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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Gruppierung von Fahrzeugen, welches in der Fachwelt auch mit dem Begriff »Platooning« bezeichnet wird. Unter diesem Begriff wird eine enge Gruppierung hintereinander fahrender Fahrzeuge verstanden, wobei ein Konvoi gebildet wird.
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Mit einer Verringerung eines Abstandes zwischen mindestens zwei Fahrzeugen wird eine Erhöhung eines Durchsatzes auf Fahrstraßen ermöglicht. Durch den verminderten Luftwiderstand der jeweils nachfolgenden Fahrzeuge ergibt sich insgesamt eine Reduktion eines Energieverbrauchs der beteiligten Fahrzeuge.
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Es ist bekannt, dass eine Gruppierung von Fahrzeugen eine Gesamt-Energieeinsparung um bis zu 20% erzielen kann. Bedingt durch erhöhte Anforderungen an einen Verkehrsfluss, eine Straßenausnutzung und Energieverbrauchsreduktion sowie begünstigt durch immer umfangreichere Fahrzeugtechnologien, beispielsweise in Richtung autonomes Fahren, ist zu erwarten, dass die Gruppierung von Fahrzeugen mittelfristig eine in Serienfahrzeugen angebotene Funktionalität sein wird.
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Dazu erforderliche Funktionen für eine Steuerung und Kommunikation werden derzeit zur Serienreife entwickelt. Hier ist neben dem erwähnten autonomen Fahren insbesondere die Fahrzeugtechnologie »Car2X« zu nennen. Der Begriff Car2X bezeichnet alle Situationen, in denen ein Fahrzeug mit anderen Fahrzeugen bzw. allgemeinen Verkehrsteilnehmern oder auch einer Umgebung bzw. Infrastruktur kommuniziert.
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Es sind zwar bereits umfangreiche Überlegungen angestellt worden, welche einen Betrieb einer Gruppierung von Fahrzeugen betreffen. Diese Überlegungen basieren derzeit ausschließlich auf Ansätzen, welche eine Entfernungsbestimmung und Geschwindigkeitsregelung von gruppierten Fahrzeugen betreffen, mithin selbstverständlich davon ausgehen, dass sich Fahrzeugführer von zu gruppierenden Fahrzeugen bereits im Vorfeld zur Bildung einer Gruppierung abgesprochen haben.
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Bislang sind jedoch keine Verfahren bekannt, mit deren Anwendung eine Gruppierung von Fahrzeugen automatisiert und nach objektiven Kriterien eingerichtet werden können.
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Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur automatisierten Bildung einer Gruppierung von Fahrzeugen nach Kriterien der Energieeffizienz bereitzustellen.
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Eine Lösung dieser Aufgabe ergibt sich den Merkmalen des Patentanspruchs 1.
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Das erfindungsgemäße Verfahren zur Gruppierung von Fahrzeugen sieht in einem ersten Schritt einen Empfang einer Anforderung für eine Teilnahme an einer aus mindestens einem Fahrzeug bestehenden Gruppierung von Fahrzeugen durch ein erstes Fahrzeug vor, wobei der Anforderung eine geplante Fahrtroute sowie Fahrzeugdaten des ersten Fahrzeugs zugeordnet sind. Daraufhin erfolgt eine Ermittlung mindestens einer Gruppierung von Fahrzeugen, deren Fahrtroute zumindest teilweise der Fahrtroute des ersten Fahrzeugs entspricht und für die anhand einer Berechnung auf Grundlage eines laufend ermittelten Energieverbrauchs der jeweiligen Fahrzeuge in der Gruppierung sowie der Fahrzeugdaten des ersten Fahrzeugs ein minimaler Energieverbrauch der Gruppierung bestimmbar ist. Die Anforderung wird schließlich durch Übermittlung von für eine Gruppierung notwendigen Daten an das erste Fahrzeug sowie an die Fahrzeuge der ermittelten Gruppierung von Fahrzeugen beantwortet.
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Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass sich aufgrund einer Vielzahl möglicher Fahrzeugkombinationen mit unterschiedlichen Fahrzeugdaten der einzelnen Fahrzeuge eine große Variationsvielfalt ergibt. An dieser Stelle sei nur der unterschiedliche aerodynamische Widerstand eines jeden Fahrzeugs genannt. Somit kann davon ausgegangen werden, dass der Aufbau einer Gruppierung von Fahrzeugen oder, anders ausgedrückt, das Finden optimaler Gruppierungen, vorzugsweise anhand einer laufenden Ermittlung des Energieverbrauchs von durch Fahrzeugdaten charakterisierten Fahrzeugen ermittelt wird, deren Werte zusammen mit Fahrzeugdaten des Fahrzeugs protokolliert und ausgewertet werden. Die Auswertung liefert somit eine Basis zur Bestimmung eines minimalen Energieverbrauchs einer zu bestimmenden Gruppierung.
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Gemäß einer alternativen Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, den jeweiligen Energieverbrauch einer Mehrzahl von durch Fahrzeugdaten charakterisierten Fahrzeugen innerhalb einer Gruppierung und den jeweiligen Energieverbrauch einer Mehrzahl von durch Fahrzeugdaten charakterisierten Fahrzeugen außerhalb einer Gruppierung laufend zu ermitteln. Anschließend oder gleichzeitig wird für ein an der ermittelten Gruppierung teilnehmendes erstes Fahrzeug eine Differenz aus einem Energieverbrauch des ersten Fahrzeugs in der Gruppierung und einem Energieverbrauch eines zweiten Fahrzeugs außerhalb einer Gruppierung anhand eines Vergleichs gebildet, wobei das erste und das zweite Fahrzeug zumindest ähnliche Fahrzeugdaten aufweisen. Eine solche Maßnahme gestattet in vorteilhafter Weise einen Vergleich oder zumindest eine Abschätzung anhand eines ungruppierten zweiten Fahrzeugs mit ähnlichen Fahrzeugdaten, also insbesondere ähnlichen Luftwiderstandsbeiwert, inwieweit der Energieverbrauch des ersten Fahrzeugs in Folge der Gruppierung reduzierbar ist. Eine solche Reduktion tritt nicht notwendigerweise ein, insbesondere in den Fällen, in denen dem ersten Fahrzeug durch eine Ausgestaltungsvariante des erfindungsgemäßen Verfahrens eine Position an vorderster Stelle der Gruppierung zugewiesen wird. Das erste Fahrzeug übernimmt dann eine energetisch ungünstige Rolle als Leitfahrzeug. Wenngleich dem Leitfahrzeug zwar keine individuellen energetischen Vorteile zukommen, bietet eine weitere im Folgenden beschriebene Ausgestaltungsvariante der Erfindung einen Anreiz, diese vorderste Stelle der Gruppierung einzunehmen.
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Gemäß einer alternativen Ausgestaltung der Erfindung ist nämlich vorgesehen, für die für das erste Fahrzeug ermittelte Differenz eines Energieverbrauchs und anhand einer Länge der in der Gruppierung zurückgelegten Fahrstrecke Kosten zu bestimmen sowie, analog, für die für ein drittes Fahrzeug ermittelte negative Differenz oder eine zu Null ermittelte Differenz eines Energieverbrauchs und anhand einer Länge der in der Gruppierung zurückgelegten Fahrstrecke einen Bonus zu bestimmen. Eine negative Bilanz oder Null-Bilanz eines Energieverbrauchs eines gruppierten dritten Fahrzeugs im Vergleich zu einer ungruppierten Fahrt ergibt sich insbesondere für das Leitfahrzeug der Gruppierung. Mit dieser Ausgestaltung der Erfindung ist ein Abrechnungssystem zu etablieren, welches die finanziellen Vorteile durch die Energieeinsparung durch Kosten ausgleicht. Analog hierzu werden dem Leitfahrzeug finanzielle Vorteile in Form eines Bonus eingeräumt, um die im Wesentlichen durch das Leitfahrzeug den anderen gruppierten Fahrzeugen ermöglichte Energieeinsparung, welche dem Leitfahrzeug selbst keine individuellen energetischen Vorteile verschafft, finanziell auszugleichen. Eine Abrechnung von gemeinsam gefahrenen Strecken auf einer Fahrroute ist eine besonders vorteilhafte Weiterbildung, gemäß der die Gruppierung und Abrechnung beispielsweise durch ein Diensterbringungssystem erfolgt.
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Gemäß einer alternativen Ausgestaltung der Erfindung wird eine Gruppierung anhand klimatischer Bedingungen und/oder einer Verkehrssituation bestimmt. Diese Ausgestaltung trägt in vorteilhafter Weise dem Umstand Rechnung, dass durch eine Gruppierung nicht nur ein individueller energetischer Vorteil für einzelne Fahrzeuge erzielbar ist, sondern auch ein verbesserter Verkehrsfluss aufgrund einer Komprimierung bewegter Fahrzeuge erreicht wird. Mit der genannten Ausgestaltung der Erfindung wird der Verkehrsfluss einerseits verbessert, in dem Verkehrssituation wie z.B. Staus, Umleitungen usw. Rechnung getragen wird, andererseits auch sicherer gestaltet, indem beispielsweise der Abstand gruppierter Fahrzeuge bei schlechten Wetterbedingungen vergrößert wird.
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Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird eine Rangfolge der Fahrzeuge innerhalb einer Gruppierung anhand der jeweiligen Fahrzeugdaten, der geplanten Fahrtroute eines jeweiligen Fahrzeugs, klimatischen Bedingungen und/oder der Verkehrssituation bestimmt. Diese Ausgestaltung adressiert also die Frage, welche Fahrzeugtypen welche Rangfolge innerhalb eines Konvois einnehmen. Es kann sich z.B. als vorteilhaft erweisen, einen Konvoi aus mehreren Fahrzeugen so zu gestalten, dass ein voluminöser Lastkraftwagen als Leitfahrzeug bestimmt wird, in dessen Windschatten eine Mehrzahl von Personenfahrzeugen angeordnet sind wobei sich an die Personenfahrzeuge wiederum ein Lastkraftwagen anschließt, welche wiederum einen Windschatten für weitere in der Rangfolge der Gruppierung folgende Fahrzeuge bildet.
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Gemäß der Konzeption der erfindungsgemäßen Idee ist es im Übrigen nicht notwendig, physikalische Berechnungen für eine optimale Gestaltung der Gruppierung zu bemühen. Wie bereits oben erwähnt, wird der Aufbau einer Gruppierung und die Gestaltung der Rangfolge innerhalb einer Gruppierung von Fahrzeugen oder, anders ausgedrückt, das Finden optimaler Gruppierungen, statt dessen empirisch, anhand einer laufenden Ermittlung des Energieverbrauchs von durch Fahrzeugdaten charakterisierten Fahrzeugen ermittelt, deren Werte zusammen mit Fahrzeugdaten des Fahrzeugs protokolliert und ausgewertet werden. Die Auswertung liefert somit eine Basis zur Bestimmung eines minimalen Energieverbrauchs einer zu bestimmenden Gruppierung.
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Gemäß einer alternativen Ausgestaltung der Erfindung ist eine Gruppierung auch zwischen bereits gruppierten Fahrzeugen einzurichten, wobei in vorteilhafter Weise eine Gruppierung von Fahrzeugen oder ein Fahrzeug aus dieser Gruppierung von Fahrzeugen eine Anforderung veranlasst. Hierbei werden die für ein erstes Fahrzeug erfindungsgemäß vorgesehenen Verfahrensschritte von einer ersten Gruppierung von Fahrzeugen durchgeführt, um sich einer Gruppierung von Fahrzeugen anzuschließen wobei der Anforderung Fahrzeugdaten der jeweiligen Fahrzeuge der ersten Gruppierung von Fahrzeugen zugeordnet sind.
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Im Folgenden werden weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung anhand einer Zeichnung näher beschrieben. Die einzige Figur zeigt einen Ausschnitt aus einer von oben betrachteten Szene auf einer Fahrbahn.
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Die Figur zeigt einen nicht bezeichneten Ausschnitt einer mit einer Mehrzahl von Einzelfahrzeugen 3 und einer Mehrzahl von Fahrzeugen 1 als Teil einer Gruppierung, wobei eine aus zwei Fahrzeugen 1 und einem Fahrzeug 2 gebildete Gruppierung 9 in der rechten Bildhälfte näher betrachtet wird.
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In der Gruppierung 9 sind gruppierte Fahrzeuge 1, 2 zu einem Konvoi zusammengefasst. Ein Leitfahrzeug 2 fährt an erster Stelle der Gruppierung 9. Ungefähr in der Mitte der Gruppierung ist durch einen Pfeil in Fahrtrichtung eine Lücke gebildet, die das unterste in der Figur angeordnete Einzelfahrzeug 3 durch eine abzweigende Ausfahrt der Fahrbahn verlassen hat. Die beiden folgenden Fahrzeuge 1 schließen beispielsweise derart auf, dass diese Lücke beseitigt ist.
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Das größer ausgebildete Leitfahrzeug 2 ist hinsichtlich seiner in den Fahrzeugdaten übermittelten Fahrzeugausmaße zu berücksichtigen. So hat das Leitfahrzeug 2 an sich keine Vorteile, die eine Fahrt im Windschatten eines vorausfahrenden Fahrzeugs vorübergehend oder dauerhaft mit sich bringen kann. Die nachfolgenden Fahrzeuge innerhalb der Gruppierung sind jedoch Nutznießer des Fahrens im Windschatten.
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Eine Suche nach geeigneten Partnern bei der Gruppierung von Fahrzeugen erfordert zum Finden von sinnvollen Gruppierungen eine besondere Vorgehensweise.
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Als gemeinsames Ziel der Gruppierung soll eine energieeffiziente Verfahrensweise erreicht werden. Dabei ist die technische Durchführung der Gruppierung, beispielsweise hinsichtlich der benötigten Steuerungstechnik zum engen Anschluss und Beabstandung der Fahrzeuge im Konvoi an sich bekannt. Allerdings ist bisher kein Verfahren zum Auffinden von Partnern für die Gruppierung bekannt.
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Für eine Realisierung der Gruppierung wird ein – nicht dargestelltes – Diensterbringungssystem vorgeschlagen, das über geeignete – nicht dargestellte – Kommunikationstechniken mit allen am Verfahren beteiligten Fahrzeugen 1, 2, 3 kommuniziert.
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Sämtliche an dem Verfahren beteiligten Fahrzeuge 1, 2, 3, wozu auch die noch nicht an einer Gruppierung teilnehmenden Fahrzeuge 3 zählen, teilen ihren Energieverbrauch fortlaufend, z.B. nach Zurücklegung einer jeweiligen Teilstrecke, dem Diensterbringungssystem mit.
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Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung enthalten die von Fahrzeugen 1, 2, 3 weiterhin übermittelten Fahrzeugdaten Parameter wie einen Fahrzeugtyp, Fahrzeugausmaße und/oder eine das jeweilige Fahrzeug eindeutig identifizierende Identifikationsnummer, z.B. eine Fahrgestellnummer. Weiterhin werden Parameter wie ein Luftwiderstandsbeiwert, ein Leergewicht, ein Beladungsgewicht, ein momentaner Energieverbrauch, eine zurückgelegte Strecke, eine für die Zurücklegung der Strecke benötigtes Zeitintervall und/oder Fahrzeugabmessungen übermittelt.
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Gruppierte Fahrzeuge 1, 2 hinterlegen während der Fahrt Informationen über eigene Fahrzeugdaten sowie, optional, Informationen über die Fahrzeugdaten der weiteren Fahrzeuge 1, 2 in der Gruppierung 9. Weiterhin werden Daten über eine geplante Fahrrouten hinterlegt, wobei in vorteilhafter Weise Daten eines Navigationssystems der Fahrzeuge 1, 2, 3 bezogen werden.
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Um einen oder mehrere geeignete Partner für die Gruppierung zu finden, schickt ein im Folgenden als erstes Fahrzeug 3 bezeichnetes Fahrzeug 3 vor oder während der Fahrt eine Anforderung an das Diensterbringungssystem. Der Anforderung sind eine geplante Fahrtroute sowie Fahrzeugdaten des Fahrzeugs zugeordnet. Eine Zuordnung ist dabei entweder so zu verstehen, dass die geplante Fahrtroute sowie Fahrzeugdaten des Fahrzeugs 3 in der Anforderung enthalten sind und mit dieser übermittelt werden, oder, dass die Anforderung auf eine anderweitige Hinterlegung der geplanten Fahrtroute und/oder Fahrzeugdaten des Fahrzeugs verweist.
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Im Anschluss erfolgt eine Ermittlung mindestens einer Gruppierung 9 von Fahrzeugen 1, 2, deren Fahrtroute zumindest teilweise der Fahrtroute des ersten Fahrzeugs 3 entspricht und für die anhand einer Berechnung auf Grundlage eines laufend ermittelten Energieverbrauchs der jeweiligen Fahrzeuge 1, 2 in der Gruppierung 9 sowie der Fahrzeugdaten des ersten Fahrzeugs 3 ein minimaler Energieverbrauch der Gruppierung bestimmbar ist. Das Diensterbringungssystem ermittelt also zunächst eine aus mindestens einem Fahrzeug bestehende Gruppierung, welche eine zumindest teilweise gleiche Fahrtroute aufweist. Gleichzeitig oder daran anschließend werden Fahrzeuge ermittelt, die im Hinblick auf den gemeinsamen Energieverbrauch optimal sind.
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Anschließend erfolgt eine Beantwortung der Anforderung durch das Diensterbringungssystem, bei der eine Übermittlung von für eine Gruppierung notwendigen Daten an das erste Fahrzeug 3 sowie an die Fahrzeuge 1, 2 der ermittelten Gruppierung 9 erfolgt.
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Die im Diensterbringungssystem hinterlegten Daten sind z.B. aus einer Historie aus einer Vielzahl von Fahrten aufbereitet, wobei Fahrzeuge und Gruppierungen von Fahrzeugen protokolliert und ausgewertet wurden. Ein Kriterium für eine bestimmte Gruppierung kann ebenso die Fahrtzeit als Basis berücksichtigen, um sinnvolle Gruppierungen zu finden.
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Eine Gruppierung von am Verfahren teilnehmenden Fahrzeugen kann auch dezentral oder spontan erfolgen. Eine dezentrale Gruppierung bedeutet, dass die Ermittlung der Gruppierung auf dezentral verteilten Funktionskomponenten erfolgt. Mit anderen Worten wird die dezentrale Gruppierung durch ein verteiltes Diensterbringungssystem realisiert, welches mit bekannten Techniken wie Peer-to-Peer-Computing oder Cloud Computing realisiert wird. Die untereinander kommunizierenden dezentralen Funktionskomponenten sind dabei vorzugsweise in Bordrechnern von Fahrzeugen implementiert. Eine spontane Gruppierung bedeutet, dass sich Fahrzeuge spontan zu einem Konvoi finden, aufgrund der aktuell gewählten Route, jedoch eine Anforderung an das Diensterbringungssystem übermitteln.
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Das Diensterbringungssystem ermittelt gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren eine Gruppierung und übermittelt die für eine Gruppierung notwendigen Daten an die Fahrzeuge, wobei je nach optimierten Energieverbrauch und Fahrtroute eine große Gruppe oder auch mehrere kleine Gruppen nach den Maßgaben des Diensterbringungssystems zu bilden sind. Eine einzige Gruppierung ist insbesondere dann sinnvoll, wenn typischerweise mehrere Fahrzeuge eine längere Strecke zusammen zurücklegen.
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Das Diensterbringungssystem gestattet in einer bevorzugten Ausgestaltung auch eine Abrechnung der durch eine Gruppierung erzielten individuellen Energieeinsparung. Dies reicht bis zur Abrechnung der Daten und der Vereinzelung der Beträge der Energieeinsparung.
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Eine Abrechnung gefahrener Strecken ist verbunden mit den Gesamtenergiekosten. Diese werden auf die Teilnehmer am Platooningverfahren möglichst ausgeglichen verteilt. Dabei ist beispielsweise zu berücksichtigen, dass das Leitfahrzeug typischerweise mit einem höheren Energieverbrauch beaufschlagt ist als die folgenden Fahrzeuge. Damit das Leitfahrzeug auch von der Energieeinsparung profitiert, muss dessen Position entsprechend berücksichtigt werden. Insgesamt ist zu berücksichtigen, dass ein Anreiz zum Energiesparen vorliegt, sodass Teilnehmer für dieses Verfahren gefunden werden.
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Das Diensterbringungssystem erfüllt gleichzeitig die Abrechnung der Kosten von gemeinsam gefahrenen Fahrrouten zwischen den beteiligten Fahrzeugen in der Gruppierung von Fahrzeugen am zeitlichen Ende einer Gruppierung.
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Hierzu werden insbesondere die Kosten zwischen den beteiligten Fahrzeugen einer Gruppierung am zeitlichen Ende einer Gruppierung für mindestens eine Teilstrecke berechnet.
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Bei der Berechnung des Energieverbrauchs einer Gruppenfahrt ist es vorteilhaft, die Kosten für den allgemeinen Aufwand des Systems bzw. der einzelnen Partner direkt mit einzubeziehen. Die Entscheidung zur Teilnahme an einer Gruppierung kann zusätzlich zu dem Maßstab der Energieeffizienz in Abhängigkeit von der gesamten Fahrzeit der Gruppierung getroffen werden.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Gruppierung im Zusammenhang mit der Kostenberechnung für den Energieverbrauch der gesamten Gruppierung und der einzelnen Fahrzeuge können Randbedingungen von Anfang an mitberücksichtigt werden. Hier sind beispielsweise Kosten für das Zusammenführen der verschiedenen Fahrzeuge zu nennen.
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Nach Beendigung einer Gruppierung werden für die gemeinsam gefahrene Fahrstrecke die Kosten zwischen den beteiligten Fahrzeugen sinnvoll verteilt. Dies geschieht am besten auf der Basis der im Diensterbringungssystem hinterlegten Daten. Dabei sind für eine Vielzahl von Fahrzeugen typische Energieverbrauchswerte für ein Fahren außerhalb einer Gruppe, also als Einzelfahrzeug enthalten. Ähnlich wird die insgesamt verbrauchte Energie über eine oder mehrere Teilstrecken dokumentiert. Diese Abrechnung durch das Diensterbringungssystem führt zu Ausgleichszahlungen oder zur Verteilung von Bonuspunkten zwischen den beteiligten Fahrzeugen.
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Mit Bezug auf der in der Figur gezeigten Situation, bei der das unterste in der Figur angeordnete Einzelfahrzeug 3 durch eine abzweigende Ausfahrt die Fahrbahn verlassen hat, ergibt sich für die Abrechnung, dass die bis zu dieser Ausfahrt vorhandene Gruppierung das Ende einer Teilstrecke erreicht hat und somit einzelne Daten der Fahrzeuge an das Diensterbringungssystem zu übermitteln sind, da die Gruppierung an dieser Ausfahrt aufgehoben wird und eine neue Gruppierung mit einer geringeren Anzahl von beteiligten Fahrzeugen 1, 2 entsteht.
