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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Steuern mindestens eines Fahrzeugs eines Fahrzeugverbunds sowie ein Computerprogramm und ein maschinenlesbares Speichermedium, auf dem das Computerprogramm gespeichert ist. Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist auch eine Steuereinheit.
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Stand der Technik
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Bekannt sind Verfahren zur Steuerung eines Fahrzeugverbunds von hintereinander fahrenden Nutzfahrzeugen, bei denen die Abstände zwischen den einzelnen Nutzfahrzeugen des Fahrzeugverbunds auf etwa zehn bis fünfzehn Meter verringert werden, sodass durch eine Reduktion des Luftwiderstands der Kraftstoffverbrauch und die Fahrzeugemissionen des Fahrzeugverbunds reduziert werden.
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Die
DE 10 2015 008 353 A1 beschreibt ein Verfahren zum Organisieren von Kolonnenfahrten. Hierbei ist eine Erfassungseinrichtung zur Erfassung von Daten über die Kolonnenfahrt vorgesehen, welche zumindest die Position des Fahrzeugs in der Kolonne sowie die Länge oder Dauer der Kolonnenfahrt erfassen. Durch ein solches Erfassen der Daten einer Kolonnenfahrt, und ob das Fahrzeug der Windschattengeber oder (einer) der Windschattennehmer ist, kann nun festgestellt werden, ob das Fahrzeug einen zusätzlichen Energiebedarf oder eine Energieeinsparung hatte. Anschließend kann eine Abrechnung unter den Verkehrsteilnehmern erfolgen. Insbesondere kann die Abrechnung bzw. der Ausgleich in den wirtschaftlichen Vor- und Nachteilen der einzelnen Partnerfahrzeuge innerhalb der Kolonne in der Art erfolgen, dass die Daten an eine Steuerbehörde weitergeleitet werden und als Steuerbonus für den Windschattengeber und als Steuermalus für den Windschattennehmer mit dessen Kraftfahrzeugsteuer verrechnet werden.
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Offenbarung der Erfindung
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Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Steuern zumindest eines Fahrzeugs eines Fahrzeugverbunds von Fahrzeugen, um in einem Bereich einer zu ermittelnden Wechselposition auf einer gemeinsamen Fahrstrecke der Fahrzeuge eine Fahrzeugreihenfolge der Fahrzeuge zu verändern, mit folgenden Schritten:
- - Ermitteln erster positionsabhängiger Änderungen einer aerodynamischen Widerstandskraft für jedes Fahrzeug des Fahrzeugverbunds für eine erste vorgegebene Fahrzeugreihenfolge für die gemeinsame Fahrstrecke;
- - Ermitteln zweiter positionsabhängiger Änderungen der aerodynamischen Widerstandskraft für jedes Fahrzeug des Fahrzeugverbunds für eine zweite vorgegebene Fahrzeugreihenfolge für die gemeinsame Fahrstrecke;
- - Ermitteln der Wechselposition derart, dass ein Unterschied zwischen den für jedes der Fahrzeuge über die Fahrstrecke unter Berücksichtigung einer Veränderung der Fahrzeugreihenfolge summierten Änderungen der aerodynamischen Widerstandskraft möglichst gering ist; und
- - Steuern des zumindest einen Fahrzeugs des Fahrzeugverbunds in Abhängigkeit von der ermittelten Wechselposition, um die erste vorgegebene Fahrzeugreihenfolge im Bereich der ermittelten Wechselposition zu der zweiten vorgegebenen Fahrzeugreihenfolge zu verändern.
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Weiterhin ist Gegenstand der vorliegenden Erfindung eine Steuereinheit zum Steuern mindestens eines Fahrzeugs eines Fahrzeugverbunds, um in einem Bereich einer zu ermittelnden Wechselposition auf einer gemeinsamen Fahrstrecke der Fahrzeuge eine Fahrzeugreihenfolge der Fahrzeuge zu verändern, wobei die Steuereinheit eine Schnittstelle aufweist und eingerichtet ist,
- - erste positionsabhängige Änderungen einer aerodynamischen Widerstandskraft für jedes Fahrzeug des Fahrzeugverbunds für eine erste vorgegebene Fahrzeugreihenfolge für die gemeinsame Fahrstrecke zu ermitteln,
- - zweite positionsabhängige Änderungen der aerodynamischen Widerstandskraft für jedes Fahrzeug des Fahrzeugverbunds für eine zweite vorgegebene Fahrzeugreihenfolge für die gemeinsame Fahrstrecke zu ermitteln,
- - die Wechselposition derart zu ermitteln, dass ein Unterschied zwischen den für jedes der Fahrzeuge über die Fahrstrecke unter Berücksichtigung einer Veränderung der Fahrzeugreihenfolge summierten Änderungen der aerodynamischen Widerstandskraft möglichst gering ist, und
- - mittels der Schnittstelle ein Steuersignal an zumindest das eine Fahrzeug des Fahrzeugverbunds in Abhängigkeit von der ermittelten Wechselposition abzugeben, um die erste vorgegebene Fahrzeugreihenfolge in dem Bereich der ermittelten Wechselposition zu der zweiten vorgegebenen Fahrzeugreihenfolge zu verändern.
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Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ferner ein Computerprogramm und ein maschinenlesbares Speichermedium.
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Unter einem Fahrzeugverbund kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein Verbund beziehungsweise ein Verband von mindestens zwei Fahrzeugen auf einer gemeinsamen Fahrstrecke verstanden werden. Der Fahrzeugverbund bzw. der Fahrzeugverband kann eine Fahrzeugkolonne beziehungsweise ein Fahrzeugkonvoi sein. Denkbar ist, dass es sich bei dem Fahrzeugverbund um in einer Formation hintereinander fahrende Fahrzeuge handelt. Das heißt, mit anderen Worten, die Fahrzeuge des Fahrzeugverbunds sind ausgebildet, ohne eine mechanische Verbindung zwischen den Fahrzeugen, das heißt mit einer sogenannten „elektronischen Deichsel“, in einer definierten Fahrzeugreihenfolge hintereinander zu fahren. Hierbei können die Fahrzeuge des Fahrzeugverbunds eine gemeinsame Routenplanung verwenden, um die Formation bzw. die Fahrzeugreihenfolge unter den Fahrzeugen des Fahrzeugverbunds auf der gemeinsamen Fahrtstrecke aufrechtzuerhalten. Die Fahrzeugreihenfolge kann eine Reihenfolge der Fahrzeuge entlang oder entgegen einer Fahrtrichtung des Fahrzeugverbunds sein. Zum Beispiel kann eine Angabe einer Fahrzeugreihenfolge von drei Fahrzeugen A, B und C in der Form ABC derart verstanden werden, dass das Fahrzeug A das in Fahrtrichtung vorderste Fahrzeug, das Fahrzeug B ein dem Fahrzeug A unmittelbar folgendes Fahrzeug und das Fahrzeug C ein dem Fahrzeug B unmittelbar folgendes Fahrzeug ist. Hierbei ist Fahrzeug C das in Fahrtrichtung hinterste bzw. letzte Fahrzeug des Fahrzeugverbunds.
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Die Fahrzeuge des Fahrzeugverbunds können in sehr geringem räumlichen Abstand zueinander fahren, um aufgrund des verminderten Luftwiderstands bzw. der verminderten aerodynamischen Widerstandskraft der Fahrzeuge im Fahrzeugverbund einen Verbrauch von Kraftstoff bzw. eine Umsetzung von elektrischer Energie in Bewegungsenergie zu reduzieren. Die Fahrzeuge des Fahrzeugverbunds können zu einem autonomen Betrieb, insbesondere zu einem autonomen Fahren, geeignet sein. Hierbei werden die Fahrzeuge teilautomatisiert, hochautomatisiert oder vollautomatisiert gesteuert.
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Jedes der Fahrzeuge des Fahrzeugverbunds weist zumindest eine Kommunikationseinheit auf, die an dem jeweiligen Fahrzeug angeordnet ist. Die Kommunikationseinheit eines Fahrzeugs ist ausgebildet, eine Kommunikationsverbindung mit einer Kommunikationseinheit eines weiteren Fahrzeugs des Fahrzeugverbunds oder einer Infrastruktureinrichtung herzustellen. Die Kommunikationseinheit kann ein Funkgerät, beispielsweise ein Mobilfunkgerät, oder eine Steuereinheit mit einer Mobilfunkeinheit sein. Die Steuereinheit kann an einem der Fahrzeuge angeordnet sein. Die Kommunikationsverbindung kann eine Funkverbindung, beispielsweise eine Mobilfunkverbindung, insbesondere eine 5G-Mobilfunkverbindung sein. Die Infrastruktureinrichtung kann eine außerhalb der Fahrzeuge angeordnete Recheneinheit bzw. Servereinheit sein. Zum Beispiel kann die Infrastruktureinrichtung ein Netzwerk mehrerer außerhalb der Fahrzeuge angeordneter und räumlich verteilter Recheneinheiten bzw. ein Cloud-Computing-System bzw. eine Rechnerwolke sein. Auch kann die Infrastruktureinrichtung eine Servereinheit eines Betreibers der Fahrzeuge oder eines Betreibers von zumindest Teilen des erfindungsgemäßen Verfahrens sein. Mittels der Kommunikationseinheit können Daten bzw. Informationen zwischen den Fahrzeugen des Fahrzeugverbunds und/oder zwischen einem Fahrzeug und der Infrastruktureinrichtung, insbesondere drahtlos elektronisch, übertragen werden. Bevorzugt ist die Kommunikationseinheit ausgebildet und eingerichtet, Daten mit geringer Latenzzeit und/oder hoher Bandbreite zu übertragen.
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Die Kommunikationseinheit eines Fahrzeugs ist ausgebildet, ein Steuersignal an eine an dem Fahrzeug angeordnete Steuereinheit des Fahrzeugs bzw. an eine Schnittstelle der Steuereinheit zu übertragen, um das Fahrzeug zu steuern. Alternativ kann mittels des Steuersignals auch eine Anzeigeeinheit des Fahrzeugs gesteuert werden, um einem Fahrer des Fahrzeugs die ermittelte Wechselposition zum Verändern der Fahrzeugreihenfolge anzuzeigen. Die Kommunikationseinheit kann Teil der an dem Fahrzeug angeordneten Steuereinheit sein. Dadurch können mittels der Kommunikationseinheit empfangene Daten zur Steuerung des Fahrzeugs verwendet werden. Denkbar ist auch, dass das Fahrzeug teilweise oder vollständig mittels einer abseits bzw. außerhalb des Fahrzeugs angeordneten Steuereinheit gesteuert wird. Hierzu ist die abseits bzw. außerhalb des Fahrzeugs angeordnete Steuereinheit ausgebildet, mittels einer Schnittstelle bzw. einer Kommunikationsverbindung zu der Kommunikationseinheit auf die Steuereinheit des Fahrzeugs zuzugreifen. Die abseits bzw. außerhalb des Fahrzeugs angeordnete Steuereinheit kann eine Infrastruktureinrichtung oder Teil einer Infrastruktureinrichtung sein. Bevorzugt handelt es sich bei der Infrastruktureinrichtung um ein Fahrzeugkontrollzentrum, das ausgebildet ist, die Fahrzeuge des Fahrzeugverbunds drahtlos zu steuern bzw. zu kontrollieren.
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Die Fahrzeuge des Fahrzeugverbunds können Lastkraftfahrzeuge (LKW) und/oder Personenkraftwagen (PKW) sein. Die Fahrzeuge des Fahrzeugverbunds können Fahrzeuge mit Verbrennungsmotor und/oder Brennstoffzelle und/oder Hybrid- und/oder Elektrofahrzeuge sein.
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Unter einer Wechselposition einer gemeinsamen Fahrstrecke von Fahrzeugen eines Fahrzeugverbunds kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung eine räumliche Position auf bzw. an der gemeinsamen Fahrstrecke verstanden werden, wobei in einem die Wechselposition umfassenden Bereich bzw. Streckenabschnitt der gemeinsamen Fahrstrecke eine Veränderung der Fahrzeugreihenfolge vorgesehen ist. Das heißt, mit anderen Worten, in einem die Wechselposition umfassenden Bereich bzw. Streckenabschnitt der gemeinsamen Fahrstrecke wird eine erste Fahrzeugreihenfolge in eine zweite Fahrzeugreihenfolge überführt. Der Bereich kann eine räumliche Länge zwischen einigen Metern und mehreren Kilometern aufweisen. Zum Beispiel kann der Bereich einen Streckenabschnitt von einem Kilometer unmittelbar vor der Wechselposition und einem Kilometer unmittelbar nach der Wechselposition sein. Bevorzugt führen die Fahrzeuge des Fahrzeugverbunds bei einem Passieren der Wechselposition ein Fahrmanöver, insbesondere einen Überholvorgang, aus, um die Fahrzeugreihenfolge zu verändern.
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Zum Ermitteln der Wechselposition sieht das Verfahren einen Schritt des Ermittelns von, insbesondere bezüglich der gemeinsamen Fahrstrecke, positionsabhängigen Änderungen einer aerodynamischen Widerstandskraft für jedes Fahrzeug des Fahrzeugverbunds für vorgegebene Fahrzeugreihenfolgen für die gemeinsame Fahrstrecke vor. Das heißt, mit anderen Worten, die Änderung der aerodynamischen Widerstandskraft wird für jedes Fahrzeug separat und abhängig von der Position des Fahrzeugverbunds auf der gemeinsamen Fahrstrecke sowie für jede der vorgegebenen Fahrzeugreihenfolgen ermittelt. Von Vorteil ist es, wenn die Änderungen der aerodynamischen Widerstandskraft absolute oder relative Änderungen der aerodynamischen Widerstandskraft sind. Bei der Änderung der aerodynamischen Widerstandskraft kann es sich um eine absolute oder relative Änderung der aerodynamischen Widerstandskraft für eine Fahrt im Fahrzeugverbund im Vergleich zu einer alleinigen Fahrt bzw. Solofahrt des Fahrzeugs handeln. Bevorzugt ist die Änderung eine Verringerung bzw. Reduktion der aerodynamischen Widerstandskraft. Eine positionsabhängige Änderung einer aerodynamischen Widerstandskraft für eine vorgegebene Fahrzeugreihenfolge kann verstanden werden als eine relative und/oder absolute Änderung der aerodynamischen Widerstandskraft pro Fahrstreckensegment. Hierzu kann die gemeinsame Fahrstrecke in mehrere Fahrstreckensegmente unterteilt werden und für jedes der Fahrzeuge für jede der Fahrzeugreihenfolgen eine Änderung der aerodynamischen Widerstandskraft in jedem der Fahrstreckensegmente ermittelt werden. Die Fahrstreckensegmente können dieselbe oder verschiedene Längen aufweisen. Zum Beispiel können die Fahrstreckensegmente eine Länge in einem Bereich größer oder gleich 1 m und kleiner oder gleich 100 km aufweisen. Die Änderung der aerodynamischen Widerstandskraft für ein Fahrzeug A für eine Fahrzeugreihenfolge ABC von Fahrzeugen A, B, C eines Fahrzeugverbunds in Abhängigkeit von einer Position des Fahrzeugs auf der gemeinsamen Fahrstrecke des Fahrzeugverbunds kann eine Angabe bzw. Funktion in der Form e(x|A,ABC) sein. Das heißt, die Änderung der aerodynamischen Widerstandskraft kann eine mathematische Funktion einer Positionskoordinate entlang der gemeinsamen Fahrstrecke sein.
Unter einer aerodynamischen Widerstandskraft kann eine der Bewegung des Fahrzeugs entgegengerichtete bzw. entgegenwirkende Kraft aufgrund von Luftströmungen verstanden werden, denen das Fahrzeug ausgesetzt ist.
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Die relativen Änderungen der aerodynamischen Widerstandskräfte der Fahrzeuge des Fahrzeugverbunds können basierend auf der Reihenfolge der Fahrzeuge abgeschätzt werden. Hierbei kann angenommen werden, dass das in Fahrtrichtung vorderste Fahrzeug des Fahrzeugverbunds eine vergleichsweise geringe relative Änderung der aerodynamischen Widerstandskraft, das dem vordersten Fahrzeug nachfolgende Fahrzeug des Fahrzeugverbunds eine vergleichsweise hohe relative Änderung der aerodynamischen Widerstandskraft und das in Fahrtrichtung letzte Fahrzeug des Fahrzeugverbunds eine relative Änderung der aerodynamischen Widerstandskraft erfährt, deren Wert zwischen der relativen Änderung des vordersten Fahrzeugs und der relativen Änderung des dem vordersten Fahrzeug nachfolgenden Fahrzeugs liegt. Alternativ können die relativen Änderungen der aerodynamischen Widerstandskräfte der Fahrzeuge des Fahrzeugverbunds basierend auf den ermittelten absoluten Änderungen der aerodynamischen Widerstandskräfte der Fahrzeuge des Fahrzeugverbunds ermittelt bzw. berechnet werden. Hierbei kann ein räumlicher, insbesondere sich verändernder, Abstand zwischen den Fahrzeugen berücksichtigt werden.
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Die absoluten Änderungen der aerodynamischen Widerstandskräfte der Fahrzeuge des Fahrzeugverbunds können basierend auf der dem Fachmann bekannten Formel zur Ermittlung der aerodynamischen Widerstandskraft in Abhängigkeit von den cW-Werten der Fahrzeuge, von Flächeninhalten von Frontflächen der Fahrzeuge, von Fahrzeuggeschwindigkeiten, von Windgeschwindigkeiten und von der Luftdichte ermittelt werden. Mittels der bekannten Formel kann zunächst die aerodynamische Widerstandskraft jedes Fahrzeugs ermittelt werden. Weiter kann mittels Multiplikation mit einer zurückgelegten bzw. zurückzulegenden Strecke eine benötigte Energie zum Befahren bzw. Zurücklegen dieser Strecke ermittelt werden. Nun können mittels Multiplikation der abhängig von der Fahrzeugreihenfolge abgeschätzten relativen Änderungen der aerodynamischen Widerstandskräfte mit den ermittelten absoluten aerodynamischen Widerstandskräften die absoluten Änderungen der aerodynamischen Widerstandskräfte ermittelt werden. Alternativ können die absoluten und/oder relativen Änderungen der aerodynamischen Widerstandskräfte der Fahrzeuge des Fahrzeugverbunds mittel Simulation von Strömungsfeldern in einem Bereich um die Fahrzeuge des Fahrzeugverbunds beim Fahren im Fahrzeugverbund und bei alleinigen Fahrten ermittelt werden. Bei beiden Alternativen kann ein räumlicher, insbesondere sich verändernder, Abstand zwischen den Fahrzeugen berücksichtigt werden.
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Das Ermitteln der positionsabhängigen Änderungen der aerodynamischen Widerstandskraft erfolgt bevor die Fahrzeuge des Fahrzeugverbunds die gemeinsame Fahrstrecke vollständig befahren haben. Also umfasst das Ermitteln der positionsabhängigen Änderungen der aerodynamischen Widerstandskraft ein Abschätzen der positionsabhängigen Änderungen der aerodynamischen Widerstandskraft. Hierzu können in das Ermitteln der positionsabhängigen Änderungen der aerodynamischen Widerstandskraft eingehende Informationen bzw. Parameter teilweise geschätzt bzw. deren zeitliche Entwicklung beim Befahren der gemeinsamen Fahrstrecke prognostiziert oder von Messwerten ausgehend extrapoliert werden.
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Zum Ermitteln der Wechselposition werden für jedes der Fahrzeuge die Änderungen der aerodynamischen Widerstandskraft über die Fahrstrecke unter Berücksichtigung einer Veränderung der Fahrzeugreihenfolge, das heißt unter Berücksichtigung einer zu verändernden bzw. veränderten Fahrzeugreihenfolge, summiert. Das heißt, mit anderen Worten, für jedes der Fahrzeuge wird eine Gesamtänderung der aerodynamischen Widerstandskraft für die gemeinsame Fahrstrecke ermittelt, wobei beim Ermitteln der Gesamtänderung der aerodynamischen Widerstandskraft eine Veränderung der Fahrzeugreihenfolge auf der gemeinsamen Fahrstrecke berücksichtigt wird. Die Gesamtänderung der aerodynamischen Widerstandskraft für ein Fahrzeug kann durch Summieren bzw. Integrieren der Änderungen der aerodynamischen Widerstandskräfte für die einzelnen Fahrstreckensegmente bzw. Positionen auf der gemeinsamen Fahrstrecke ermittelt werden. Die Gesamtänderung der aerodynamischen Widerstandskraft für ein Fahrzeug A von Fahrzeugen A, B, C eines Fahrzeugverbunds kann eine Angabe bzw. Funktion in der Form E(x1,x2|A,ABC->CAB->BCA) bzw. E(x1,x2|A) sein, wenn die Fahrzeugreihenfolge im Bereich einer ersten Wechselposition x1 von ABC zu CAB und im Bereich einer zweiten Wechselposition x2 von CAB zu BCA verändert wird.
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Hierbei werden die Wechselposition bzw. Wechselpositionen derart ermittelt, dass die Unterschiede zwischen den Gesamtänderungen der aerodynamischen Widerstandskraft zwischen den Fahrzeugen möglichst gering sind. Das heißt, mit anderen Worten, das Verfahren sieht ein Ermitteln derjenigen Wechselposition bzw. Wechselpositionen vor, die aufgrund des Veränderns der Fahrzeugreihenfolge möglichst geringe Unterschiede in den Gesamtänderungen der aerodynamischen Widerstandskräfte zwischen den Fahrzeugen ermöglichen. Denkbar ist, dass für jede Wechselposition bzw. mögliche Kombination von Wechselpositionen auf der gemeinsamen Fahrstrecke die Gesamtänderung der aerodynamischen Widerstandskraft für jedes der Fahrzeuge ermittelt wird. Anschließend wird diejenige Wechselposition bzw. Kombination von Wechselpositionen ermittelt, bei der die Unterschiede in den Gesamtänderungen der aerodynamischen Widerstandskräfte zwischen den Fahrzeugen minimal ist. Der Unterschied kann ein linearer oder quadratischer Unterschied sein. Zum Beispiel kann ein Maß für den Unterschied eine Varianz oder eine Standardabweichung sein.
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Zum Ermitteln der Wechselposition unter Verwendung der Gesamtänderungen der aerodynamischen Widerstandskräfte können verschiedene, dem Fachmann bekannte mathematische Optimierungsalgorithmen verwendet werden. Denkbar ist, dass für jede Wechselposition bzw. mögliche Kombination von Wechselpositionen auf der gemeinsamen Fahrstrecke ein Mittelwert der Gesamtänderung der aerodynamischen Widerstandskraft über die Fahrzeuge des Fahrzeugverbunds ermittelt wird. Anschließend kann für jede Wechselposition bzw. mögliche Kombination von Wechselpositionen auf der gemeinsamen Fahrstrecke eine lineare oder quadratische Abweichung der Gesamtänderungen der aerodynamischen Widerstandskräfte der Fahrzeuge von dem ermittelten Mittelwert ermittelt werden. Zum Beispiel kann für jede Wechselposition bzw. mögliche Kombination von Wechselpositionen eine Varianz oder eine Standardabweichung der Gesamtänderungen der aerodynamischen Widerstandskräfte der Fahrzeuge ermittelt werden. Der Unterschied in den Gesamtänderungen der aerodynamischen Widerstandskräfte zwischen den Fahrzeugen ist für diejenige Wechselposition bzw. Kombination von Wechselpositionen minimal, für welche die lineare bzw. quadratische Abweichung, insbesondere die Varianz oder Standardabweichung, minimal ist.
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Zum Verändern der Fahrzeugreihenfolge sieht das Verfahren einen Schritt des Steuerns zumindest eines Fahrzeugs des Fahrzeugverbunds vor. Denkbar ist auch, dass im Schritt des Steuerns mehrere oder alle Fahrzeuge des Fahrzeugverbunds gesteuert werden. Das Steuern des Fahrzeugs bzw. der Fahrzeuge kann das Abgeben eines drahtlos oder drahtgebunden übertragenen Steuersignals von einer Steuereinheit an das Fahrzeug bzw. die Fahrzeuge umfassen. Das Verändern der Fahrzeugreihenfolge kann ein Vorgeben bzw. ein Anweisen bzw. ein Vorschlagen des Veränderns der Fahrzeugreihenfolge an einen Fahrer oder ein Steuergerät des Fahrzeugs umfassen.
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Beim Fahren im Fahrzeugverbund profitieren die Fahrzeuge des Fahrzeugverbunds von den verringerten aerodynamischen Widerstandskräften.
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Hierbei hängen die erzielten Vorteile für jedes der Fahrzeuge jedoch von der Reihenfolge der Fahrzeuge im Fahrzeugverbund ab. Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht es, eine gleichmäßigere Verteilung zwischen den aufgrund der verringerten aerodynamischen Widerstandskräfte beim Fahren im Fahrzeugverbund erzielten Vorteile zwischen den Fahrzeugen zu schaffen. Mittels Verändern bzw. Wechseln der Reihenfolge der Fahrzeuge auf der gemeinsamen Fahrstrecke nehmen verschiedene Fahrzeuge des Fahrzeugverbunds die besonders vorteilhaften bzw. die nur bedingt vorteilhaften oder gar nachteiligen Fahrzeugpositionen innerhalb des Fahrzeugverbunds an, sodass die Fahrzeuge in ähnlichen, bevorzugt in gleichem Maße, vom Fahren im Fahrzeugverbund profitieren. Das Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass es mit bestehenden, zum Fahren im Fahrzeugverbund ausgebildeten Fahrzeugen einfach ausführbar und ein technisch aufwändiges Ermitteln von durch das Fahren im Fahrzeugverbund erzielten monetären Vorteilen nicht erforderlich ist. Das erfindungsgemäße Verfahren schafft also einen Anreiz, Fahrzeuge in einem Fahrzeugverbund zu betreiben, wodurch gegenüber einer Einzelfahrt der Fahrzeuge Kraftstoff bzw. elektrische Energie gespart wird und Emissionen reduziert werden.
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Von Vorteil ist es, wenn der Schritt des Ermittelns der ersten und/oder zweiten positionsabhängigen Änderungen vor einem Befahren und/oder während eines Befahrens der gemeinsamen Fahrstrecke von den Fahrzeugen des Fahrzeugverbunds erfolgt. Vorteilhaft ist es hierbei, wenn der Schritt des Ermittelns der Wechselposition vor einem Befahren und/oder während eines Befahrens der gemeinsamen Fahrstrecke von den Fahrzeugen des Fahrzeugverbunds erfolgt. Durch das Ermitteln vor dem Befahren der gemeinsamen Fahrstrecke kann ein besonders einfacher Ausgleich bzw. eine besonders einfache Verteilung der aerodynamischen Vorteile beim Fahren im Fahrzeugverbund erfolgen. Durch das Ermitteln während des Befahrens bzw. beim Befahren der gemeinsamen Fahrstrecke können Veränderungen entlang der gemeinsamen Fahrstrecke, welche die aerodynamischen Änderungen beeinflussen, beim erfindungsgemäßen Verfahren berücksichtigt werden.
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Von Vorteil ist es hierbei, wenn im Schritt des Ermittelns der ersten und/oder zweiten positionsabhängigen Änderungen während des Befahrens der gemeinsamen Fahrstrecke eine während des Befahrens einer bereits zurückgelegten Teilstrecke der Fahrstrecke gemessene und/oder ermittelte Größe berücksichtigt wird. Die gemessene und/oder ermittelte Größe kann eine Größe sein, die ihre Werte beim Befahren der gemeinsamen Fahrstrecke voraussichtlich oder typischerweise verändert. Die Größe kann von einem der Fahrzeuge des Fahrzeugverbunds oder von einer abseits der Fahrzeuge angeordneten Messeinrichtung bzw. Ermittlungseinrichtung gemessen bzw. ermittelt werden. Die gemessene und/oder ermittelte Größe kann bspw. eine nachfolgend definierte Fahrinformation, Fahrzeuginformation oder Umgebungsinformation sein. Durch das Berücksichtigen der beim Befahren der bereits zurückgelegten Teilstrecke gemessenen und/oder ermittelten Größe können Ungenauigkeiten bei der Ermittlung des Ausgleichs der aerodynamischen Vorteile aufgrund unzureichender Eingangsdaten bzw. mangelnder Prognosegüte verringert werden.
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Von Vorteil ist es auch, wenn die ersten und/oder die zweiten positionsabhängigen Änderungen der aerodynamischen Widerstandskraft unter Verwendung einer Fahrstreckeninformation und/oder einer Fahrinformation und/oder einer Fahrzeuginformation und/oder einer Umgebungsinformation ermittelt werden. Das heißt, mit anderen Worten, die Fahrstreckeninformation und/oder die Fahrinformation und/oder die Fahrzeuginformation und/oder die Umgebungsinformation sind eine Eingangsgröße im Schritt des Ermittelns der bzw. Berechnens der positionsabhängigen Änderungen. Von Vorteil ist es hierbei, wenn die Fahrstreckeninformation und/oder die Fahrinformation und/oder die Fahrzeuginformation und/oder die Umgebungsinformation eine gemessene und/oder eine ermittelte und/oder eine gespeicherte Größe und/oder einen zeitlichen Verlauf und/oder eine räumliche Verteilung einer Größe umfasst. Denkbar ist, dass zumindest eine der genannten Größen mittels einer an einem der Fahrzeuge und/oder an einer Infrastruktureinrichtung angeordneten Sensoreinheit gemessen wird. Denkbar ist auch, dass zumindest eine der genannten Größen mittels einer an einem und/oder abseits der Fahrzeuge angeordneten Recheneinheit, insbesondere mittels einer Cloud-Computereinheit, ermittelt wird. Denkbar ist weiter, dass zumindest einer der genannten Größen mittels einer Speichereinheit eines der Fahrzeuge oder einer abseits der Fahrzeuge angeordneten Speichereinheit gespeichert wird. Hierbei kann zumindest eine der genannten Größen in Abhängigkeit bzw. als Funktion einer Zeiteinheit und/oder einer räumlichen Maßeinheit gemessen, ermittelt, gespeichert und/oder bereitgestellt werden.
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Von Vorteil ist es hierbei weiter, wenn die
- - Fahrstreckeninformation eine Längeninformation und/oder eine Höheninformation der Fahrstrecke und/oder ein Verkehrsaufkommen auf der Fahrstrecke aufweist, und/oder
- - die Fahrinformation eine Geschwindigkeitsinformation der Fahrzeuge und/oder eine Abstandsinformation über einen räumlichen Abstand zwischen den Fahrzeugen aufweist, und/oder
- - die Fahrzeuginformation eine Information über einen Strömungswiderstandskoeffizienten und/oder ein Strömungsfeld der Fahrzeuge, und/oder
- - die Umgebungsinformation eine Information über eine Windgeschwindigkeit und/oder Windrichtung an der Fahrstrecke aufweist.
Die Längeninformation kann eine Gesamtlänge der gemeinsamen Fahrstrecke sein. Die Höheninformation kann ein Höhenprofil der Fahrstrecke sein. Das Verkehrsaufkommen kann ein ermitteltes oder voraussichtliches Verkehrsaufkommen, insbesondere unter Berücksichtigung von Datum, Uhrzeit, Stau und/oder Baustellen, an der Fahrstrecke sein. Die Geschwindigkeitsinformation kann eine voraussichtliche Geschwindigkeit, eine aktuelle Geschwindigkeit, eine maximale zulässige Geschwindigkeit und/oder eine typische Geschwindigkeit, insbesondere unter Berücksichtigung von Uhrzeit, Datum, Windgeschwindigkeit und/oder Windrichtung, sein. Der räumliche Abstand kann ein Abstand zwischen unmittelbar aufeinanderfolgenden Fahrzeugen des Fahrzeugverbunds sein. Der räumliche Abstand zwischen verschiedenen aufeinanderfolgenden Fahrzeugen des Fahrzeugverbunds kann einheitlich oder verschieden sein. Der räumliche Abstand zwischen den Fahrzeugen kann ein tatsächlicher oder voraussichtlicher Abstand zwischen den Fahrzeugen sein. Weiter kann die Fahrinformation auch eine Beschleunigung bzw. Verzögerung des Fahrzeugs, ein aktueller Betriebszustand eines Fahrerassistenzsystems und/oder ein aktueller Lenkwinkel sein.
Der Strömungswiderstandskoeffizient ist bevorzugt ein cW-Wert der Fahrzeuge. Das Strömungsfeld kann ein skalares oder bevorzugt ein vektorielles Strömungsfeld einer Luftströmung um die Fahrzeuge sein. Weiter kann die Fahrzeuginformation eine Größe, ein Typ, eine Motorleistung oder ein Luftwiderstandsbeiwert des Fahrzeugs, eine Bremsleistung, eine Ausstattung mit Fahrerassistenzsystemen, eine Zuglast oder eine Masse einer Beladung des Fahrzeugs, eine Information über ein transportiertes Transportgut, insbesondere ein Gefahrengut, ein Gesamtvolumen oder ein gefülltes Volumen eines Kraftstofftanks sein. Die Fahrzeuginformation kann auch eine Leistungsinformation über sicherheitsrelevante Systeme wie zum Beispiel eine Zeitdauer eines Druckaufbaus einer Bremseinheit sein. Die Windgeschwindigkeit und/oder Windrichtung kann ein mittels an den Fahrzeugen oder an einer Infrastruktureinrichtung Windmesseinheit ermittelte oder prognostizierte Windgeschwindigkeit bzw. Windrichtung sein. Ferner kann es sich bei der Umgebungsinformation auch um eine Wetterinformation oder eine Witterungsinformation handeln. Durch diese Ausgestaltung kann aufgrund der Berücksichtigung der genannten Informationen eine besonders präzise Ermittlung der positionsabhängigen Änderungen der aerodynamischen Widerstandskraft erfolgen.
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Von Vorteil ist es darüber hinaus, wenn das zumindest eine Fahrzeug vor und/oder an und/oder nach der ermittelten Wechselposition der Fahrstrecke gesteuert wird, um die erste vorgegebene Fahrzeugreihenfolge in dem Bereich der ermittelten Wechselposition zu der zweiten vorgegebenen Fahrzeugreihenfolge zu verändern. Denkbar ist, dass das Fahrzeug bzw. die Fahrzeuge bereits vor dem Befahren der gemeinsamen Fahrstrecke derart gesteuert bzw. programmiert werden, dass im Bereich der ermittelten Wechselposition die Fahrzeugreihenfolge verändert wird. Denkbar ist auch, dass die Fahrzeuge beim Befahren, insbesondere im Bereich der ermittelten Wechselposition, gesteuert werden, um die Fahrzeugreihenfolge zu verändern. Denkbar ist ferner, dass die Fahrzeuge erst nach der ermittelten Wechselposition, beispielsweise aufgrund eines vorteilhaften Überholbereichs nach der ermittelten Wechselposition oder eines Überholverbots vor der ermittelten Wechselposition, gesteuert werden, um die erste vorgegebene Fahrzeugreihenfolge in dem Bereich der ermittelten Wechselposition zu der zweiten vorgegebenen Fahrzeugreihenfolge zu verändern. Durch diese Ausgestaltung kann das Steuern der Fahrzeuge besonders gut an die Fahrstrecke und weitere Umgebungsparameter an der Fahrstrecke angepasst werden.
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Von Vorteil ist es des Weiteren, wenn der Schritt des Steuerns des zumindest einen Fahrzeugs ein Steuern einer Antriebseinheit und/oder einer Bremseinheit und/oder einer Lenkeinheit des zumindest einen Fahrzeug des Fahrzeugverbunds umfasst. Denkbar ist, dass das Steuern zumindest einer der genannten Einheiten erfolgt, um einen Überholvorgang zumindest eines Fahrzeugs des Fahrzeugverbunds durchzuführen. Hierbei kann das überholende Fahrzeug des Fahrzeugverbunds eine Geschwindigkeit erhöhen und/oder das zu überholende Fahrzeug des Fahrzeugverbunds eine Geschwindigkeit verringern. Alternativ kann das zu überholende Fahrzeug bzw. die zu überholenden Fahrzeuge von einer aktuellen Fahrspur ausscheren und sich hinter das überholende bzw. die überholenden Fahrzeuge zurückfallen lassen.
Durch diese Ausgestaltung kann die Fahrzeugreihenfolge mit einfachen Mitteln und mit geringer Beeinträchtigung weiterer Verkehrsteilnehmer erfolgen.
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Von besonderem Vorteil ist es, wenn
- - das gemäß der ersten Fahrzeugreihenfolge in einer Fahrtrichtung des Fahrzeugverbunds vorderste Fahrzeug das gemäß der zweiten Fahrzeugreihenfolge in der Fahrtrichtung hinterste Fahrzeug oder
- - das gemäß der ersten Fahrzeugreihenfolge in einer Fahrtrichtung des Fahrzeugverbunds hinterste Fahrzeug das gemäß der zweiten Fahrzeugreihenfolge in der Fahrtrichtung vorderste Fahrzeug ist.
Hierzu ist zumindest eine Veränderung einer Verbundposition des vordersten und des hintersten Fahrzeugs des Fahrzeugverbunds bzw. einer Anordnung des vordersten und des hintersten Fahrzeugs im Fahrzeugverbund erforderlich. Bevorzugt sind die Verbundpositionen der Fahrzeuge in der zweiten Fahrzeugreihenfolge gegenüber der ersten Fahrzeugreihenfolge zyklisch vertauscht. Das heißt, mit anderen Worten, eine erste Fahrzeugreihenfolge ABC...N von Fahrzeugen A, B, ..., M, N wird zu einer zweiten Fahrzeugreihenfolge NAB...M oder zu einer alternativen zweiten Fahrzeugreihenfolge B...MNA verändert. Durch diese Ausgestaltung kann das Verändern der Fahrzeugreihenfolge besonders einfach und mit lediglich geringem Einfluss auf das Verkehrsgeschehen in einer Umgebung des Fahrzeugverbunds ausgeführt werden.
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Von Vorteil ist es hierbei, wenn mittels Steuern der Lenkeinheit zumindest des hintersten Fahrzeugs eine Fahrspur zumindest des hintersten Fahrzeugs gewechselt wird, um die erste Fahrzeugreihenfolge mittels eines Überholvorgangs zumindest des hintersten Fahrzeugs zu der zweiten Fahrzeugreihenfolge zu verändern. Durch diese Ausgestaltung muss bei einem Überholvorgang zum Verändern der Fahrzeugreihenfolge nur eines der Fahrzeuge des Fahrzeugverbunds eine Überholspur der Fahrstrecke benutzen, sodass ein weiteres Verkehrsgeschehen im Umfeld des Fahrzeugverbunds nur geringfügig beeinträchtigt wird.
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Von Vorteil ist es schließlich, wenn der Fahrzeugverbund N+1, N größer oder gleich zwei, Fahrzeuge umfasst und eine Abfolge von N+1 Fahrzeugreihenfolgen vorgegeben ist, wobei
- - für jede weitere Fahrzeugreihenfolge der vorgegebenen Abfolge von N+1 Fahrzeugreihenfolgen positionsabhängige Änderungen für jedes Fahrzeug des Fahrzeugverbunds auf der Fahrstrecke ermittelt werden,
- - der Schritt des Ermittelns der Wechselposition ein derartiges Ermitteln von N Wechselpositionen des Fahrzeugverbunds auf der Fahrstrecke umfasst, dass ein Unterschied zwischen den für jedes der Fahrzeuge entlang der Fahrstrecke unter Berücksichtigung eines N-maligen Veränderns der Fahrzeugreihenfolge aufsummierten Änderungen der aerodynamischen Widerstandskraft möglichst gering ist, und
- - die Fahrzeuge des Fahrzeugverbunds in Abhängigkeit von den ermittelten N Wechselpositionen gesteuert werden, um eine gemäß der vorgegebenen Abfolge vorausgehende Fahrzeugreihenfolge in einem Bereich der zugehörigen ermittelten Wechselposition zu einer gemäß der vorgegebenen Abfolge nachfolgenden Fahrzeugreihenfolge zu verändern.
Durch diese Ausgestaltung wird ein Ausgleich der aerodynamischen Vorteile beim Fahren in einem Fahrzeugverbund mit einer Vielzahl von Fahrzeugen ermöglicht.
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Bevorzugt ist ein Verfahren zum Steuern zumindest eines Fahrzeugs eines Fahrzeugverbunds, wobei der Fahrzeugverbund aus einem ersten und einem zweiten Fahrzeug besteht, um in einem Bereich einer zu ermittelnden Wechselposition auf einer gemeinsamen Fahrstrecke des ersten und des zweiten Fahrzeugs eine Fahrzeugreihenfolge der Fahrzeuge zu verändern, mit folgenden Schritten:
- - Ermitteln erster positionsabhängiger Änderungen einer aerodynamischen Widerstandskraft für das erste und das zweite Fahrzeug des Fahrzeugverbunds für eine erste vorgegebene Fahrzeugreihenfolge für die gemeinsame Fahrstrecke;
- - Ermitteln zweiter positionsabhängiger Änderungen der aerodynamischen Widerstandskraft für das erste und das zweite Fahrzeug des Fahrzeugverbunds für eine zweite vorgegebene Fahrzeugreihenfolge für die gemeinsame Fahrstrecke;
- - Ermitteln der Wechselposition derart, dass ein Unterschied zwischen den für das erste Fahrzeug über die Fahrstrecke unter Berücksichtigung einer Veränderung der Fahrzeugreihenfolge summierten Änderungen der aerodynamischen Widerstandskraft und den für das zweite Fahrzeug über die Fahrstrecke unter Berücksichtigung einer Veränderung der Fahrzeugreihenfolge summierten Änderungen der aerodynamischen Widerstandskraft möglichst gering ist; und
- - Steuern des zumindest einen Fahrzeugs des Fahrzeugverbunds in Abhängigkeit von der ermittelten Wechselposition, um die erste vorgegebene Fahrzeugreihenfolge an dem Bereich der ermittelten Wechselposition zu der zweiten vorgegebenen Fahrzeugreihenfolge zu verändern.
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Besonders bevorzugt ist ein Verfahren zum Steuern von Fahrzeugen eines Fahrzeugverbunds, wobei der Fahrzeugverbund aus einem ersten, einem zweiten und einem dritten Fahrzeug besteht, um in einem ersten Bereich einer ersten zu ermittelnden Wechselposition und in einem zweiten Bereich einer zweiten zu ermittelnden Wechselposition auf einer gemeinsamen Fahrstrecke des ersten, des zweiten und des dritten Fahrzeugs eine Fahrzeugreihenfolge der Fahrzeuge zu verändern, mit folgenden Schritten:
- - Ermitteln erster positionsabhängiger Änderungen einer aerodynamischen Widerstandskraft für das erste, das zweite und das dritte Fahrzeug des Fahrzeugverbunds für eine erste vorgegebene Fahrzeugreihenfolge für die gemeinsame Fahrstrecke;
- - Ermitteln zweiter positionsabhängiger Änderungen der aerodynamischen Widerstandskraft für das erste, das zweite und das dritte Fahrzeug des Fahrzeugverbunds für eine zweite vorgegebene Fahrzeugreihenfolge für die gemeinsame Fahrstrecke;
- - Ermitteln dritter positionsabhängiger Änderungen der aerodynamischen Widerstandskraft für das erste, das zweite und das dritte Fahrzeug des Fahrzeugverbunds für eine dritte vorgegebene Fahrzeugreihenfolge für die gemeinsame Fahrstrecke;
- - Ermitteln der ersten und der zweiten Wechselposition derart, dass ein Unterschied zwischen den für das erste Fahrzeug über die Fahrstrecke unter Berücksichtigung einer zweifachen Veränderung der Fahrzeugreihenfolge summierten Änderungen der aerodynamischen Widerstandskraft, den für das zweite Fahrzeug über die Fahrstrecke unter Berücksichtigung einer zweifachen Veränderung der Fahrzeugreihenfolge summierten Änderungen der aerodynamischen Widerstandskraft und den für das dritte Fahrzeug über die Fahrstrecke unter Berücksichtigung einer zweifachen Veränderung der Fahrzeugreihenfolge summierten Änderungen der aerodynamischen Widerstandskraft möglichst gering ist; und
- - Steuern der Fahrzeuge des Fahrzeugverbunds in Abhängigkeit von den ermittelten Wechselpositionen, um die erste vorgegebene Fahrzeugreihenfolge in dem ersten Bereich der ermittelten ersten Wechselposition zu der zweiten vorgegebenen Fahrzeugreihenfolge und die zweite vorgegebene Fahrzeugreihenfolge in dem zweiten Bereich der ermittelten zweiten Wechselposition zu der dritten vorgegebenen Fahrzeugreihenfolge zu verändern.
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Dieses Verfahren kann vorzugsweise in einem Computerprogramm implementiert sein, das auf einem maschinenlesbaren Speichermedium gespeichert ist. Dieses Speichermedium kann beispielsweise in einer Rechnereinheit verbaut sein, sodass die Rechnereinheit das Verfahren ausführen kann.
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Figurenliste
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Die Erfindung wird nachstehend anhand der beigefügten Zeichnungen beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:
- 1 einen Fahrzeugverbund;
- 2 ein Ablaufdiagramm eines ersten Verfahrens zur Steuerung eines Fahrzeugverbunds mit zwei Fahrzeugen; und
- 2 ein Ablaufdiagramm eines zweiten Verfahrens zur Steuerung eines Fahrzeugverbunds mit drei Fahrzeugen.
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1 zeigt eine schematische Darstellung eines Fahrzeugverbunds 10.
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Der Fahrzeugverbund 10 umfasst drei Fahrzeuge A, B, C, die als Lastkraftwagen 12, 14, 16 ausgebildet sind. Die Lastkraftwagen 12, 14, 16 fahren hintereinander auf einer gemeinsamen Fahrstrecke 17 in dieselbe Fahrt Fahrtrichtung 18. Die räumlichen Abstände zwischen den Lastkraftwagen 12, 14, 16 betragen nur wenige Meter.
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Die Lastkraftwagen 12, 14, 16 weisen jeweils eine Kommunikationseinheit 22, 24, 26 und eine Steuereinheit 32, 34, 36 auf. Die Kommunikationseinheiten 22, 24, 26 sind ausgebildet, mittels einer Mobilfunkverbindung miteinander zu kommunizieren. Ferner sind die Kommunikationseinheiten 22, 24, 26 mit den Steuereinheiten 32, 34, 36 des jeweiligen Lastkraftwagens 12, 14, 16 elektronisch verbunden.
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In 1A weisen die Fahrzeuge A, B, C bzw. Lastkraftwagen 12, 14, 16 auf einer ersten Teilstrecke der gemeinsamen Fahrstrecke 17 eine erste Fahrzeugreihenfolge ABC auf.
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In 1B weisen die Fahrzeuge A, B, C bzw. Lastkraftwagen 12, 14, 16 nach einem Verändern der Fahrzeugreihenfolge eine zweite Fahrzeugreihenfolge CAB auf einer zweiten Teilstrecke der gemeinsamen Fahrstrecke 17 auf.
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In 1C weisen die Fahrzeuge A, B, C bzw. Lastkraftwagen 12, 14, 16 nach einem nochmaligen Verändern der Fahrzeugreihenfolge eine dritte Fahrzeugreihenfolge BCA auf einer dritten Teilstrecke der gemeinsamen Fahrstrecke 17 auf.
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2 zeigt ein Ablaufdiagramm eines ersten Verfahrens zur Steuerung eines Fahrzeugverbunds mit einem ersten Fahrzeug A und einem zweiten Fahrzeug B. Das erste Verfahren ist in seiner Gesamtheit mit dem Bezugszeichen 100 versehen.
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Das Verfahren 100 sieht ein Steuern der Fahrzeuge A, B des Fahrzeugverbunds vor, um in einem Bereich einer zu ermittelnden Wechselposition X auf einer gemeinsamen Fahrstrecke des ersten Fahrzeugs A und des zweiten Fahrzeugs B eine Fahrzeugreihenfolge der Fahrzeuge A, B zu verändern.
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In Schritt 110 wird eine Fahrstreckeninformation und eine Fahrzeuginformation für eine abseits bzw. außerhalb der Fahrzeuge A, B angeordnete Steuereinheit bereitgestellt. Hierbei umfasst die Fahrstreckeninformation eine Längeninformation über eine Länge der gemeinsamen Fahrstrecke der Fahrzeuge A, B des Fahrzeugverbunds. Die Fahrzeuginformation umfasst eine Information über einen Strömungswiderstandskoeffzienten cW und ein Strömungsfeld der Fahrzeuge A, B.
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In Schritt 120 werden erste positionsabhängige Änderungen e(xIA,AB) einer aerodynamischen Widerstandskraft für das erste Fahrzeug A und erste positionsabhängige Änderungen e(x|B,AB) einer aerodynamischen Widerstandskraft für das zweite Fahrzeug B des Fahrzeugverbunds für eine erste vorgegebene Fahrzeugreihenfolge AB für die gemeinsame Fahrstrecke ermittelt. Hierbei ist das Fahrzeug A das in Fahrtrichtung vordere Fahrzeug und das Fahrzeug B das dem Fahrzeug A unmittelbar folgende Fahrzeug. Das heißt, Fahrzeug B ist das in Fahrtrichtung hintere bzw. letzte Fahrzeug des Fahrzeugverbunds.
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In Schritt 130 werden zweite positionsabhängige Änderungen e(xIA,BA) einer aerodynamischen Widerstandskraft für das erste Fahrzeug A und zweite positionsabhängige Änderungen e(x|B,BA) einer aerodynamischen Widerstandskraft für das zweite Fahrzeug B des Fahrzeugverbunds für eine zweite vorgegebene Fahrzeugreihenfolge BA für die gemeinsame Fahrstrecke ermittelt.
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Die positionsabhängigen Änderungen e(x|A,AB), e(x|B,AB), e(x|A,BA), e(x|B,BA) sind in diesem Ausführungsbeispiel relative positionsabhängige Änderungen.
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In diesem Ausführungsbeispiel kann angenommen werden, dass der voraussichtliche räumliche Abstand zwischen je zwei aufeinanderfolgenden Fahrzeugen auf der gemeinsamen Fahrstrecke unabhängig von der Fahrzeugreihenfolge konstant ist. Hierbei werden die relativen Änderungen der aerodynamischen Widerstandskräfte der Fahrzeuge A, B abhängig von der Reihenfolge der Fahrzeuge A, B und unter Berücksichtigung der Fahrzeuginformation abgeschätzt. Basierend auf den unterschiedlichen Strömungskoeffizienten und Strömungsfelder der Fahrzeuge A, B werden beispielhaft folgende relative Änderungen der aerodynamischen Widerstandskräfte ermittelt: e(xIA,AB) = 7%, e(x|B,AB) = 9% und e(x|A,BA) = 13% und e(xIB,BA) = 5%. Die prozentualen Angaben verstehen sich hierbei als Angaben pro Fahrstreckeneinheit bzw. Fahrstreckenabschnitt, insbesondere pro km oder pro m.
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In Schritt 150 wird die Wechselposition X derart ermittelt, dass ein Unterschied zwischen den für das erste Fahrzeug A über die Fahrstrecke unter Berücksichtigung einer Veränderung der Fahrzeugreihenfolge summierten Änderungen der aerodynamischen Widerstandskraft und den für das zweite Fahrzeug B über die Fahrstrecke unter Berücksichtigung einer Veränderung der Fahrzeugreihenfolge summierten Änderungen der aerodynamischen Widerstandskraft möglichst gering ist. Das heißt, mit anderen Worten, für jedes der Fahrzeuge A, B wird eine Gesamtänderung der aerodynamischen Widerstandskraft für die gemeinsame Fahrstrecke ermittelt, wobei beim Ermitteln der Gesamtänderung der aerodynamischen Widerstandskraft die Veränderung der Fahrzeugreihenfolge auf der gemeinsamen Fahrstrecke berücksichtigt wird. Hierbei wird angenommen, dass die vorgegebene Fahrzeugreihenfolge auf der gemeinsamen Fahrstrecke in vorgegebener Weise bzw. in einer vorgegebenen Abfolge von AB zu BA verändert wird.
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Für eine gemeinsame Fahrstrecke mit vorgegebener Anfangsposition xa und vorgegebener Endposition xe sowie einer zu ermittelnden Wechselposition X ergibt sich die Gesamtänderung E(A,X) der aerodynamischen Widerstandskraft des ersten Fahrzeugs A zu E(A,X) = e(xIA,AB) * (X-xa) + e(xIA,BA) * (xe-X). Analog gilt für die Gesamtänderung E(B,X) der aerodynamischen Widerstandskraft des zweiten Fahrzeugs A: E(B,X) = e(xIB,AB) * (X-xa) + e(xIB,BA) * (xe-X). Die Wechselposition X wird nun derart ermittelt, dass der Unterschied der Gesamtänderung E(A,X) und E(B,X) möglichst gering, bevorzugt null ist. Ausgehend von der zu erzielenden Gleichheit der Gesamtänderungen der aerodynamischen Widerstandskräfte E(A,X) = E(B,X) kann mittels Auflösen des Gleichungssystems die Wechselposition X ermittelt werden.
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In Schritt 160 werden die Fahrzeuge A, B des Fahrzeugverbunds in Abhängigkeit von der ermittelten Wechselposition X gesteuert, um die erste vorgegebene Fahrzeugreihenfolge AB im Bereich der ermittelten Wechselposition X zu der zweiten vorgegebenen Fahrzeugreihenfolge BA zu verändern.
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In diesem Ausführungsbeispiel wird das Ermitteln der Wechselposition X vor dem Befahren der gemeinsamen Fahrstrecke ausgeführt.
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3 zeigt ein Ablaufdiagramm eines zweiten Verfahrens zur Steuerung eines Fahrzeugverbunds mit einem ersten Fahrzeug A, einem zweiten Fahrzeug B und einem dritten Fahrzeug C. Das zweite Verfahren ist in seiner Gesamtheit mit dem Bezugszeichen 200 versehen.
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Das Verfahren 200 sieht ein Steuern der Fahrzeuge A, B, C des Fahrzeugverbunds vor, um in einem ersten Bereich einer ersten zu ermittelnden Wechselposition X1 und in einem zweiten Bereich einer zweiten zu ermittelnden Wechselposition X2 auf einer gemeinsamen Fahrstrecke des ersten, des zweiten und des dritten Fahrzeugs A, B, C eine Fahrzeugreihenfolge der Fahrzeuge A, B, C zu verändern.
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In Schritt 210 wird eine Fahrstreckeninformation, eine Fahrinformation und eine Umgebungsinformation für eine abseits bzw. außerhalb der Fahrzeuge A, B, C angeordnete Steuereinheit bereitgestellt. Hierbei umfasst die Fahrstreckeninformation eine Längeninformation über eine Länge der gemeinsamen Fahrstrecke der Fahrzeuge A, B, C des Fahrzeugverbunds. Die Fahrinformation umfasst eine Geschwindigkeitsinformation der Fahrzeuge A, B, C über eine voraussichtliche Geschwindigkeit der Fahrzeuge A, B, C auf der gemeinsamen Fahrstrecke. Die Fahrinformation umfasst weiter eine Abstandsinformation über einen voraussichtlichen räumlichen Abstand zwischen den Fahrzeuge A, B, C auf der gemeinsamen Fahrstrecke. Schließlich umfasst die Umgebungsinformation eine Information über eine voraussichtliche Windgeschwindigkeit und eine voraussichtliche Windrichtung auf bzw. entlang der gemeinsamen Fahrstrecke.
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In Schritt 220 werden erste positionsabhängige Änderungen e(x|A,ABC) einer aerodynamischen Widerstandskraft für das erste Fahrzeug A, erste positionsabhängige Änderungen e(x|B,ABC) einer aerodynamischen Widerstandskraft für das zweite Fahrzeuge B und erste positionsabhängige Änderungen e(x|C,ABC) einer aerodynamischen Widerstandskraft für das dritte Fahrzeug C des Fahrzeugverbunds für eine erste vorgegebene Fahrzeugreihenfolge ABC für die gemeinsame Fahrstrecke ermittelt. Hierbei ist das Fahrzeug A das in Fahrtrichtung vorderste Fahrzeug, das Fahrzeug B das dem Fahrzeug A unmittelbar folgende Fahrzeug und das Fahrzeug C das dem Fahrzeug B unmittelbar folgende Fahrzeug. Das heißt, Fahrzeug C ist das in Fahrtrichtung hinterste bzw. letzte Fahrzeug des Fahrzeugverbunds.
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In Schritt 230 werden zweite positionsabhängige Änderungen e(x|A,CAB) einer aerodynamischen Widerstandskraft für das erste Fahrzeug A, zweite positionsabhängige Änderungen e(x|B,CAB) einer aerodynamischen Widerstandskraft für das zweite Fahrzeuge B und zweite positionsabhängige Änderungen e(x|C,CAB) einer aerodynamischen Widerstandskraft für das dritte Fahrzeug C des Fahrzeugverbunds für eine zweite vorgegebene Fahrzeugreihenfolge CAB für die gemeinsame Fahrstrecke ermittelt.
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In Schritt 240 werden dritte positionsabhängige Änderungen e(x|A,BCA) einer aerodynamischen Widerstandskraft für das erste Fahrzeug A, dritte positionsabhängige Änderungen e(x|AB,BCA) einer aerodynamischen Widerstandskraft für das zweite Fahrzeuge B und dritte positionsabhängige Änderungen e(x|C,BCA) einer aerodynamischen Widerstandskraft für das dritte Fahrzeug C des Fahrzeugverbunds für eine dritte vorgegebene Fahrzeugreihenfolge BCA für die gemeinsame Fahrstrecke ermittelt.
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Die Menge der positionsabhängigen Änderungen e(x|A,ABC), e(x|B,ABC), e(x|C,ABC), e(x|A,CAB), e(x|B,CAB), e(x|C,CAB), e(x|A,BCA), e(x|B,BCA), e(x|C,BCA) wird im Folgenden als e(x|... ) bezeichnet. Die positionsabhängigen Änderungen e(x|... ) sind in diesem Ausführungsbeispiel absolute positionsabhängige Änderungen e(x|...).
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Zum Ermitteln der positionsabhängigen Änderungen e(x|... ) wird zunächst die aerodynamische Widerstandskraft w(x,A) für eine alleinige Fahrt für das erste Fahrzeug A, die aerodynamische Widerstandskraft w(x,B) für eine alleinige Fahrt für das zweite Fahrzeug B und die aerodynamische Widerstandskraft w(x,C) für eine alleinige Fahrt für das dritte Fahrzeug C in Abhängigkeit von der Position des jeweiligen Fahrzeugs an der gemeinsamen Fahrstrecke ermittelt. Das heißt, mit anderen Worten, es wird zum Ermitteln der positionsabhängigen aerodynamischen Widerstandskräfte w(x,A), w(x,B), w(x,C) angenommen, dass die Fahrzeuge A, B, C nicht im Fahrzeugverbund fahren. Hierbei werden die aerodynamischen Widerstandskräfte w(x,A), w(x,B), w(x,C) unter Verwendung der bereitgestellten Fahrinformation, der Fahrzeuginformation und der Umgebungsinformation von der abseits bzw. außerhalb der Fahrzeuge A, B, C angeordneten Steuereinheit ermittelt. Die bereitgestellte Abstandsinformation über den voraussichtlichen räumlichen Abstand zwischen den Fahrzeuge A, B, C auf der gemeinsamen Fahrstrecke bleibt zunächst unberücksichtigt.
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Anschließend werden ausgehend von den ermittelten aerodynamischen Widerstandskräfte w(x,A), w(x,B), w(x,C) und den vorgegebenen Fahrzeugreihenfolgen ABC, CAB, BCA unter Berücksichtigung des voraussichtlichen räumlichen Abstands zwischen den Fahrzeuge A, B, C auf der gemeinsamen Fahrstrecke die positionsabhängigen Änderungen e(x|... ) ermittelt. In diesem Ausführungsbeispiel kann angenommen werden, dass der voraussichtliche räumliche Abstand zwischen je zwei aufeinanderfolgenden Fahrzeugen auf der gemeinsamen Fahrstrecke unabhängig von der Fahrzeugreihenfolge konstant ist. Unter der zusätzlichen Annahme, dass die Fahrzeuge ähnliche Fahrzeugparameter wie Form, cW-Wert, Beladung, Motorisierung etc. aufweisen, können die relativen Änderungen der aerodynamischen Widerstandskräfte der Fahrzeuge A, B, C basierend auf der Reihenfolge der Fahrzeuge A, B, C abgeschätzt werden. Zum Beispiel kann angenommen werden, dass das in Fahrtrichtung vorderste Fahrzeug des Fahrzeugverbunds eine relative Änderung der aerodynamischen Widerstandskraft von 6%, das dem vordersten Fahrzeug nachfolgende Fahrzeug des Fahrzeugverbunds eine relative Änderung der aerodynamischen Widerstandskraft von 13% und das in Fahrtrichtung letzte Fahrzeug des Fahrzeugverbunds eine relative Änderung der aerodynamischen Widerstandskraft von 11% erzielt. Die absoluten positionsabhängigen Änderungen e(x|... ) werden durch Multiplikation der ermittelten aerodynamischen Widerstandskräfte w(x|...) mit der entsprechenden relativen Änderung 6%, 13% oder 11% für die vorgegebene Fahrzeugreihenfolge ermittelt. Zum Beispiel gilt: e(x|A,ABC) = 6% * w(x,A) und e(x|C,BCA) = 13% * w(x,C).
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Mittels der zuvor beschriebenen Schritte werden die positionsabhängigen Änderungen e(x|... ) der aerodynamischen Widerstandskraft unter Verwendung der bereitgestellten Fahrinformation, der Fahrzeuginformation und der Umgebungsinformation von der abseits bzw. außerhalb der Fahrzeuge A, B, C angeordneten Steuereinheit ermittelt.
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In Schritt 250 werden die erste und die zweite Wechselposition X1, X2 derart ermittelt, dass ein Unterschied zwischen den für das erste Fahrzeug A über die Fahrstrecke unter Berücksichtigung einer zweifachen Veränderung der Fahrzeugreihenfolge summierten Änderungen der aerodynamischen Widerstandskraft, den für das zweite Fahrzeug B über die Fahrstrecke unter Berücksichtigung einer zweifachen Veränderung der Fahrzeugreihenfolge summierten Änderungen der aerodynamischen Widerstandskraft und den für das dritte Fahrzeug C über die Fahrstrecke unter Berücksichtigung einer zweifachen Veränderung der Fahrzeugreihenfolge summierten Änderungen der aerodynamischen Widerstandskraft möglichst gering ist. Das heißt, mit anderen Worten, für jedes der Fahrzeuge wird eine Gesamtänderung der aerodynamischen Widerstandskraft für die gemeinsame Fahrstrecke ermittelt, wobei beim Ermitteln der Gesamtänderung der aerodynamischen Widerstandskraft eine zweifache Veränderung der Fahrzeugreihenfolge auf der gemeinsamen Fahrstrecke berücksichtigt wird. Hierbei wird angenommen, dass die vorgegebene Fahrzeugreihenfolge auf der gemeinsamen Fahrstrecke in vorgegebener Weise bzw. in einer vorgegebenen Abfolge ABC zu CAB zu BCA zweimal verändert wird.
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Zunächst wird für jede mögliche Kombination einer ersten möglichen Wechselposition x1 und einer zweiten möglichen Wechselposition x2 auf der gemeinsamen Fahrstrecke die Gesamtänderung der aerodynamischen Widerstandskraft E(A,x1,x2) für das erste Fahrzeug A für die gemeinsame Fahrstrecke ermittelt. Die möglichen Wechselpositionen x1, x2 können beliebige Positionen an der gemeinsamen Fahrstrecke sein, wobei x1 kleiner x2 gilt, da ein erstes Verändern der Fahrzeugreihenfolge an der ersten Wechselposition zeitlich vor einem zweiten Verändern der Fahrzeugreihenfolge an der zweiten Wechselposition erfolgen soll. Die Gesamtänderung der aerodynamischen Widerstandskraft E(A,x1,x2) wird als Summe bzw. Integral über die ermittelten Änderungen der aerodynamischen Widerstandskraft e(x|A,ABC), e(x|A,CAB), e(x|A,BCA) ermittelt, wobei die ermittelten Änderungen der aerodynamischen Widerstandskraft e(x|A,ABC) von einer Anfangsposition der gemeinsamen Fahrstrecke xa bis zu der ersten möglichen Wechselposition x1, die ermittelten Änderungen der aerodynamischen Widerstandskraft e(x|A,CAB) von der ersten möglichen Wechselposition x1 bis zu der zweiten möglichen Wechselposition x2 und die ermittelten Änderungen der aerodynamischen Widerstandskraft e(x|A,BCA) von der zweiten möglichen Wechselposition x2 bis zu einer Endposition xe der gemeinsamen Fahrstrecke xe-xa summiert bzw. integriert werden. Diese Ermittlung wird für jedes der Fahrzeuge A, B, C und für jede mögliche Kombination von möglichen Wechselpositionen x1, x2 durchgeführt, um für jedes der Fahrzeuge A, B, C und für jede mögliche Kombination von möglichen Wechselpositionen x1, x2 die Gesamtänderung der aerodynamischen Widerstandskraft E(A,x1,x2), E(B,x1,x2), E(C,x1,x2) bereitzustellen.
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Nun wird ausgehend von der Menge der möglichen Wechselpositionen x1, x2 diejenige Kombination von zwei Wechselpositionen X1, X2 ermittelt, für welche der Unterschied zwischen den Gesamtänderungen der aerodynamischen Widerstandskräfte E(A,X1,X2), E(B,X1,X2), E(C,X1,X2) möglichst gering ist. Der Unterschied kann als linearer oder als quadratischer Unterschied definiert sein.
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In diesem Ausführungsbeispiel wird für jede Kombination von möglichen Wechselpositionen x1, x2 die Varianz v(x1,x2) der Gesamtänderungen der aerodynamischen Widerstandskräfte E(A,x1,x2), E(B,x1,x2), E(C,x1,x2) ermittelt. Wie dem Fachmann bekannt ist, wird hierzu für jede mögliche Kombination von Wechselpositionen x1, x2 ein Mittelwert E(x1,x2) der Gesamtänderungen der aerodynamischen Widerstandskräfte E(A,x1,x2), E(B,x1,x2), E(C,x1,x2) ermittelt. Dann werden die Abweichungen der jeweiligen Gesamtänderung der aerodynamischen Widerstandskraft vom Mittelwert E(x1,x2) quadriert und die quadrierte Abweichung zur Varianz v(x1,x2) aufsummiert.
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Zuletzt wird über alle Kombinationen von möglichen Wechselpositionen x1, x2 diejenige Kombination von Wechselpositionen X1, X2 gesucht, für welche die Varianz v(x1,x2) einen möglichst geringen bzw. minimalen Wert V(X1,X2) annimmt. Der quadratische Unterschied zwischen den entsprechenden Änderungen der aerodynamischen Widerstandskräfte E(A,X1,X2), E(B,X1,X2), E(C,X1,X2) ist für diese ermittelten Wechselpositionen X1, X2 minimal.
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In Schritt 260 werden die Fahrzeuge A, B, C des Fahrzeugverbunds in Abhängigkeit von den ermittelten Wechselpositionen X1, X2 gesteuert, um die erste vorgegebene Fahrzeugreihenfolge ABC im Bereich der ermittelten ersten Wechselposition X1 zu der zweiten vorgegebenen Fahrzeugreihenfolge CAB und die zweite vorgegebene Fahrzeugreihenfolge CAB im Bereich der ermittelten zweiten Wechselposition X2 zu der dritten vorgegebenen Fahrzeugreihenfolge BCA zu verändern.
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In diesem Ausführungsbeispiel wird das Ermitteln der Wechselpositionen X1, X2 vor dem Befahren der gemeinsamen Fahrstrecke ausgeführt.
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Umfasst ein Ausführungsbeispiel eine „und/oder“-Verknüpfung zwischen einem ersten Merkmal und einem zweiten Merkmal, so ist dies so zu lesen, dass das Ausführungsbeispiel gemäß einer Ausführungsform sowohl das erste Merkmal als auch das zweite Merkmal und gemäß einer weiteren Ausführungsform entweder nur das erste Merkmal oder nur das zweite Merkmal aufweist.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102015008353 A1 [0003]
