DE102021003396A1

DE102021003396A1 - Verfahren und System zur Regulierung von Verkehrsemissionen in einem Straßennetz

Info

Publication number: DE102021003396A1
Application number: DE102021003396.5A
Authority: DE
Inventors: Andreas Kapp; Viktor Boschmann; Bastian Unterberger; Ernst Mohs; Christelle Rodier; Mohamed BOUGHARDAIN; Thilo Tümmers; Stefan Hoffmann; Leonardo Canzio
Original assignee: Hyundai Motor Co; Kia Corp
Current assignee: Hyundai Motor Co; Kia Corp
Priority date: 2021-07-01
Filing date: 2021-07-01
Publication date: 2023-01-05
Also published as: US20230003537A1; KR20230005748A

Abstract

Ein Verfahren zur Regulierung von Verkehrsemissionen in einem Straßennetz umfasst Berechnen einer ortsabhängigen Immissionsbelastung des Straßennetzes in Echtzeit durch eine externe Steuereinheit auf der Grundlage von zumindest einem von Umweltdaten, Verkehrsdaten und/oder Konfigurationsdaten des Straßennetzes; Bereitstellen, durch Kraftfahrzeuge, welche das Straßennetz benutzen, von Navigationsdaten, welche eine Route jedes jeweiligen Kraftfahrzeugs entlang des Straßennetzes charakterisieren, und von Emissionsdaten, die Abgasemissionslevel jedes jeweiligen Kraftfahrzeugs entlang seiner Route charakterisieren; und Berechnen einer optimierten Fahrroute für jedes Kraftfahrzeug entlang des Straßennetzes auf der Grundlage der berechneten Immissionsbelastung und der Emissionsdaten der Kraftfahrzeuge; wobei die optimierte Fahrroute von der externen Steuereinheit berechnet und über ein drahtloses Kommunikationsnetz an jedes Kraftfahrzeug übertragen wird; und/oder wobei die optimierte Fahrstrecke von einem internen Steuergerät des jeweiligen Kraftfahrzeugs berechnet wird.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und ein System zur Regulierung von Verkehrsemissionen in einem Straßennetz.
Hintergrund
Verkehrsemissionen sind eine der Hauptquellen für die gesundheitsschädliche Luftverschmutzung in städtischen Gebieten. Modelle zur Beschreibung der Schadstofflevel in städtischen Straßen sind daher wichtige Instrumente für das Luftverschmutzungsmanagement als Ergänzung zu den Messungen im Rahmen von Routineüberwachungsprogrammen. Ein in diesem Zusammenhang weit verbreitetes Modell ist das schnelle und einfach anzuwendende Operational Street Pollution Model (OSPM). Das Modell ist in der Lage, die Luftkonzentrationen von Abgasen zu berechnen, die von Kraftfahrzeugen innerhalb einer Straßenschlucht ausgestoßen werden. Seit fast 20 Jahren wird das OSPM in vielen Ländern routinemäßig zur Untersuchung der Verkehrsverschmutzung, zur Analyse von Feldmessungen, zur Untersuchung der Effizienz von Strategien zur Verringerung der Verschmutzung, zur Durchführung von Expositionsbewertungen und als Referenz bei Vergleichen mit anderen Modellen eingesetzt. OSPM gilt allgemein als Stand der Technik bei der praktischen Modellierung der Straßenverschmutzung.
In der Regel sind die verkehrsbedingten Emissionen nicht gleichmäßig über das Stadtgebiet verteilt, sondern treten hauptsächlich auf Hauptstraßen und an ausgewählten Stellen in der Stadt auf. Schadstoffkonzentrationen (z. B. NO₂) können daher in diesen ausgewählten Regionen die von den jeweiligen Behörden festgelegten Luftqualitätsgrenzwerte überschreiten, was zu Fahrbeschränkungen oder sogar Fahrverboten für bestimmte Fahrzeuge führen kann. Daher besteht ein Bedarf, die Verkehrsemissionen gleichmäßiger über das Straßennetz zu verteilen.
Die Druckschrift CN 108871362 A beschreibt ein dynamisches, umweltfreundliches Verfahren zur Planung von Fahrtrouten für Kraftfahrzeuge, welches sich auf Echtzeit-Emissionsdaten von Fahrzeugen und ein Emissionsberechnungsmodell stützt, um Fahrer bei der Planung einer emissionsarmen Fahrtroute in einer dynamischen Verkehrssituation in einer städtischen Umgebung zu unterstützen.
Zusammenfassung der Erfindung
Somit besteht ein Bedarf, praktische Lösungen zu finden, um die Verkehrsemissionen im städtischen Umfeld weiter zu reduzieren und gleichmäßiger zu verteilen.
Zu diesem Zweck stellt die vorliegende Erfindung ein Verfahren gemäß Anspruch 1 und ein System gemäß Anspruch 7 bereit.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung umfasst ein Verfahren zur Regulierung von Verkehrsemissionen in einem Straßennetz Berechnen einer ortsabhängigen Immissionsbelastung des Straßennetzes in Echtzeit durch eine externe Steuereinheit auf der Grundlage von zumindest einem von Umweltdaten, Verkehrsdaten und/oder Konfigurationsdaten des Straßennetzes; Bereitstellen, durch Kraftfahrzeuge, welche das Straßennetz benutzen, von Navigationsdaten, welche eine Route jedes jeweiligen Kraftfahrzeugs entlang des Straßennetzes charakterisieren, und von Emissionsdaten, die Abgasemissionslevel jedes jeweiligen Kraftfahrzeugs entlang seiner Route charakterisieren; und Berechnen einer optimierten Fahrroute für jedes Kraftfahrzeug entlang des Straßennetzes auf der Grundlage der berechneten Immissionsbelastung und der Emissionsdaten der Kraftfahrzeuge; wobei die optimierte Fahrroute von der externen Steuereinheit berechnet und über ein drahtloses Kommunikationsnetz an jedes Kraftfahrzeug übertragen wird; und/oder wobei die optimierte Fahrstrecke von einem internen Steuergerät des jeweiligen Kraftfahrzeugs berechnet wird.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung umfasst ein System zur Regulierung von Verkehrsemissionen über ein Straßennetz eine externe Steuereinheit, welche dazu ausgebildet ist, eine ortsabhängige Immissionsbelastung in Echtzeit über das Straßennetz auf der Grundlage von zumindest einem von Umweltdaten, Verkehrsdaten und/oder Konfigurationsdaten des Straßennetzes zu berechnen; und Kraftfahrzeuge, welche das Straßennetz nutzen, wobei jedes Kraftfahrzeug dazu ausgebildet ist, Navigationsdaten, welche eine Route des jeweiligen Kraftfahrzeugs entlang des Straßennetzes charakterisieren, und Emissionsdaten, welche Abgasemissionslevel des jeweiligen Kraftfahrzeugs entlang seiner Route charakterisieren, bereitzustellen; wobei die externe Steuereinheit dazu ausgebildet ist, auf der Grundlage der berechneten Immissionsbelastung und der Emissionsdaten der Kraftfahrzeuge eine optimierte Fahrroute für jedes Kraftfahrzeug entlang des Straßennetzes zu berechnen und die optimierten Fahrrouten über ein drahtloses Kommunikationsnetz an die jeweiligen Kraftfahrzeuge zu übertragen; und/oder wobei ein internes Steuergerät jedes Kraftfahrzeugs dazu ausgebildet ist, auf der Grundlage der berechneten Immissionsbelastung und der Emissionsdaten der Kraftfahrzeuge eine optimierte Fahrstrecke für das jeweilige Kraftfahrzeug entlang des Straßennetzes zu berechnen.
Eine Idee der vorliegenden Erfindung besteht darin, Informationen über aktuelle und/oder prognostizierte Abgasemissionen der im Straßennetz verkehrenden Fahrzeuge mit Informationen über aktuelle und/oder prognostizierte Immissionslevel im gesamten Straßennetz zu kombinieren, um ein Verkehrsemissionsmanagementsystem bereitzustellen, das in der Lage ist, die Emissionen derart zu verteilen, dass lokale und/oder globale Luftqualitätsgrenzwerte eingehalten werden, sodass Fahrverbote vermieden werden können. Zu diesem Zweck nutzt das System eine intelligente Lenkung jedes einzelnen Fahrzeugs entlang des Straßennetzes auf der Grundlage der Fahrzeugemissionen und der Immissionsbelastung des Systems, z.B. um die Fahrzeugemissionen im gesamten Straßennetz zu minimieren und/oder die lokale Immissionsbelastung/-verteilung zu optimieren.
Kraftfahrzeuge sind in zunehmendem Maße mit bordseitigen Überwachungssystemen ausgestattet, die für die Bestimmung oder Schätzung von Abgasemissionen geeignet sind, und/oder mit einem vorausschauenden Energiemanagement, das Rückschlüsse auf die Emissionslevel zulässt. Die Daten dieser und ähnlicher bordeigener Systeme können genutzt werden, um Echtzeitinformationen über tatsächliche und/oder voraussichtliche (von einer geplanten Route abhängige) Abgasemissionslevel zu liefern. Die Konnektivität des Fahrzeugs, z. B. über die Vehicle-To-Everything Kommunikation (V2X), ermöglicht dann den Austausch dieser Informationen mit einer externen Steuereinheit, z. B. einem Computersystem, Dienstleistern, Behörden usw.
Die externe Steuereinheit kann ein geeignetes Modell zur Berechnung der Immissionsbelastung in Abhängigkeit von der Position innerhalb des Straßennetzes verwenden. So kann z.B. ein aktuelles und/oder prädiktives OSPM verwendet werden, um Immissionsbelastungskarten mit Informationen wie Verkehrsfluss und/oder Verkehrsdichte, Wetterbedingungen, Luftgütemessstationen usw. zu erstellen. Die Kombination beider Systeme, d.h. die Überwachung der Fahrzeugemissionen einerseits und die Modellierung der Immissionsbelastung andererseits, eröffnet nun neue Möglichkeiten zur Regelung des Verkehrsflusses und der Verkehrsemissionen im städtischen Umfeld, indem beide Systeme durch Datenvernetzung miteinander verbunden werden.
Zu diesem Zweck sieht die vorliegende Erfindung zwei grundsätzliche Strategien vor, die alternativ oder in Kombination angewendet werden können. Zum einen kann das Kraftfahrzeug selbst emissionsoptimierte Routen auf der Grundlage von Informationen berechnen, die von der externen Steuereinheit, z. B. einer Drittinstanz, die zu diesem Zweck OSPM nutzt, bereitgestellt werden. Andererseits kann die externe Steuereinheit die emissionsoptimierte Route berechnen und das Ergebnis an das jeweilige Kraftfahrzeug übermitteln. Die optimierte Route kann dem Fahrer als Empfehlung, Hilfe oder Vorgabe zur Verfügung gestellt werden, der er entsprechend folgen kann. Mit dem Aufkommen des assistierten, autonomen und/oder automatischen Fahrens kann die optimierte Route aber auch als Fahrbefehl bereitgestellt werden, der von einer assistierten, autonomen und/oder automatischen Fahreinheit des Fahrzeugs mehr oder weniger automatisch umgesetzt wird.
Unter Emissionen versteht man allgemein jede Abgabe von Stoffen oder Energie aus einer Quelle an die Umwelt. Das Bundes-Immissionsschutzgesetz (BlmSchG) definiert Emissionen als Luftverunreinigungen, Lärm, Licht oder Erschütterungen, die von einer Anlage ausgehen. Unter Immission versteht man die Einwirkung dieser Emissionen auf die Umwelt, im Falle der Luftverunreinigung auf Menschen, Pflanzen, Tiere, Stoffe und die Atmosphäre. Eine Immission kann also insbesondere eine in verschiedenen spezifischen Einheiten gemessene Menge eines Schadstoffes sein, die zu einem bestimmten Zeitpunkt an einem mehr oder weniger spezifischen Ort vorhanden ist. Unter einer Immissionsbelastung im Sinne der vorliegenden Erfindung versteht man die Gesamtmenge der an einem bestimmten Ort und/oder in einer bestimmten Umgebung eingebrachten Immissionen.
Es versteht sich, dass der hierin verwendete Begriff „Fahrzeug“ oder ein anderer ähnlicher Begriff Kraftfahrzeuge im Allgemeinen wie beispielsweise Personenkraftwagen umfasst, einschließlich Sport Utility Vehicles (SUV), Bussen, Lastkraftwagen, verschiedenen Nutzfahrzeugen und dergleichen, und Hybridfahrzeuge, Elektrofahrzeuge, Plug-in-Hybridfahrzeuge, wasserstoffbetriebene Fahrzeuge und andere Fahrzeuge mit alternativen Kraftstoffen beinhaltet (z.B. Kraftstoffe, die aus anderen Ressourcen als Erdöl stammen). Vorliegend wird unter einem Hybridfahrzeug ein Fahrzeug verstanden, welches zwei oder mehr Energiequellen aufweist, zum Beispiel sowohl benzinbetriebene als auch elektrisch angetriebene Fahrzeuge.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung kann jedes Kraftfahrzeug die Navigationsdaten und/oder die Emissionsdaten über das drahtlose Kommunikationsnetz an die externe Steuereinheit übermitteln.
So kann beispielsweise die V2X-Kommunikation zur Übertragung von Daten zwischen den Fahrzeugen und der externen Steuereinheit genutzt werden. Die Navigationsdaten können unter anderem Informationen über das Ziel der aktuellen Fahrt des jeweiligen Fahrzeugs umfassen. Es versteht sich jedoch, dass viel umfangreichere Daten über die aktuelle und geplante Route jedes Fahrzeugs drahtlos in Echtzeit ausgetauscht werden können.
Abgasemissionslevel können z. B. durch eine Fahrzeug-Emissionsklasse oder ähnliches ausgedrückt werden, die im Allgemeinen die durchschnittlichen Emissionslevel eines jeden Fahrzeugs definieren kann. Die Abgasemissionslevel können jedoch auch detaillierter angegeben werden, z. B. als Daten eines bordeigenen Emissionskontroll- und/oder Überwachungssystems, eines Energiemanagementsystems oder dergleichen. Die Daten können insbesondere Messdaten umfassen, die die Emissionen jedes Fahrzeugs in Echtzeit beschreiben, einschließlich prognostizierter Werte für die geplante Route entlang des Straßennetzes.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung kann die externe Steuereinheit über das drahtlose Kommunikationsnetz Informationen über die berechnete Immissionsbelastung an jedes Kraftfahrzeug übertragen.
Beispielsweise kann die Kontrollinstanz jedes Fahrzeug über aktuelle und/oder voraussichtliche Emissionszonen/-bereiche innerhalb des Straßennetzes informieren, die Grenzwerte für die zulässigen Emissionen und/oder Betriebsarten der Fahrzeuge festlegen, die je nach Fahrzeugtyp, Uhrzeit, Wochentag, Datum usw. variieren können. Diese Zonen müssen nicht unbedingt fest sein, sondern können sich dynamisch ändern, je nach der aktuellen oder erwarteten Immissionssituation im gesamten Straßennetz, dem aktuellen oder erwarteten Verkehrsfluss entlang des Netzes und/oder den geltenden Vorschriften.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung können die optimierten Fahrrouten der Kraftfahrzeuge unter Berücksichtigung von einem variablen Betriebsmodus jedes Kraftfahrzeugs und/oder einem Batteriezustand einer Traktionsbatterie des jeweiligen Kraftfahrzeugs berechnet werden.
So kann beispielsweise ein Plug-in-Hybrid je nach Strecke und Ladezustand der jeweiligen Batterie im Elektromodus betrieben werden, um die Emissionen so gering wie möglich zu halten. In bestimmten Stadtgebieten oder Emissionszonen kann das elektrische Fahren sogar vorgeschrieben sein, da das Fahren mit Verbrennungsmotoren (ICE) zumindest unter bestimmten Bedingungen, zu bestimmten Tageszeiten usw. verboten sein kann.
Die variablen Betriebsmodi im Sinne der vorliegenden Erfindung können jedoch auch allgemeinere Betriebsmodi für den Betrieb eines Kraftfahrzeugs umfassen, wie z. B. Geschwindigkeitsprofile und/oder Höchstgeschwindigkeiten.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung können die Kraftfahrzeuge mit einem optimierten Betriebsschema versorgt werden, welches auf der optimierten Fahrstrecke einzuhalten ist.
So kann die externe Steuereinheit beispielsweise jedes Fahrzeug über eine optimierte Route einschließlich einem empfohlenen Betriebsmodus informieren, welcher sich entlang der Route ändern kann. In einem konkreten Beispiel kann die externe Steuereinheit die Fahrzeuge auffordern, unter einer bestimmten Höchstgeschwindigkeit zu fahren. In einem anderen spezifischen Beispiel kann die externe Steuereinheit nur elektrisches Fahren zulassen.
Die Betriebsmodi und/oder Betriebsschemata können von der Position innerhalb des Straßennetzes abhängen, z.B. auf der Grundlage von vordefinierten oder dynamisch definierten Emissionszonen oder -bereichen, die das Straßennetz oder Teile des Straßennetzes in kleinere Teilbereiche mit unterschiedlichen Regelungen in Bezug auf zulässige Emissionslevel, Immissionsbelastungen und/oder zulässige Betriebsmodi unterteilen.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung können die optimierten Fahrrouten der Kraftfahrzeuge derart berechnet werden, dass die Immissionsbelastung minimiert wird und/oder die Immissionsbelastung zumindest in vordefinierten Emissionszonen des Straßennetzes unter einem vorgegebenen Schwellenwert bleibt.
Die externe Steuereinheit kann zum Beispiel eine optimale Verkehrsverteilung für das Straßennetz auf der Grundlage der aktuellen und/oder vorhergesagten Luftqualität und anderer Faktoren berechnen. Auf der Grundlage des Ergebnisses können spezifische Emissionszonen definiert werden, die die zulässigen Emissionslevel in der jeweiligen Region des Straßennetzes festlegen (z. B. maximal zulässige Emissionen, Null-Emissionen usw.). Die externe Steuereinheit kann dann für jedes Fahrzeug einen Routenoptimierungsalgorithmus ausführen, der die Immissionen, insbesondere die Luftverschmutzung, in den Emissionszonen reduziert und/oder minimiert (z. B. in Bezug auf PM, NOx, CO₂ usw.). Die an jedes Fahrzeug übermittelten Informationen können dann nicht nur die optimale Route umfassen, sondern auch Betriebsarten, Geschwindigkeitsprofile, Anforderungen für Elektro- oder ICE-Fahrten usw.
Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand der in den schematischen Figuren angegebenen Ausführungsbeispiele näher erläutert.
Figurenliste
Die beiliegenden Figuren sollen ein weiteres Verständnis der Erfindung vermitteln und bilden einen Bestandteil der vorliegenden Offenbarung. Sie veranschaulichen Ausführungsformen der Erfindung und dienen im Zusammenhang mit der Beschreibung der Erklärung von Prinzipien und Konzepten der Erfindung. Andere Ausführungsformen der Erfindung und viele der genannten Vorteile der Erfindung ergeben sich im Hinblick auf die folgende detaillierte Beschreibung. Die Elemente der Zeichnungen sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu zueinander gezeigt. In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder funktionsgleiche Elemente, sofern nichts anderes ausgeführt ist.

1 zeigt schematisch ein Kraftfahrzeug, welches durch ein Straßennetz fährt, das durch ein System zur Regulierung von Verkehrsemissionen gemäß einer Ausführungsform der Erfindung gesteuert wird.
2 zeigt schematisch das in 1 verwendete System.
3 zeigt ein Flussdiagramm eines Verfahrens zur Regulierung von Verkehrsemissionen mit dem System von 2.

Obwohl hierin spezifische Ausführungsbeispiele veranschaulicht und beschrieben werden, wird dem Fachmann klar sein, dass eine Vielzahl von alternativen und/oder gleichwertigen Implementierungen die dargestellten und beschriebenen spezifischen Ausführungsbeispiele ersetzen können, ohne vom Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Im Allgemeinen deckt die Anmeldung sämtliche Anpassungen oder Variationen der hierin beschriebenen spezifischen Ausführungsbeispiele ab.
Detaillierte Beschreibung der Ausführungsbeispiele
1 zeigt schematisch ein Kraftfahrzeug 2, welches durch ein Straßennetz 17 fährt, das durch ein System 10 zur Regulierung von Verkehrsemissionen gemäß einer Ausführungsform der Erfindung gesteuert wird. 2 zeigt schematisch das in 1 verwendete System 10, während 3 ein Flussdiagramm eines Verfahrens M zur Regulierung von Verkehrsemissionen mit dem System 10 von 2 darstellt. Bei dem Straßennetz 17 kann es sich z.B. um ein Stadtgebiet handeln, das zumindest in bestimmten Teilbereichen oder Hotspots ein erhöhtes Verkehrsaufkommen aufweist, z.B. Hauptstraßen, Kreuzungen, Autobahnen usw. Das Straßennetz 17 kann daher mit Verkehrsstaus und den damit verbundenen Luftqualitätsproblemen aufgrund der Emissionen der Verbrennungsmotoren der Fahrzeuge belastet sein.
Das hier beschriebene Verfahren M und das System 10 verbessern diese Situation, indem sie eine Online-Verkehrsführung zur Optimierung des Verkehrsflusses, zur Minimierung von Emissions-Hotspots und zur gleichmäßigeren Verteilung der Immissionsbelastung über das gesamte Stadtgebiet (d. h. das Straßennetz 17) bereitstellen, um die in bestimmten europäischen und/oder weltweiten Regionen geltenden strengen Luftqualitätsgrenzwerte einzuhalten und die gesamten Treibhausgas- und Schadstoffemissionen zu verringern. Das vorliegende Konzept kann insbesondere dazu beitragen, Fahrverbote in stark frequentierten Stadtgebieten zu vermeiden.
Zu diesem Zweck umfasst das System 10 eine externe Steuereinheit 1, z.B. ein Rechenzentrum, einen Dienstleister und/oder eine Behörde der jeweiligen Stadt, die dazu ausgebildet ist, in Echtzeit eine aktuelle und/oder prognostische ortsabhängige Immissionsbelastung des Straßennetzes 17 auf der Grundlage verschiedener relevanter Daten, einschließlich, aber nicht beschränkt auf Umweltdaten 15, Verkehrsdaten 16 und Konfigurationsdaten 14 des Straßennetzes 17, zu berechnen.
Die externe Steuereinheit 1 kann zu diesem Zweck ein Operational Street Pollution Model (OSPM) einsetzen, um z.B. aktuelle und/oder prognostische Immissionsbelastungskarten unter Verwendung von Informationen wie Verkehrsfluss und -dichte, Wetterbedingungen und Luftqualitätsmessstationen zu berechnen. Es versteht sich jedoch, dass die externe Steuereinheit 1 auch andere geeignete Modelle oder Berechnungsansätze verwenden kann, um die Immissionsbelastung des Straßennetzes 17 zu berechnen oder abzuschätzen.
Die Umweltdaten 15 können beispielsweise Echtzeitinformationen über das aktuelle oder erwartete Wetter, das Klima, die Smog- und/oder Schadstoffwerte entlang der Straßen des Straßennetzes 17 usw. umfassen. Diese Daten können Messungen beinhalten, die über das Straßennetz 17 mittels entsprechender Mess-/Sensorausrüstung durchgeführt werden. Zur Veranschaulichung dieses Aspekts sind in 1 zwei Umweltsensoren 9 dargestellt.
Die Konfigurationsdaten 14 des Straßennetzes 17 können alle relevanten Informationen über das Straßennetz 17 umfassen, z. B. Straßenanordnung, Straßengeometrien, Straßenkonstanten, Straßensperrungen und/oder Baustellen usw.
Die Verkehrsdaten 16 können alle Informationen umfassen, welche die aktuelle oder erwartete Verkehrssituation im Straßennetz 17 beschreiben, z. B. Verkehrsfluss, Staus, Unfälle usw.
Die externe Steuereinheit 1 kann über das Straßennetz 17 mit den Kraftfahrzeugen 2 kommunizieren, z. B. über drahtlose V2X-Kommunikation. Auch die Kraftfahrzeuge 2 können über dieses oder ein anderes Netz miteinander kommunizieren.
Jedes Kraftfahrzeug 2 ist dazu ausgebildet, Navigationsdaten 11, welche eine Route des jeweiligen Kraftfahrzeugs 2 entlang des Straßennetzes 17 charakterisieren, z. B. Ziele, und Emissionsdaten 12 bereitzustellen, welche die Abgasemissionslevel des jeweiligen Kraftfahrzeugs 2 entlang seiner Route charakterisieren, z. B. Fahrzeug-Emissionsklasse, aktuelle und/oder prognostizierte Abgasemissionswerte usw. Die Fahrzeuge 2 können Echtzeitinformationen zu diesen Aspekten liefern, indem sie ein bordeigenes Überwachungssystem und/oder ein vorausschauendes Energiemanagementsystem verwenden, das mit einem assistierten/autonomen/automatischen Fahrsystem des jeweiligen Fahrzeugs 2 gekoppelt oder darin integriert sein kann.
1 zeigt beispielhaft ein Plug-in-Hybridfahrzeug 2 mit einem Verbrennungsmotor 6 und einer Traktionsbatterie 3, welche von einem Batteriesteuergerät 4 gesteuert wird, die wiederum mit einem internen Steuergerät 5 des Fahrzeugs 2 kommunikativ verbunden ist. Das interne Steuergerät 5 kann Teil eines bordseitigen Überwachungssystems, eines prädiktiven Energiemanagementsystems und/oder eines assistierten/autonomen/automatischen Fahrsystems des Fahrzeugs 2 sein und/oder mit diesem gekoppelt sein, wie oben erwähnt. Das interne Steuergerät 5 ist mit einer Kommunikationseinheit 7 des Fahrzeugs 2 verbunden, die dazu ausgebildet ist, eine Verbindung zu einem drahtlosen Netzwerk herzustellen, um die Navigationsdaten und die Emissionsdaten mit der externen Steuereinheit 1 auszutauschen. Die externe Steuereinheit 1 kann ihrerseits dem Fahrzeug 2 über das drahtlose Netzwerk Informationen über die berechnete Immissionsbelastung zur Verfügung stellen.
Das System 10 bietet nun zwei Strategien an, um mit Hilfe der oben genannten Informationen von der externen Steuereinheit 1 und den Kraftfahrzeugen 2 den Verkehrsfluss im Straßennetz 7 derart zu regeln, dass er homogener wird und Emissions-Hotspots unterdrückt oder ganz vermieden werden. Es wird dem Fachmann klar sein, dass beide Ansätze auch miteinander kombiniert werden können.
Zum einen kann die externe Steuereinheit 1 dazu ausgebildet sein, für jedes Kraftfahrzeug 2 entlang des Straßennetzes 17 eine optimierte Fahrroute 13 auf Basis der berechneten Immissionsbelastung und der Emissionsdaten der Kraftfahrzeuge 2 zu berechnen und die optimierten Fahrrouten 13 über ein drahtloses Kommunikationsnetz an die jeweiligen Kraftfahrzeuge 2 zu übermitteln. Die optimierten Fahrrouten 13 können als Fahrempfehlungen für manuell gesteuerte Fahrzeuge bereitgestellt und dem Fahrer auf einer Fahrerschnittstelle 8, z.B. auf einem Display auf einem Armaturenbrett oder ähnlichem, angezeigt werden. Im Falle des autonomen oder automatischen Fahrens können die optimierten Fahrrouten 13 als Fahrbefehle bereitgestellt werden, die dann von dem jeweiligen System jedes Fahrzeugs 2 umgesetzt werden.
Andererseits kann das interne Steuergerät 5 jedes Kraftfahrzeugs 2 dazu ausgebildet sein, auf Basis der berechneten Immissionsbelastung und der Emissionsdaten der Kraftfahrzeuge 2 eine optimierte Fahrtroute 13 für das jeweilige Kraftfahrzeug 2 entlang des Straßennetzes 17 zu berechnen. In diesem Fall können also die Fahrzeuge 2 selbst für die Berechnung der optimalen Route verantwortlich sein. Die externe Steuereinheit 1 kann in diesem Fall lediglich relevante Informationen über die Immissionsbelastung bereitstellen, die zur Ermittlung einer optimierten Route benötigt werden.
Die optimierten Fahrrouten 13 der Kraftfahrzeuge 2 können derart berechnet werden, dass die Immissionsbelastung minimiert wird und/oder die Immissionsbelastung zumindest in vordefinierten Emissionszonen des Straßennetzes 17 unter einem vorgegebenen Schwellenwert bleibt. Beispielsweise kann eine Routenoptimierung durchgeführt werden, um die Luftverschmutzung im gesamten Straßennetz 17 oder zumindest in bestimmten Zonen des Straßennetzes 17 zu reduzieren, z.B. in Bezug auf Feinstaub, Staub, Stickoxide und so weiter.
Das in 3 dargestellte entsprechende Verfahren M kann unter M1 Berechnen der ortsabhängigen Immissionsbelastung des Straßennetzes 17 in Echtzeit durch die externe Steuereinheit 1 auf der Grundlage von Umweltdaten 15, Verkehrsdaten 16 und/oder Konfigurationsdaten 14 des Straßennetzes 17 umfassen. Das Verfahren M kann ferner unter M2 Bereitstellen von Navigationsdaten 11, welche eine Route jedes einzelnen Kraftfahrzeugs 2 entlang des Straßennetzes 17 charakterisieren, und von Emissionsdaten 12 umfassen, welche die Abgaswerte jedes einzelnen Kraftfahrzeugs 2 entlang seiner Route charakterisieren, durch die Kraftfahrzeuge 2, die das Straßennetz 17 benutzen. Das Verfahren M kann ferner unter M3 Berechnen der optimierten Fahrtroute 13 für jedes Kraftfahrzeug 2 entlang des Straßennetzes 17 auf der Grundlage der berechneten Immissionsbelastung und der Emissionsdaten der Kraftfahrzeuge 2 umfassen.
Die optimierten Fahrrouten 13 der Kraftfahrzeuge 2 können im Allgemeinen unter Berücksichtigung eines variablen Betriebsmodus jedes Kraftfahrzeugs 2 und/oder eines Batteriezustands einer Traktionsbatterie 3 des jeweiligen Kraftfahrzeugs 2 berechnet werden. Die Kraftfahrzeuge 2 können dann mit einem optimierten Betriebsschema versehen werden, das auf der optimierten Fahrstrecke 13 zu befolgen ist. Zum Beispiel können die Fahrzeuge 2 einer bestimmten optimierten Route zusammen mit einer entsprechenden Abfolge von spezifizierten Betriebsmodi folgen, z.B. einem bestimmten Geschwindigkeitsprofil und/oder Anforderungen für elektrisches Fahren anstelle von ICE-Fahren. Entlang der Route jedes Fahrzeugs 2 können verschiedene Emissionszonen definiert werden, die bestimmte Beschränkungen, z. B. für das Fahren mit Verbrennungsmotoren, auferlegen können, so dass der Betriebsmodus von der aktuellen Emissionszone abhängen kann.
Im Ergebnis wird eine Verkehrsführung bereitgestellt, welche dazu beiträgt, Emissions-Hotspots zu minimieren und die Immissionsbelastung gleichmäßiger über ein Stadtgebiet zu verteilen, um die strengen Luftqualitätsgrenzwerte in Europa bzw. weltweit einzuhalten, den Gesamtausstoß von Treibhausgasen und Schadstoffen zu verringern und Fahrverbote zu vermeiden. Der vorliegende Ansatz kann dazu beitragen, die Luftqualität in Städten insgesamt zu verbessern und damit die Lebensqualität der Stadtbewohner zu erhöhen.
In der vorangegangenen detaillierten Beschreibung sind verschiedene Merkmale zur Verbesserung der Stringenz der Darstellung in einem oder mehreren Beispielen zusammengefasst worden. Es sollte dabei jedoch klar sein, dass die obige Beschreibung lediglich illustrativer, nicht jedoch beschränkender Natur ist. Sie dient der Abdeckung aller Alternativen, Modifikationen und Äquivalente. Viele andere Beispiele werden dem Fachmann aufgrund seiner fachlichen Kenntnisse in Anbetracht der obigen Beschreibung unmittelbar klar sein. Die Ausführungsbeispiele wurden ausgewählt und beschrieben, um die der Erfindung zugrundeliegenden Prinzipien und ihre Anwendungsmöglichkeiten in der Praxis darstellen zu können, sodass Fachleuten ermöglicht wird, die Erfindung und ihre verschiedenen Ausführungsbeispiele in Bezug auf den beabsichtigten Einsatzzweck optimal zu modifizieren und zu nutzen.
Bezugszeichenliste

1: externe Steuereinheit
2: Fahrzeug
3: Traktionsbatterie
4: Batteriesteuergerät
5: internes Steuergerät
6: Verbrennungsmotor
7: Kommunikationseinheit
8: Fahrerschnittstelle
9: Umweltsensor
10: System
11: Navigationsdaten
12: Emissionsdaten
13: optimierte Fahrstrecke
14: Konfigurationsdaten des Straßennetzes
15: Umweltdaten
16: Verkehrsdaten
17: Straßennetz
M: Verfahren
M1-M3: Verfahrensschritte

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

CN 108871362 A [0004]

Claims

Verfahren (M) zur Regulierung von Verkehrsemissionen in einem Straßennetz (17), wobei das Verfahren (M) umfasst: Berechnen (M1) einer ortsabhängigen Immissionsbelastung des Straßennetzes (17) in Echtzeit durch eine externe Steuereinheit (1) auf der Grundlage von zumindest einem von Umweltdaten (15), Verkehrsdaten (16) und/oder Konfigurationsdaten (14) des Straßennetzes (17); Bereitstellen (M2), durch Kraftfahrzeuge (2), welche das Straßennetz (17) benutzen, von Navigationsdaten (11), welche eine Route jedes jeweiligen Kraftfahrzeugs (2) entlang des Straßennetzes (17) charakterisieren, und von Emissionsdaten (12), die Abgasemissionslevel jedes jeweiligen Kraftfahrzeugs (2) entlang seiner Route charakterisieren; und Berechnen (M3) einer optimierten Fahrroute (13) für jedes Kraftfahrzeug (2) entlang des Straßennetzes (17) auf der Grundlage der berechneten Immissionsbelastung und der Emissionsdaten der Kraftfahrzeuge (2); wobei die optimierte Fahrroute (13) von der externen Steuereinheit (1) berechnet und über ein drahtloses Kommunikationsnetz an jedes Kraftfahrzeug (2) übertragen wird; und/oder wobei die optimierte Fahrstrecke (13) von einem internen Steuergerät (5) des jeweiligen Kraftfahrzeugs (2) berechnet wird.
Verfahren (M) nach Anspruch 1, wobei jedes Kraftfahrzeug (2) die Navigationsdaten (11) und/oder die Emissionsdaten (12) über das drahtlose Kommunikationsnetz an die externe Steuereinheit (1) übermittelt.
Verfahren (M) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die externe Steuereinheit (1) über das drahtlose Kommunikationsnetz Informationen über die berechnete Immissionsbelastung an jedes Kraftfahrzeug (2) überträgt.
Verfahren (M) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die optimierten Fahrrouten (13) der Kraftfahrzeuge (2) unter Berücksichtigung zumindest eines von einem variablen Betriebsmodus jedes Kraftfahrzeugs (2) und einem Batteriezustand einer Traktionsbatterie (3) des jeweiligen Kraftfahrzeugs (2) berechnet werden.
Verfahren (M) nach Anspruch 4, wobei die Kraftfahrzeuge (2) mit einem optimierten Betriebsschema versorgt werden, welches auf der optimierten Fahrstrecke (13) einzuhalten ist.
Verfahren (M) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die optimierten Fahrrouten (13) der Kraftfahrzeuge (2) derart berechnet werden, dass die Immissionsbelastung minimiert wird und/oder die Immissionsbelastung zumindest in vordefinierten Emissionszonen des Straßennetzes (17) unter einem vorgegebenen Schwellenwert bleibt.
System (10) zur Regulierung von Verkehrsemissionen über ein Straßennetz (17), wobei das System (10) umfasst: eine externe Steuereinheit (1), welche dazu ausgebildet ist, eine ortsabhängige Immissionsbelastung in Echtzeit über das Straßennetz (17) auf der Grundlage von zumindest einem von Umweltdaten (15), Verkehrsdaten (16) und/oder Konfigurationsdaten (14) des Straßennetzes (17) zu berechnen; und Kraftfahrzeuge (2), welche das Straßennetz (17) nutzen, wobei jedes Kraftfahrzeug (2) dazu ausgebildet ist, Navigationsdaten (11), welche eine Route des jeweiligen Kraftfahrzeugs (2) entlang des Straßennetzes (17) charakterisieren, und Emissionsdaten (12), welche Abgasemissionslevel des jeweiligen Kraftfahrzeugs (2) entlang seiner Route charakterisieren, bereitzustellen; wobei die externe Steuereinheit (1) dazu ausgebildet ist, auf der Grundlage der berechneten Immissionsbelastung und der Emissionsdaten der Kraftfahrzeuge (2) eine optimierte Fahrroute (13) für jedes Kraftfahrzeug (2) entlang des Straßennetzes (17) zu berechnen und die optimierten Fahrrouten (13) über ein drahtloses Kommunikationsnetz an die jeweiligen Kraftfahrzeuge (2) zu übertragen; und/oder wobei ein internes Steuergerät (5) jedes Kraftfahrzeugs (2) dazu ausgebildet ist, auf der Grundlage der berechneten Immissionsbelastung und der Emissionsdaten der Kraftfahrzeuge (2) eine optimierte Fahrstrecke (13) für das jeweilige Kraftfahrzeug (2) entlang des Straßennetzes (17) zu berechnen.
System (10) nach Anspruch 7, wobei jedes Kraftfahrzeug (2) dazu ausgebildet ist, die Navigationsdaten (11) und/oder die Emissionsdaten (12) über das drahtlose Kommunikationsnetz an die externe Steuereinheit (1) zu übermitteln.
System (10) nach Anspruch 7 oder 8, wobei die externe Steuereinheit (1) dazu ausgebildet ist, über das drahtlose Kommunikationsnetz Informationen über die berechnete Immissionsbelastung an jedes Kraftfahrzeug (2) zu übermitteln.
System (10) nach einem der Ansprüche 7 bis 9, wobei die optimierten Fahrrouten (13) der Kraftfahrzeuge (2) unter Berücksichtigung zumindest eines von einem variablen Betriebsmodus jedes Kraftfahrzeugs (2) und einem Batteriezustand einer Traktionsbatterie (3) des jeweiligen Kraftfahrzeugs (2) berechnet werden.
System (10) nach Anspruch 10, wobei die Kraftfahrzeuge (2) mit einem optimierten Betriebsschema versorgt werden, das auf der optimierten Fahrstrecke (13) einzuhalten ist.
System (10) nach einem der Ansprüche 7 bis 11, wobei die optimierten Fahrrouten (13) der Kraftfahrzeuge (2) derart berechnet werden, dass die Immissionsbelastung minimiert wird und/oder die Immissionsbelastung zumindest in vordefinierten Emissionszonen des Straßennetzes (17) unter einem vorgegebenen Schwellenwert gehalten wird.