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Stand der Technik
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Die Erfindung geht von einem Verfahren zur Bestimmung eines Leistungs- oder Energiebedarfs mindestens eines Fahrzeugs bei Kolonnenfahrt sowie eine Steuervorrichtung zur Durchführung des Verfahrens aus.
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Die
DE 10 2016 217 915 A1 offenbart ein Verfahren zur Bestimmung eines durch Kolonnenfahrten erzielten Nutzens. Hierbei wird eine von jedem der an der Kolonne beteiligten Kraftfahrzeuge erbrachte Leistung und dessen Strömungswiderstand sowohl bei Fahrt in der Kolonne als auch bei Fahrt außerhalb der Kolonne modelliert bzw. berechnet. Hierbei gehen in die Modellierung der Energieeinsparung auch Windstärke und Windrichtung ein. Der reale Energieverbrauch kann aus dem gemessenen realen Verbrauch bestimmt werden.
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Ferner offenbart „Fuel-Economy Testing of a Three-Vehicle Truck Platooning System“, McAuliffe et al., Laboratory Technical Report (National Research Council Canada. Aerospace. Aerodynamics Laboratory); no. LTR-AL-2017-0008, das Bestimmen des Kraftstoffverbrauchs von Fahrzeugen vor dem Bilden eines Platoons und während des Fahrens im Platoons.
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Vorteile der Erfindung
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Die Erfindung mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche hat den Vorteil, dass der Leistungs- oder Energiebedarf und damit auch eine Energieeinsparung eines Fahrzeugs bei Fahrt in einer Fahrzeugkolonne einfach und im praktischen Fahrbetrieb bestimmt werden kann. Es sind keine separaten Kalibrierungs- oder Messfahrten erforderlich. Auch ist es nicht erforderlich, auf eine Modellbildung zurückzugreifen.
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Die Erfindung eignet sich in besonderer Weise für den Einsatz in Lastkraftwagen, bei denen bauartbedingt bei typischen Betriebsbedingungen, etwa bei Fahrten mit in Deutschland zulässiger Höchstgeschwindigkeit von 80 km/h auf Autobahnen, der Luftwiderstand einen großen Anteil des Fahrwiderstandes, damit des Energieverbrauchs und daraus resultierend der Fahrkosten ausmacht.
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Die erfindungsgemäßen Vorteile werden erreicht mit einem Verfahren zur Bestimmung eines Leistungs- oder Energiebedarfs mindestens eines Fahrzeugs bei Kolonnenfahrt, also bei Fahrt des Fahrzeugs in einer Fahrzeugkolonne, auch als Konvoi oder Platoon bezeichnet,
wobei ein Folgefahrzeug an ein in Fahrrichtung vor dem Folgefahrzeug und in Fahrt befindliches Führungsfahrzeug zur Bildung einer Kolonne herangeführt wird,
wobei während der Dauer des Heranführens des Folgefahrzeugs an das Führungsfahrzeug im Führungsfahrzeug und/oder im Folgefahrzeug zu mehreren Zeitpunkten
- - ein jeweiliger Abstand zwischen Folgefahrzeug und Führungsfahrzeug und
- - ein jeweiliger Leistungsbedarf und/oder Momentan-Energiebedarf im Folgefahrzeug und/oder im Führungsfahrzeug
bestimmt werden,
wobei für das Folge- und/oder das Führungsfahrzeug aus den bestimmten Werten für Abstand sowie Leistungs- und/oder Momentan-Energiebedarf mindestens eine Kennlinie erzeugt wird,
und wobei für das Folgefahrzeug und/oder das Führungsfahrzeug aus der mindestens einen Kennlinie der Leistungs- oder Energiebedarf bei Kolonnenfahrt bestimmt wird.
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Die Messungen insbesondere des Leistungsbedarfs und/oder des Momentan-Energiebedarfs, letzterer beispielsweise gemessen in Liter Kraftstoff pro Entfernungseinheit, können dabei im Führungsfahrzeug oder im Folgefahrzeug, vorzugsweise aber auch in beiden Fahrzeugen, durchgeführt werden. Resultierende Kennlinien können im Führungsfahrzeug oder im Folgefahrzeug, vorzugsweise sowohl im Führungs- als auch im Folgefahrzeug, erzeugt werden. Unter Kennlinie wird dabei eine Zuordnung von Werten für Leistungsbedarf und/oder Momentan-Energiebedarf zu Abstands-Werten, also Werten des Abstands der Vorderkante des Folgefahrzeugs zur Hinterkante des Führungsfahrzeugs, verstanden.
Im Zuge einer Optimierung des Ladevolumens bei maximal zulässiger Fahrzeuglänge oder Lastzuglänge für Lastkraftwagen weisen diese bzw. die Zugmaschinen typischerweise flache Fronten („Flachhauber“) und die Lkw-Aufbauten oder Auflieger flache Heckpartien auf. In diesem Fall entsprechen die Abstände Vorderkante Folgefahrzeug zu Hinterkante Führungsfahrzeug der Fahrzeugfrontfläche bzw. der Fahrzeugheckfläche.
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Ein Kennlinienfeld stellt eine Erweiterung einer solchen Kennlinie um eine weitere Dimension dar, in welcher geänderte Fahrwiderstände für das Führungs- oder das Folgefahrzeug, beispielsweise infolge einer Steigung einer befahrenen Fahrbahn oder Windeinflüssen, abgebildet sind, wobei auch für diese geänderten Fahrwiderstände Werte für Leistungs- und/oder Momentan-Energiebedarf Abstands-Werten zugeordnet sind bzw. werden.
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Zum Heranführen des Folgefahrzeugs an das Führungsfahrzeug ist eine Geschwindigkeitsdifferenz zwischen Folge- und Führungsfahrzeug erforderlich, wobei die Fahrgeschwindigkeit des Folgefahrzeugs größer als die des Führungsfahrzeugs sein muss. Dies kann erreicht werden, indem das Führungsfahrzeug mit, wie im Regelbetrieb auf Autobahnen üblich, höchstzulässiger Geschwindigkeit von in Deutschland 80 km/h bewegt wird, während am Folgefahrzeug eine höhere Fahrgeschwindigkeit von beispielsweise 85km/h eingestellt wird, was durch die gesetzlich vorgeschriebene Geschwindigkeitsdrosselung von Lastkraftwagen auf 90 km/h technisch möglich und im Rahmen der Toleranz bei Geschwindigkeitsüberprüfungen nicht sanktioniert wird. Dies kann auch erreicht werden, indem die Fahrgeschwindigkeit am Führungsfahrzeug beispielsweise um 5 auf 75 km/h reduziert und die Fahrgeschwindigkeit am Folgefahrzeug auf 80 km/h eingestellt wird. Schließlich ist es auch möglich, die Fahrgeschwindigkeit am Führungsfahrzeug leicht, beispielsweise von 80 km/h auf 78 km/h zu reduzieren und am Folgefahrzeug auf einen Wert von beispielsweise 82 km/h einzustellen, der über der Fahrgeschwindigkeit des Führungsfahrzeugs liegt.
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Die erstgenannte Alternative, also Beibehalten des Fahrgeschwindigkeit am Führungsfahrzeug und Erhöhen der Fahrgeschwindigkeit des Folgefahrzeugs auf einen Wert größer der Fahrgeschwindigkeit des Führungsfahrzeugs hat dabei den Vorteil, dass die Fahrt bzw. Fahrzeit des Führungsfahrzeugs durch das Bilden der Kolonne nicht beeinträchtigt wird. Zudem ist auch eine Kommunikation zwischen den Fahrzeugen erforderlich.
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Von Vorteil ist, wenn die Fahrzeuge, welche eine Kolonne bilden sollen, diese Information untereinander austauschen, beispielsweise über eine drahtlose Fahrzeug-zu-Fahrzeug-Kommunikation, etwa über Kurzbereichsfunk oder über Mobilfunk, wie GSM, UMTS oder eine Weiterentwicklung eines dieser Funkstandards oder dergleichen. Damit wird eine Abstimmung der Fahrzeuggeschwindigkeiten untereinander zur Bildung der Kolonne bzw. des Platoons erleichtert.
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Es versteht sich, dass das erfindungsgemäße Verfahren auch in einem Verbund bzw. für eine Kolonne aus mehr als zwei Fahrzeugen funktioniert und angewendet werden kann. Der Begriff ein Folgefahrzeug kann daher im Sinne von mindestens ein Folgefahrzeug verstanden werden und schließt dabei ausdrücklich ein einzelnes, aber auch mehrere Folgefahrzeuge ein. Es kann dabei sowohl nur ein einzelnes Folgefahrzeug an das Führungsfahrzeug angenähert werden, also auch eine Folgekolonne, bereits umfassend eine Mehrzahl von Folgefahrzeugen, wobei die beschriebenen Schritte während der Heranführung der Folgekolonne durchgeführt werden. Auch können aufeinanderfolgend ein erstes Folgefahrzeug an das Führungsfahrzeug, sodann ein zweites Folgefahrzeug an die aus Führungsfahrzeug und Folgefahrzeug gebildete Führungskolonne und im Folgenden weitere Folgefahrzeuge an die jeweils resultierende Führungskolonne herangeführt werden, wobei auch hier die beschriebenen Schritte für Führungskolonne und jeweils nachfolgendes Folgefahrzeug durchgeführt werden.
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Vorteilhaft ist vorgesehen, dass der Abstand des Folgefahrzeugs zum Führungsfahrzeug anhand der mindestens einen Kennlinie auf einen Ziel-Abstand eingestellt wird, bei dem der Leistungs- und/oder Energiebedarf für das Folgefahrzeug und/oder für das Führungsfahrzeug ein Minimum erreicht.
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Dazu wird vorzugsweise ein Steuersignal erzeugt, welches eine Information über den Sollabstand des Folgefahrzeugs zum Führungsfahrzeug enthält, wobei das Steuersignal in einer Triebstrang-Steuereinrichtung des Folgefahrzeugs zur Einstellung und Regelung des Sollabstandes durch Beeinflussen des Triebstranges, insbesondere einer Antriebsleistung genutzt wird. Die Regelung des Fahrzeugabstands des Folgefahrzeugs zum Führungsfahrzeug, genauer der Vorderkante des Folgefahrzeugs von der Hinterkante des Führungsfahrzeugs, auf den Sollabstand erfolgt dabei vorzugsweise durch Messen des tatsächlichen Abstandes mittels im Folgefahrzeug vorhandener Abstandssensoren und Ansteuern des Triebstrangs des Folgefahrzeugs, so dass der Sollabstand eingehalten wird.
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Das Minimum muss dabei nicht zwingend ein absolutes Minimum darstellen, sondern wird faktisch durch einen Mindestabstand des Folgefahrzeugs zum Führungsfahrzeug begrenzt. Dieser Mindestabstand kann gesetzlich vorgegeben sein oder sich aus technischen Begrenzungen ergeben. Letzteres kommt insbesondere dann zum Tragen, wenn das mindestens eine Folgefahrzeug mittels Assistenzsystemen teilautomatisiert oder im Sinne autonomen Fahrens vollautomatisiert, beispielsweise mittels einer sogenannten elektronischen Deichsel an das Führungsfahrzeug virtuell angekoppelt, bewegt wird. In diesem Fall ergeben sich technische Grenzen beispielsweise durch Reaktionszeiten der technischen Fahr-Assistenz- oder -Automatisierungssysteme, um Auffahrunfälle zu vermeiden. Die elektronische Deichsel umfasst dabei eine Fahrzeug-zu-Fahrzeug-Kommunikation, mittels derer vom Führungsfahrzeug Informationen über eine Fahrgeschwindigkeit, gegebenenfalls Bremsungen, Lenkmanöver oder dergleichen an das Folgefahrzeug übermittelt und dort in passende Steuerungs-Reaktionen umgesetzt werden, so dass das Folgefahrzeug im Ergebnis vergleichbar einem an das Führungsfahrzeug angehängten Anhänger bewegt wird.
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Das Minimum im vorgenannten Sinne kann das Minimum für nur eines der an der Kolonne beteiligten Fahrzeuge, beispielsweise für das Folgefahrzeug oder das Führungsfahrzeug darstellen. In bevorzugter Ausgestaltung ist demgegenüber vorgesehen, dass der Ziel-Abstand als derjenige Abstand zwischen Führungsfahrzeug und dem mindestens einen Folgefahrzeug bestimmt wird, bei dem der Leistungs- und/oder Energiebedarf der gesamten Kolonne ein Minimum erreicht.
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Vorzugsweise wird ein Steuersignal zur Ansteuerung einer Abstandsregeleinrichtung im Folgefahrzeug erzeugt, mit welcher der Abstand des Folgefahrzeugs zum Führungsfahrzeug auf den Ziel-Abstand eingestellt wird.
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Dieses Steuersignal kann beispielsweise in einer Steuereinrichtung an Bord des Folgefahrzeugs erzeugt werden. Vorzugsweise wird zumindest dabei die im Folgefahrzeug erzeugte und gespeicherte Kennlinie berücksichtigt. So hat sich in Versuchen gezeigt, dass das größte Einsparpotenzial innerhalb eines Platoons für ein mindestens einem Führungsfahrzeug folgendes Folgefahrzeug besteht. Im Falle eines Platoons bestehend aus zwei Lastkraftwagen liegt das Energie- bzw. Kraftstoff-Einsparpotenzial für das Folgefahrzeug bei ca. 10%. Diese Einsparung für das Folgefahrzeug oder für eine Mehrzahl von Folgefahrzeugen bei Windschattenfahrt in einer Kolonne leuchtet ohne Weiteres ein.
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Es wurde jedoch festgestellt, dass sich auch für das Führungsfahrzeugs ein nennenswertes Einsparpotenzial von ca. 2-3% ergibt. Dieses erklärt sich aus einem homogeneren Luftstrom am Heck des Führungsfahrzeugs bei Kolonnenfahrt im Vergleich zur Einzelfahrt.
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Zur Erzielung einer maximalen Energie-Einsparung für die gesamte Kolonne kann vorteilhaft auch vorgesehen sein, dass in einer Steuereinrichtung ein Steuersignal zu Einstellung des Abstands zwischen Führungsfahrzeug und Folgefahrzeug oder im Falle weiterer Folgefahrzeuge Steuersignale zur Einstellung der Abstände zwischen zumindest einem Teil aller an der Kolonne beteiligten Fahrzeuge unter Berücksichtigung der Kennlinien dieser beteiligten Fahrzeuge erzeugt wird oder werden. Diese Aufgabe kann durch eine Steuereinrichtung an Bord eines der beteiligten Fahrzeuge erfüllt werden. Dazu greift die Steuereinrichtung beispielsweise über drahtlose Kommunikationsverbindungen auf die Kennlinien der beteiligten Fahrzeuge zu. Alternativ können die Kennlinien auch von den beteiligten Fahrzeugen über ein drahtlose Kommunikationsverbindungen an die eine Steuereinrichtung übermittelt werden. In einer weiteren Ausprägung kann die Aufgabe der Erzeugung der Steuersignale auch von einer bezüglich der Kolonne externen Steuereinrichtung, etwas einer Verkehrsleitzentrale, übernommen werden, die über drahtlose Kommunikationsverbindungen mit den Kolonnen-Teilnehmern verbunden ist.
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Weiter ist vorteilhaft vorgesehen, dass in Reaktion auf bezüglich der Kolonne äußere Umstände der Abstand zwischen dem mindestens einen Folgefahrzeug und dem Führungsfahrzeug gegenüber dem Ziel-Abstand zeitweise vergrößert wird, dass anschließend das mindestens eine Folgefahrzeug wieder an das Führungsfahrzeug herangeführt und dass beim erneuten Heranführen die Bestimmungen gemäß Anspruch 1 wiederholt und die dabei erhaltenen Werte in der mindestens einen Kennlinie oder in mindestens einem unter Berücksichtigung der mindestens einen bestehenden Kennlinie gebildeten Kennlinien-Feld abgebildet werden. Dabei können die äußeren Umstände beispielsweise
- - eine durch die Kolonne bei deren Fahrt passierte Straßen-Anschlussstelle, an der ein zeitweises Einscheren von auf die aktuell vom Konvoi befahrene Straße auf- oder abfahrenden Fahrzeugen ermöglicht werden soll und/oder
- - Überholvorgänge in dem der Kolonne folgenden Verkehr und/oder der Kolonne entgegenkommenden Gegenverkehr und/oder
- - örtliche oder temporäre Vorgaben für einen erhöhten Abstand aufgrund Verkehrsregelungsmaßnahmen, beispielsweise Mindestabstände auf Brücken umfassen.
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Weiterhin können die äußeren Umstände auch derart sein, dass sie Veränderungen von durch das Führungsfahrzeug und/oder das mindestens eine Folgefahrzeug zu überwindende Fahrwiderstände bedingen, beispielsweise
- - geänderte Witterungsbedingungen, insbesondere an einer aktuellen Position der Kolonne herrschende Windverhältnisse und/oder
- - eine Geschwindigkeitsänderung der Kolonne und/oder
- - eine Änderung einer Steigung einer von der Kolonne befahrenen Straße umfassen.
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Das zeitweise Öffnen des Konvois, das heißt Vergrößern der Abstände zwischen den am Konvoi beteiligten Fahrzeugen und spätere erneute aneinander Heranführen ermöglicht eine erneute Bestimmung der Leistungsbedarfe und/oder Momentan-Energieverbräuche in dem Führungsfahrzeug und dem einen und gegebenenfalls weiteren Folgefahrzeug oder Folgefahrzeugen und damit eine verbesserte Anpassung der resultierenden Kennlinien an die tatsächlichen Gegebenheiten. Vorzugsweise können die neuen Messdaten auch zum Anlegen von Kennlinienfeldern verwendet werden, wobei die geänderten äußeren Umstände gegenüber den im Rahmen der ursprünglichen Messungen und daraus resultierenden Kennlinie in weiteren, ergänzenden Kennlinien und somit einem Kennlinien-feld berücksichtigt werden.
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Von Vorteil ist schließlich eine Vorrichtung, welche eingerichtet ist, das beschriebene Verfahren umzusetzen.
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Die erfindungsgemäße Lösung berücksichtigt die Problematik, die sich im tatsächlichen Betrieb ergibt, wenn möglichst realistisch die Kraftstoffeinsparung gegenüber Nicht-Platoon-Betrieb der Einzelfahrzeuge ermittelt werden soll, bei sich ändernden Umgebungsbedingungen wie wechselnde Windgeschwindigkeiten oder, wenn das Platoon z.B. bei Anstiegen langsamer fährt etc. Deswegen wird eine Referenzmessung vor und nach der Kopplung durchgeführt - und das auch mehrmals durch kurzes Ent- und wieder An- Koppeln, um aktuelle Referenzpunkte zu haben - und die Referenzpunkte werden außerdem dazu verwendet, um z.B. die Einsparung bei unterschiedlichen Geschwindigkeiten zu interpolieren.
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Damit ergibt sich eine genauere Bestimmung der mit dem Platoon- Betrieb erreichbaren bzw. Einsparung gegenüber einzeln fahrenden Fahrzeugen. Dies kann beispielsweise auch genutzt werden, um im Rahmen eines Geschäftsmodells eine spätere Verrechnung der erzielten Einsparungen unter den Konvoi-Teilnehmem zu ermöglichen. So können beispielsweise die erzielten Einsparungen, beispielsweise an Kraftstoff bzw. Antriebsenergie und die dafür aufgewendeten Kosten für die einzelnen Konvoi-Teilnehmer bestimmt, zu einer Gesamt-Einsparung aufsummiert und anschließend beispielsweise gleichmäßig oder nach Nutzlast oder einem anderen Schlüssel gewichtet an alle Konvoi-Teilnehmer verteilt werden.
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Zeichnungen
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Figuren dargestellt und werden nachfolgend näher erläutert. Gleiche Bezugszeichen in den Figuren bezeichnen dabei gleiche oder gleichwirkenden Elemente.
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Es zeigen
- 1 eine Skizze eines Beispiels einer Fahrzeugkolonne bzw. eines Konvois, vorliegend umfassend drei Lastkraftwagen, hier in Form von Sattelzügen, die mittels einer elektronischen Deichsel aneinander gekoppelt auf einer Straße, hier beispielsweise einer Autobahn hintereinander herfahren.
- 2 einen Ablaufplan des erfindungsgemäßen Verfahrens
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Beschreibung der Ausführungsbeispiele
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In 1 ist eine Skizze einer auf einer Autobahn fahrenden Fahrzeugkolonne 2, hier und im Folgenden auch als Konvoi oder Platoon bezeichnet, bestehend aus drei Kraftfahrzeugen 21, 22 und 23, hier beispielhaft Lastkraftwagen in Form von Sattelzügen jeweils bestehend aus einem Sattelschlepper und einem Aufliege-Anhänger, dargestellt. Die Fahrzeuge 21, 22 und 23 der Kolonne fahren in kurzen Abständen zueinander in durch die Pfeile an den Vorderseiten der Lastkraftwagen angezeigter Fahrrichtung, also in der Skizze von rechts nach links. Das erste Fahrzeug 21 ist dabei das Führungsfahrzeug der aus den drei Fahrzeugen 21, 22 und 23 gebildeten Fahrzeugkolonne, das zweite Fahrzeug 22 ein Folgefahrzeug, das dritte Fahrzeug 23 ein zweites Folgefahrzeug innerhalb der Kolonne. Die in der Kolonne fahrenden Folgefahrzeuge 22 und 23 werden vom Führungsfahrzeug 21 mit einer elektronischen Deichsel geführt bzw. sind an dieses angekoppelt, was durch die Klammern 12 und 13 angedeutet ist. Elektronische Deichsel bedeutet dabei, dass das Folgefahrzeug 22 bzw. das weitere Folgefahrzeug 23 mittels vom Führungsfahrzeug 21 erzeugter und an Folgefahrzeug 22 und zweites Folgefahrzeug 23 übermittelter Steuersignale angesteuert und autonom oder teilautonom auf Grundlage dieser Steuersignale fährt.
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Jedes der Fahrzeuge 21, 22 und 23 verfügt über eine drahtlose Kommunikationsschnittstelle 211, 221, 231 zum Senden und Empfangen von Informationen. Diese ist bzw. sind in bevorzugter Ausgestaltung in Form einer Mobilfunkeinheit gemäß GSM, UMTS, 4G-, 5G- oder einem anderen Mobilfunkstandard ausgebildet. Somit können die Fahrzeuge 21, 22 und 23 vermittels Mobilfunk-Datenübertragung untereinander sowie auch mit einer bezüglich der Fahrzeuge extern angeordneten, ortsfesten Einrichtung 1 kommunizieren, wie durch die gestrichelt eingezeichneten Pfeile dargestellt.
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Jedes der Fahrzeuge 21, 22 und 23 verfügt über einen Triebstrang und eine Triebstrang-Steuereinrichtung 212, 222, 232, welche den Triebstrang eines jeden Fahrzeugs steuert, beispielsweise um ein bestimmte Antriebsleistung und/oder eine bestimmte Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs 21, 22 und 23 einzustellen. Ferner ist jede der Triebstrang-Steuereinrichtungen 212, 222, 232 auch dazu eingerichtet, eine zu einem bestimmten Zeitpunkt benötigte Antriebsleistung für das Fahrzeug 21, 22 oder 23 zu ermitteln und/oder einen Momentan-Energieverbrauch des Fahrzeugs, beispielsweise bei einem mittels Brennkraftmaschine angetriebenen Fahrzeug in Litern Kraftstoff pro 100 km, zu bestimmen. Ferner verfügt jedes der Folgefahrzeuge 22, 23, bevorzugt jedes der am Konvoi beteiligten Fahrzeuge 21, 22 und 23 über, in den Figuren nicht separat dargestellte Abstandssensoren, mittels derer vom Führungsfahrzeug 21 der Abstand von der Hinterkante des Führungsfahrzeugs 21 zur Vorderkante des Folgefahrzeugs 22 bestimmt werden kann, vom Folgefahrzeug 22 der Abstand von dessen Vorderkante zur Hinterkante des Führungsfahrzeugs 21 sowie von der Hinterkante des Folgefahrzeugs 22 zur Vorderkante des zweiten Folgefahrzeugs 23, vom zweiten Folgefahrzeug 23 der Abstand von dessen Vorderkante zur Hinterkante des (ersten) Folgefahrzeugs 22 bestimmt werden kann.
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Jedes der drei Fahrzeuge 21, 22 und 23 weist darüber hinaus einen Speicher 213, 223 und 233 auf, in welchen Kennlinien abgespeichert und weiterhin unter Berücksichtigung aktueller Werte korrigierbar oder zu Kennlinienfeldern erweiterbar sind. Diese Kennlinien umfassen eine Zuordnung von gemessenen oder ermittelten Antriebsleistungen und/oder Momentan-Energieverbrauchswerten in Abhängigkeit von Abständen zu vorausfahrenden und/oder hinterherfahrenden Fahrzeugen.
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Das Hintereinander-Herfahren der Fahrzeug 21, 22 und 23 bedingt, dass ein zweites Fahrzeug 22 der drei Fahrzeuge, im Windschatten eines ersten Fahrzeugs 21 der drei Fahrzeuge 21, 22 und 23 fährt. Weiterhin bewegt sich ein drittes Fahrzeug 23 der drei Fahrzeuge 21, 22, 23 im Windschatten des zweiten Fahrzeugs 22. Das Windschatten-Fahren hat für das zweite und das dritte Fahrzeug 22 und 23 jeweils die Auswirkung einer Einsparung an Antriebsleistung und damit Antriebsenergie zum Aufrechterhalten einer bestimmten Fahrgeschwindigkeit vom beispielsweise hier 80 km/h gegenüber einer Alleinfahrt ohne Windschatten gebendes, vorausfahrendes ersten Fahrzeug 21 bzw. zweites Fahrzeug 22.
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Weiterhin ergibt sich auch für das erste Fahrzeug 21 der drei Fahrzeuge 21, 22, 23 eine Einsparung an Antriebsleistung und damit aufzuwendender Antriebsenergie durch das nahe Hinterherfahren des zweiten Fahrzeugs 21. Analog ergibt sich auf für das zweiten Fahrzeug 22 eine weitere Einsparung an Antriebsleistung und damit aufzuwendender Antriebsenergie und damit schließlich Kraftstoffkosten durch das Hinterherfahren des dritten Fahrzeugs 23. Dieser Effekt kann durch eine Verringerung der Luftverwirbelungen am Ende des ersten 21 bzw. des zweiten Fahrzeugs 22 durch das hinterherfahrende zweite 22 bzw. dritte Fahrzeug 23 erklärt werden, welche hinterherfahrende Fahrzeuge durch das Leiten der Luftströmung entlang der, bezogen auf die Fahrrichtung, Längsflächen, also insbesondere Seiten- und Deckenflächen der Fahrzeuge 21 und 22 bewirken.
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Das Hintereinander Herfahren der Fahrzeuge 21, 22 und 23 in kurzem Abstand und damit in besonderes strömungsgünstiger und damit Antriebsleistung und Antriebenergie sparender Fahrweise wird durch eine automatische Steuerung der Antriebsstränge der Folgefahrzeuge 22 und 23 ermöglicht. Dazu überträgt das Führungsfahrzeug 21 über die beschriebene Kommunikationsschnittstelle 211 eine Information über eine aktuelle Fahrgeschwindigkeit und eine auf dem unmittelbar vorausliegenden Streckenabschnitt zu fahrenden Fahrgeschwindigkeit an die Folgefahrzeuge 22 und 23. Die mit den Kommunikationsschnittstellen der Folgefahrzeug 22 und 23 empfangenen Informationen des Führungsfahrzeugs werden den Triebstrang-Steuereinrichtungen der Folgefahrzeuge 22 und 23 und dort zur Einstellung der Fahrgeschwindigkeiten der Folgefahrzeuge 22 und 23 auf die Vorgaben des Führungsfahrzeugs 21 genutzt. Somit kann davon ausgegangen werden, dass die Folgefahrzeuge 22 und 23 regelmäßig jeweils dieselbe Fahrgeschwindigkeit aufweisen wie das Führungsfahrzeug 21 bzw. in konstanten Abständen hinter dem Führungsfahrzeug 21 herfahren.
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In vorteilhafter Ausprägung kann auch, beispielsweise eine Steuereinrichtung 214 des Führungsfahrzeugs aus den Abstands-Leistungs- oder Abstands-Montan-Energieverbrauchs-Kennlinien oder -Kennlinienfeldern Sollabstände für die weiteren Kolonnen-Teilnehmer 22 und 23 zum jeweiligen vorausfahrenden Fahrzeug 21 und 22 bestimmen und diese Sollabstände über seine Kommunikationsschnittstelle 211 und die Kommunikationsschnittstellen 221 und 231 der weiteren Kolonnen-Teilnehmer 22 und 23 übermitteln, so dass diese im Sinne einer automatischen Abstandsregelung unter Berücksichtigung der gemessenen Abstände durch die Triebstrang-Steuereinrichtungen 222 und 232 der Folgefahrzeuge 22 und 23 eingestellt und eingehalten werden.
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Durch diese automatische Abstandssteuerung oder im regelungstechnischen Sinne auch Abstandsregelung können die Folgefahrzeuge 22 und 23 in geringeren Abständen als dem bei manueller Fahrweise erforderlichen Mindest-Sicherheitsabstand, beispielsweise in Abständen Fahrzeughinterkante Führungsfahrzeug 21 zu Fahrzeugvorderkante Folgefahrzeug 22 von nur fünf bis zehn Metern oder sogar darunter fahren. Diese Betriebsart wird auch als Fahren mit elektronischer Deichsel bezeichnet. Vorzugsweise werden dabei weitere Steuersignale oder Vorgabeinformationen des Führungsfahrzeugs 21, wie aktuelle oder bevorstehende Lenkmanöver oder Informationen über Folgeabstände berücksichtigt.
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Der Ablauf des Verfahrens wird nachstehend anhand der 2 und 3 beschrieben.
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In Schritt 100 fährt ein Lastkraftwagen 21 auf der Autobahn mit der höchst zulässigen Fahrgeschwindigkeit von 80 km/h. In - im Sinne der Erfindung - großer Entfernung, also einer Entfernung, in der der Lastkraftwagen 21 keine Windschatten spendet, beispielsweise 500 Meter oder mehr dahinter, fährt ein zweiter Lastkraftwagen 22, ebenfalls mit der höchstzulässigen Geschwindigkeit von 80 km/h.
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Der Fahrzeugführer des zweiten Lastkraftwagens 22 stößt eine Kommunikation mit dem ersten Lastkraftwagen 21 an (Schritt 110). Dazu sendet er über die Kommunikationsschnittstelle 221, hier als zweite Kommunikationsschnittstelle 221 bezeichnet, eine Nachricht, die den Wunsch nach Fahrt in einer Kolonne beinhaltet. Diese Nachricht wird beispielsweise von der ortsfesten Einrichtung 1 empfangen. In der ortsfesten Einrichtung 1 sind die Positionen und Fahrrichtungen, vorzugsweise auch geplante Fahrrouten von weiteren im Verkehr befindlichen Fahrzeugen 21 und 23 bekannt. Die ortsfeste Einrichtung 1 übermittelt den Wunsch nach Kolonnen-Fahrt des zweiten Fahrzeugs 22 an das in der Nähe befindliche, in Fahrrichtung vor dem zweiten Fahrzeug herfahrenden Fahrzeug 21 über dessen Kommunikationsschnittstelle 211 (Schritt 120). Der Fahrzeugführer des ersten Fahrzeugs 21 erkennt den Vorteil einer Kolonnenfahrt, der sich in Form einer Energieeinsparung und damit Kosteneinsparung für seine geplante Fahrroute niederschlägt und bestätigt die Kolonnenfahrt-Anfrage durch Versenden einer Bestätigung über die Kommunikationsschnittstellte 211 seines ersten Fahrzeugs 21 (Schritt 130). Die Bestätigung kann dabei über die ortsfeste Einrichtung 1 oder direkt via Fahrzeug-zu-Fahrzeugkommunikation an das zweite Fahrzeug 22 übermittelt werden.
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Nach Erhalt der Bestätigung beschleunigt der Fahrzeugführer das zweite Fahrzeug 22 auf eine Fahrgeschwindigkeit, welche größer als die des ersten Fahrzeugs 21 ist, beispielsweise auf 85 km/h (140).
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In der Folge nähert sich das zweite Fahrzeug 22, das Folgefahrzeug, dem weiterhin mit seiner ursprünglich eingestellten Fahrgeschwindigkeit von 80 km/h fahrenden ersten Fahrzeug 21, dem Führungsfahrzeug des angestrebten Konvois, an. Spätestens dann, wenn das Folgefahrzeug 22 einen zulässigen Mindestabstand von beispielsweise fünf Metern für Fahren mit elektronischer Deichsel erreicht hat, wird seine Fahrgeschwindigkeit auf die des Führungsfahrzeugs 21 von 80 km/h reduziert (Schritt 150). Da eine schlagartige Abbremsung von 85 km/h auf 80 km/h im Sinne einer Energieeffizienz nicht sinnvoll wäre, erfolgt die Reduzierung der Geschwindigkeit des Folgefahrzeugs 22 allmählich bei zunehmender Annäherung an das Führungsfahrzeug 21, beispielsweise beginnend bei einem Abstand zu hinteren Ende des Führungsfahrzeugs 21 von 50 Metern.
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Während der Dauer der Annäherung des Folgefahrzeugs
22 an das Führungsfahrzeugs werden in beispielsweise regelmäßigen Zeitabständen, wahlweise in diskreten Abständen des Folge- zum Führungsfahrzeug einerseits die Abstandswerte ermittelt, andererseits die Antriebsleistungen oder Momentan-Energieverbräuche vorzugsweise sowohl im Führungsfahrzeug
21 als auch im Folgefahrzeug
22 (Schritt
140). Die Bestimmung der Antriebsleistung und/oder des Momentan-Energieverbrauchs kann dabei vorzugsweise vom Motorsteuergerät bzw. Triebstrang-Steuergerät der der am Konvoi beteiligten Fahrzeuge für jedes dieser Fahrzeuge vorgenommen werden. Die erhobenen Daten werden in den beiden Fahrzeugen
21 und
22 jeweils in Form einer Kennlinie, in der Abstands-Werten Antriebsleistungs-Werte und/oder Momentan-Energieverbrauchs-Werte zugeordnet sind, etwa in der Form
| 25 Meter Abstand | - | 30 Liter pro 100 km |
| 15 Meter Abstand | - | 29,5 Liter pro 100 km |
| 10 Meter Abstand | - | 28,5 Liter pro 100km |
| 7,5 Meter Abstand | - | 28 Liter pro 100 km |
| 5 Meter Abstand | - | 27 Liter pro 100 km |
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als Beispiel für das Folgefahrzeug 22.
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Analog wird eine Kennlinie für das Führungsfahrzeug 21 angelegt.
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Eine Steuereinrichtung 214, beispielsweise an Bord des Führungsfahrzeug 21, bestimmt aus den aufgenommenen Kennlinien des Führungsfahrzeugs 21 und des Folgefahrzeugs 22, die im Falle des Folgefahrzeugs 22 dem Führungsfahrzeug 21 über die Kommunikationsschnittstellen 221 und 211 übermittelt werden kann, einen Folgeabstand für das Folgefahrzeug 22, bei dem sich eine maximale Antriebsleistungs- und damit Energieeinsparung für die gebildete Kolonne 2 ergibt (Schritt 160). Daraus erzeugt die Steuereinrichtung 214 ein Steuersignal umfassend eine Information über den Folgeabstand und übermittelt dieses über die Kommunikationsschnittstelle 211 des Führungsfahrzeugs 21 und die damit kommunikationsverbundene zweite Kommunikationsschnittstelle 221 des Folgefahrzeugs 22 an das Folgefahrzeug 22 (Schritt 170). Der aus dem Steuersignal erhaltene Folge-Sollabstand wird durch die Antrieb-Steuereinrichtung 222 bzw. eine automatische Abstandsreglung des Folgefahrzeugs 22, die auf die Antriebs-Steuereinrichtung 222 des Folgefahrzeugs 22 zugreift, eingestellt und durch Regeleingriffe in den Triebstrang des Folgefahrzeugs 22 eingehalten (Schritt 180). Das Folgefahrzeug 22 wird somit im Sinne einer elektronischen Deichsel hinter dem Führungsfahrzeug 21 automatisch hinterher geführt, fungiert als eine Art elektronischer Anhänger des Führungsfahrzeugs 21.
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Analog können auch weitere Folgefahrzeuge, beispielsweise der weitere Lastkraftwagen 23, in die Fahrzeug-Kolonne 2 aufgenommen werden. Auch hier werden dann bei Annäherung des weiteren Lastkraftwagens 23 in seiner Eigenschaft als zweites Folgefahrzeug 23 während seiner Annäherung an die aus Führungsfahrzeug 21 und Folgefahrzeug 22 gebildete Teil-Kolonne Abstands- sowie Antriebsleistungs- und/oder Moment-Energieverbrauchs-Werte ermittelt und in Form einer dritten Kennlinie im dritten Speicher 233 des zweiten Folgefahrzeugs abgelegt. Vorzugsweise werden dabei die Kennlinie des Führungsfahrzeugs 21 und die zweite Kennlinie des Folgefahrzeugs 22 ebenfalls angepasst. Wie zuvor skizziert, bestimmt sodann die Steuereinrichtung 214 des Führungsfahrzeugs 21 ideale Folgeabstände für Folgefahrzeug 22 und zweites Folgefahrzeug 23, die als Steuersignale an die beiden Folgefahrzeuge 22 und 23 übermittelt und von deren Triebstrang-Steuereinrichtungen 222 und 232 umgesetzt werden.
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In Reaktion auf äußere Einflüsse, beispielsweise an Autobahn-Auf- oder Abfahrten, bestimmt die Steuereinrichtung 214 des Führungsfahrzeugs 21 einen erhöhten Folgeabstand (Schritt 310), um das Einscheren und damit Auffahren auf die Autobahn oder Abfahren von der Autobahn von nicht zum Konvoi gehörenden Fahrzeugen zu ermöglichen. In einer nachfolgenden Phase, also nach Passieren einer Auf- oder Abfahrt und Ausscheren der weiteren, temporär zum Auf- oder Abfahren eingescherten Fahrzeuge, wird das Folgefahrzeug 22 oder die weiteren Folgefahrzeuge 22 und 23 in der beschriebenen Weise wieder an das Führungsfahrzeug 21 bzw. auch untereinander angenähert (Schritt 320). Dabei werden die Abstandsmessungen sowie Ermittlungen der Antriebsleistungen und/oder Momentan-Energieverbräuche in den beteiligten Fahrzeugen erneut ermittelt (Schritt 140). Die so gewonnenen Daten werden zur Korrektur der vorhandenen Kennlinien in den beteiligten Fahrzeugen oder, sofern sich relevante Einflussgrößen verändert haben, zur Erweiterung der Kennlinien zu Kennlinienfeldern bzw. zur Überprüfung und gegebenenfalls zur Korrektur oder Anpassung von für die vorliegenden, geänderten Einflussgrößen bereits vorliegenden Kennlinien genutzt.
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Geänderte, relevante Einflussgrößen können beispielsweise eine geänderte Fahrbahnsteigung, also Neigung oder Steigung in Fahrrichtung, eine geänderte Windrichtung oder andere Einflussgrößen umfassen.
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Darüber hinaus können solche Änderungen von Einflussgrößen auch an sich als Auslöser für eine kurzzeitige Auflösung der Kolonne, das heißt zur Vergrößerung der Fahrzeug-zu-Fahrzeug-Abstände mit anschließender erneuter Heranführung und Durchführung der beschriebenen Messungen verwendet werden.
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Diese relevanten Einflussgrößen können dabei aus Informationen einer im Führungs- oder einem weiteren Kolonnen-Fahrzeug bekannten Fahrroute oder einem elektronischen Horizont, die oder der mit einer vorliegenden digitalen Karte einschließlich topographischer Informationen abgeglichen wird, abgeleitet werden. Dabei ergibt der Abgleich beispielsweise, dass bei Weiterfahrt auf der aktuellen Straße in 5 km Entfernung eine Steigungsstrecke mit beispielsweise 15% Steigung erreicht werden wird. Diese Steigung hat zur Folge, dass die erforderliche Antriebsleistung der an der Kolonne beteiligten Fahrzeug nennenswert steigen wird, so dass im Falle eines prognostizierten Geschwindigkeitsverlustes in der Steigung eine Neubestimmung der maßgeblichen Daten für die Kennlinien sinnvoll sein kann. Dabei kann auch berücksichtigt werden, dass einzelne der an der Kolonne beteiligten Fahrzeuge möglicherweise nicht über ausreichende Antriebsleistung verfügen, um die Steigungsstrecke mit der höchstzulässigen Fahrgeschwindigkeit von 80 km/h zu bewältigen, so dass die Parameter auch für andere, niedrigere Fahrgeschwindigkeiten der Kolonne von beispielsweise 60 km/h bestimmt werden können. Zu berücksichtigen ist dabei, dass sich das größten Einsparpotenzial für die Antriebsenergie aus dem durch die Kolonnenfahrt reduzierten Luftwiderstand ergibt, welcher wiederum maßgeblich von der Strömungsgeschwindigkeit der Luft relativ zu den Fahrzeugen bestimmt wird.
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Die Zusammenstellung der Fahrzeug-Kolonne kann durch einen Cloud- bzw.- Backenserver-basierten Dienst 1 vorgenommen werden, bei dem sich die Fahrzeuge 21, 22 und 23 zuvor angemeldet und ihr Interesse an einer Kolonnenfahrt bekundet haben. Vorzugsweise sind dort auch die geplanten Fahrstrecken der Fahrzeuge bekannt, so dass die Kolonne auch unter Berücksichtigung der Fahrzeug-individuell geplanten Fahrten optimiert zusammengestellt werden kann.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102016217915 A1 [0002]
