DE102016217915A1 - Methods and devices Determination of the benefits achieved by convoy cruises - Google Patents
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Abstract
Ein Verfahren zur Ermittlung der sich aus einer Kolonnenfahrt mehrerer Kraftfahrzeuge (41, 42, 43) ergebende Energieeinsparungen der an einer Fahrzeugkolonne (1) beteiligten Kraftfahrzeuge (41, 42, 43) umfasst, einen Strömungswiderstand jedes der an der Fahrzeugkolonne (1) beteiligten Kraftfahrzeuge (41, 42, 43) sowohl bei Fahrt in der Fahrzeugkolonne (1) als auch bei Fahrt außerhalb der Fahrzeugkolonne (1) zu modellieren und eine von jedem der an der Fahrzeugkolonne (1) beteiligten Kraftfahrzeuge (41, 42, 43) erbrachte Leistung sowohl bei Fahrt in der Fahrzeugkolonne (1) als auch bei Fahrt außerhalb der Fahrzeugkolonne (1) zu berechnen.A method for determining the resulting from a convoy of several motor vehicles (41, 42, 43) energy savings of involved in a vehicle convoy (1) motor vehicles (41, 42, 43), a flow resistance of each of the vehicle convoy (1) involved motor vehicles (41, 42, 43) both when driving in the vehicle convoy (1) and when driving outside the vehicle convoy (1) to model and one of each of the motor vehicle (41, 42, 43) participating in the vehicle convoy (1) both when driving in the vehicle convoy (1) and when driving outside the vehicle convoy (1) to calculate.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und Vorrichtungen zur Bestimmung und gerechten Aufteilung des von Kraftfahrzeugen durch Kolonnenbildung erzielt Nutzens.The invention relates to a method and apparatus for determining and equitable sharing of the benefits achieved by motor vehicles by column formation.
Stand der TechnikState of the art
Da Fahrzeuge im Windschatten eines vorausfahrenden Fahrzeugs weniger Luftwiderstand überwinden müssen, können Kraftfahrzeuge im Straßenverkehr durch das Bilden von Kolonnen, die auch als Konvois oder englisch als „Platoons“ bezeichnet werden, merkliche Energieeinsparungen erzielen. Since vehicles in the lee of a vehicle in front must overcome less drag, motor vehicles in the road can achieve significant energy savings by forming columns, also known as convoys or English as "platoons".
Die Energieeinsparung wirkt sich günstig auf den Energieverbrauch aus. So reduziert ein Lkw bei einem Abstand von 4 Metern zum einem vorausfahrenden Lkw seinen Energieverbrauch um bis zu 15 %, siehe z.B.
Die durch Kolonnenbildung erzielbaren Einspareffekte werden durch technische Fortschritte, die auch bei geringem Abstand zwischen den Kraftfahrzeugen ein sicheres Fahren ermöglichen, nutzbar. Die dafür genutzten Techniken beinhalten: Navigationssysteme sowie Datenverbindungen zu Verkehrsinformationssystemen, die eine an Straßenführung, Witterungsverhältnisse und Verkehrslage angepasste, vorausschauende Geschwindigkeitssteuerung erlauben; Vorrichtungen zur Abstandsmessung zu vorausfahrenden oder nachfolgenden Kraftfahrzeugen oder Verkehrshindernissen, beispielsweise Ultraschall- oder Radarmessgeräte; Datenverbindungen zwischen den Kraftfahrzeugen einer Kolonne, die Informationen über Beschleunigungen und Verlangsamungen des vorausfahrenden Kraftfahrzeuges noch vor der optischen Wahrnehmbarkeit an das folgende Kraftfahrzeug übermitteln; sowie autonomes oder semiautonomes Fahren und insbesondere Bremsen, die eine schnelle Reaktion des nachfolgenden Kraftfahrzeuges auf die Informationen des vorausfahrenden Kraftfahrzeuges ermöglichen.The achievable by column formation savings can be used by technical advances that allow safe driving even with a small distance between the vehicles. The techniques used include: navigation systems as well as data links to traffic information systems that allow predictive speed control adapted to road conditions, weather conditions and traffic conditions; Devices for distance measurement to vehicles in front or behind, or traffic obstructions, for example ultrasonic or radar instruments; Data links between the vehicles of a convoy transmitting information about accelerations and decelerations of the preceding vehicle to the following motor vehicle prior to visual perception; as well as autonomous or semi-autonomous driving and in particular brakes, which enable a rapid reaction of the following motor vehicle to the information of the preceding motor vehicle.
Ein Verfahren zur Kolonnenbildung ist beispielsweise in
Der Nutzen, den die einzelnen an der Kolonne beteiligten Kraftfahrzeuge in Form von Energieeinsparung aus der Kolonnenfahrt ziehen, ist unterschiedlich. Insbesondere das erste Kraftfahrzeug der Kolonne hat keinen oder nur einen geringen Nutzen.The benefit that the individual vehicles involved in the column draw from the convoy in the form of energy savings varies. In particular, the first motor vehicle of the column has little or no benefit.
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, den Nutzen / die Energieeinsparung, der/die sich aus der Kolonnenfahrt für die einzelnen, an der Kolonne beteiligten Kraftfahrzeuge ergibt, zu bestimmen.It is an object of the invention to determine the utility / energy saving that results from the convoy travel for the individual motor vehicles involved in the convoy.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung umfasst ein Verfahren zum Ermitteln einer sich aus einer Kolonnenfahrt mehrerer Kraftfahrzeuge ergebenden Energieeinsparung der an der Kolonne beteiligten Kraftfahrzeuge, einen Strömungswiderstand jedes der an der Kolonne beteiligten Kraftfahrzeuge sowohl bei Fahrt in der Kolonne als auch bei Fahrt außerhalb der Kolonne zu modellieren und eine von jedem der an der Kolonne beteiligten Kraftfahrzeuge erbrachte Leistung sowohl bei Fahrt in der Kolonne als auch bei Fahrt außerhalb der Kolonne zu berechnen. Durch Vergleich der für eine Fahrt innerhalb und eine Fahrt außerhalb der Kolonne berechneten Leistungen kann so eine Energieeinsparung (Nutzen) für jedes an der Kolonne beteiligte Fahrzeug bestimmt werden.According to one embodiment of the invention, a method for determining an energy saving of column automobiles of automobiles involved in the column comprises modeling a flow resistance of each of the automobiles involved in the column both while traveling in the column and when driving out of the column and to calculate a power provided by each of the automobiles involved in the column, both while traveling in the convoy and when traveling out of the convoy. By comparing the performances calculated for a trip inside and a trip outside the column, an energy saving (benefit) for each vehicle involved in the column can be determined.
Die Erfindung umfasst auch ein Computerprogramm, das, wenn es auf einem Computer ausgeführt wird, dazu führt, dass ein Verfahren gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung durchgeführt wird.The invention also includes a computer program that, when executed on a computer, results in performing a method according to an embodiment of the invention.
Die Erfindung umfasst auch Steuergeräte für Kraftfahrzeuge und eine stationären Recheneinheit, die jeweils dazu ausgebildet sind, an einem Verfahren gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung teilzunehmen.The invention also includes control devices for motor vehicles and a stationary arithmetic unit, each of which is adapted to participate in a method according to an embodiment of the invention.
Die Erfindung umfasst auch, einen Gesamtnutzen (die gesamte Energieeinsparung) der Kolonnenfahrt zu ermitteln und zwischen den beteiligten Kraftfahrzeugen aufzuteilen. Zur Ermittlung des Gesamtnutzens werden Modelle zur Quantifizierung von Windschatteneffekten genutzt. Das Ergebnis kann für ein (finanzielles) Ausgleichsverfahren genutzt werden, um den Nutzen, der sich aus der Kolonnenfahrt ergibt, gerecht unter den an der Kolonne beteiligten Kraftfahrzeugen aufzuteilen. Hierdurch wird die Motivation, eine energiesparende Kolonne zu bilden, erhöht, auch wenn die Fahrer der Kraftfahrzeuge einander nicht kennen. Zudem wird die Gefahr einer unkoordinierten („wilden“) Kolonnenbildung („Windschattenfahren“) ohne Abstimmung mit dem Vorausfahrenden reduziert, wodurch die Verkehrssicherheit erhöht wird.The invention also includes determining a total utility (the total energy savings) of the convoy trip and dividing it among the motor vehicles involved. To determine the total benefit, models for the quantification of slipstream effects are used. The result can be used for a (financial) equalization process to fairly divide the benefits resulting from the convoy into the cars involved in the convoy. As a result, the motivation to form an energy-saving column is increased, even if the drivers of the motor vehicles do not know each other. In addition, the risk of uncoordinated ("wild") column formation ("slipstreaming") is reduced without coordination with the vehicle in front, which increases road safety.
In einer Ausführungsform umfasst das Verfahren das Modellieren von Strömungswiderständen der Kraftfahrzeuge durch ein datenbasiertes Modell, insbesondere ein Gauß-Prozess-Modell, in das mindestens die folgenden Eingangsgrößen eingehen: Strömungsgeschwindigkeit und/oder Kraftfahrzeuggeschwindigkeit, Abstände zwischen den an der Kolonne beteiligten Kraftfahrzeugen, sowie Parameter, welche die Formen und Abmessungen der beteiligten Kraftfahrzeuge charakterisieren. Auf diese Weise können die Strömungswiderstände besonders gut modelliert werden.In an embodiment, the method comprises modeling flow resistances of the motor vehicles by a data-based model, in particular a Gaussian process model, in which at least the following input variables are received: flow velocity and / or Motor vehicle speed, distances between the vehicles involved in the column, as well as parameters that characterize the shapes and dimensions of the motor vehicles involved. In this way, the flow resistances can be modeled very well.
In einer Ausführungsform werden bei der Berechnung der Leistung eine aktuell erbrachte Leistung, ein aktuelles Antriebsmoment und/oder ein aktueller Energieverbrauch berücksichtigt, um die Leistung mit hoher Genauigkeit zu berechnen.In one embodiment, when calculating the power, an actual power delivered, a current drive torque, and / or a current power consumption are taken into account to calculate the power with high accuracy.
In einer Ausführungsform wird zur Berechnung der Energieeinsparung der Wirkungsgrad eines Motors und/oder eines Antriebsstrangs des Kraftfahrzeugs auf gleicher Strecke bei gleicher Geschwindigkeit für die Fahrt innerhalb und außerhalb der Kolonne modelliert. Auf diese Weise kann die durch die Kolonnenfahrt erzielte Energieeinsparung mit guter Genauigkeit berechnet werden.In one embodiment, the efficiency of an engine and / or a drive train of the motor vehicle is modeled on the same route at the same speed for driving inside and outside the column to calculate the energy savings. In this way, the energy savings achieved by the convoy can be calculated with good accuracy.
In einer Ausführungsform werden die Wirkungsgrade des Motors und/oder des Antriebsstrangs durch datenbasierte Modelle, insbesondere Gauß-Prozess-Modelle, modelliert, wobei in die Modelle mindestens die folgenden Eingangsgrößen eingehen: Geschwindigkeit und Leistung des Kraftfahrzeugs oder Motordrehzahl und Leistung der Motoren der an der Kolonne beteiligten Kraftfahrzeuge oder damit korrelierende Größen, sowie Parameter, welche die Motor- und Antriebsstrangeinstellung charakterisieren. Auf diese Weise können die Wirkungsgrade mit guter Genauigkeit modelliert werden.In one embodiment, the efficiencies of the engine and / or drivetrain are modeled by data-based models, in particular Gaussian process models, wherein the models include at least the following input variables: speed and power of the motor vehicle or engine speed and power of the engines of the Column participating motor vehicles or correlating sizes, as well as parameters that characterize the engine and Antriebsstrangeinstellung. In this way, the efficiencies can be modeled with good accuracy.
In einer Ausführungsform gehen in die Modellierung der Energieeinsparung eines Kraftfahrzeuges durch die Kolonnenfahrt mindestens die Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs und der Abstand zu einem vorausfahrenden Kraftfahrzeug ein. In einer Ausführungsform gehen in die Modellierung der Energieeinsparung eines Kraftfahrzeuges durch die Kolonnenfahrt auch eine oder mehrere der folgenden Daten ein: Windstärke und Windrichtung relativ zur Kraftfahrzeugbewegung, andere Wetterdaten, Luftwiderstandswert des Kraftfahrzeugs, sowie andere Daten zur Form und/oder zum Gewicht des Kraftfahrzeugs. Auf diese Weise kann die Genauigkeit der modellierten Energieeinsparung verbessert werden. In one embodiment, at least the speed of the motor vehicle and the distance to a preceding motor vehicle enter into the modeling of the energy saving of a motor vehicle by the convoy travel. In one embodiment, one or more of the following data is included in the modeling of the energy saving of a motor vehicle by the convoy: Wind force and wind direction relative to the motor vehicle movement, other weather data, air resistance value of the motor vehicle, as well as other data on the shape and / or weight of the motor vehicle. In this way, the accuracy of the modeled energy savings can be improved.
In einer Ausführungsform umfasst das Verfahren, eine drahtlose Datenverbindung zwischen Steuergeräten der an der Kolonne beteiligten Kraftfahrzeuge und einer stationären Recheneinheit aufzubauen, das Vorliegen einer Kolonnenfahrt durch Setzen eines Kolonnenfahrtstatus in den Steuergeräten der Kraftfahrzeuge und der Recheneinheit anzuzeigen und die Energieeinsparungen der beteiligten Kraftfahrzeuge durch die Kolonnenfahrt zu modellieren und aufzuintegrieren, solange der Kolonnenfahrtstatus gesetzt ist. Auf diese Weise können die von der Kolonnenfahrt bewirkten Energieeinsparungen der an der Kolonne beteiligten Kraftfahrzeuge zentral erfasst, gespeichert und ausgewertet werden.In one embodiment, the method comprises establishing a wireless data link between control units of the automobiles involved in the column and a stationary arithmetic unit, indicating the presence of a convoy by setting a convoy status in the control units of the motor vehicles and the arithmetic unit, and the energy savings of the involved motor vehicles by the convoy to model and integrate as long as the Colony Ride status is set. In this way, the energy savings of the motor vehicles involved in the column can be centrally recorded, stored and evaluated.
In einer Ausführungsform umfasst das Verfahren, dass die Steuergeräte der Kraftfahrzeuge Daten an die Recheneinheit übertragen, wobei die Daten wenigstens eine der folgenden Informationen beinhalten: Absicht zur Kolonnenfahrt; Identifikationsmerkmale anderer für die Kolonnenfahrt in Frage kommender Kraftfahrzeuge; aktuelle Position, geplante Route, aktuelle und/oder prognostizierte Geschwindigkeit, aktuelle und/oder prognostizierte Beschleunigung bzw. Verlangsamung des jeweiligen Kraftfahrzeug, Abstand zwischen den Kraftfahrzeugen der Kolonne, Abstand zu anderen Verkehrsteilnehmern, Abstand zu Hindernissen, sowie Informationen über Straßenverhältnisse und Wetterdaten. In einer Ausführungsform umfasst das Verfahren darüber hinaus, dass die Recheneinheit von einem Kraftfahrzeug erhaltene Daten und/oder aus diesen Daten berechnete weitere Daten an andere Kraftfahrzeuge sendet, die an der Kolonne beteiligt sind. Auf diese Weise kann die Kolonnenfahrt von der Recheneinheit initiiert, koordiniert und optimiert werden, um die Sicherheit der an der Kolonne beteiligten Kraftfahrzeuge zu gewährleisten und die erzielbare Energieeinsparung zu optimieren.In one embodiment, the method includes where the control units of the motor vehicles transmit data to the computing unit, the data including at least one of the following information: intent to cruise; Identification features of other motor vehicles eligible for the convoy; Current position, planned route, current and / or forecasted speed, current and / or forecast acceleration or deceleration of the respective motor vehicle, distance between the vehicles of the column, distance to other road users, distance to obstacles, as well as information about road conditions and weather data. In one embodiment, the method further comprises that the arithmetic unit sends data received from a motor vehicle and / or other data calculated from this data to other motor vehicles involved in the column. In this way, the convoy can be initiated, coordinated and optimized by the computing unit to ensure the safety of the motor vehicles involved in the convoy and to optimize the achievable energy savings.
In einer Ausführungsform umfasst das Verfahren, dass nach dem Setzen des Kolonnenfahrtstatus zwischen den an der Kolonne beteiligten Kraftfahrzeugen direkt oder über die Recheneinheit Daten ausgetauscht werden, die eine oder mehrere der folgenden Informationen beinhalten: geplante Route; aktuelle und/oder prognostizierte Geschwindigkeit; aktuelle und/oder prognostizierte Beschleunigung bzw. Verlangsamung; Abstand zwischen den Kraftfahrzeugen der Kolonne; Abstand zu anderen Verkehrsteilnehmern; Abstand zu Hindernissen; aktuelle Straßenverhältnisse; aktuelle Wetterdaten. Auf diese Weise kann die Kolonnenfahrt koordiniert und optimiert werden, um die Sicherheit der an der Kolonne beteiligten Kraftfahrzeuge zu gewährleisten und die erzielbare Energieeinsparung zu optimieren.In one embodiment, the method includes, after setting the convoy status between the automobiles involved in the convoy, exchanging data directly or via the arithmetic unit containing one or more of the following information: planned route; current and / or predicted speed; current and / or predicted acceleration or deceleration; Distance between the vehicles of the column; Distance to other road users; Distance to obstacles; current road conditions; current weather data. In this way, the convoy travel can be coordinated and optimized to ensure the safety of the vehicles involved in the column and to optimize the energy savings achievable.
In einer Ausführungsform ist das Setzen des Kolonnenfahrtstatus von Kriterien abhängig, die zumindest teilweise von den Steuergeräten und/oder der Recheneinheit aufgrund elektronischer Daten überprüft werden, wobei die elektronischen Daten insbesondere die aktuelle Position, die geplante Route und/oder die über ein Eingabegerät abgegebene Zustimmung zur Kolonnenfahrt durch die Fahrer der Kraftfahrzeuge umfassen. Auf diese Weise kann das Setzen des Kolonnenfahrtstatus optimiert werden, insbesondere kann ein fälschliches Setzen des Kolonnenfahrtstatus, ohne dass die für eine Kolonnenfahrt notwendigen Kriterien vorliegen, verhindert werden.In one embodiment, setting the convoy travel status depends on criteria that are at least partially checked by the control devices and / or the computing unit based on electronic data, wherein the electronic data in particular the current position, the planned route and / or the consent given via an input device to the column ride by the driver of the motor vehicles. In this way, the setting of the convoy travel status can be optimized, in particular, a false setting of the convoy travel status, without that for a Column travel necessary criteria are present, be prevented.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben:Embodiments of the invention will be described below with reference to the drawings:
Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings
Ausführliche Beschreibung der FigurenDetailed description of the figures
Jedes registrierte Kraftfahrzeug
einem Steuergerät
einem Navigationsgerät
einer Datenübertragungsvorrichtung
einer Abstandsmessvorrichtung
einer Geschwindigkeitsmessvorrichtung
a
a
a
a
a
Ein Betreiber betreibt eine stationäre Recheneinheit
Der Registrierer des jeweilige Kraftfahrzeugs
Die Recheneinheit
Optional können die Kraftfahrzeuge
mit einem Gerät
mit einem Eingabegerät
mit einer Vorrichtung
mit Nahbereich-Sensoren
with a
with an
with a
with
Hierbei kann es sich um separate Geräte handeln. Es ist aber auch möglich, dass mehrere Funktionen in einem gemeinsamen Gerät integriert sind.These can be separate devices. But it is also possible that several functions are integrated in a common device.
Die Steuergeräte
Zur einfacheren Beschreibung umfasst der Begriff Kraftfahrzeug
Nachdem von den Steuergeräte
In den Algorithmen, die auf den Steuergeräten
- (A) Die
Fahrer der Kraftfahrzeuge 41 ,42 ,43 geben über ihreEingabegeräte 111 ,112 ,113 eine Absicht zur Kolonnenfahrt mit einer Identifikationsinformation ein, z.B. einem unter den Fahrern vereinbarten Kennwort oder den Kennzeichen der beteiligten Kraftfahrzeuge41 ,42 ,43 . - (B) Ein oder mehrere Kraftfahrzeuge
41 ,42 ,43 registrieren über die Nahbereich-Sensoren 131 ,132 ,133 und/oder dieVorrichtungen 121 ,122 ,123 zumDatenaustausch mit Kraftfahrzeugen 41 ,42 ,43 imNahbereich andere Kraftfahrzeuge 41 ,42 ,43 , die sich in der Nähe befinden und zur Kolonnenbildung in Frage kommen, und schicken eine Anfrage zur Kolonnenbildung andie Recheneinheit 2 und/oder direkt andie Steuergeräte 51 ,52 ,53 der anderen in Frage kommenden Kraftfahrzeuge41 ,42 ,43 . Über dieGeräte 101 ,102 ,103 zur Informationsübermittlung werden dieFahrer dieser Kraftfahrzeuge 41 ,42 ,43 nach ihrer Bereitschaft zur Kolonnenfahrt gefragt und stimmen der Kolonnenfahrt, z.B. durch eine Eingabe in ihr jeweiliges Eingabegerät111 ,112 ,113 , zu. - (C)
Die Recheneinheit 2 erkennt durch dievon den Steuergeräten 51 ,52 ,52 der Kraftfahrzeuge 41 ,42 ,43 übermittelten Daten wie z.B. die GPS-Position, die Geschwindigkeit und/oder dieRoutenplanung der Kraftfahrzeuge 41 ,42 ,43 , die beispielsweisevon den Navigationsgeräten 71 ,72 ,73 der Kraftfahrzeuge 41 ,42 ,43 zur Verfügung gestellt werden, eine Möglichkeit zur Kolonnenfahrt und schickt eine Anfrage andie Steuergeräte 51 ,52 ,52 der inFrage kommenden Kraftfahrzeuge 41 ,42 ,43 . Durch dieGeräte 101 ,102 ,103 zur Informationsübermittlung werden dieFahrer der Kraftfahrzeuge 41 ,42 ,43 nach ihrer Bereitschaft zur Kolonnenfahrt gefragt und stimmen dieser, z.B. über ihr jeweiliges Eingabegerät111 ,112 ,113 , zu.
- (A) The drivers of
motor vehicles 41 .42 .43 give about theirinput devices 111 .112 .113 an intention to travel in a convoy with an identification information, for example, a password agreed upon by the drivers or the license plates of the motor vehicles involved41 .42 .43 , - (B) One or
more motor vehicles 41 .42 .43 register via theproximity sensors 131 .132 .133 and / or thedevices 121 .122 .123 for data exchange withmotor vehicles 41 .42 .43 in the vicinity ofother vehicles 41 .42 .43 , which are located nearby and are suitable for formation of columns, and send a request for column formation to thecomputing unit 2 and / or directly to thecontrollers 51 .52 .53 the othereligible motor vehicles 41 .42 .43 , About thedevices 101 .102 .103 for the transmission of information, the drivers of thesevehicles 41 .42 .43 asked for their willingness to travel the column and vote the column journey, eg by entering in theirrespective input device 111 .112 .113 , too. - (C) The
arithmetic unit 2 recognized by the of thecontrol units 51 .52 .52 themotor vehicles 41 .42 .43 transmitted data such as the GPS position, the speed and / or route planning ofmotor vehicles 41 .42 .43 , for example, from thenavigation devices 71 .72 .73 themotor vehicles 41 .42 .43 be provided, a way to the column drive and sends a request to thecontrol units 51 .52 .52 theeligible motor vehicles 41 .42 .43 , Through thedevices 101 .102 .103 For the transmission of information, the drivers ofmotor vehicles 41 .42 .43 asked for their willingness to ride the column and vote this, for example, via theirrespective input device 111 .112 .113 , too.
Wenn die Kriterien zur Kolonnenfahrt erfüllt sind (Schritt
Optional schickt die Recheneinheit
Während der Kolonnenfahrt werden in den Steuergeräten
Die koordinierte Kolonnenfahrt endet (Schritt
Nach dem Abbruch der Kolonnenfahrt kann die aufintegrierte/aufsummierte Energieeinsparung jedes Kraftfahrzeugs
Diese Formeln können für die Antriebsart (Dieselmotor, Benzinmotor, Gasmotor, Elektromotor mit Batterien, Elektromotor mit Brennstoffzellen usw.) und/oder für den Kraftfahrzeugtyp spezifisch sein und können als weitere Eingangsgrößen die aktuellen Marktpreise von Betriebsmitteln (Kraftstoffe, Strom) enthalten. Durch Addition aller Geldwerte und Division durch die Anzahl der Kolonnenteilnehmer kann der durchschnittliche geldwerte Nutzen der Kolonnenfahrt ermittelt werden. Jedem Teilnehmer der Kolonnenfahrt kann die Differenz zwischen dem durchschnittlichen Nutzen er Kolonnenfahrt und seinem individuellen tatsächlichen Nutzen als Kredite gutgeschrieben, oder, wenn sein tatsächlicher Nutzen den durchschnittlichen Nutzen übersteigt, als Debite belastet werden (Schritt
Durch finanzielle Transaktionen zwischen dem Betreiber der Recheneinheit
Berechnung der EnergieeinsparungCalculation of energy savings
Ursache der Energieeinsparung durch die Kolonnenfahrt ist die Verminderung des Strömungswiderstandes insbesondere des zweiten und der nachfolgenden Kraftfahrzeuge
Zur einfacheren Formulierung werden im Folgenden mit „real“ der Strömungswiderstand, die Leistung, die Getriebe- und Motoreinstellung, der Energieverbrauch usw. eines Kraftfahrzeugs
Die Berechnung der Energieeinsparung eines beteiligten Kraftfahrzeugs
- 1. Berechnung des realen Energieverbrauchs (cr) des Kraftfahrzeugs
41 ,42 ,43 (Schritt310 ) - 2. Berechnung der Differenz des Strömungswiderstandes (cwdiff) zwischen der realen Fahrt in der Kolonne
1 und der hypothetischen Fahrt außerhalb der Kolonne1 (Schritt320 ) - 3. Berechnung der hypothetischen Leistung (pveh_h), die
das Kraftfahrzeug 41 ,42 ,43 außerhalb der Kolonne1 aufbringen müsste (Schritt330 ) - 4. Modellierung der hypothetischen Getriebe- und Motoreinstellung, die
das Kraftfahrzeug 41 ,42 ,43 außerhalb der Kolonne1 hätte. (Schritt340 ) - 5. Modellierung des hypothetischen Wirkungsgrades (etaveh_h) des Kraftfahrzeugs
41 ,42 ,43 außerhalb der Kolonne1 (Schritt350 ) - 6. Berechnung des hypothetischen Energieverbrauchs (ch) des Kraftfahrzeugs
41 ,42 ,43 außerhalb der Kolonne1 (Schritt360 ) - 7. Berechnung der Differenz (cdiff) zwischen hypothetischem und realem Energieverbrauch (Schritt
370 )
- 1. Calculation of the real energy consumption (c r ) of the
motor vehicle 41 .42 .43 (Step310 ) - 2. Calculation of the difference in the flow resistance (cw diff ) between the actual travel in the column
1 and the hypothetical ride outside the column1 (Step320 ) - 3. Calculation of the hypothetical power (p veh_h ), which is the
motor vehicle 41 .42 .43 outside the column1 would have to apply (step330 ) - 4. Modeling of the hypothetical transmission and engine settings that the
motor vehicle 41 .42 .43 outside the column1 would have. (Step340 ) - 5. Modeling of the hypothetical efficiency (eta veh_h ) of the
motor vehicle 41 .42 .43 outside the column1 (Step350 ) - 6. Calculation of the hypothetical energy consumption (c h ) of the
motor vehicle 41 .42 .43 outside the column1 (Step360 ) - 7. Calculation of the difference (c diff ) between hypothetical and real energy consumption (step
370 )
Die einzelnen Schritte werden im Folgenden näher beschrieben.
- 1. Berechnung des realen Energieverbrauchs (cr) des Kraftfahrzeugs
41 ,42 ,43 (Schritt310 ): Der reale Energieverbrauch cr kann aus dem gemessenen oder gesteuerten realen Verbrauch an Energiespeichermedium, d.h. Kraftstoff (Verbrennungsmotor) oder elektrische Ladung in Verbindung mit der Batteriespannung (Elektromotor), bestimmt werden. Alternativ kann der Energieverbrauch cr bestimmt werden, indem die realeAbtriebsleistung des Motors 141 ,142 ,143 peng_r, d.h. das Produkt aus Drehzahl und Drehmoment, bestimmt wird und über den aktuellen Wirkungsgrad des Motors etaeng_r der Energieverbrauch berechnet wird:
- 1. Calculation of the real energy consumption (c r ) of the
motor vehicle 41 .42 .43 (Step310 ): The real energy consumption c r can be determined from the measured or controlled real consumption of energy storage medium, ie fuel (internal combustion engine) or electric charge in connection with the battery voltage (electric motor). Alternatively, the energy consumption c r can be determined by the real output power of theengine 141 .142 .143 p eng_r , ie the product of speed and torque, is determined and calculated on the current efficiency of the engine eta eng_r the energy consumption:
Der Wirkungsgrad etaeng_r des Motors
Ein Modell des Wirkungsgrades in Abhängigkeit der relevanten Parameter wird im Rahmen der Motorentwicklung bestimmt. Dafür eignet sich besonders ein datenbasiertes Modell, das mit Messdaten an verschiedenen Betriebspunkten trainiert wird, beispielsweise ein Gauß-Prozess-Modell. Gauß-Prozess-Modelle sind beispielsweise in
- 2. Berechnung der Differenz des Strömungswiderstandes (cwdiff) zwischen der realen Fahrt in der Kolonne
1 und der hypothetischen Fahrt außerhalb der Kolonne1 (Schritt320 ): DerStrömungswiderstand eines Kraftfahrzeugs 41 ,42 ,43 hängt ab von: der Geschwindigkeit der Luftströmung um dieKraftfahrzeuge 41 ,42 ,43 (abhängig von Wind und Kraftfahrzeuggeschwindigkeit); der Richtung der Luftströmung; der Form desKraftfahrzeugs 41 ,42 ,43 ; den Abständen zu den vorausfahrenden und nachfolgenden Kraftfahrzeugen41 ,42 ,43 und der Ausrichtung relativ zu den vorausfahrenden und nachfolgenden Kraftfahrzeugen41 ,42 ,43 .
- 2. Calculation of the difference in the flow resistance (cw diff ) between the actual travel in the column
1 and the hypothetical ride outside the column1 (Step320 ): The flow resistance of amotor vehicle 41 .42 .43 depends on: the speed of the air flow around themotor vehicles 41 .42 .43 (depending on wind and vehicle speed); the direction of the air flow; the shape of themotor vehicle 41 .42 .43 ; the distances to the preceding and followingmotor vehicles 41 .42 .43 and the orientation relative to the preceding and followingmotor vehicles 41 .42 .43 ,
Zur Modellierung des Strömungswiderstandes muss die Zahl der Eingangsgrößen des Modells so weit reduziert werden, dass eine Modellierung mit den verfügbaren Computerressourcen möglich ist. Dazu wird eine Reihe von vereinfachenden Annahmen und Einschränkungen bezüglich der Zusammensetzung der Kolonne
Beispielhaft seien folgende mögliche Einschränkungen genannt:
- – Falls die Kolonne
1 aus fünf odermehr Kraftfahrzeugen 41 ,42 ,43 besteht, wird für die Berechnung des Strömungswiderstandes eines beteiligten Fahrzeugs, z. B.43 , nur der Abschnitt der Kolonne1 vom Kraftfahrzeug zwei Positionen weiter vorne,im Beispiel 41 , bis zum nachfolgenden Kraftfahrzeug, im Beispiel ein in1 nicht dargestelltes weiteres Fahrzeug, berücksichtigt (insgesamt werden nur vier Kraftfahrzeuge berücksichtigt). Für die Berechnung des Strömungswiderstandes des ersten Fahrzeugs41 werden nurdas erste Fahrzeug 41 unddas zweite Fahrzeug 42 berücksichtigt; für die Berechnung des Strömungswiderstandes des zweiten Fahrzeugs42 werden nur dieFahrzeuge 41 ,43 vom erstenFahrzeug 41 bis zum drittenFahrzeug 43 berücksichtigt, für die Berechnung des Strömungswiderstandes des letzten Fahrzeuges werden nur die Fahrzeuge vom vorvorletzten bis zum letzten Fahrzeug berücksichtigt. - – Die Abstände zwischen
den Kraftfahrzeugen 41 ,42 ,43 sind gleich und korrelieren mit der Geschwindigkeit der Kraftfahrzeuge41 ,42 ,43 . - – Die Form des ersten Kraftfahrzeugs
41 wird durch einen cw-Wert und einen Stirnflächenwert parametrisiert. - – Die Formen des zweiten bis vierten Kraftfahrzeugs
42 ,43 werden durch einen gemeinsamen cw-Wert und einen gemeinsamen Stirnflächenwert parametrisiert.
- - If the column
1 from five ormore motor vehicles 41 .42 .43 exists is used for the calculation of the flow resistance of a vehicle involved, z. B.43 , only the section of the column1 from the motor vehicle two positions further forward, in the example41 , to the following motor vehicle, in the example a in1 not shown further vehicle considered (in total, only four cars are considered). For the calculation of the flow resistance of thefirst vehicle 41 become only thefirst vehicle 41 and thesecond vehicle 42 considered; for the calculation of the flow resistance of thesecond vehicle 42 only thevehicles 41 .43 from thefirst vehicle 41 to thethird vehicle 43 considered, for the calculation of the flow resistance of the last vehicle, only the vehicles from the pre-penultimate to the last vehicle are considered. - - The distances between the
vehicles 41 .42 .43 are equal and correlate with the speed ofmotor vehicles 41 .42 .43 , - - The shape of the
first motor vehicle 41 is parameterized by a cw value and an end face value. - - The forms of the second to
fourth motor vehicle 42 .43 are parameterized by a common cw value and a common face value.
Dahinter steht die Annahme, dass diese Kraftfahrzeuge
Ein Modell mit den beispielhaft genannten Einschränkungen hat noch sieben Eingangsgrößen: Strömungsgeschwindigkeit, Strömungsrichtung, Kraftfahrzeugabstand d, cw-Wert und Stirnfläche des ersten Kraftfahrzeugs
Als Modell des Strömungswiderstandes abhängig von den Eingangsgrößen eignet sich ein datenbasiertes Modell, beispielsweise ein Gauß-Prozess-Modell. Die Trainingsdaten des Modells können aus Straßenmessungen oder aus CFD-Simulationen stammen. Eine Berechnung von Strömungswiderständen in Kraftfahrzeugkolonnen durch CFD-Simulation wird beispielsweise beschrieben in:
Durch Berechnung des Modells mit den realen Eingangsdaten erhält man den Strömungswiderstand cwr des Kraftfahrzeugs
Durch Berechnung des Modells mit sehr großen Abständen (entspricht einer Fahrt außerhalb einer Kolonne
- 3. Berechnung der hypothetischen Leistung (pveh_h), die
das Kraftfahrzeug 41 ,42 ,43 außerhalb der Kolonne1 aufbringen müsste (Schritt330 ): Die reale Leistung, diedas Kraftfahrzeug 41 ,42 ,43 in der Kolonne1 aufbringen muss, berechnet sich aus der Abtriebsleistung desMotors 141 ,142 ,143 sowie demWirkungsgrad eines Getriebes 161 ,162 ,163 (soweit vorhanden) und des weiteren Antriebsstranges bis zu der Kraftübertragung der Räder/Reifen 171 ,172 ,173 auf die Fahrbahn. Die Berechnung der Abtriebsleistung desMotors 141 ,142 ,143 wurde bereits weiter oben beschrieben. Der Wirkungsgrad etatra_r desGetriebes 161 ,162 ,163 (soweit vorhanden) und des weiteren Antriebsstranges hängt von einer Reihe von Betriebsparametern ab, beispielsweise der Übersetzung desGetriebes 161 ,162 ,163 , der Drehzahl desMotors 141 ,142 ,143 und dem Luftdruck in den Räder/Reifen 171 ,172 ,173 .
- 3. Calculation of the hypothetical power (p veh_h ), which is the
motor vehicle 41 .42 .43 outside the column1 would have to apply (step330 ): The real power that themotor vehicle 41 .42 .43 in the column1 must apply, calculated from the output power of theengine 141 .142 .143 and the efficiency of atransmission 161 .162 .163 (if available) and the further drive train up to the power transmission of the wheels /tires 171 .172 .173 on the road. The calculation of the output power of theengine 141 .142 .143 has already been described above. The efficiency eta tra_r of thetransmission 161 .162 .163 (if any) and the other drive train depends on a number of operating parameters, such as the translation of thetransmission 161 .162 .163 , the speed of theengine 141 .142 .143 and the air pressure in the wheels /tires 171 .172 .173 ,
Ein Modell des Wirkungsgrades in Abhängigkeit der relevanten Parameter wird im Rahmen der Motorentwicklung bestimmt. Dafür eignet sich besonders ein datenbasiertes Modell, das mit Messdaten an verschiedenen Betriebspunkten trainiert wird, beispielsweise ein Gauß-Prozess-Modell.A model of the efficiency as a function of the relevant parameters is determined in the context of engine development. Particularly suitable for this is a data-based model that is trained with measurement data at various operating points, for example a Gaussian process model.
Die Formel für die reale Leistung ist The formula for the real performance is
Die hypothetische Leistung ergibt sich durch Hinzufügen der Differenz auf Grund des unterschiedlichen Strömungswiderstandes. Zur Berechnung der Differenz muss die Differenz des Strömungswiderstandes noch mit der Kraftfahrzeuggeschwindigkeit vveh multipliziert werden:
- 4. Modellierung der hypothetischen Getriebe- und Motoreinstellung, die das Kraftfahrzeug außerhalb der Kolonne
1 hätte (Schritt340 ): Die Getriebeeinstellung (soweitein Getriebe 161 ,162 ,163 vorhanden ist) wird inKraftfahrzeugen 41 ,42 ,43 mit Automatikgetriebe durch das Getriebesteuergerät vorgenommen, inKraftfahrzeugen 41 ,42 ,43 mittels Handschalter durch den Fahrer. Die maßgeblichen Abhängigkeiten sind die Kraftfahrzeuggeschwindigkeit und die Leistung. In der Software der Getriebesteuerung sind die expliziten Abhängigkeiten evtl. auch andere, mit Kraftfahrzeuggeschwindigkeit und Leistung korrelierende Größen, beispielsweise Kraftfahrzeuggeschwindigkeit und Drehmoment. InKraftfahrzeugen 41 ,42 ,43 mit Automatikgetriebe kann die hypothetische Getriebeeinstellung daher auf der Grundlage der Geschwindigkeit und der hypothetischen Leistung pveh_h modelliert werden. InKraftfahrzeugen 41 ,42 ,43 mit Handschalter muss dafür im Rahmen der Kraftfahrzeugentwicklung ein Modell für das typische Schaltverhalten eines Fahrers erstellt werden.
- 4. Modeling of the hypothetical transmission and engine settings, the motor vehicle outside the column
1 would have (step340 ): The gearbox adjustment (as far as agearbox 161 .162 .163 is present) is used inmotor vehicles 41 .42 .43 with automatic transmission made by the transmission control unit, inmotor vehicles 41 .42 .43 by hand switch by the driver. The relevant dependencies are the vehicle speed and the power. In the transmission control software, the explicit dependencies may also be other variables correlating with vehicle speed and performance, such as vehicle speed and torque. Inmotor vehicles 41 .42 .43 with automatic transmission, the hypothetical transmission setting can therefore be modeled on the basis of the speed and the hypothetical power p veh_h . Inmotor vehicles 41 .42 .43 With manual switch, a model for the typical switching behavior of a driver must be created for this in the context of motor vehicle development.
Die Motoreinstellung, d. h. die Einstellung von Parametern wie (bei Verbrennungsmotoren) der Luftzahl λ, des Frischluftmassenstroms, der Abgasrückführrate, des oder der Kurbelwinkel, bei denen Kraftstoffeinspritzung erfolgt, des Einspritzdrucks und, bei Ottomotoren, des Zündwinkels, wird durch ein (nicht in den Figuren gezeigtes) Motorsteuergerät vorgenommen. Die maßgeblichen Abhängigkeiten sind die Drehzahl (die wiederum von der Kraftfahrzeuggeschwindigkeit und der Getriebeeinstellung bestimmt wird) und die Abtriebsleistung sowie evtl. weitere Einflussgrößen, insbesondere Temperaturen und Größen für die Abgasnachbehandlung (bei Verbrennungsmotoren). Zu den Größen für die Abgasnachbehandlung können beispielsweise eine gewünschte Luftzahl λ oder eine gewünschte Abwärme für das Beheizen eines Katalysators gehören. In der Software der Motorsteuerung sind die expliziten Abhängigkeiten evtl. auch andere, mit den genannten Größen korrelierende Größen, beispielsweise Drehzahl und Drehmoment statt Drehzahl und Abtriebsleistung. Mit Kennntnis der Motorsteuerungsalgorithmen und der (zuvor berechneten) hypothetischen Getriebeeinstellung kann die hypothetische Motoreinstellung bei hypothetischer Leistung pveh_h außerhalb der Kolonne
- 5. Modellierung des hypothetischen Wirkungsgrades (etaveh_h) des Kraftfahrzeugs
41 ,42 ,43 außerhalb der Kolonne1 (Schritt350 ): Zuvor wurde bereits beschrieben, dass sich der Wirkungsgrad desMotors 141 ,142 ,143 etaeng und der Wirkungsgrad desGetriebes 161 ,162 ,163 (soweit vorhanden) und des weiteren Antriebsstranges mit Hilfe von datenbasierten Modellen berechnen lässt. Zur Modellierung des hypothethischen Wirkungsgrades des Kraftfahrzeugs41 ,42 ,43 werden mit Hilfe dieser Modelle zunächst der Wirkungsgrad desGetriebes 161 ,162 ,163 , des weiteren Antriebsstranges etatra_h und desMotors 141 ,142 ,143 etaeng_h bei der zuvor ermittelten hypothetischen Einstellung, der realen Geschwindigkeit und der hypothetischen Leistung pveh_h berechnet. Aus diesen berechnet sich dann der Wirkungsgrad des Kraftfahrzeugs41 ,42 ,43 : - 6. Berechnung des hypothetischen Energieverbrauchs (ch) des Kraftfahrzeugs
41 ,42 ,43 außerhalb der Kolonne1 (Schritt360 ): Der hypothethische Energieverbrauch ergibt sich aus der hypothetischen Leistung pveh_h und dem hypothetischen Wirkungsgrad pveh_h: - 7. Berechnung der Differenz (cdiff) zwischen hypothetischem und realem Energieverbrauch (Schritt
370 ): Die Differenz berechnet sich durchcdiff = ch – cr.
- 5. Modeling of the hypothetical efficiency (eta veh_h ) of the
motor vehicle 41 .42 .43 outside the column1 (Step350 ): Previously, it was already described that the efficiency of theengine 141 .142 .143 Eta tight and the efficiency of thetransmission 161 .162 .163 (if available) and the further drive train can be calculated using data-based models. For modeling the hypothetical efficiency of themotor vehicle 41 .42 .43 With the help of these models, first of all the efficiency of thetransmission 161 .162 .163 , the further powertrain eta tra_h and theengine 141 .142 .143 eta eng_h at the previously determined hypothetical attitude, the real speed and the hypothetical power p veh_h calculated. From these then calculated the efficiency of themotor vehicle 41 .42 .43 : - 6. Calculation of the hypothetical energy consumption (c h ) of the
motor vehicle 41 .42 .43 outside the column1 (Step360 ): The hypothetical energy consumption results from the hypothetical power p veh_h and the hypothetical efficiency p veh_h : - 7. Calculation of the difference (c diff ) between hypothetical and real energy consumption (step
370 ): The difference is calculated byc diff = h - c r.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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- DE 102013206292 A1 [0049] DE 102013206292 A1 [0049]
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- Arturo Davila, Enric Aramburu, and Alex Freixas, Making the Best Out of Aerodynamics: Platoons, SAE International 2013-01-0767, 2013 [0054] Arturo Davila, Enric Aramburu, and Alex Freixas, Making the Best Out of Aerodynamics: Platoons, SAE International 2013-01-0767, 2013 [0054]
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