Daimler: Predictive Powertrain Control im Omnibus

Mit der Einführung von Predictive Powertrain Control geht Daimler Buses 2014 einen weiteren Schritt in Richtung noch mehr Wirtschaftlichkeit bei gleichzeitiger Fahrerentlastung. Der "vorausschauende" Tempomat kennt die vor ihm liegende Topografie und vermeidet so die bislang systembedingten Schwächen eines automatischen Geschwindigkeitsreglers. Vor allem Steigungen, die natürlichen Gegner einer flotten und zugleich sparsamen Fahrt, kann der herkömmliche Geschwindigkeitsregler nicht vom Flachland unterscheiden. Doch Predictive Powertrain Control kann genau das.

Weltweit erster "vorausschauender" Reisebus-Tempomat mit Eingriff in die Getriebesteuerung

Mit der Markteinführung des Fahrer-Assistenzsystems Predictive Powertrain Control bringt Daimler Buses die weltweit erste automatische Geschwindigkeitsregelung mit integriertem Getriebeeingriff für Reisebusse auf den Markt.

Bis zu 4% weniger Kraftstoffverbrauch

Predictive Powertrain Control greift in erster Linie bei der Berg- und Talfahrt ein. Damit kehrt das System den klassischen, systembedingten Nachteil eines herkömmlichen Tempomat-Systems nun in deutlich messbare Vorteile um: Voll beladene Reisebusse wie zum Beispiel die neue TopClass 500 fahren im Langstreckeneinsatz um bis zu 4% sparsamer als Fahrzeuge mit einem klassischen Tempomaten.

Lediglich ein kompetentes Briefing für den Fahrer auf die "vorausschauenden" Fähigkeiten der "intelligenten" Geschwindigkeitsregelanlage muss stattfinden. Ob Busfahrer-Profis oder Gelegenheitsfahrer am Steuer, stets kommen die Predictive Powertrain Control-Testfahrzeuge mit weniger Dieseldurst über die Runden als die konventionell gefahrenen Vergleichsfahrzeuge. Bei den Vergleichsfahrten auf typischen Fernverkehrsstrecken wie der Strecke Stuttgart - Hamburg - Stuttgart überzeugt das System zudem durch seine Fahrerfreundlichkeit. Die Tempomat-Bedienung unterscheidet sich nur MINImal in einer TopClass ohne Predictive Powertrain Control.

Predictive Powertrain Control setzt auf Daten-Fusion

Predictive Powertrain Control steht für eine neue Technik, die bereits im Fahrzeug vorhandene Technik mit externen Daten aus der Umgebung zusammenführt. Konkret geht es um die weitere Vernetzung intelligenter Fahrzeugrechner aus dem ohnehin schon umfassenden Steuerungssektor für Motor und Getriebe mit Steuerungsgrößen, die bislang nur der gut ausgebildete Fahrer in den Prozess einbringen konnte: das vorausschauende Fahren.

Denn Profis wissen: Vor der Kuppe Fuß vom Gas. Das spart viel Sprit und kostet wenig Zeit. Der normale Tempomat weiß das nicht. Gute Fahrer wissen auch: Rechtzeitig vor der Steigung Tempo aufbauen. Das spart in der Steigung die eine oder andere Schaltung, senkt somit unter dem Strich den Dieselkonsum – und zugleich die Fahrzeit. Auch hier muss der Standard-Tempomat passen.

Experten-Wissen

Und schließlich bleibt der umweltbewusste Busfahrer am Ende einer starken Steigung nur solange voll am Gas, bis die Fahrzeugmasse den Omnibus mit Hilfe der Bewegungsenergie in das anschließende Gefälle treibt.

Auch hier sitzt der Tempomat normaler Machart am deutlich kürzeren Ende. Wie übrigens der manuell agierende Busfahrer in vielen Fällen auch. Etwa dann, wenn er das Streckenprofil nicht kennt und Dunkelheit die Wahrnehmungsmöglichkeiten weiter einschränkt. Oder wenn Ablenkungen wie beispielsweise ein Telefongespräch die Sinne von der Streckenvorausschau ablenken. Oder wenn schlicht die Leistungsfähigkeit am Ende der Lenkzeit nicht mehr das Level wie zu Beginn der Reise erreichen kann.

Predictive Powertrain Control ist immer fit

Das alles beeinflusst Predictive Powertrain Control nicht. Das System ist immer fit und niemals abgelenkt von seiner ureigensten Aufgabe, dem wirtschaftlichen Fahren. Vor allem ist das für die ökonomische Fahrt notwenige Know-how an Bord: Mit Hilfe der abgespeicherten topografischen Daten kennt Predictive Powertrain Control so gut wie jede Steigung und jedes Gefälle. Der Erfassungsgrad der Streckendaten liegt in den mitteleuropäischen Ländern bei nahezu 100% aller Autobahnen und Bundesstraßen. Die Fahrzeugposition im Straßennetz wird über GPS-Daten festgestellt.

Neben der Steuerungshoheit über den konventionellen Geschwindigkeitsregler übernimmt Predictive Powertrain Control auch in der Getriebeschaltzentrale fallweise die Regie. Heißt: Predictive Powertrain Control kann auf Basis bester Streckenkenntnis in die Gangwahl eingreifen. Darüber hinaus kann das System die aus dem Lkw bekannte kraftstoffsparende EcoRoll-Technik, die hier mit an Bord ist, komfortabel einsetzen. Die Anzahl der Schaltungen wird durch die Vorausschau gerade in hügeligem Gelände reduziert.

Daten von drinnen und draußen

Zum Gesamtpaket Predictive Powertrain Control gehören die Eingangsdaten für das vorausliegende Streckenprofil sowie die aktuelle GPS-Position des Fahrzeugs. Vom Reisebus bekannt sind aktuelle Werte vor allem für die Fahrzeugmasse, die Geschwindigkeit, das Motordrehmoment und die Leistung sowie die Ganglage im PowerShift-Getriebe. Hinzu kommt als alles entscheidende Sollgröße der jeweilige Wunschwert für die Fahrgeschwindigkeit, vom Fahrer über die Bedienknöpfe am Lenkrad eingegeben.

Sicherheit geht immer vor

Der auf dieser Datenbasis gerüstete, vorausschauende Tempomat übernimmt im Einsatzfall also die Regie über Gas, Dauerbremse und Getriebe. Die Oberaufsicht liegt natürlich beim Fahrer. Und selbstverständlich bleibt auch das optionale Paket aus Abstandsregel-Tempomat und automatischer Notbremsfunktion Active Brake Assist in übergeordneter Priorität zu Predictive Powertrain Control aktiv im Einsatz für die Fahrzeug- und Verkehrssicherheit.

Voraus-"Wissen" statt Voraus-"Schauen"

Meldet der Abstandsregel-Tempomat mit integriertem Active Brake Assist freie Fahrt, kann sich das Predictive Powertrain Control uneingeschränkt auf die Strecke konzentrieren. Fest im Fokus hat das vorausschauende, besser gesagt voraus-"wissende" System die Einhaltung der eingestellten Wunschgeschwindigkeit innerhalb der vom Fahrer festgelegten Hysteresen (zulässige Über-, bzw, Unterschreitung der Sollgeschwindigkeit) bei gleichzeitig bestmöglichem Dieselverbrauch.

Mit dem programmierten Expertenwissen über den richtigen Umgang mit der Fahrzeugmasse geht der Geschwindigkeitsregler auf Berg- und Talfahrt. Hier, abseits topfebener Trassierungen, kann Predictive Powertrain Control seine Stärken ausspielen. Auf reinen Flachstrecken arbeitet das intelligente Geschwindigkeits-Regelsystem exakt mit der Regelstrategie und -güte des normalen Tempomaten.

Predictive Powertrain Control punktet bei Berg- und Talfahrt

In hügeligen Gefilden hingegen, bekanntlich ein beträchtlicher Anteil am europäischen Streckennetz, ist Predictive Powertrain Control in seinem Element. Vom Fahrer einzustellen sind das Tempomat-Solltempo und bei Bedarf die obere und untere Hysterese. Damit ist die individuelle Höchstgeschwindigkeit für die Talfahrt (= Sollgeschwindigkeit + obere Hysterese) festgelegt. Das ist beim Standard-Tempomat nicht anders.

Neu bei Predictive Powertrain Control ist als dritte Variable die bereits erwähnte untere Geschwindigkeitsgrenze unterhalb der Marschgeschwindigkeit. Mit diesem Wert legt der Fahrer den unteren Geschwindigkeitsbereich fest, den das System für einen verbrauchssenkenden Geschwindigkeitsabfall in geeigneten Betriebssituationen nutzt.

Wie zum Beispiel beim Befahren eines sanft ansteigenden Hügels. Als solchen erkennt Predictive Powertrain Control einen Anstieg, wenn der Reisebus in seiner aktuellen Konfiguration aus Nennleistung und Gesamtgewicht die fahrdynamische Potenz hat, den Anstieg im aktuelle eingelegten Gang ohne Unterschreiten der eingestellten Wunschgeschwindigkeit zu erklimmen.

Predictive Powertrain Control nutzt "die Gunst der Lage"

Wenn also das eingesteuerte Motormoment bis zur Volllast ausreicht, um das Tempo zu halten, nutzt Predictive Powertrain Control noch vor Steigungsende die Gunst der Lage. Auf Grund der dem System bekannten Streckendaten wird ein anschließendes Gefälle frühzeitig, vor allem spritsparend, berücksichtigt. Das Motormoment wird frühzeitig zurückgefahren, der Omnibus rollt schließlich abhängig vom anschließenden Gefälle mit Motorschub und Nullverbrauch. Die Fahrgeschwindigkeit sinkt dabei bis auf den unteren, vom Fahrer eingestellten Grenzwert; das hat Predictive Powertrain Control aus der Massedynamik und dem bekannten Streckenprofil zuvor berechnet. Mit einem ungeregelten Tempomat gefahren, wäre der Omnibus viel zu lange im sogenannten befeuerten Betrieb unterwegs, was Kraftstoff kostet. Bei der anschließenden Gefällefahrt läuft der Zug dann unnötig schnell in den Dauerbremsbereich.

Die Getriebesteuerung arbeitet immer mit

Ergänzend zu dieser ersten relevanten Betriebssituation "leichte Steigung", kann zum vorausschauenden Tempomat-Eingriff fallweise ein vorausschauender Eingriff in die Getriebesteuerung hinzukommen. So wird, wenn die Parameter dies vorauswissend sinnvoll erscheinen lassen, die Funktion EcoRoll aktiviert – und das viel früher als im Fall einer konventionellen Steuerung.

Damit wird die Zeit und die Wegstrecke in der befeuerten Konstantfahrt reduziert und stattdessen ein ausgedehnter Fahrtstreckenanteil mit Motorleerlauf und MINImalverbrauch absolviert. Ein zweiter Betriebszustand mit starker Predictive Powertrain Control-Affinität ist das Überwinden einer stärkeren Steigung. Hier lehrt das Buch für wirtschaftliches Busfahren, der Fahrer möge rechtzeitig vor Beginn der Steigung sein Tempo über Marschniveau anheben. Ziel der Übung: Mit vergleichsweise geringem Mehrverbrauch soll Bewegungsenergie in den Omnibus eingebracht werden, die später, am Berg, eine Schaltung vermeiden soll, Schwung sei Dank.

Predictive Powertrain Control überwindet Tempomat-Grenzen

Für einen Normal-Tempomat ist eine solche Fahrweise tabu. Und ein manuell agierender Fahrer liegt bei der intuitiven Kalkulation von Fahrzeugmasse, Steigungsgrad und Steigungslänge schon mal daneben. Predictive Powertrain Control hat mit alledem keine Probleme. Die Daten liegen vor, das Expertenwissen ist hinterlegt. Im Ergebnis legt ein Omnibus mit aktiviertem System rechtzeitig vor Steigungsbeginn selbständig über die eingestellte Wunschgeschwindigkeit hinaus an Tempo zu, um sich mit einem Schwungbonus, im höchstmöglichen Gang erfolgreich durch den Anstieg zu kämpfen.

Vorschlag: Erkennt PPC im vorausliegenden Streckenabschnitt die Notwendigkeit für mehrere Rückschaltungen (Z.B. Kasseler Berge), werden diese bei Bedarf zusammengelegt. Abhängig vom eingestellten Fahrprogramm kann noch in der Ebene eine Rückschaltung um zwei Gänge erfolgen, um zwei Schaltungen in der Steigung und damit einen Geschwindigkeitsverlust in der Steigung zu reduzieren.

Perfekte Fahrer als Maßstab

Das frühe Schalten spart, genauso wie eine präzise gesetzte Doppelrückschaltung, über den gesamten Steigungsverlauf wieder Kraftstoff, was generelles Ziel der Technik ist. Zugleich spart die schulbuchmäßige Bergfahrt auch noch Zeit – Busfahrer mit Hang zur Perfektion müssen sich gegenüber Predictive Powertrain Control allein schon deshalb hintenan stellen, weil ihnen oftmals die Kenntnis über den Steigungsverlauf und dessen Zusammenwirken mit der aktuellen Fahrzeugmasse fehlt.

Aber nicht nur an Hügeln und Bergen setzt sich Predictive Powertrain Control gewinnbringend in Szene. Auch bei der Talfahrt kann Predictive Powertrain Control helfen. Hier haben die System-Programmierer hinterlegt, was Profis wissen: Früh, schon vor Ende der Steigungsfahrt, den Fuß vom Gas. Den Rest erledigt die bewegte Fahrzeugmasse im Schulterschluss mit der Hangabtriebskraft.

Predictive Powertrain Control glänzt auch in Rollphasen

Genau das tut Predictive Powertrain Control: Liegt am Steigungsende kein großes Gefälle an, kann mit frühen Hochschaltungen, gegebenenfalls auch mit einer Doppelhochschaltung, sehr frühzeitig die Drehzahl wieder auf niedriges Spar-Niveau gedrückt werden. Mit oder fallweise auch ohne EcoRoll wird anschließend auch das Tempo bei Talfahrt gemanagt. Rechtzeitige Rückschaltungen – oder auch verhinderte Hochschaltungen – können dazu gehören, damit die Dauerbremse (n) mit bestem Wirkungsgrad zupacken dürfen.

Das Gesamtsystem Predictive Powertrain Control lässt dem Fahrer eine ganze Reihe von Einstellmöglichkeit zur ganz individuellen Feinjustierung der Parameter. Marschtempo, obere und untere Geschwindigkeitsgrenze gehören dazu.

Die generelle Abschaltbarkeit nach "Zündung-Ein" von Predictive Powertrain Control und/oder von EcoRoll sei nur der technischen Vollständigkeit halber erwähnt. In der Fahrpraxis nötig wird der Zugriff auf diese Option höchst selten sein.

Individuelle Einstell-Optionen

Je nach individuellem Getriebeschaltprogramm Standard oder Power arbeitet Predictive Powertrain Control noch einmal mit differenzierten Parametern. So ist die untere Grenzgeschwindigkeit vom Fahrer einstellbar zwischen Null und 10 km/h. Der vorausschauende Geschwindigkeitsaufbau vor einer stärkeren Steigung ist im Standard-Schaltmodus auf 4 km h limitiert, bei installiertem Power-Programm kann Predictive Powertrain Control selbsttätig um 6 km/h über die eingestellte Marschgeschwindigkeit an Tempo zulegen. In beiden Fällen setzt jedoch die individuell vom Fahrer eingestellte Bergab-Höchstgeschwindigkeit (Sollgeschwindigkeit + obere Hysterese) die absolute Obergrenze.