Weniger Verbrauch und Emissionen durch ein ganzheitliches Coaching-System

Eine der größten Herausforderungen der Automobil- und Transportindustrie bleibt es, Treibhausgase und Energieverbrauch ökonomisch zu reduzieren. Um den Realverbrauch gezielt zu verringern, hat FEV Consulting einen ganzheitlichen Optimierungsansatz entwickelt, der die gesamte Wirkkette einer Fahrt mit einbezieht. Zentral dabei: der Fahrer und sein Fahrverhalten. 

Die Umstände, unter denen der Kraftstoff- bzw. Energieverbrauch eines Fahrzeugs verringert werden soll, sind sehr individuell. Bisherige Ansätze, die den Ausstoß von Emissionen verringerten, fokussierten sich primär auf die Verbesserung einzelner Komponenten. Die FEV-Systembetrachtung hingegen optimiert die gesamte Wirkkette mit allen Abhängigkeiten. Dazu gehören die Fahrt- bzw. Transportvorbereitung, die Auswahl des Fortbewegungsmittels sowie eine optimierte Fahrweise und Betriebsstrategie unter Berücksichtigung der Außenwelt. Die ganzheitliche Systemoptimierung gliedert sich in drei Teilbereiche: Fahrzeug-, Fahrer- und Transport-Coaching.

Fahrzeug-Coaching: Das Fahrzeug lernt mit

Statt nur die Hardware einzelner Komponenten weiterzuentwickeln, helfen optimierte Betriebsstrategien wesentlich dabei, den Verbrauch eines Fahrzeugs zu verringern. Heutige hybride Antriebsstränge können sich auf Fahrstrecken einstellen und beispielsweise die Batterie-Ladestrategie und andere Komponenten optimieren. Ein Trend hierbei sind flexible modell- statt regelbasierte Betriebsstrategien. Diese Regelungen erlauben es, mit der situativ optimalen Kalibrierung zu steuern, basierend auf aktuellen Sensor- und Betriebsdaten.

Was hingegen in den Modellen nach wie vor eine große Unbekannte bleibt, ist die exakte Prädiktion des Fahrerverhaltens. Weicht das Fahrverhalten von der Vorhersage ab, scheitert im ungünstigen Fall die gesamte Betriebsstrategie und der Verbrauch steigt. Das Fahrzeug-Coaching versucht daher, genau das zu vermeiden: Indem das Fahrzeug ein Fahrerprofil „erlernt“ ist es möglich, dass es sich auf den Fahrer und die Situation einstellt und den Fahrerwunsch (verbrauchs-) optimiert verarbeitet. Nimmt ein Fahrer etwa Kurven regelmäßig zu schnell, kann der Coach den Gaspedalgradienten kurzfristig anpassen – sofern es die äußeren Umstände zulassen. Im besten Fall kann er sogar Segelzeiten frühzeitiger einleiten oder verlängern, um die (elektrische) Reichweite zu erhöhen.

Durch die verstärkte Vernetzung der Fahrzeuge kommt in Zukunft die Schwarmintelligenz ins Spiel: So können sich Fahrzeug-Coaches in Zukunft untereinander abstimmen. Dabei werden Fahrerabsichten und Betriebsstrategien verglichen, um ein gruppenoptimiertes Manöver einzuleiten. Diese Manöver brauchen unter Umständen einen lokalen Richter, der Entscheidungen trifft und ein Optimum, z. B. an einer Ampelanfahrt bestimmt. Alternativ besteht auch die Möglichkeit, dass sich Fahrzeuge nach Regeln eines bestimmten Protokolls untereinander einigen, das jedoch vorher zentral festgelegt und implementiert werden muss.

Fahrer-Coaching: Motivation zum optimierten Fahrverhalten

Die nachhaltige Verbesserung des Fahrerverhaltens gewinnt im Zuge der Elektrifizierung und der Vernetzung an Wichtigkeit und an Potential. Der Fahrer-Coach kennt vorausliegende Streckenprofile und Verkehrssituationen und kann dadurch erhöhte Einsparpotentiale durch optimierte Segelmanöver bei hohen Geschwindigkeiten realisieren. Er gibt dem Fahrer genaue Anweisungen, wie sich dieser am besten hinter dem Steuer verhält. Der lernende Fahrer-Coach weiß zudem, welche Fahrhinweise bei einem bestimmten Fahrer gut funktionieren und welche weniger. Ausgereifte HMI- und Motivationskonzepte (z. B. aktives Gaspedal, Head-up-Eco-Anzeigen und Gamification) sind nötig, um das gesamte Potential des Fahrer-Coaches auszuschöpfen, ohne den Fahrer dabei zu sehr abzulenken. Durch iterative Verbesserungen passt der Coach seine Kommunikationsstrategie an den Fahrer an und kann zudem individualisierte Eco-Kampagnen auswählen, um die Motivation gezielt zu erhöhen. Eine auf den Fahrer angepasste Lehrmethode oder Kampagne kann moderne, spielerische Motivationsmechanismen („Game Mechanics“) aus der Spielebranche einsetzen und so größtmögliche Erfolge sichern. Dabei spielt eine nutzerorientierte Gestaltung eine wesentliche Rolle, um den maximalen Nutzen des Assistenten zu erreichen. Heutige Assistenzsysteme und Eco-Anzeigen stehen noch sehr am Anfang, wie unsere Studie „Gamified Eco-Coaches“ zeigt.

Gerade das Zusammenspiel der Funktionen kann Vorteile schaffen: Der Fahrzeug-Coach kann eine Wirkung des Fahrer-Coaches prognostizieren und die Regelung einzelner Komponenten anpassen. Bei einem sehr lernbereiten Fahrer kann so davon ausgegangen werden, dass die empfohlene Kurvengeschwindigkeit mit hoher Genauigkeit eingehalten wird, so dass der Segelvorgang früher starten kann. Falls nicht, kann der Fahrer-Coach ein Feedback an den Fahrer über das Gaspedal übermitteln. So wird der Fahrer dazu gebracht, das nächste Mal selbst mit der optimalen Geschwindigkeit durch die Kurve zu fahren.

Andersherum kann der Fahrer-Coach aus vergangenen Fahrten und aktuellen Sensordaten dem Fahrer ein optimiertes Geschwindigkeitsprofil empfehlen, unter Berücksichtigung des Verkehrs und der Straßenverhältnisse.

Transport-Coaching: Multi-modales Transportmanagement

Je höher die Komplexität einer Transportaufgabe, desto größer das Potential des Transport-Coaches: Er hat die Aufgabe, Fahrten zu vermeiden oder Transportarten auszuwählen, die weniger Energie verbrauchen. Dabei plant der Coach ein Transportvorhaben und zieht aktuelle und zukünftige Entscheidungsfaktoren mit ein, etwa das Verkehrsaufkommen, Kosten, Dauer und die Rückfahrtsplanung.

Das Zusammenspiel mit den anderen Coaches ermöglicht ein ausgereiftes Transport- und Flottenmanagement. Durch die Analyse von Transportaufgaben, Einnahmen und Kosten, Streckennetz und Anbieterinformationen können Entscheidungen in Echtzeit auf Ist- oder Standardkosten getroffen werden. Erste Assistenten existiert heutzutage bereits in Flottenmanagementsystemen. Im Personentransportbereich gibt es erste multi-modale Routenplaner von Fahrzeugherstellern, wie beispielsweise BMW i. Erste herstellerunabhängige Apps auf mobilen Geräten zeigen ebenfalls bereits vielversprechende Ergebnisse (z. B. Fraunhofers MyWay).

Große Potenziale durch intelligente Vernetzung

Um den Realverbrauch deutlich zu senken reicht es jedoch nicht mehr aus, sich auf die Weiterentwicklung einzelner Coaches zu konzentrieren. Die starken wechselseitigen Abhängigkeiten zwischen der Trip-Planung, dem Fahrer- sowie dem Fahrzeugverhalten erfordern eine ganzheitliche Systemoptimierung über die gesamte Wirkkette. Die Gewichtung der teilweise disjunkten Ziele ist dabei entscheidend und sehr spezifisch (Kosten, Emissionen, Dauer etc.).

Aktuelle Beispiele und Projekte zeigen, dass folgende Kernelemente wesentlich über den Erfolg und Misserfolg entscheiden:

• Klar formulierte Projektziele, z. B. CO₂-Akkreditierung, Endkunden-USP, Verbrauchskosten etc.
• Plattform- und systemübergreifende Lösungen mit maximaler Integration
• Ganzheitliche Transportwegebetrachtung
• Ausgereifte Motivationskonzepte für Fahrer
• Klar verständliche Instruktionen durch geeignete HMI-Konzepte (Sehen, Fühlen, Hören)
• Agile Entwicklung und Rapid Prototyping

Die Umstände, unter denen eine jeweilige Systemoptimierung stattfinden soll, sind sehr individuell und stehen unter den Rahmenbedingungen der spezifischen Ausgangssituation: Wo es im Flottenverkehr bereits telematikgestützte Ansätze gibt, die in eine weitere Optimierung mit einfließen können, gibt es für OEMs im Pkw-Bereich heute nur einfache Assistenzsystem-Ansätze für das Fahrer-Coaching und Apps von Drittanbietern mit fehlender Integration.

FEV Consulting bringt daher viele wichtige Voraussetzungen mit, um Systeme individuell und ganzheitlich zu optimieren: tiefe technische Antriebsstrang- und Fahrzeug-Expertise im Nutzfahrzeug- und Automobilbereich, Projekterfahrung im Bereich Digitalisierung, Eco-Coaching, Motivationskonzepte, App- und Plattformentwicklung sowie Geschäftsmodelldesign.