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Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Einstellen einer Aerodynamik an einem autonomen Fahrzeug.
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Diesbezüglich offenbart die
DE 11 2010 005 463 T5 , dass eine Winddruckverteilung eines Folgefahrzeugs ermittelt wird, um eine optimale Position hinter einem Führungsfahrzeug zu ermitteln. Die
DE 10 2017 005 173 A1 offenbart, eine Kommunikation zwischen Fahrzeugen in einer Kolonne hinsichtlich einer Einstellung einer Windleitvorrichtung, wobei die Windleitvorrichtung abhängig davon eingestellt wird.
DE 10 2016 010 293 A1 offenbart ein Verfahren zum Schätzen eines Luftwiderstands basierend auf einer Entfernung zu einem vorausfahrenden Fahrzeug.
DE 10 2017 112 279 A1 offenbart den Austausch von Fahrzeugmerkmalen zwischen einzelnen Fahrzeugen einer Kolonne im Zusammenhang mit autonomem Fahren.
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Offenbarung der Erfindung
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Wünschenswert ist es eine demgegenüber verbesserte Vorgehensweise zur Einstellung einer Aerodynamik für ein Fahrzeug bereitzustellen.
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Dies wird durch das Verfahren und die Vorrichtung nach den unabhängigen Ansprüchen erreicht.
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Diesbezüglich umfasst ein Verfahren zum Einstellen einer Aerodynamik an einem fahrenden Fahrzeug die Schritte Erfassen von Information über einen Luftdruck an wenigstens einem Punkt an einer Oberfläche des Fahrzeugs, Bestimmen von Information über einen Luftwiderstand des Fahrzeugs abhängig von der Information über den Luftdruck, Einstellen einer Position des Fahrzeugs oder einer relativen Position des Fahrzeugs zu einem Führungsfahrzeug abhängig von der Information über den Luftwiderstand, und Fahren des Fahrzeugs, insbesondere autonom, in der eingestellten Position. Damit fährt das Fahrzeug in einer mittels Echtzeit-Druckmessung festgestellten optimalen Position.
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Vorzugsweise umfasst das Verfahren die Schritte Erfassen einer Änderung einer Umgebung des Fahrzeugs oder einer Druckverteilung eines Luftdrucks über die Oberfläche des Fahrzeugs, und Anpassen der Position, wenn die Änderung außerhalb eines Toleranzbereichs ist. Damit werden Änderungen von Umgebungseinflüssen und Druckverteilungen berücksichtigt.
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Vorzugsweise umfasst das Verfahren die Schritte Analyse der Druckverteilung aufgrund wenigstens eines insbesondere angelernten Einflusses von Umgebungsänderungen, und Anpassen der Position aufgrund der Analyse. Damit werden Einflüsse im Rahmen eines selbstlernenden Systems berücksichtigt.
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Vorzugsweise umfasst das Verfahren ein Ermitteln der Position abhängig vom wenigstens einen Einfluss mit einem Algorithmus der künstlichen Intelligenz. Die Verwendung derartiger Algorithmen ermöglicht, ein besonders effizientes selbstlernendes System bereitzustellen.
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Vorzugsweise umfasst das Verfahren ein Bestimmen einer Art oder Größe der Änderung der Umgebung des Fahrzeugs, und ein Bestimmen der wenigstens einen Position für das Fahrzeug abhängig von der Art oder Größe der Änderung. Damit wird beispielsweise in einer Kolonnenfahrt sehr rasch eine optimale Position für das Fahrzeug gelernt.
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Eine Vorrichtung, die dies erreicht, umfasst wenigstens einen Sensor, der ausgebildet ist Information über einen Luftdruck an wenigstens einem Punkt an einer Oberfläche eines Fahrzeugs zu erfassen, wenigstens eine Rechenvorrichtung, die ausgebildet ist, und Information über einen Luftwiderstand des Fahrzeugs abhängig von der Information über den Luftdruck zu bestimmen, eine Position des Fahrzeugs oder eine relative Position des Fahrzeugs zu einem Führungsfahrzeug abhängig von der Information über den Luftwiderstand insbesondere autonom einzustellen. Dies ermöglicht eine optimale Position in einem autonomen Fahrzeug abhängig von Echtzeit-Druckmesswerten.
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Vorteilhafterweise ist die Recheneinrichtung ausgebildet, eine Änderung einer Umgebung des Fahrzeugs oder einer Druckverteilung eines Luftdrucks über die Oberfläche des Fahrzeugs zu erfassen, und die Position anzupassen, wenn die Änderung außerhalb eines Toleranzbereichs ist. Dies verbessert die Ansteuerung durch Berücksichtigung der Umgebungseinflüsse.
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Vorteilhafterweise ist die Recheneinrichtung ausgebildet, das Fahrzeug anzusteuern zum Analysieren der Druckverteilung aufgrund wenigstens eines insbesondere angelernten Einflusses von Umgebungsänderungen, und zum Anpassen der Position aufgrund der Analyse. Dies stellt ein besonders effizientes selbstlernendes System dar.
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Vorteilhafterweise ist die Recheneinrichtung ausgebildet, die Position abhängig vom wenigstens einen Einfluss mit einem Algorithmus der künstlichen Intelligenz zu ermitteln. Dies ermöglicht eine autonome Ansteuerung durch das selbstlernende System.
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Vorteilhafterweise ist die Recheneinrichtung ausgebildet, eine Art oder Größe der Änderung der Umgebung des Fahrzeugs zu bestimmen, und wenigstens eine Position für das Fahrzeug abhängig von der Art oder Größe der Änderung zu bestimmen. Damit lernt das autonome System selbständig abhängig von Änderungen in der Umgebung.
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Weitere vorteilhafte Ausführungsformen ergeben sich aus der folgenden Beschreibung und der Zeichnung. In der Zeichnung zeigt
- 1 schematisch Teile eines Fahrzeugs in einer Fahrzeugkolonne
- 2 schematisch Schritte in einem Verfahren zum autonomen Ansteuern eines Fahrzeugs.
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1 zeigt schematisch ein Führungsfahrzeug 102 und ein dem Führungsfahrzeug 102 unmittelbar folgendes Folgefahrzeug 104 in einer Fahrzeugkolonne. Das Führungsfahrzeug 102 und das Folgefahrzeug 104 bewegen sich in derselben Richtung auf einer Straße 106. Eine Luftströmung 108 am Folgefahrzeug 104 wird sowohl durch eine relative Position des Folgefahrzeugs 104 zum Führungsfahrzeug 102 als auch durch Windleitvorrichtungen der Fahrzeuge und eine Umgebung der Fahrzeuge beeinflusst. Dies wirkt sich auf die Aerodynamik insbesondere des Folgefahrzeugs 104 aus.
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Genauer entsteht hinter dem Führungsfahrzeug 102 durch Ablösungen ein Strömungsnachlauf mit Verwirbelungen und Unterdrücken. Eine Ausprägung des Nachlaufs ist unter anderem abhängig von einer Anströmrichtung. Ein Druck an einer Front des Folgefahrzeugs 104 sinkt, wenn es sich im Nachlauf des Führungsfahrzeugs befindet. Geringerer Druck an der Front reduziert den Druckwiderstand und dadurch den Luftwiderstand für das Folgefahrzeug 104.
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Die Fahrzeugkolonne kann zwei oder mehr Fahrzeuge umfassten. Die Fahrzeugkolonne kann auch zwei- oder mehrreihig sein, d.h. mehrere Fahrzeuge können nebeneinander oder zueinander versetzt nebeneinander in derselben Richtung fahren. Allgemein werden im Folgenden fahrende Fahrzeuge betrachtet.
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Das Folgefahrzeug 104 weist eine Vorrichtung 110 zum Einstellen einer Aerodynamik des Folgefahrzeugs 104 auf. Genauer wird durch die Vorrichtung 110 eine ideale Position hinter dem Führungsfahrzeug 102 durch eine Live-Druckmessung und mittels eines Algorithmus der künstlichen Intelligenz ermittelt.
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Die Vorrichtung 110 umfasst wenigstens einen Sensor 112, der ausgebildet ist Information über einen Luftdruck an wenigstens einem Punkt an einer Oberfläche eines Fahrzeugs 104 zu erfassen. Genauer sind als Sensoren 112 eine Vielzahl Druckmessstellen auf der Fahrzeug-Oberfläche angeordnet.
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Die Vorrichtung 110 umfasst wenigstens eine Rechenvorrichtung 114, die ausgebildet ist, Information über einen Luftwiderstand des Fahrzeugs 104 abhängig von der Information über den Luftdruck zu bestimmen.
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Die Rechenvorrichtung 114 ist zudem ausgebildet, eine Position des Fahrzeugs 104 und/oder eine relative Position des Fahrzeugs 104 zu dem vorausfahrenden Führungsfahrzeug 102 abhängig von der Information über den Luftwiderstand zu ermitteln. Es kann vorgesehen sein, eine Position für eine Einstellung für wenigstens ein einstellbares Element zur Beeinflussung des Luftwiderstands des Fahrzeugs 104 zu ermitteln.
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Das einstellbare Element ist beispielsweise eine einstellbare Windleiteinrichtung. Allgemein kann eine adaptive Aerodynamik mit Fahrzeug-Formoptimierung vorgesehen sein, die als einstellbares Element zur Beeinflussung des Luftwiderstands ansteuerbar ist.
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Die Position des Fahrzeugs 104 ist im Beispiel eine geographische Angabe, beispielsweise basierend auf Kenntnis der momentan befahrenen Straße. Die Kenntnis der momentan befahrenen Straße wird beispielsweise aus GPS oder Kartendaten eines Navigationsgeräts und/oder LIDAR-, Video- oder Radardaten ermittelt, die vom Fahrzeug 104 erfasst werden. Die relative Position des Fahrzeugs 104 zum vorausfahrenden Fahrzeug wird beispielsweise abhängig von LIDAR-, Video- oder Radardaten oder aus zwischen den Fahrzeugen übermittelten Positionsdaten bestimmt.
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Die Rechenvorrichtung 114 ist zudem ausgebildet, das Fahrzeug 104 insbesondere in einem autonomen Betrieb in die Position zu steuern. Die Sensoren und Aktuatoren dazu sind im Fahrzeug 104 angeordnet und der Übersichtlichkeit wegen nicht graphisch dargestellt. Die Ansteuerung optimiert die Aerodynamik des Fahrzeugs 104. Rechenvorrichtung 114 ist zudem ausgebildet eine Positionsoptimierung für das Fahrzeug 104 in der Kolonne und/oder eine Optimierung der Aerodynamik des Fahrzeugs 104 auszuführen. Beispielsweise wird bei einer Schräg-Anströmung der Fahrzeuge 104 in einer Kolonne eine schräg leicht seitlich versetzte Anordnung als bezüglich der Aerodynamik optimale relative Position des Fahrzeugs 104 zum vorausfahrenden Fahrzeug 102 festgelegt.
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Die Recheneinrichtung 114 ist im Beispiel ausgebildet, eine Änderung einer Umgebung des Fahrzeugs 104 oder eine Änderung einer Druckverteilung des Luftdrucks über die Oberfläche des Fahrzeugs 104 zu erfassen. Die Erfassung von Luftdruckmesswerten zur Erfassung der Druckverteilung sieht im Beispiel eine Vielzahl Sensoren 112 vor. Es kann auch ein Näherungsmodell zusätzlich oder alternativ dazu eingesetzt werden, mit dem die Druckverteilung ausgehend von Daten über das Fahrzeug 104 bestimmt wird. Vorzugsweise erfolgt eine Druckmessung an aerodynamisch kritischen Punkten auf der Oberfläche des Fahrzeugs 104, insbesondere in Echtzeit. Abhängig von Werten aus der Druckmessung wird der Luftwiderstand des Fahrzeugs 104 insbesondere in Echtzeit, d.h. live, annähernd bestimmt.
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Die Recheneinrichtung 114 ist vorzugsweise ausgebildet wenigstens einen Einfluss von Umgebungsänderungen zu lernen. Der Einfluss wird insbesondere abhängig von der gemessenen Druckverteilung, oder abhängig von einer Änderung der Druckverteilung insbesondere in Echtzeit gelernt. Als Einfluss wird beispielsweise bei Schräg-Anströmung die schräg leicht seitlich versetzte Anordnung gelernt.
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Die Recheneinrichtung 114 ist vorzugsweise ausgebildet, den Soll-Wert abhängig vom Einfluss und/oder den Einfluss selbst mit einem Algorithmus der künstlichen Intelligenz zu ermitteln. Es kann vorgesehen sein, dass das Fahrzeug 104 und das vorausfahrende Fahrzeug 102 miteinander kommunizieren um eine prädiktive Anpassung der Position oder der relativen Position zu ermöglichen oder einen Anpassungsprozess zu beschleunigen. Systeme mit künstlicher Intelligenz reduzieren vorzugsweise anhand der Einflüsse aufgrund der Art und Größe der Umgebungsänderungen die Anzahl der Positionsänderungen, die für die Ermittlung der optimalen Position erforderlich sind.
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Die Recheneinrichtung 114 ist vorzugsweise ausgebildet, eine Art oder Größe der Änderung der Umgebung des Fahrzeugs 104 zu bestimmen, wenigstens eine Position für das Fahrzeug 104 abhängig von der Art oder Größe der Änderung zu bestimmen, und das Fahrzeug 104 autonom in die wenigstens eine Position zu bewegen. Der Einfluss wird an wenigstens einer Position abhängig von der Information über den Luftdruck an der wenigstens einen Position vom Algorithmus der künstlichen Intelligenz gelernt.
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Die Recheneinrichtung 114 ist vorzugsweise ausgebildet, die Position zu ändern, wenn die Änderung außerhalb eines Toleranzbereichs ist.
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Im Folgenden wird anhand der 2 ein Verfahren zum insbesondere autonomen Ansteuern eines Fahrzeugs 104 beschrieben. Das Fahrzeug 104 fährt dabei auf einer Straße oder einem anderen Gelände, d. h. außerhalb eines Windkanals oder ähnlicher Einrichtung.
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Dieses Verfahren ermöglicht eine größere Reichweite und Effizienz durch geringeren Luftwiderstand. Die Fahrstabilität steigt durch eine Auftriebsreduktion. Eine Positionierung basiert auf den realen Umgebungsbedingungen, die durch Echtzeit-Druckmessung berücksichtigt werden, und nicht auf idealisierten Versuchen. Für dieses Verfahren müssen insbesondere keine Windkanaldaten vorliegen. Kenntnis des cw- oder ca-Werts sind nicht erforderlich. Durch dieses Verfahren wird ein höheres Optimierungspotential erreicht, da das Verfahren genauer arbeitet. Etwaige Anpassungsmaßnahmen werden im Verfahren sofort validiert. Durch eine Analyse der Druckverteilung, beispielsweise mittels eines Algorithmus der künstlichen Intelligenz, wird die optimale Position schneller gefunden, als dies möglich wäre, wenn beliebige Positionen angefahren werden, und dann das Optimum aus diesen Positionen gewählt wird. Durch die Analyse der Druckverteilung wird auf intelligente Art und Weise direkt in die richtige Richtung gesteuert. Das Verfahren arbeitet unabhängig von Kenntnis über die Fahrzeuge und ist daher flexibel gegenüber verschiedenen Fahrzeugen in einer Kolonne. Das folgende Fahrzeug 104 kann seine aerodynamische Eigenschaft auch ohne Kenntnisse über das vorausfahrende Fahrzeug 102 verbessern.
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Nach dem Start wird in einem Schritt 202 Information über einen Luftdruck an wenigstens einem Punkt, insbesondere durch wenigstens einen der Sensoren 112 an einer Oberfläche des Fahrzeugs 104 erfasst. Genauer wird im Schritt 202 eine Druckmessung durchgeführt.
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Anschließend wird Information über einen Luftwiderstand des Fahrzeugs 104 abhängig von der Information über den Luftdruck, insbesondere abhängig von einem Messwert des Sensors 112 ermittelt. Genauer wird ein Luftwiderstand approximiert.
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Anschließend wird in einem Schritt 204 eine Position des Fahrzeugs 104 eingestellt.
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Dazu wird wie folgt eine Optimal-Position relativ zum Führungsfahrzeug 102 gefunden:
- In Fahrtrichtung wird ein Minimalabstand des Fahrzeugs 104 zum Führungsfahrzeug 102 angefahren.
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Durch Analyse der Druckverteilung wird eine Optimal-Position quer zur Fahrtrichtung ermittelt. Beispielsweise werden Drücke auf einer rechten Seite des Fahrzeugs 104 höher als auf der linken Seite des Fahrzeugs 104 festgestellt. In diesem Fall erkennt beispielsweise der Algorithmus der künstlichen Intelligenz eine Schräg-Anströmung aufgrund einer angelernten Datenbasis. Als Reaktion darauf wird die Position des Fahrzeugs 104 nach links bis zu einem Luftwiderstands-Minimum korrigiert.
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Anschließend wird ein Schritt 206 ausgeführt.
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Im Schritt 206 fährt das Fahrzeug 104 in optimierter Position hinter dem Führungsfahrzeug 102. Dabei erfolgen eine insbesondere kontinuierliche Druckmessung und eine insbesondere kontinuierliche Approximation des Luftwiderstands.
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Anschließend wird ein Schritt 208 ausgeführt.
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Im Schritt 208 wird geprüft, ob die Änderung der Druckverteilung innerhalb definierter Toleranzen ist. Falls die Änderung der Druckverteilung innerhalb definierter Toleranzen ist, wird der Schritt 206 ausgeführt. Anderenfalls wird ein Schritt 210 ausgeführt.
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Im Schritt 210 erfolgt eine Analyse der Druckverteilung und Positions-Anpassung aufgrund der bereits angelernten Einflüsse von Umgebungsänderungen. Gegebenenfalls wird die Analyse durch Kommunikation mit vorausfahrenden Fahrzeugen der Kolonne beschleunigt.
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Anschließend wird der Schritt 206 ausgeführt.
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Das Verfahren endet beispielsweise, wenn das Fahrzeug 104 abgestellt wird.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 112010005463 T5 [0002]
- DE 102017005173 A1 [0002]
- DE 102016010293 A1 [0002]
- DE 102017112279 A1 [0002]
