Fahrzeug.
Dieser wird durch Radarsensoren und Kameras bestimmt, die auch für den Notbremsassistenten zuständig sind.
Aber warum zwei unterschiedliche Sensoren für die gleiche Information?
Der Grund liegt darin, dass Radarwellen und Licht unterschiedliche Eigenschaften haben.
Durch die Kombination der beiden Sensorsignale (Sensorfusion) wird eine bessere Informationsgüte über einen breiteren Anwendungsbereich ermöglicht. Radar funktioniert auch Nachts und bei Nebel. Eine Kamera kann besser unterscheiden, ob das, was sich vor dem Fahrzeug befindet, ein Fahrzeug oder irgendwas anderes ist, wie zum Beispiel ein Brückenpfeiler ist.
Funktionssicherheit
Ich will noch auf einen Punkt eingehen, der eigentlich selbstverständlich ist.
Es ist aber extrem wichtig und deshalb will ich es kurz ansprechen.
Der vorrausschauende Tempomat ist ein Fahrerassistenzsystem der Stufe 1 und darf dem Fahrzeug Befehle geben, die dieses dann auch selbstständig ausführt.
Es muss absolut sicher sein, dass der Computer nicht auf die Idee kommt, irgendwelche dummen Sachen zu machen. An der falschen Stelle Gas gibt oder eine Vollbremsungen macht.
Wenn das System während der Fahrt plötzlich ausfällt, muss das Fahrzeug immer und ausnahmslos vollautomatisch in einen sicheren Betriebszustand gehen.
Die Fahrzeugentwickler müssen alle möglichen Fehlermöglichkeiten betrachten und Maßnahmen implementieren, diese Gefahren zu vermeiden.
Dafür gibt es Normen und vorgeschriebene Entwicklungsmethoden, die angewandt werden müssen.
Ich denke, es ist wichtig, dass du auch diesen Aspekt kennst, denn dafür sind signifikante Aufwände erforderlich.
Zusammenfassung
Scheibe mir doch bitte deine Erfahrungen mit vorausschauenden GPS Tempomaten in den Kommentar!
Wenn du Fragen hast, kannst du sie mir über das Kontaktformular schicken, dann werde ich dir antworten.
