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Alt 14.05.2008, 18:01     #1
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BMW Group Innovationstag 2008: Effiziente Mobilität.

Inhaltsverzeichnis:
Effiziente Mobilität. (Langfassung)
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Alt 14.05.2008, 18:02     #2
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Effiziente Mobilität. (Kurzfassung)

Mit der Entwicklungsstrategie BMW EfficientDynamics zeigt die BMW Group, dass ein dynamisches Fahrerlebnis und die Verringerung von Kraftstoffverbrauch und Emissionen vereinbar sind. Schon heute stoßen rund 40 % aller in Europa verkauften BMW und MINI Neuwagen im europäischen Fahrzyklus nur noch zwischen 104 und 140 Gramm CO2 je Kilometer aus. Im Verhältnis zu den jeweiligen Vorgängermodellen wurden bis zu 23 % Verbrauchs- und damit CO2 Reduzierung erzielt.

Die BMW Group gibt sich damit aber nicht zufrieden und arbeitet an Innovationen zur weiteren Verringerung von Verbrauch und Emissionen. Dabei geht es nicht allein um die Technik im Fahrzeug. Für die BMW Group liegt der Schlüssel zur effizienten und damit nachhaltigen Mobilität in der verstärkten Vernetzung von Fahrzeug, Fahrer und Verkehrsumfeld.


Strategie mit Breitenwirkung.

BMW und MINI Automobile haben dank effizienzfördernder Technologien in den jeweiligen Fahrzeugsegmenten nicht nur im Verbrauchs- und Emissionsverhalten, sondern auch in der erlebbaren Dynamik eine Vorreiterrolle übernommen.

Zum Maßnahmenpakt gehören neben den hocheffizienten Benzin- und Dieselmotoren auch die Auto Start Stop Funktion des Motors, die Brake Energy Regeneration, die elektrische Servolenkung, eine bedarfsorientierte Steuerung der Nebenaggregate, die Luftklappensteuerung in der Fahrzeugfront, die Schaltpunktanzeige sowie rollwiderstandsreduzierte Reifen.


Vorausschauende Fahrzeuge.

Die Ingenieure der BMW Group arbeiten daran, dass Fahrzeuge nicht nur auf Befehle des Fahrers reagieren, sondern vorausschauend aktiv werden. Auf diese Weise lässt sich ein Auto schon vor einem bevorstehenden Ereignis so konditionieren, dass es mit einem Maximum an Effizienz und Dynamik reagieren kann.

Dazu wird vom Bordrechner eine Vielzahl von Daten herangezogen, die beispielsweise das Navigationssystem, die Motorelektronik, der Active Cruise Control-Radar oder der Regensensor liefern. Daraus lässt sich eine sehr präzise Beschreibung der momentanen Fahrzustände erreichen. Über eine von den Ingenieuren der BMW Group entwickelte Software werden diese Informationen wiederum verknüpft. Damit lassen sich bevorstehende Ereignisse wie ein Überholvorgang, ein Stau oder das Auffahren auf die Autobahn prognostizieren. Nun werden alle notwendigen Stellhebel, die ohnehin im Fahrzeug vorhanden sind, aktiviert, um beispielsweise die Motoröl- und Kühlmitteltemperatur anzupassen. Auch der Klimakompressor und der Generator kann kurzfristig abgekoppelt werden oder das Automatikgetriebe auf einen bevorstehenden Schaltvorgang vorbereitet werden.

Je nach prognostiziertem Fahrzustand stellt der Wagen vorausschauend spontan die maximale Motorleistung zur Verfügung oder nutzt das vorausschauende Energiemanagement, das zum Beispiel bei bevorstehenden Staus oder vor längeren Gefällestrecken zum Tragen kommt.

Die Entwicklungsingenieure arbeiten intensiv an der Umsetzung solch innovativer Lösungen, die dann an die bereits erzielten Erfolge von EfficientDynamics anknüpfen. In jedem Fall steigern die neuen Funktionalitäten, mit dem vorausschauenden und energieoptimierten Fahren, den Kundennutzen. Denn die Effizienz nimmt zu und gleichzeitig steigt der Fahrspass.


Thermoelektrischer Generator: Strom aus Abwärme.

Selbst in einem sehr effizient arbeitenden Verbrennungsmotor wird nur rund ein Drittel der Energie, die im Kraftstoff steckt, in mechanische Arbeit zur Fortbewegung umgesetzt, der Rest geht in Form von Wärme verloren. Hier liegt also erhebliches Potenzial zur weiteren Verringerung der CO2-Emissionen, das die Ingenieure der BMW Group mit neuen Lösungsansätzen erschließen wollen.

Die Stromgewinnung im Fahrzeug ist eine Prozesskette, die mit hohen Verlusten einhergeht. Denn die chemische Energie des Kraftstoffs wird im Motor zunächst in mechanische Energie und dann über einen Generator in elektrischen Strom umgewandelt.

Nun arbeiten die Ingenieure der BMW Group an einer Technologie, die die Wärmeenergie des Abgases direkt in elektrischen Strom umwandelt. Diese thermoelektrische Stromgewinnung mit Hilfe von Halbleiterelementen wird von der US-amerikanischen Raumfahrtbehörde NASA schon seit Jahrzehnten in Raumsonden genutzt. Bis vor einigen Jahren waren diese thermoelektrischen Generatoren (TEG) aber wegen ihres geringen Wirkungsgrades für den automobilen Einsatz ungeeignet. Seit aber die Material- und Werkstoffforschung große Fortschritte erzielt hat, ist die Leistungsfähigkeit solcher Module erheblich gestiegen.

Für die Stromgewinnung im Fahrzeug wird ein thermoelektrischer Generator in den Abgasstrang integriert. Noch ist die mit dem System erzeugbare elektrische Leistung mit maximal 200 Watt noch gering. Die Materialforschung macht aber rasante Fortschritte und das hoch gesteckte Ziel, bis zu 1.000 Watt zu erzeugen, rückt in greifbare Nähe.

Außerdem bietet dieses Energierückgewinnungs-System zusätzliche Effekte: wie beispielsweise die Versorgung des Motors oder der Heizung mit zusätzlicher Wärme beim Kaltstart. Der thermoelektrische Generator ist eine ideale Ergänzung zur EfficientDynamics Bremsenergie-Rückgewinnung. Denn während diese im Schubbetrieb und beim Bremsen für Energierückgewinnung sorgt, spielt der TEG seine Vorteile dann aus, wenn es am meisten Spaß macht – nämlich beim Gas geben. Zukünftig lassen sich mit thermoelektrischen Generatoren im realen Kundenbetrieb insgesamt Verbrauchsvorteile von bis zu 5 % erzielen.


Solarenergie im Auto.

Um weitere Effizienzsteigerungen zu erreichen, setzen die Ingenieure der BMW Group auch auf die Solarenergie. In Mitteleuropa sind mit Photovoltaik-Solarzellen auf einer Fläche von einem Quadratmeter heute bereits elektrische Leistungen von bis zu 200 Watt erreichbar.

Photovoltaik-Module lassen sich in Schiebe- oder Glasdächer integrieren. Wesentlich höhere elektrische Leistungen sind mit kompletten Modulen möglich, die sich über die gesamte Dachfläche erstrecken. Diese elektrische Energie, die sowohl während der Fahrt als auch im Stand zur Verfügung steht, kann unter anderem zum vollständigen Laden der Startbatterie und damit zur Entlastung des motorseitigen Generators genutzt werden.

Das Einsparpotenzial ist erheblich, denn die Erzeugung einer Kilowattstunde Strom über die Umwandlungskette Verbrennungsmotor und Generator verursacht einen Mehrverbrauch von mehr als 0,3 Litern pro 100 Kilometer.


Weniger Verbrauch durch deutlich verkürzte Kaltstartphasen.

Ein Lösungsansatz mit erheblichem Potenzial zur Verbrauchsreduzierung ist das elektrische Vorheizen und Warmhalten von Kühlmittel und Motoröl, um die Kaltstartphase, in der überdurchschnittlich viel Kraftstoff verbraucht wird und sehr viele Emissionen entstehen, deutlich zu verkürzen. Damit dieser positive Effekt möglichst gut zum Tragen kommt, wurden auch Maßnahmen zur besseren Wärmedämmung des Motors ergriffen. Aufbauend auf den bereits mit BMW EfficientDynamics eingeführten Luftklappen im Frontend kann zum Beispiel der Motor gekapselt werden.

Die Höhe der Verbrauchsreduzierung richtet sich neben der von der Sonneneinstrahlung abhängigen Heizleistung auch danach, wie lange das Fahrzeug abgestellt wird. Je kürzer die Stillstandsphase, desto höher der Verbrauchsvorteil. Im Kundenbetrieb sind spürbare Verbrauchseinsparungen möglich.


Mehr Effizienz durch Verkehrsmanagement.

Stauungen und Verkehrsbehinderungen sind allein in Deutschland für einen jährlichen Mehrverbrauch von etwa zwölf Milliarden Litern Kraftstoff verantwortlich. Deshalb muss die Leistungsfähigkeit der bestehenden Straßennetze erhöht, der Verkehr verflüssigt und gleichmäßiger verteilt werden.

Die BMW Group engagiert sich in zahlreichen Projekten zur Lösung der Verkehrsproblematik in Ballungsräumen. Das Unternehmen arbeitet an Mobilitäts-, Telematik- und Navigationslösungen, um im Straßenverkehr die Effizienz zu steigern. Viele der entwickelten Konzepte lassen sich auf Ballungszentren in aller Welt übertragen.

Das Unternehmen hat durch die Projektbeteiligung die Möglichkeit, direkt auf Kundenanforderungen an den Verkehr einzugehen und die Rahmenbedingungen mit zu gestalten. Es betrachtet nicht nur das Fahrzeug selbst, sondern das Gesamtsystem Verkehr, unterstützt die Übertragung von in der Industrie bewährten Prozessen in den Verkehrsbereich und fördert so Innovationen im Verkehrsmanagement.


Optimieren der Verkehrsströme.

Die effiziente Verkehrssteuerung über Ampelanlagen ist ein zentrales Element des Verkehrsmanagements. Die BMW Group setzt ihre Kenntnisse der Qualitätssicherung ein, um unter anderem die „Grüne Welle“ zu optimieren. Durch die Einführung der genannten „dynamischen Grünen Wellen“ lässt sich auf Einfallstraßen der Kraftstoffverbrauch um bis zu 30 % verringern.

In München hat die Verkehrsforschung der BMW Group beispielhaft für viele andere Ballungszentren ein Parkraum-Management für den innerstädtischen Bereich mit entwickelt. Durch die Vernetzung verschiedener Verkehrsträger und -systeme sowie die Anbindung des Pkw-Verkehrs an den öffentlichen Personen-Nahverkehr (ÖPNV) werden eine bessere Nutzung des Parkraums und eine Entlastung stark frequentierter Einfallstraßen erreicht.

Durch die gezielte Umsetzung von Verkehrsmanagement-Maßnahmen wie eine optimierte grüne Welle oder dynamische Verkehrssteuerungen lassen sich allein in Deutschland die verkehrsbedingten CO2-Emissionen um rund 8 % verringern – das entspricht 7,4 Tonnen CO2.


Mehr Kundennutzen durch Verkehrstechnik.

Durch Berücksichtigung von Verkehrsdaten und Umleitungsempfehlungen aus Verkehrsmanagementzentralen und Verkehrsprognosen sollen Fahrzeugnavigationssysteme zukünftig Routen empfehlen können, die überlastete Strecken und Stauungen vermeiden. Heute ist eine solche dynamische Zielführung über Navigationssysteme nur innerhalb des Autobahnnetzes möglich, weil nur dort ausreichende Verkehrsdaten vorliegen. Deshalb entwickeln die Ingenieure der BMW Group eine vollkommen neue Technologie zur Generierung von Daten, die die Basis für eine strategische Routenführung und die Berechnung tatsächlich zeitsparender Alternativrouten schaffen.

Mit Hilfe der aus dem Verkehrsmanagement gewonnenen Daten und Strategien und dank einer präziseren Erfassung und Abbildung der Verkehrslage wird es schon in wenigen Jahren möglich sein, Fahrer und Fahrzeug frühzeitig über Behinderungen oder sonstige Ereignisse zu informieren, um ressourcenschonend zu fahren.

BMW Fahrzeuge werden dann als im Verkehr mitschwimmende Sensoren (XFCD – Extended Floating Car Data) genutzt werden. Das Fahrzeug erkennt mit seinen bordeigenen Systemen wie ABS, Motorsteuerung oder Regensensor Straßen-, Wetter- und Verkehrszustände. Diese werden an die Verkehrszentrale oder direkt an andere Fahrzeuge auf der Strecke gesendet.

Die neue Technologie befindet sich zwar noch im Entwicklungsstadium, der Einsatz in Kundenfahrzeugen rückt aber immer näher. BMW oder MINI Kunden können dann mit Hilfe des Navigationssystems beispielsweise die Routen wählen, auf denen die Fahrt mit dem geringsten Kraftstoffverbrauch oder unter den günstigsten Witterungsbedingungen möglich ist.

Durch die Summe vieler Einzelmaßnahmen in Verkehrsmanagement und Verkehrstechnik gelingt es der BMW Group über fahrzeugtechnische Entwicklungen hinaus einen wichtigen Beitrag zur Verbesserung der Mobilität und zur weiteren Reduzierung von CO2-Emissionen zu leisten.
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Alt 14.05.2008, 18:44     #3
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BMW EfficientDynamics: die Strategie mit Breitenwirkung.


Die weitere Reduzierung der CO2-Emissionen ist eine große Herausforderung, der sich auch die BMW Group stellt. Mit der Entwicklungsstrategie EfficientDynamics hat das Unternehmen gezeigt, dass der Wunsch nach einem dynamischen Fahrerlebnis und die Verringerung von Kraftstoffverbrauch und Emissionen zu vereinbaren sind.

Die BMW Group hat durch ein umfangreiches Maßnahmenpaket erreicht, dass bereits heute rund 40 % aller Neuwagen, die in Europa verkauft werden, im europäischen Testzyklus maximal 140 Gramm CO2 je Kilometer ausstoßen. Dieser Anteil wird in den kommenden Jahren noch weiter steigen, weil mit jedem Modellwechsel die Maßnahmen in weiteren Modellreihen zum Einsatz kommen. Derzeit unterschreiten bereits 27 Modelle der Marken BMW und MINI 140 g/CO2 pro Kilometer.

Die BMW Group gibt sich jedoch mit den bisherigen Erfolgen nicht zufrieden und arbeitet an neuen Lösungsansätzen und Strategien zur weiteren Verbrauchsreduzierung. Denn Energie soll nur dann verbraucht werden, wenn sie auch wirklich benötigt wird. Mit dem bedarfsgerecht orientierten Energiemanagement von EfficientDynamics hat die BMW Group schon einen wichtigen Schritt in diese Richtung unternommen. Bei der Entwicklung neuer Strategien ist es aber von großer Bedeutung, das Fahrzeug und seine Technik nicht isoliert zu betrachten. Vielmehr liegt in der Vernetzung von Fahrzeug, Fahrer und Verkehrsumfeld der Schlüssel zur Erschließung bisher weitgehend ungenutzter Einsparpotenziale. Denn der effizienteste Antrieb kann seine Vorteile nur dann ausspielen, wenn der Verkehr störungsfrei fließt. Deshalb engagiert sich die BMW Group schon seit vielen Jahren in zahlreichen Projekten, die alle ein gemeinsames Ziel verfolgen: Den Verkehrsfluss vor allem in Ballungszentren mit hoher Verkehrsdichte optimieren, unnötige Staus vermeiden und so dafür sorgen, dass die effiziente Mobilität auch in Zukunft gewährleistet ist.

Die BMW Group nimmt mit ihrer Entwicklungsstrategie der effizienten Dynamik im gesamten Wettbewerbsumfeld eine Alleinstellung ein. BMW und MINI Automobile haben deshalb in den jeweiligen Fahrzeugsegmenten nicht nur im Verbrauchs- und Emissionsverhalten, sondern auch in der erlebbaren Dynamik eine Vorreiterrolle. Zu den Maßnahmen, die mittlerweile bereits in allen Neufahrzeugen der BMW 1er, 3er, 5er und 6er Reihe, im BMW X3, X5 und X6 sowie in MINI Modellen zum Tragen kommen, zählen unter anderem:

• Benzinmotoren mit High Precision Injection Direkteinspritzung und Magerbetrieb

• hocheffiziente, aufgeladene Dieselmotoren mit Common-Rail-Einspritzung der 3. Generation


• Auto Start Stop Funktion des Motors

• Brake Energy Regeneration, die intelligente Generatorregelung

• elektrische Servolenkung

• die bedarfsorientierte Steuerung der Nebenaggregate wie die Kühlmittel-, Motoröl- und Kraftstoffpumpe

• Schaltpunktanzeige für Modelle mit Handschaltung

• aktive Luftklappensteuerung in der Fahrzeugfront

• rollwiderstandsreduzierte Reifen


Die Ingenieure der BMW Group haben zusätzliche Entwicklungspotenziale aufgespürt und setzen alles daran, die Produkte der BMW Group noch dynamischer und gleichzeitig effizienter zu machen und so dem Unternehmen einen weiteren Wettbewerbsvorteil zu verschaffen.
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Effizienz und Dynamik durch vorausschauende Fahrzeuge.

Die Ingenieure der BMW Group haben zusätzliche Entwicklungspotenziale aufgespürt und setzen alles daran, die Produkte der BMW Group noch dynamischer und gleichzeitig effizienter zu machen und so dem Unternehmen einen weiteren Wettbewerbsvorteil zu verschaffen.


Das Fahrzeug mit Weitblick.

Autofahrer agieren heute noch situationsbedingt, das heißt, der Fahrer erkennt eine Veränderung in seinem Verkehrsumfeld, reagiert darauf und gibt seine Reaktion an das Fahrzeug weiter. Dort wird diese dann von zahlreichen Stellgliedern umgesetzt.

Die Ingenieure der BMW Group haben sich nun das ehrgeizige Ziel gesetzt, dass das Fahrzeug nicht nur auf Befehle des Fahrers reagiert, sondern vorausschauend aktiv wird. Auf diese Weise lässt sich der Wagen schon vor einem bevorstehenden Ereignis konditionieren, sprich optimal vorbereiten, um dann mit einem Maximum an Effizienz und Dynamik zu agieren.

Ein Beispiel: Ein BMW fährt hinter einem Lkw auf einer Landstrasse. Weil der Wagen deutlich langsamer unterwegs ist als dort für einen PKW üblich, ermittelt der Bordrechner über einen komplexen Algorithmus eine sehr hohe Wahrscheinlichkeit, dass der Fahrer bald überholen möchte. Dazu wird vom Bordrechner eine Vielzahl von Daten herangezogen und verknüpft, die aus verschiedenen Subsystemen im Fahrzeug stammen. So kommen zum Beispiel die Informationen über den Streckenverlauf vom Navigationssystem. Über die Daten aus der Verkehrszeichen-Erkennung per Videokamera wird die zulässige Geschwindigkeitsdifferenz errechnet. Schließlich informiert die Motorelektronik über den momentanen Lastzustand, der ACC-Radar über den Abstand zum Lkw und der Regensensor und das DSC darüber, dass die Straße trocken und griffig ist.

Nun werden alle notwendigen Stellhebel, die ohnehin bereits im Fahrzeug vorhanden sind, aktiviert, um einen zügigen Überholvorgang vorzubereiten. Dazu wird unter anderem das Brennverfahren im Motor vom Magerbetrieb auf ein homogenes Gemisch umgestellt, die Motoröl- und Kühlmitteltemperatur angepasst, der Klimakompressor und Generator kurzfristig abgekoppelt und das Automatikgetriebe auf den bevorstehenden Schaltvorgang vorbereitet. Dies alles geschieht für den Fahrer nicht wahrnehmbar im Verborgenen. Doch sobald der Fahrer den Blinker setzt, aufs Gaspedal drückt und zum Überholen ansetzt, reagiert der Wagen mit beeindruckender Spontaneität und stellt die maximale Motorleistung zur Verfügung.

Was momentan noch wie Zukunftsmusik klingt, könnte schon bald in den Produkten der BMW Group erlebbar werden. Denn die Entwicklungsingenieure arbeiten intensiv an der Umsetzung solch innovativer Lösungen, die dann an die bereits erzielten Erfolge von BMW EfficientDynamics anknüpfen werden.



Vorhandene Technik sinnvoll nutzen.


In jedem BMW und MINI ist bereits heute eine Vielzahl von Sensoren im Einsatz, die beispielsweise für die Motorsteuerung, die Dynamische Stabilitäts Control DSC oder die Aktive Geschwindigkeitsregelung ACC die notwendigen Daten liefern. Bislang wurden diese Signale aber nur für die jeweils direkt zugeordnete Anwendung genutzt, obwohl sich durch geschickte Verknüpfung untereinander zusätzliche Funktionen ableiten ließen.

Deshalb haben die Ingenieure der BMW Group eine Software entwickelt, die diese Signale so verknüpft, dass eine sehr präzise Beschreibung der momentanen Fahrzustände möglich macht.

Mehr Effizienz durch das vorausschauende Energiemanagement. Mit Hilfe dieser Beschreibung lassen sich bevorstehende Ereignisse prognostizieren und Regelstrategien aktivieren, um den Wagen entsprechend zu konditionieren. Wird der Fahrer beispielsweise bald von der Landstraße auf die Autobahn wechseln, werden vorab die Kühlmittel- und Öltemperatur abgesenkt, um mehr Motorleistung bereitzustellen. Bei Stadtfahrten hingegen wird die Kühlmittel- und Öltemperatur angehoben, da keine hohen Lasten erwartet werden, die eine besondere Kühlung erfordern. Das Ergebnis: weniger innermotorische Reibung und höhere Effizienz.

Ein weiterer Vorteil dieser Technologie ist das vorausschauende Energie-management. Nähert sich der Wagen zum Beispiel einer längeren Gefällestrecke, erfolgt eine entsprechende Meldung an den Bordrechner. Dieser veranlasst, dass schon im Vorfeld der Generator abgekoppelt und das Laden der Starterbatterie auf den Schubbetrieb bei Bergabfahrt verlagert wird.



Sparsamer durch den Stau kommen.

Auch in Stausituationen lässt sich mit dieser Innovation ohne Komforteinbußen der Energieverbrauch senken. Hat das Navigationssystem beispielsweise einen einige Kilometer entfernten Stau angekündigt, kann schon frühzeitig die Kühlmitteltemperatur soweit abgesenkt werden, dass im Stillstand des Motors der Elektrolüfter nicht sofort eingeschaltet werden muss. Außerdem wird schon im Vorfeld der Kältespeicher der Klimaanlage gefüllt und die Starterbatterie vollständig geladen. So ist auch bei längeren Staus für Klimakomfort und Effizienz durch die Auto Start Stop Funktion des Motors gesorgt. Ein vergleichbares Szenario lässt sich auch auf ein Hybridfahrzeug übertragen, das auf der Autobahn mit dem Verbrennungsmotor auf den Stau zufährt. Hat das Fahrzeug keine Staumeldung erhalten, ist die Batterie für den Elektromotor im normalen Ladezustand, also nicht vollkommen geladen. Hat der Fahrer das Stauende erreicht, wird der Verbrennungsmotor abgestellt und die langsame Fahrt zunächst im reinen Elektrobetrieb fortgesetzt. Da der Ladezustand der Batterie aber nicht für eine längere Strecke ausreicht, muss der Verbren nungsmotor vorzeitig wieder gestartet werden.

Erhält dasselbe Fahrzeug aber frühzeitig die entsprechende Staumeldung, kann bis zum Stauende die Batterie für den Elektromotor voll geladen werden. So lässt sich die langsame Fahrt über eine deutlich längere Strecke im reinen Elektrobetrieb fortsetzen. Dadurch ist der Wagen im Stau wesentlich sparsamer und in diesem Moment auch emissionsfrei unterwegs. Die neuen Funktionalitäten, die das vorausschauende und energieoptimierte Fahren mit sich bringt, steigern erlebbar den Kundennutzen und das Fahrerlebnis. Denn der Kunde stellt beim Tanken fest, dass der Wagen noch sparsamer ist, obwohl er sich auch spürbar agiler und dynamischer fährt.
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Elektrischer Strom aus Abgaswärme: Thermoelektrischer Generator (TEG).


Selbst in einem sehr effizient arbeitenden Verbrennungsmotor wird nur rund ein Drittel der Energie, die im Kraftstoff steckt, in mechanische Arbeit zur Fortbewegung umgesetzt. Die restlichen zwei Drittel gehen in Form von Wärme verloren, die über das Abgas und den Kühler an die Umgebung abgegeben wird. Obwohl heute diese Energie zum Teil schon beispielsweise mittels Abgasturbolader genutzt wird, liegt hier im Kundenbetrieb noch erhebliches Potenzial von bis zu 5 % zur Verringerung der CO2-Emissionen. Nur rund 1/3 der im Kraftstoff gespeicherten Energie wird in mechanische Energie umgewandelt – 2/3 gehen als Abwärme verloren.

Mit der Einführung von EfficientDynamics wurden bereits einige sehr wirkungsvolle Maßnahmen zur Optimierung des Wärmehaushalts im Motor umgesetzt. Beispielsweise die Luftklappensteuerung im Frontend. Unter anderem zählt auch die elektrische Kühlmittelpumpe, die nur dann im Betrieb ist wenn sie benötigt wird, dazu. Die Entlastung des Motors beträgt so bis zu 2.000 Watt. Neue Entwicklungspotenziale nutzen. Die Stromgewinnung im Fahrzeug ist nach wie vor eine Prozesskette mit hohen Verlusten. Denn die chemische Energie, die im Kraftstoff steckt, wird im Motor zunächst in mechanische Energie umgewandelt. Erst dann erfolgt die Umwandlung von mechanischer in elektrische Energie mittels eines Generators.

In der Praxis bedeutet das, dass der Verbrennungsmotor etwa zwei Watt mechanische Energie bereitstellen muss, um ein Watt elektrische Energie zu erzeugen. Die Ingenieure der BMW Group arbeiten deshalb an zahlreichen Lösungsansätzen, um im Fahrzeug die Stromgewinnung mit höherem Wirkungsgrad zu ermöglichen. Neben dem Einsatz von Brennstoffzellen (Auxilary Power Unit – APU) beschäftigen sie sich auch intensiv mit der Nutzung der Abwärme.



Kraft-Wärme-Kopplung im Auto.

Ein Forschungsprojekt ist beispielsweise der so genannte Turbosteamer, der die Abwärme im Kühlmittel und Abgas verwendet, um die Motorleistung und das Drehmoment zu erhöhen und gleichzeitig den Verbrauch zu senken.

In grundlegenden Prüfstandsversuchen lassen sich damit unter Laborbe dingungen Wirkungsgradverbesserungen und damit Verbrauchsreduzierungen von bis zu 15 % erzielen. Der Turbosteamer basiert auf dem Prinzip der Dampfmaschine: In zwei Kreisläufen wird Dampf erzeugt, der wiederum einen Motor antreibt. Primärer Energielieferant ist der Hochtemperaturkreis, der über Wärmetauscher die Abgaswärme des Verbrennungsmotors als Energiequelle nutzt. Über 80 % der im Abgas enthaltenen Wärmeenergie können so zurückgewonnen werden und dem Dampfkreislauf zugeführt werden. Der Dampf strömt danach direkt in eine Expansionsmaschine, die mit der Kurbelwelle des Verbrennungsmotors gekoppelt ist.


Thermoelektrischer Generator: Strom aus Abwärme.

Ein anderer, sehr viel versprechender Lösungsansatz ist die direkte Umwandlung von Wärme in elektrischen Strom. Dabei orientieren sich die Ingenieure der BMW Group an einer Technologie, die von der US-amerikanischen Raumfahrtbehörde NASA schon seit etwa vier Jahrzehnten zur Stromerzeugung in Raumsonden genutzt wird. Bei dieser thermoelektrischen Stromgewinnung macht man sich den Effekt zu Nutze, dass in thermoelektrischen Halbleiterelementen bei einem Temperaturgefälle eine elektrische Spannung entsteht (Seebeck-Effekt). Weil der Wirkungsgrad dieser thermoelektrischen Generatoren (TEG) noch bis vor einigen Jahren nur wenige Prozent betrug, waren diese für den Einsatz im Automobilbereich ungeeignet. In den letzten Jahren hat die Material- und Werkstoffforschung jedoch große Fortschritte erzielt, wodurch die Leistungsfähigkeit solcher Module erheblich gestiegen ist. Fortschritt in der thermoelektrischen Materialentwicklung. In den Entwicklungsabteilungen der BMW Group arbeiten die Ingenieure im Rahmen eines Entwicklungsprojekts nun an der Integration von thermoelektrischen Generatoren ins Fahrzeug. Während in Raumsonden beispielsweise ein radioaktives Zerfallselement als Wärmequelle dient, wird in der automobilen Anwendung die Verlustwärme im Abgas genutzt. Dazu wird ein thermoelektrischer Generator in den Abgasstrang integriert. Die Rohrquerschnitte werden dabei so angepasst, dass die Charakteristik des Verbrennungsmotors nicht beeinträchtigt wird.


Thermoelektrischer Generator im BMW 5er Technologieträger.

Darüber hinaus bietet das Wärmerückgewinnungssystem die Möglichkeit, Subsysteme an Bord des Fahrzeugs, wie das Getriebe oder die Heizung im Kaltstart, mit zusätzlicher Wärme zu versorgen und damit einen weiteren Beitrag zur Effizienzsteigerung zu leisten. Zu einem späteren Zeitpunkt ist auch denkbar, dass dieses innovative Stromaggregat in einen Katalysator integriert wird. Denn bei Umkehrung des Prozesses, wenn nämlich Strom in die Halbleiter geschickt wird (Peltier-Effekt), könnte das Aggregat als Katalysatorheizung dienen, um die Rohemissionen beim Kaltstart zu verringern. Sobald das Abgas heiß genug ist, kann der Prozess umgekehrt werden, um damit Strom zu erzeugen. Aktuell kann das System eine elektrische Leistung von ca. 200 Watt erzeugen. Aber die Materialforschung macht rasante Fortschritte und das hoch gesteckte Ziel, die Leistungsfähigkeit auf 1.000 Watt zu steigern, rückt in greifbare Nähe. Zukünftig ließen sich dann damit Verbrauchsvorteile von bis zu 5 % im Kundenbetrieb erzielen. Der TEG ist eine ideale Ergänzung zur Bremsenergie-Rückgewinnung. Denn während diese im Schubbetrieb und beim Bremsen durch die in die Batterie eingespeiste zurückgewonnene Energie Verbrauchsvorteile erzielt, spielt der TEG seine Vorteile dann aus, wenn es am meisten Spaß macht – nämlich beim Gas geben.
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Die Kraft der Sonne nutzen.

Um weitere Effizienzsteigerungen zu erreichen, machen sich die Ingenieure der BMW Group auch die Solarenergie zu Nutze. Photovoltaik-Solarzellen erreichen heute bereits einen Wirkungsgrad von bis zu 20 %. Das heißt, ein Fünftel der Sonnenenergie kann in elektrischen Strom umgewandelt werden. Ausgehend von der durchschnittlichen Sonneneinstrahlung in Mitteleuropa sind damit im Idealfall auf einer Fläche von einem Quadratmeter elektrische Leistungen von bis zu 200 Watt erreichbar.


Autodächer liefern Strom.

Photovoltaik-Module, die es auch in transparenter Ausführung gibt, lassen sich in Schiebe- oder Glasdächer integrieren. Heute bereits verfügbare Module in Schiebedächern, die es unter anderem als BMW Zubehör zum Nachrüsten gibt, erzeugen eine elektrische Leistung von bis zu 40 Watt. Wesentlich größere Flächen und damit höhere elektrische Leistungen sind mit kompletten Modulen möglich, die sich über die gesamte Dachfläche erstrecken. Bei einem MINI stünden dabei zum Beispiel rund zwei Quadratmeter Modul-Fläche zur Verfügung.


Vielseitiges Verwendungspotenzial.

Diese elektrische Energie, die sowohl während der Fahrt als auch im Stand zur Verfügung steht, kann unter anderem zum vollständigen Laden der Startbatterie und damit zur Entlastung des motorseitigen Generators genutzt werden. Das Einsparpotenzial ist erheblich, denn die Erzeugung einer Kilowattstunde Strom über die Umwandlungskette Verbrennungsmotor und Generator verursacht einen Mehrverbrauch von mehr als 0,3 Litern pro 100 Kilometer. Ein weiterer Zusatznutzen: Bei hohen Aussentemperaturen liefern die Solarzellen Energie für eine automatische Belüftung, die in abgestellten Fahrzeugen die Innenraumtemperatur deutlich absenkt. Dadurch ist beim Fahrtantritt die von der Klimaanlage aufzubringende Kühlleistung und damit der Kraftstoffverbrauch entsprechend geringer.


Weniger Verbrauch durch deutlich verkürzte Kaltstartphasen im Kundenbetrieb.

Ein neuer Lösungsansatz zur Verbrauchsreduzierung ist das elektrische Vorheizen und Warmhalten von Betriebsmedien wie Kühlmittel und Motoröl. Dadurch lässt sich die Kaltstartphase, in der überdurchschnittlich viel Kraftstoff verbraucht wird und sehr viele Emissionen entstehen, deutlich verkürzen. Damit dieser positive Effekt möglichst lange erhalten bleibt, haben die Ingenieure der BMW Group auch Maßnahmen zur besseren Wärmedämmung des Motors ergriffen. Aufbauend auf den bereits mit EfficientDynamics eingeführten mechatronischen Luftklappen im Frontend kann zum Beispiel die Betriebstemperatur des Motors in der Standphase des Fahrzeugs aufrecht erhalten werden. Durch die signifikante Verkürzung der Warmlaufphase wird außerdem die Fahrzeugheizung schneller warm, das Verschleißverhalten des Motors positiv beeinflusst und die Lebensdauer des Motoröls verlängert. Die Höhe der Verbrauchsreduzierung richtet sich neben der von der Sonneneinstrahlung abhängigen eingebrachten Heizleistung auch danach, wie lange das Fahrzeug abgestellt war.

Im Kundenbetrieb sind Verbrauchseinsparungen von mehreren Prozent erreichbar. Über eine intelligente Regelstrategie wird die elektrische Zusatzleistung für die jeweils sinnvollste Funktion eingesetzt. In den Sommermonaten wird die Zusatzenergie überwiegend zur Ladung der Batterie und zur Kühlung des Innenraums verwendet, im Winter dient sie neben der Batterieladung in erster Linie der Beheizung von Fahrzeugkomponenten.
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Kraftstoff einsparen durch Verkehrsmanagement.

Die Verkehrsinfrastruktur vieler Ballungszentren stößt heute bereits an die Grenzen ihrer Leistungsfähigkeit. Tag für Tag entstehen im deutschen Straßennetz Staus von insgesamt rund 200 Kilometern Länge, an Spitzentagen sogar bis zu 1.000 Kilometer. Stauungen und Verkehrsbehinderungen sind in Deutschland für einen Mehrverbrauch von etwa zwölf Milliarden Liter Kraftstoff pro Jahr verantwortlich. Der Überlastung der Infrastruktur muss also entgegengewirkt werden. Die Leistungsfähigkeit des bestehenden Straßennetzes muss erhöht, der Verkehr verflüssigt und gleichmäßiger auf das Gesamtnetz verteilt werden. Doch der Ausbau von Straßeninfrastruktur ist häufig aus Platzgründen oder wegen fehlender Finanzmittel nicht möglich.


Warum engagiert sich die BMW Group im Verkehrsbereich?

Die BMW Group hat erkannt, dass sie im Verkehrsbereich einen wertvollen Beitrag leisten kann und engagiert sich weit über die üblichen Aktivitäten eines Automobilherstellers hinaus in zahlreichen Projekten zur Lösung der Verkehrsproblematik in Ballungsräumen. Das erste Verkehrsmanagementprojekt wurde 1986 gestartet. Mit Gründung der INZELL-Initiative „Verkehrsprobleme gemeinsam lösen“ im Jahr 1995 hat sich BMW fest in der Verkehrsmanagementlandschaft der Region München verankert. Die Zahl der beteiligten Partner stieg immer mehr. Das Unternehmen arbeitet an innovativen Mobilitäts-, Telematik- und Navigationslösungen, um im Straßenverkehr die Effizienz zu steigern. Hier beschreitet die BMW Group neue Wege und betrachtet nicht nur das Fahrzeug selbst, sondern das Gesamtsystem Verkehr. Die entwickelten Konzepte lassen sich mit vergleichsweise geringem Aufwand auf Ballungszentren in aller Welt übertragen. Das Unternehmen hat durch die intensive Projektbeteiligung die Möglichkeit, direkt auf Kundenanforderungen an den Verkehr einzugehen und die Rahmenbedingungen mitzugestalten. Den Verantwortlichen der Verkehrspolitik können Alternativen zur Beschränkung des Autoverkehrs aufgezeigt werden.

Die Entwicklung und Umsetzung neuer Systeme zur Verkehrssteuerung werden vorangetrieben. Der große Vorteil von Verkehrsmanagementmaßnahmen: Sie kommen nicht nur beim BMW und MINI Kunden an, sondern wirken sich auf alle Verkehrsteilnehmer, einschließlich Bus- und Lkw-Verkehr positiv aus. Innerhalb der Projekte und Initiativen zum Verkehrsmanagement sieht sich die BMW Group vor allem in der Rolle des Ideengebers. Sie beteiligt sich an Forschungsinitiativen und Demonstrationsprojekten. Sie unterstützt die Übertragung von in der Industrie bewährten Prozessen in den Verkehrsbereich und fördert so Innovationen im Verkehrsmanagement. Die Umsetzung der entwickelten Konzepte und Systeme in den Regelbetrieb ist dann Sache der zuständigen Behörden.
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Kooperationen für die Zukunft: Optimierung der Verkehrsströme


Die BMW Group arbeitet in vielen Verkehrsprojekten mit dem Freistaat Bayern, der Landeshauptstadt München, den umliegenden Kommunen, den Betreibern des öffentlichen Personen-Nahverkehrs (ÖPNV) sowie Vertretern aus Wirtschaft und Wissenschaft eng zusammen. Ziel ist es, das bestehende Straßennetz optimal zu nutzen und den Verkehr in Ballungsräumen stadt verträglicher fließen zu lassen.

Durch jahrelange Zusammenarbeit und intensive Beteiligung an Verkehrsmanagementprojekten hat sich das Unternehmen einige für einen Automobilhersteller einzigartige Kompetenzen angeeignet. So zum Beispiel Kenntnis über verkehrspolitische Zusammenhänge und die Erfordernisse für die Umsetzung von Kundenanforderungen. INZELL – Verkehrsprobleme gemeinsam lösen. Die INZELL-Initiative wurde vor 13 Jahren von der BMW Group und der Landeshauptstadt München gegründet und markiert den Startschuss für Projekte rund um Münchens Mobilität.

Aus der INZELL-Initiative sind bereits einige Detaillösungen mit Vorbildcharakter hervorgegangen, die sich schon heute in der Praxis bewähren. Besserer Verkehrsfluss durch die „dynamische Grüne Welle“.

Effiziente Verkehrssteuerung über Ampelanlagen ist ein zentrales Element des Verkehrsmanagements. Entlang hoch belasteter Streckenzüge wurden in vielen Ballungszentren „Grüne Wellen“ eingerichtet, die den Verkehr flüssig halten sollen. Viele dieser „Grünen Wellen“ nutzen ihr Potenzial allerdings nicht voll aus und sind anfällig für Störungen. Die BMW Group setzt hier ihre Kenntnisse der Qualitätssicherung ein, um Verkehrssteuerungen zu bewerten und „Grüne Wellen“ zu optimieren.

Ein Beispiel aus München: auf der stark befahrenen Fürstenrieder Straße konnten auf einer Strecke von vier Kilometern mit zehn Ampeln im Berufsverkehr die durchschnittlichen Ampel-Stopps von fünf auf zwei verringert werden. Richtung und Dauer der „Grünen Wellen“ sind bisher fest programmiert. Das heißt, sie können nicht spontan auf veränderte Verkehrsbedingungen reagieren.

Die „dynamische Grüne Welle“ basiert auf der Verknüpfung von bereits installierten Systemplattformen der Verkehrssteuerung mit einem neu entwickelten Steuerungskonzept. Die Ampeln werden auf wichtigen Streckenzügen miteinander vernetzt und tauschen ihre Informationen aus. Sie registrieren selbstständig kurzfristige Änderungen der Verkehrsströme auf dem gesamten Streckenzug, stimmen sich untereinender ab und passen ihre Grünphasen automatisch an. Eine erste Teststrecke einer „dynamischen Grünen Welle“ soll in München im Lauf des Jahres am Frankfurter Ring in Betrieb gehen. Studien gehen davon aus, dass sich durch optimierte Synchronisation der Ampelanlagen der Kraftstoffverbrauch um bis zu 30 % verringert. Straßenverkehrstechnik für weniger Kraftstoffverbrauch.


Weniger Verkehr durch vereinfachte Parkplatzsuche.

Jede Fahrt im Pkw endet mit einem Parkvorgang. In vielen Ballungsräumen ist die gestiegene Nachfrage auf den knappen innerstädtischen Parkraum bereits zu einem schwerwiegenden Verkehrsproblem geworden.

Eine Studie der BMW Group hat gezeigt, dass in einigen Bereichen der Münchener Innenstadt fast die Hälfte des Verkehrsaufkommens der Parkplatzsuche gilt. Der überflüssige Parksuchverkehr ist zum einen unerfreulich für Autofahrer und Anwohner, zum anderen wird dadurch unnötig CO2 emittiert. Deshalb wurde im Rahmen des Projekts MOBINET ein äußerst effizientes Parkraummanagement für innenstadtnahe Mischgebiete entwickelt, das sich seit 2001 bewährt und immer weiter ausgebaut wird. Ein übersichtliches Parkleitsystem in der Altstadt verbesserte zudem die Auslastung des vorhandenen Parkraums im gesamten Stadtgebiet. Auch durch eine intelligente Vernetzung mehrerer Verkehrsträger und -systeme kann der Parkraum in der Innenstadt entlastet werden.

Die BMW Group leitet derzeit im Rahmen der INZELLInitiative ein Projekt zur Optimierung von Park & Ride-Möglichkeiten im Umland von München. Die Anbindung des Pkw-Verkehrs an den ÖPNV wird erleichtert, die stark frequentierten Einfallstraßen entlastet. Ingenieure der BMW Group haben errechnet, dass sich durch die gezielte Umsetzung von Verkehrsmanagement-Maßnahmen wie eine „optimierte grüne Welle“ oder dynamische Verkehrssteuerungen allein in Deutschland die durch PKW verursachten CO2-Emissionen um rund 8 % verringern lassen – das entspricht 7,4 Mio. Tonnen CO2.
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Mehr Kundennutzen und Effizienz durch innovative Verkehrstechnik.


Agieren statt reagieren. Effizienzsteigerung im Verkehr setzt aber nicht nur bei intelligenten Infrastrukturlösungen an, sondern auch bei Fahrer und Fahrzeug. Sie sollen in der Lage sein, gemäß den Strategien des intelligenten Verkehrsmanagements zu agieren. Heute können wir am Steuer auf Veränderungen im Verkehrsumfeld nur reagieren, wenn es oft schon zu spät ist.

Mit Hilfe der aus dem Verkehrsmanagement gewonnenen Daten und Strategien und dank präziser Erfassung und Abbildung der Verkehrslage wird es bereits in wenigen Jahren möglich sein, Fahrer und Fahrzeug besser und früher über das voraus liegende Verkehrsgeschehen zu informieren.


Den Verkehrsteilnehmer strategisch führen.

Durch Berücksichtigung von Verkehrsdaten und Umleitungsempfehlungen aus Verkehrsmanagementzentralen und Verkehrsprognosen sollen Fahrzeugnavigationssysteme zukünftig Routen empfehlen können, die überlastete Strecken und Stauungen vermeiden. Vorteile für den Fahrer sind eine kürzere Reisezeit und weniger Stress. Für das Kollektiv aller Verkehrsteilnehmer bedeutet es eine stets bedarfsgerechte Verteilung des Verkehrs, einen Abbau von Belastungsspitzen und damit auch einen Beitrag zum Klimaschutz. Für eine wirkungsvolle Verkehrslenkung ist es entscheidend, dass die Fahrer den Informationen Vertrauen schenken. Autofahrer stellen hohe Ansprüche an die Verkehrsinformation: sie wollen in Echtzeit lückenlos und in hoher Qualität über das Verkehrsgeschehen informiert werden. Da bislang in Deutschland und anderen Ländern – wenn überhaupt – nur das Autobahnnetz mit ausreichenden Daten abgebildet werden kann, ist eine dynamische Zielführung nur dort möglich. Verlässt der Fahrer die Autobahn, liegen für eine qualitativ hochwertige, dynamische Routenführung keine ausreichenden Daten vor. Außerdem werden heute lediglich Störungsmeldungen, nicht aber umfassende Informationen zum Verkehrsfluss übermittelt. Für eine strategische Routenführung und die Berechnung tatsächlich zeitsparender Alternativrouten ist dies aber zwingend erforderlich.


Handlungsbedarf besteht also vor allem bei der Datenerfassung in Hinblick auf Qualität und Verfügbarkeit. Die BMW Group hat dies erkannt und entwickelt ihre Informationsdienste wie BMW Assist und VInfo ständig weiter. Aber das ist nicht alles: Die BMW Ingenieure entwickeln eine neue Technologie zur Generierung von Daten. Mehr Kundennutzen durch präzise Daten: XFCD (Extended Floating Car Data).

BMW Fahrzeuge sollen in Zukunft als im Verkehr mitschwimmende Sensoren genutzt werden. Das Fahrzeug erkennt mit seiner Vielzahl an bordeigenen Systemen wie ABS, Motorsteuerung oder Regensensor Straßen-, Wetter- und Verkehrszustände. Diese werden an die Verkehrszentrale oder – noch schneller – direkt an andere Fahrzeuge auf der Strecke gesendet. Die neue Technologie befindet sich zwar noch im Entwicklungsstadium, der Einsatz in Kundenfahrzeugen rückt aber in greifbare Nähe.


BMW oder MINI Kunden stehen dann im Navigationssystem nicht nur Optionen wie „kürzeste oder schnellste Strecke“ zur Verfügung. Vielmehr kann der Fahrer beispielsweise die Route wählen, auf der er mit dem geringsten Kraftstoffverbrauch ans Ziel kommt oder auf der er die günstigsten Witterungsbe dingungen vorfindet. Neue Standards für die Datenübertragung. In Europa erfolgt heute der Datentransfer vom Fahrzeug zum Telematik-Dienst und zurück über den Traffic Message Channel (TMC). Dieser wird aber 2009 vom wesentlich leistungsfähigeren TPEG-Standard abgelöst. Die BMW Group als global agierender Automobilhersteller ebnet bereits den Weg, um TPEG zum weltweit einheitlichen Standard zu machen. Nur so ist gewährleistet, dass ein BMW Kunde auch in London, New York und später eventuell auch in Shanghai oder Tokio die Vorzüge von BMW Assist in Anspruch nehmen kann.


Vernetzung als Basis für energieoptimiertes Fahren.

Der Fahrer beeinflusst maßgeblich den Kraftstoffverbrauch seines Wagens. Untersuchungen der Verkehrstechnik der BMW Group haben ergeben, dass die Verbrauchswerte unter denselben Staubedingungen verschiedener Fahrer in identischen Fahrzeugen um über 30 % variieren. Trotz des Mehrverbrauchs war aber keine signifikante Zeitersparnis erkennbar. Die im Verkehrsmanagement und aus der Navigation gewonnenen Daten sollen zukünftig automatisch vom Fahrzeug genutzt werden, um ressourcenschonend und energieeffizient zu fahren. Wie das in der Praxis aussehen kann, lässt sich am Beispiel eines Hybridfahrzeugs erklären, das mit dem Verbrennungsmotor auf einen einige Kilometer entfernten Stau zufährt. Erhält das Fahrzeug einige Minuten vor Erreichen des Staus eine entsprechende Verkehrsmeldung, kann bis zum Stauende die Batterie für den Elektromotor voll geladen werden. So kann die langsame Fahrt über eine längere Strecke im reinen Elektrobetrieb fortgesetzt werden. Der Verbrennungsmotor muss nicht vorzeitig noch im Stau wieder gestartet werden und der Wagen ist während dieser Zeit wesentlich sparsamer und emissionsfrei unterwegs. Durch die Summe vieler Einzelmaßnahmen in Verkehrsmanagement und in der Verkehrstechnik gelingt es der BMW Group, noch über fahrzeugtechnische Entwicklungen hinaus einen Beitrag zur Verbesserung der Mobilität und zur weiteren Reduzierung von CO2 Emissionen zu leisten.
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