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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Fluggeräts, für welches ein Routenplaner (der sich im Fluggerät selbst befinden kann, in einem weiteren Fluggerät oder ganz außerhalb aller Fluggeräte, insbesondere am Boden) für einen Personentransport eine optimale Route ermittelt („berechnet“) und das Einhalten der optimalen Route beim Fliegen bewirkt, insbesondere durch Steuerbefehle an Einrichtungen des Fluggeräts. Ein solches Verfahren ist allgemein bekannt. Die Erfindung betrifft auch ein Fluggerät mit einem Propeller zum vertikalen Abheben und/oder vertikalen Landen sowie eine Fluggerätflotte mit einer Mehrzahl derartiger Fluggeräte. Sie werden auch als „VTOL“ bezeichnet, bei elektrischem Antrieb als „eVTOL“. So genannte personal air vehicles (PAV) sind künftig häufiger zu erwarten.
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Derartige Fluggeräte werden zumeist für den städtischen Bereich vorgesehen, weil die Reichweite bei batterieelektrisch angetriebenen Fluggeräten begrenzt ist und der Zeitvorteil der dritten Dimension insbesondere im urbanen Bereich besonders relevant ist. Großstädte leiden aber allgemein in der Regel an einer hohen Konzentration an Luftschadstoffen. Man begegnet dem beispielsweise durch Aussprechen von Fahrverboten für bestimmte Kraftfahrzeuge.
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Bei mit Propellern angetriebenen Fluggeräten ist es bekannt, dass diese Propeller einen Luftstrom erzeugen, der für die Fortbewegung des Fluggeräts erforderlich ist und zugleich Luft nach unten drückt. Dieser Effekt ist zum Beispiel gemäß der
CN 1250594 A1 auch bei Hubschraubern vorhanden und kann dazu genutzt werden, den Bodenbereich einer Landschaft, insbesondere einer Stadt mit kalter Luft zu fluten. Hierzu müssen die Hubschrauber allerdings besonders hoch fliegen, zu bestimmten Luftgrenzen hin, was mit einem normalen Betrieb zum Personentransport nicht vereinbar ist.
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Entsprechend offenbart auch die
WO 97/00007 A1 , dass mittels Hubschraubern oder auch Drohnen für Herabsinken von Luft gesorgt wird, die der Auflösung von Smog oder der Beseitigung von Gefahrengasen bei einem Industrieunfall dienen kann. Auch hier stellt das gezielte Vorsehen der Luftströme nach unten eine Ausnahme dar.
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DE 10 2019 133 016 A1 offenbart ein Verfahren zur Berechnung einer Reiseroute für ein Fahrzeug, beispielsweise auch ein Flugzeug, die auf einer Luftqualität basiert.
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AT 16518 U1 offenbart eine Fluggeräteflotte mit einer Mehrzahl von Fluggeräten. Es ist eine Routenplanungseinrichtung zum Planen von Routen dieser Fluggeräte vorgesehen. Hierbei werden Messwerte von Messeinrichtungen zur Luftqualität berücksichtigt.
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Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Betreiben eines Fluggerätes gerade im Hinblick auch auf deren demnächst wahrscheinlich häufigeres Vorkommen in Städten zu verbessern. Die Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen nach Anspruch 1, ein Fluggerät mit den Merkmalen nach Anspruch 7 und eine Fluggerätflotte mit den Merkmalen nach Anspruch 8 gelöst.
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Gemäß der Erfindung werden somit bei der Ermittlung der optimalen Route Messwerte von Messeinrichtungen für eine Luftqualität berücksichtigt. Dies wird bei dem Fluggerät durch eine eigene Routenplanungseinrichtung bewirkt. Bei der Fluggerätflotte ist eine Routenplanungseinrichtung vorgesehen, die vorzugsweise außerhalb der Fluggeräte angeordnet ist.
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Die Fluggeräte können die optimale Route schon aus dem Grund wählen, an kritischen Stellen möglichst geringen Schmutzeintrag durch einen fossilen Antrieb hervorzurufen. Vorzugsweise sind die Fluggeräte aber ihrerseits Quelle von frischer Luft (zum Beispiel wenn sie elektrisch betrieben werden). Zu diesem Zwecke weisen die Fluggeräte vorzugsweise zumindest einen Propeller auf und eine optimale Route wird derart gewählt, dass mittels des zumindest einen Propellers frische Luft zu zumindest vorbestimmten Stellen mit bestehender niedriger Luftqualität geleitet („gedrückt“) wird. Die Luft kann auch zu solchen vorbestimmten Stellen geleitet werden, an denen eine niedrige Luftqualität erst bevorstehen könnte, was sich beispielsweise aus Messwerten in der Nähe eines Schwellwerts oder auch aus einem zeitlichen Verlauf von Messwerten ableiten lässt, auch von anderen Messstellen in der Umgebung.
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In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Messwerte von Bodenstationen oder Messstationen in oder an Gebäuden gewonnen werden. Die Luftqualität kann anhand des Vorkommens von Feinstaub und größeren Partikeln in der Luft erfasst werden, anhand der Konzentration von Gasen wie Kohlenmonoxid und Stickoxiden, auch anhand der Trübung der Luft durch Nebel, welcher insbesondere im Zusammenwirken mit Luftpartikeln entsteht („Smog“), und dergleichen.
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In weiterer bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Route durch dreidimensionale Koordinaten angegeben ist; die Flughöhe des Fluggeräts ist also ebenfalls vorgegeben, zumindest in Abschnitten. Die Flughöhe kann ermittelt werden, indem Messwerte zur Luftqualität auch weit oberhalb des Bodens berücksichtigt werden, welche von anderen Fluggeräten, die zuvor geflogen sind, ermittelt wurden. Dadurch kann das Hinunterdrücken von frischer Luft in Gebiete, wo keine frische Luft gegeben ist, befördert werden.
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Die optimale Route für ein Fluggerät kann abgeglichen werden mit der optimalen Route für ein anderes Fluggerät, wozu beide Fluggeräte über entsprechende Kommunikationseinrichtungen verfügen sollten, wozu ferner gegebenenfalls einem Fluggerät eine zentrale Steuerung zuzuordnen ist.
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Weiter vorzugsweise ist vorgesehen, dass das Fluggerät auch unabhängig von allen Personentransporten zusätzlich über eine, zum Zwecke der Erhöhung der Luftreinheit, optimale Route ohne einen Fluggast fliegt („Leer-Flug“). Ein Fluggast ist eine von einem Piloten/Fahrer verschiedene Person. Ein „Leer-Flug“ bedeutet also, dass entweder ein Pilot fliegt oder das Fluggerät sich autonom fliegend durch die Luft bewegt.
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Bei solchen Messwerten, die für eine besonders schlechte Luftqualität sprechen, kann ein solcher Leer-Flug vorgesehen sein. Auch kann mittels einer Sendeeinrichtung eine Information an Empfangsgeräte potentieller Fluggäste gesendet werden, um diese über die Tatsache zu informieren, dass das Zuführen von frischer Luft vorteilhaft wäre beziehungsweise um diese potentiellen Fluggäste aufzufordern, gerade jetzt beziehungsweise in absehbarer Zeit zu fliegen. Diese Aufforderung kann auch implizit gegeben werden, indem für einen aktuellen oder unmittelbar bevorstehenden Flug ein besonders niedriger Preis genannt wird.
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Weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den übrigen, in den Unteransprüchen genannten Merkmalen.
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Die verschiedenen in dieser Anmeldung genannten Ausführungsformen der Erfindung sind, sofern im Einzelfall nicht anders ausgeführt, mit Vorteil miteinander kombinierbar.
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Die Erfindung wird nachfolgend in Ausführungsbeispielen anhand der zugehörigen Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
- 1 ein erfindungsgemäßes Kraftfahrzeug 10, das zugleich als Fluggerät dient.
- 2 eine Szenerie mit einer Stadtlandschaft und mehreren Fluggeräten, anhand der die Erfindung verdeutlicht wird.
- 3 eine Landkarte mit beispielhaften Routen zweier Fluggeräte.
- 4 Schritte eines Verfahrens gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
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1 zeigt ein Kraftfahrzeug als Fluggerät 10, das über zumindest einen Propeller 12 verfügt, der mittels eines Antriebs 14 in Drehung versetzt wird, wobei der Antrieb 14 über ein Getriebe 16 alternativ oder zusätzlich auch Räder 18 des Kraftfahrzeugs 10 ansteuern kann. Zugleich wird auch eine Gelenkstelleinrichtung 20 für den Propeller 12 angesteuert. Im Kraftfahrzeug befindet sich eine Steuereinrichtung 22 zum Ansteuern des Antriebs 14 und damit wahlweise des Propellers 12 und/oder der Räder 18 und der Gelenkstelleinrichtung 20. In dem Fahrzeug ist eine Routenplanungseinrichtung 24a vorgesehen, wobei dieser eine Empfangseinrichtung 25a zugeordnet ist, über die Messwerte von Messstationen außerhalb des Kraftfahrzeugs (nur in 2 gezeigt) zuführbar sind. Die Routenplanungseinrichtung 24a kann auch drahtlos mit einer weiteren Routenplanungseinrichtung 24b außerhalb des Kraftfahrzeugs 10 kommunizieren, wobei in der weiteren Routenplanungseinrichtung 24b etwa eine erhöhte Rechenleistung zur Verfügung steht. Auch dieser kann eine Empfangseinrichtung 25b zum Empfangen von Messwerten externer Einheiten zugeordnet sein.
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Die Erfindung ist alternativ einsetzbar bei solchen anderen Fluggeräten, die nicht zugleich als Kraftfahrzeug fungieren. Wesentlich ist, dass das Fluggerät eine Transportfunktion hat, bei dem Fluggerät 10 insbesondere für Personen. Bei einer Drohne bestünde die Transportfunktion gegebenenfalls auch im Transport von Lasten, wenn sie für den Transport von Personen zu klein ist.
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2 zeigt eine Szenerie einer Stadtlandschaft mit Fluggeräten 10, 110, 10'. In der Stadt befinden sich Messeinrichtungen 26a, 26b, 26c zum Erfassen der Luftqualität, zum Beispiel Feinstaubsensoreinrichtungen und dergleichen, auf dem Boden 26a, auf einem Gebäude 26b oder an einem Gebäude 26c. Zusätzlich gibt es weitere Messeinrichtungen 27a, die Daten zum Wetter sammeln, wie zum Beispiel die Niederschlagsmenge, Temperatur et cetera. Alle Messeinrichtungen 26a, 26b, 26c, 27a sind über ein Netzwerk 28 (in 2 symbolisch dargestellt) mit der Routenplanungseinrichtung 24b verbunden. Diese wertet alle Messwerte aus und übermittelt Informationen an die Routenplanungseinrichtung 24a, 124a in einem fliegenden Kraftfahrzeug 10 beziehungsweise einer Drohne 110 über deren zugeordnete Empfangseinrichtung 25a, 125a. Dies sind Informationen entweder zu einer bereits vollständig ermittelten Route oder vorläufige Vorschläge für Routen, Routenabschnitte oder Bereiche, die von der Route erfasst werden sollen. Bei besonders schlechter Luftqualität kann die Routenplanungseinrichtung 24b auch ein noch nicht fliegendes Fluggerät, das Kraftfahrzeug 10' oder auch eine (nicht gezeigte) weitere Drohne dazu bringen abzuheben. Zudem können Signale an eine Empfangseinrichtung 30 (hier beispielhaft als Smartphone gezeigt) gesendet werden, um Personen aufzufordern, einen Flug zum Personentransport wahrzunehmen.
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Es ist Ziel des Vorgehens, mithilfe der Propeller 12 des Kraftfahrzeugs 10 oder der Propeller 112 der Drohne 110 Luft nach unten dorthin zu drücken, wo mit Hilfe der Messeinrichtung 26a, 26b, 26c eine besonders geringe Luftqualität gemessen wurde. Alternativ kann auch die Luft dorthin gedrückt werden, von wo üblicherweise Luft in den Bereich mit schlechter Luftqualität geleitet wird. Alternativ oder zusätzlich kann Frischluft dorthin gedrückt werden, wo die schlechte Luft, die von den Messeinrichtungen 26a, 26b, 26c sonst mit einer vorbestimmten Mindestwahrscheinlichkeit hingelangen könnte.
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In 3 ist dargestellt, dass ein erstes Fluggerät, das eine Person von dem Ort A zum Ort B verbringen soll, nicht einen direkten Weg nimmt, sondern zwei Gebiete G1, G2 überfliegt, in denen die Luftqualität besonders schlecht ist. Entsprechend überfliegt ein zweites Fluggerät, das eine Person von dem Ort C zum Ort D verbringen soll, ein Gebiet G3 mit besonders schlechter Luftqualität. Eine vierte Drohne soll vom Ort E zum Ort F gelangen und überfliegt ein Gebiet G4 der Landschaft, von dem aus die Gebiete G1 und G3 über Luftschneisen S1, S2 mit frischer Luft versorgt werden.
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4 zeigt Schritte einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens. Im Schritt S10 erfolgt eine Schadstoffmessung an Messstationen wie den in 2 gezeigten Messstationen 26a, 26b, 26c. In Schritt S12 erfolgt die Berücksichtigung von Wettermodellen, insbesondere gegebenenfalls auch anhand von Messwerten von Stationen wie der Messeinrichtung 27a. Im Schritt S14 werden zusätzlich Verkehrsmodelle berücksichtigt, zum Beispiel kann eine Rush-Hour vorhergesagt werden, zum Beispiel auch anhand von Messungen zur Fahrzeugdichte et cetera in der Vergangenheit oder gegenwärtig, um auf eine künftige Schadstoffbelastung zurückzuschließen. Im Schritt S16 wird nun mithilfe einer Routenplanungseinrichtung 24a, 24b, gegebenenfalls unter Nutzung von Einrichtungen zur künstlichen Intelligenz, die tatsächliche Schadstoffbelastung am Boden (im Bereich der Schadstoffmessstation 26a, 26b, 26c) oder auch eine prognostizierte Schadstoffbelastung ermittelt. In Schritt S18 wird geprüft, ob die tatsächliche beziehungsweise prognostizierte Schadstoffbelastung mittel, hoch oder extrem ist. Parallel hierzu erfolgt eine Mobilitätsanfrage im Schritt S20 durch einen Kunden und durch den Mobilitätsanbieter (Betreiber der Fluggeräteflotte), im Schritt S22 die Prüfung der Verfügbarkeit von Fluggeräten als solche. Sind Fluggeräte vorhanden, wird zum Schritt S24 übergegangen, wenn die tatsächliche oder prognostizierte Schadstoffbelastung einen mittleren Wert aufweist. Bei mittlerer aktueller oder drohender Schadstoffbelastung erfolgt im Schritt S24 eine intelligente Routenplanung, bei der nicht nur eine möglichst kurze Route gewählt wird, sondern auch zugleich möglichst energieeffizient geflogen wird, Schadstoffausstoß reduziert wird, die Lärmbelastung für Anwohner im Bereich unterhalb der Flugroute berücksichtigt wird und die Reisezeit insgesamt berücksichtigt wird. In die intelligente Routenplanung geht aber insbesondere die Schadstoffbelastung ein, so dass die optimale Route beinhaltet, dass Gebiete mit einer gewissen Schadstoffbelastung überflogen werden oder deren Zubringergebiete von den Propellern der Fluggeräte mit frischer Luft versorgt werden. Als Ergebnis des Schrittes S24 wird im Schritt S26a eine Transportzusage an den Kunden gegeben und im Schritt S26b der Transportflug dann auch durchgeführt.
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Als Ergebnis des Transportflugs mit Überfliegen kritischer Gebiete erfolgt in Schritt S28 eine Verringerung der Luftschadstoffe am Boden. Dies hat wiederum Einfluss auf die Schadstoffmessung in Schritt S10. Die Verringerung kann den Kunden publik gemacht werden.
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Im Falle, dass die tatsächliche beziehungsweise prognostizierte Schadstoffbelastung am Boden hoch ist, wird von Schritt S18 zum Schritt S30 übergegangen, demgemäß der Flug vergünstigt wird, er also beispielsweise zu den Kosten einer normalen Taxifahrt für dieselbe Strecke angeboten wird. Entsprechend wird dem Kunden auf seine Empfangseinrichtung, wie etwa sein Smartphone 30 (siehe 2), die Information zum Bestehen eines Sonderangebotes gegeben und die Möglichkeit gegeben, diesen Schritt S34 anzunehmen. Dann erfolgt die intelligente Routenplanung in Schritt S24, die Transportzusage in Schritt S26a und der Transportflug in Schritt S26b. Hier kommt es zu einer Verringerung der Luftschadstoffe am Boden aufgrund eines empfohlenen Verhaltens durch den Kunden (Wahrnehmung eines vergünstigten Fluges, beispielsweise anstelle eines am Boden fahrenden Taxis).
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Wird in Schritt S18 ermittelt, dass die tatsächliche beziehungsweise prognostizierte Schadstoffbelastung am Boden extrem hoch ist, erfolgt eine erzwungene Aktion, indem in Schritt S36 ein sogenannter Leer-Flug durchgeführt wird, also ein Flug ohne Kunden. Auch so werden die Luftschadstoffe am Boden verringert.
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Die Schritte S10, S12, S14, S16, S18 erfolgen zum Beispiel unter der Verantwortung der Stadtverwaltung 1, die Schritte S20, S26a, S26b, S32, S34 beim Nutzer 2, und die Schritte S22, S24, S30, S36 beim Mobilitätsanbieter 3 (Betreiber der Fluggerätflotte).
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Die Erfindung ist insbesondere bei elektrisch angetriebenen Fluggeräten, kurz eVTOLs wie etwa dem Multicopter oder dem Tilt-X-Flächenflugzeug einsetzbar.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Stadtverwaltung
- 2
- Nutzer
- 3
- Mobilitätsanbieter
- 10, 10', 110
- Fahrzeug/Fluggeräte/Drohne
- 12, 112
- Propeller
- 14
- Antrieb
- 16
- Getriebe
- 18
- Räder
- 20
- Gelenkstelleinrichtung
- 22
- Steuereinrichtung
- 24a, 24b, 124a
- Routenplanungseinrichtungen
- 25a, 125a
- Erfassungseinrichtung, Empfangseinrichtung
- 25b
- Sendeeinrichtung
- 26a
- Messeinrichtung auf dem Boden
- 26b
- Messeinrichtung auf einem Gebäude
- 26c
- Messeinrichtung an einem Gebäude
- 27a, 27b
- Messeinrichtung
- 28
- Netzwerk
- 30
- Empfangseinrichtung
- A, B, C, D, E, F
- Orte
- G1, G2, G3, G4
- Gebiete
- S1, S2
- Luftschneisen
- S10, S12, S14, S16, S18, S20, S22, S24, S26, S26a, S26b, S28, S30, S34, S36
- Schritte einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens
