DE102022202118A1

DE102022202118A1 - Verfahren zum Bestimmen eines Führungsfahrzeugs eines Fahrzeugkonvois, Computerprogramm, Steuereinheit, Achsaggregat und Fahrzeug

Info

Publication number: DE102022202118A1
Application number: DE102022202118.5A
Authority: DE
Inventors: Matthias WESA; Stephan Demmerer; Christian Gürlich
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2022-03-02
Filing date: 2022-03-02
Publication date: 2023-09-07

Abstract

Es wird ein Verfahren zum Bestimmen eines Führungsfahrzeugs eines Fahrzeugkonvois (5) aus zumindest zwei, insbesondere elektrisch angetriebenen, Fahrzeugen (1,2) bereitgestellt. Das Verfahren umfasst ein Antreiben der Fahrzeuge (1,2) in einer Fahrtrichtung (3), einen Austausch von Fahrzeuginformationen zwischen den Fahrzeugen (1,2), und ein Bestimmen eines Führungsfahrzeugs des Fahrzeugkonvois (5), welches eine Führungsposition in dem Fahrzeugkonvoi (5) einnehmen soll, basierend auf den Fahrzeuginformationen. Ferner wird ein Computerprogramm, eine Steuereinheit, ein Achsaggregat und ein Fahrzeug bereitgestellt.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Vefahren zum Bestimmen eines Führungsfahrzeugs eines Fahrzeugkonvois, ein Computerprogramm, eine Steuereinheit zum Steuern eines Fahrzeugkonvois, ein Achsaggregat und ein Fahrzeug.
Es ist bekannt, dass ein Fahrwiderstand, insbesondere ein Luftwiderstand, eines Fahrzeugs abhängig von der Geschwindigkeit des Fahrzeugs ist. Abhängig von einer Gestaltung der Außenkontur des Fahrzeugs lassen sich die Fahrwiderstände leicht senken, jedoch bleibt das quadratische Verhalten einer die Fahrwiderstände definierenden Kurve bestehen. Beispielsweise kann bei einer Erhöhung einer Fahrzeugsgeschwindigkeit von 100 km/h um nur 20 km/h (d. h. eine Erhöhung der Fahrzeugsgeschwindigkeit um 20 %) eine dafür benötigte Fahrleistung um 60 % ansteigen. Durch Anpassungen im Antriebsstrang können minimale Verbesserungen realisiert werden. Der Großteil der Verluste ist aber fahrzeugspezifisch und kann nicht mit Optimierungen im Antriebsstrang verbessert werden. Um bei einer gleichbleibenden Fahrzeugsgeschwindigkeit eine größere Reichweite zu erreichen oder eine höhere Durchschnittsgeschwindigkeit zu realisieren, ist es also notwendig eine Fahrzeugverlustreduzierung zu bewirken.
DE 10 2010 28637 A1 zeigt eine elektronische Kopplung von Fahrzeugen zur Bildung eines Platoons, wodurch eine Reduzierung des Luftwiderstands erreicht werden kann.
US 2010/0256852 A1 zeigt ein Bewegen von Fahrzeugen in einem Platoon.
Jedoch können bei mehreren Fahrzeugen, die einen Platoon bilden, die Fahrwiderstände und/oder die mögliche Reichweite unterschiedlich sein. Daher kann es vorkommen, dass trotz eines Fahrens in einem Platoon die Reichweite einzelner Fahrzeuge nicht oder nur unwesentlich vergrößert werden kann.
Daher ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung bereitzustellen, bei denen Reichweitenvorteile für alle Fahrzeuge in einem Platoon bereitgestellt werden können.
Das obige Problem wird mit einem Verfahren zum Bestimmen eines Führungsfahrzeugs mit den Merkmalen des Anspruchs 1, mit einem Computerprogramm mit dem Merkmal des Anspruchs 9, mit einer Steuereinrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 10, mit einem Achsaggregat mit dem Merkmal des Anspruchs 11 und mit einem Fahrzeug mit den Merkmalen des Anspruchs 12 gelöst.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Bestimmen eines Führungsfahrzeugs eines Fahrzeugkonvois aus zumindest zwei, insbesondere elektrisch angetriebenen, Fahrzeugen bereitgestellt, umfassend:

Antreiben der Fahrzeuge in einer Fahrtrichtung,
Austausch von Fahrzeuginformationen zwischen den Fahrzeugen,
Bestimmen eines Führungsfahrzeugs des Fahrzeugkonvois (5), welches eine Führungsposition in dem Fahrzeugkonvoi einnehmen soll, basierend auf den Fahrzeuginformationen.

Gegenüber dem bekannten Stand der Technik bietet die vorliegende Erfindung den Vorteil, dass ein Führungsfahrzeug basierend auf zwischen den Fahrzeugen eines Fahrzeugkonvois ausgetauschten Fahrzeuginformationen bestimmt wird. Mit anderen Worten wird das Führungsfahrzeug nicht zufällig oder willkürlich bestimmt, sondern gezielt basierend auf den Fahrzeuginformationen. Insbesondere ist das Führungsfahrzeug nicht dasjenige Fahrzeug, welches bei einer Bildung eines Fahrzeugkonvois zuerst an erster Stelle ist. Somit kann das Führungsfahrzeug basierend auf aktuellen Fahrzeuginformationen und/oder sich ändernden Fahrzeuginformationen bestimmt werden. Ferner kann das Führungsfahrzeug während eines Fahren des Fahrzeugkonvois gewechselt werden, sodass nicht immer dasselbe Fahrzeug eines Fahrzeugkonvois in der Führungsposition fährt. Mit anderen Worten kann durch Bestimmen eines Führungsfahrzeugs des Fahrzeugkonvois eine Fahrstrategie realisiert sein, bei der das Führungsfahrzeug kontinuioerlich wechselt (beispielsweise in einem bestimten Zeitinterval). Eine solche Fahrstrategie kann einem sogenannten belgischen Kreisel aus dem Radsport ähneln. Hierbei kann sich das Führungsfahrzeug im Fahrzeugkonvoi ändern, sodass alle Fahrzeuge des Fahrzeugkonvois insgesamt weiter fahren können. Mit anderen Worten kann abwechselnd mal das eine Fahrzeug des Fahrzeugkonvoi und mal das andere Fahrzeug des Fahrzeugkonvois an der Führungsposition des Fahrzeugkonvois fahren, wo die meiste Fahrleistung benötigt ist (z.B. aufgrund des Lustwiderstands).
Der Fahrzeugkonvoi kann auch als Platoon bezeichnet sein. Der Fahrzeugkonvoi kann aus zumindest zwei Fahrzeugen gebildet sein, die sich in derselben Richtung (d. h. in der Fahrtrichtung) bewegen. Die Fahrzeuge des Fahrzeugkonvois können dabei so hintereinander fahren, dass ein jeweils voroausfahrendes Fahrzeug dem dahinter fahrendenen Fahrzeug Windschatten gibt. Dadurch kann eine benötigte Energie zum Vortrieb des hinter einem Führungsfahrzeug des Fahrzeugkonvois fahrenden Fahrzeugs reduziert sein kann. Das erste Fahrzeug eines solchen Fahrzeugkonvois kann sich an einer Führungsposition des Fahrzeugkonvois befinden. Das an der Führungsposition des Fahrzeugkonvois fahrende Fahrzeug kann als Führungsfahrzeug bezeichnet sein. Das Führungsfahrzeug kann dabei dem Fahrtwind ausgesetzt sein, sodass es einen Energiebedarf zur Fortbewegung aufweist, der annähernd so groß ist, wie wenn das Führungsfahrzeug alleine fahren würde. Nichtsdestotrotz kann auch das Führungsfahrzeug durch ein dahinterfahrendes Fahrzeug eine gewisse Energieeinsparung erfahren, indem Verwirbelungen hinter dem Führungsfahrzeug vermindert werden.
Das Verahren kann einen Schritt des Findens von Fahrzeugen umfassen, sodass der Fahrzeugkonvoi gebildet werden kann. Das Finden der Fahrzeuge kann durch den Austausch von Fahrzeuginformationen zwischen den Fahrzeugen realisiert sein. So können die Fahrzeugsinformationen beispielsweise ein Fahrziel des jeweiligen Fahrzeugs umfassen, sodass ein Fahrzeugkonvoi aus Fahrzeugen gebildet werden kann, die dasselbe Fahrziel haben oder die Fahrtziele haben, die auf dem Weg zu dem weitestet entfernten Fahrziel liegen. Auch während eines Betrieb des Fahrzeugkonvois können Fahrzeuge in diesen eintreten und diesen auch wieder verlassen, solange der Fahrzeugkonvoi aus zumindest zwei Fahrzeugen besteht. Die einzelnen Fahrzeuge können Elektrofahrzeuge sein, die mittels eines Elektromotors angetrieben werden können. Nichtsdestotrotz ist auch denkbar, dass das hierin beschriebene Verfahren auch bei Fahrzeugen mit anderen Antriebsvarianten oder einer Mischung verschiedener Antriebsvarianten eingesetzt werden kann.
Das Antreiben der Fahrzeuge kann bedeuten, dass die Fahrzeuge des Fahrzeugkonvois durch ein Traktionsantrieb, beispielsweise auf einer Straße, angetrieben und somit bewegt werden. Dabei kann sich der Fahrzeugkonvoi in eine Richtung bewegen. Bei der Bewegungsrichtung kann es sich um die Fahrtrichtung handeln. Bei den Fahrzeuginformationen kann es sich um Daten handeln, die zwischen den Fahrzeugen ausgetauscht werden können. Der Austausch der Fahrzeuginformationen kann beispielsweise über ein Funknetzwerk realisiert sein. Denkbar ist, dass die Fahrzeuginformationen mittels W-LAN, NFC (Near Field Communication) oder dergleichen ausgetauscht werden können. Dazu kann jedes Fahrzeug einen Transceiver aufweisen, der dazu ausgestaltet ist, Fahrzeuginformationen zu senden und zu empfangen.
Basierend auf den Fahrzeuginformationen kann dann dasjenige Fahrzeug des Fahrzeugkonvois bestimmt werden, welches die Führungsposition in dem Fahrzeugkonvoi einnehmen soll. Mit anderen Worten kann basierend auf den Fahrzeuginformationen dasjenige Fahrzeug bestimmt werden, welches an erster Stelle des Fahrzeugkonvois (d. h. an der Führungsposition) fahren soll. Somit kann bestimmt werden, welches Fahrzeug in der Führungsposition des Fahrzeugkonvois fahren muss, um die insgesamt größte Reichweite für den Fahrzeugkonvoi zu realisieren. In dem Fall, bei dem mehr als ein Fahrzeug als Führungsfahrzeug bestimmt werden, kann dasjenige Fahrzeug als Führungsfahrzeug bestimmt werden, welches in dem Konvoi am nächsten an der Führungsposition angeordnet ist. Damit kann ein Wechsel des designierten Führungsfahrzeugs an die Führungsposition erleichtert sein.
Nach der Bildung des Fahrzeugkonvois kann es vorkommen, dass das Fahrzeug, welches aus zufall an der Führungsposition angeordnet ist, auch das Fahrzeug ist, welches nach einem Austausch von Fahrzeuginformationen als das Führungsfahrzeug bestimmt wird. In einem solchen Fall ist ein Wechsel der Fahrzeugpositionen in dem Fahrzeugkonvoi nicht notwendig. Die Bestimmung des Führungsfahrzeugs kann in wiederholt stattfinden. Somit kann geprüft werden, ob das an der Führungsposition fahrende Fahrzeug noch geeignet ist, um die Gesamtreichweite des Fahrzeugkonvois zu maximieren. Folglich kann durch ein Bestimmen des Führungsfahrzeugs eine Reihenfolge der Fahrzeuge in dem Fahrzeugkonvoi dynamisch festgelegt werden.
Vorzugsweise umfasst das Verfahren ferner ein Antreiben, zumindest eines der Fahrzeuge des Fahrzeugkonvois, so dass sich das Führungsfahrzeug an die Führungsposition bewegt. Dem gemäß kann nach einem Bestimmen eines Führungsfahrzeugs der Fahrzeugkonvoi so angetrieben werden, dass das designierte Führungsfahrzeug (d. h. das zuvor bestimmte Führungsfahrzeug) an die Führungsposition des Fahrzeugkonvois bewegt wird. Mit anderen Worten kann in einem Fall, bei dem das zuvor bestimmte Führungsfahrzeug nicht an der Führungsposition des Fahrzeugkonvois fährt, der Fahrzeugkonvoi so angetrieben werden, dass das zuvor bestimmte Führungsfahrzeug an die Führungsposition des Fahrzeugkonvois gelangt. Die Führungsposition des Fahrzeugkonvois kann die in Fahtrichtung vorderste Fahrzeugposition in dem Fahrzeugkonvoi sein. Die hinter dem Führungsfahrzeug, welches in der Führungsposition fährt, fahrenden Fahrzeuge können alle im Wesentlichen denselben Energieaufwand für die Fortbewegung in Fahrtrichtung aufweisen. Folglich kann die Reihenfolge, in der die Fahrzeuge in dem Fahrzeugkonvoi fahren, getauscht werden. Der Fahrzeugkonvoi kann so angetrieben werden, dass das Führungsfahrzeug beschleunigt wird, um an die Führungsposition des Fahrzeugkpnvois zu gelangen. Damit muss nur eines der Fahrzeuge gesteuert werden, um den Positionswechsel durchzuführen. Zusätlich oder alternativ können die Fahrzeuge des Fahrzeugkonvois, die nicht als das Führungsfahrzeug bestimmt worden sind, so gesteuert werden, dass diese langsamer werden, so dass das bestimmte Führungsfahrzeug diese passieren kann. Dies bietet eine besonders energieeffiziente Methode einen Positionswechsel der Fahrzeuge in dem Fahrzeugkonvoi zu realisieren.
Vorzugsweise wird das Führungsfahrzeug abhängig von Streckeninformationen an die Führungsposition bewegt. Streckeninformationen können beispielsweise die Topografie der Strecke, auf welcher der Fahrzeugkonvoi fährt und/oder demnächst fahren wird, umfassen. Mit anderen Worten können die Streckeninformationen Informationen umfassen, ob der Streckenverlauf bergab, bergauf oder horizontal verläuft. Ferner können die Streckeninformationen Daten über Straßen oder Wegeverhältnisse aufweisen. Mit anderen Worten können die Streckeninformationen Informationen umfassen, ob sich der Fahrzeugkonvoi auf einer Autobahn, einer Landstraße, Innerorts, Außerorts usw. bewegt. Somit kann das Verfahren nach einem Bestimmen des Führungsfahrzeugs das designierte Führungsfahrzeug mit einer Zeitverzögerung an die Führungsposition bewegen. Somit kann sichergestellt sein, dass ein Wechsel an der Führungsposition des Fahrzeugkonvois (d.h. ein Positionswechsel der Fahrzeuge in dem Fahrzeugkonvoi) nur an dafür geeigneten und/oder besonders effizienten Stellen stattfinden kann. Eine besonders effiziente Stelle kann beispielsweise eine Bergabstrecke sein, auf welcher sich der Fahrzeugkonvoi bewegt. Da bei einem Wechsel an der Führungsposition des Fahrzeugkonvois zumindest zwei Fahrzeuge des Fahrzeugkonvois nebeneinander fahren müssen (d. h. zwei Fahrzeuge sind nicht im Windschatten) ist ein höherer Energiebedarf des Fahrzeugkonvois notwendig. Wird ein solcher Führungswechsel beispielsweise bei einer Bergabstrecke durchgeführt, kann die benötigte Energie zum Antreiben der Fahrzeuge aufgrund des Gefälles reduziert sein. Somit kann ein Austausch der Positionen in dem Fahrzeugkonvoi vorausschauend an günstigen Stellen entlang der Route des Fahrzeugkonvois durchgeführt werden. Somit kann die Gesamtreichweite des Fahrzeugkonvois gesteigert sein. Ferner kann ein Positionswechsel an engen Streckenabschnitt vermieden werden und erst dort durchgeführt werden, wo die Strecke dazu geeignet ist. Damit kann die Sicherheit der in dem Fahrzeugkonvoi fahrenden Fahrzeuge und die anderer Verkehrsteilnehmer verbessert sein.
Vorzugsweise umfassen die Fahrzeuginformationen einen Batteriestatus der Fahrzeuge in dem Fahrzeugkonvoi, ein Fahrziel der Fahrzeuge in dem Fahrzeugkonvoi, eine Ladegeschwindigkeit der Fahrzeuge in dem Fahrzeugkonvoi, einen CW-Wert der Fahrzeuge in dem Fahrzeugkonvoi, und/oder Streckeninformationen. Der Batteristatus eines Fahrzeuges kann beispielsweise den Ladezustand („state of charge“, SoC") der Batterie des Fahrzeugs sein. Mit anderen Worten kann der Batteriestatus Informationen darüber umfassen, wie voll die Batterie des jeweiligen Fahrzeugs ist. Ferner kann der Batteriestatus auch die maximal mögliche Kapazität der Batterie umfassen. Somit kann abgeschätzt werden, wie weit das Fahrzeug mit der dezeitigen Batterieladung fahren kann. Ferner kann der Batteriestatus Informationen über eine potentiell mögliche Reichweite des Fahrzeugs bei vollständig geladener Batterie umfassen. Somit kann selbst eine Routenplanung realisiert sein, bei der ein Zwischenstopp zum Laden der Batterie vorgesehen ist. Damit kann mit dem vorliegenden Verfahren auch über lange Strecken eine Farzeugkonvoisteuerung so realisiert sein, dass eine Reichweite des Fahrzeugkonvois maximiert ist. Ein Fahrziel der Fahrzeuge kann das Ziel des jeweiligen Fahrzeugs sein. Dabei können die Fahrzeuge unterschiedliche Ziele haben, die jedoch mit einer gemeinsamen Route verbindbar sind. Mit anderen Worten kann mit den einzelnen Fahrzielen der Fahrzeuge des Fahrzeugkonvois eine Route bestimmt werden, die zumindest abschnittsweise von allen Fahrzeugen des Fahrzeugkonvois genommen werden. Die auf den Fahrzielen der einzelnen Fahrzeugen basierende Route muss nicht die kürzeste Route zu einem einzelnen Ziel eines des Fahrzeuge sein, wenn ein Fahren des Fahrzeugs in dem Fahrzeugkonvoi eine Energieeinsparung gegenüber einem alleinigen Fahren auf der kürzesten Route zu dem Fahrziel bedeutet. Die Ladegeschwindigkeit der Fahrzeuge in dem Fahrzeugkonvoi kann die Zeit sein, die benötigt wird, um einen bestimmten Ladestatus („SoC“) bei dem jeweiligen Fahrzeug zu erreichen. So kann es beispielsweise vorkommen, dass zumindest ein Fahrzeug in dem Fahrzeugkonvoi deutlich langsamer geladen werden kann als zumindest ein anderes Fahrzeug des Fahrzeugkonvois. Sollte beispielsweise ein Laden der Fahrzeuge des Fahrzeugkonvois während der Fahrt in dem Konvoi nötig sein, kann somit gewährleistet sein, dass nach einem Ladevorgang alle Fahrzeuge gemeinsam von dem Ladepunkt starten können. Ferner kann somit berücksichtigt werden, auf welchen Barreriestatus ein bestimmtes Fahrzeug bei einem Ladevorgang gebracht werden kann. Mit anderen Worten kann das Führungsfahrzeug so bestimmt werden, dass ein langsam ladendes Fahrzeug des Fahrzeugkonvois bei Erreichen eines Ladepunktes einen höheren Ladestatus („SoC“) aufweist als ein anderes schnell ladendes Fahrzeug des Fahrzeugkonvois, damit beide Fahrzeuge gleichzeitig von dem Ladepunkt starten können. Der Cw-Wert kann ein Wert für den Windwiderstand sein, den ein Fahrzeug aufweist. Ein besonders günstiger Cw-Wert kann beispielsweise erreicht werden, wenn ein Fahrzeug besonders windschnittig ausgestaltet ist. Abhängig von der Geschwindigkeit, mit welcher sich der Fahrzeugkonvoi vorwärts bewegt, kann es hinsichtlich einer Gesamtreichweite des Fahrzeugkonvois vorteilhaft sein, dass ein Fahrzeug mit einem hohen Cw-Wert in der Führungsposition fährt. Mit anderen Worten kann es beispielsweise bei einer langsamen Fortbewegungsgeschwindigkeit des Fahrzeugkonvois vorteilhaft sein, dass die Führungsposition von einem Fahrzeug eingenommen wird, welches einen höheren Cw-Wert als die anderen Fahrzeugen des Fahrzeugkonvois aufweist. Mit einem höheren Cw-Wert kann das Führungsfahrzeug einen größeren Windschatten erzeugen, in welchem die nachfolgenden Fahrzeuge des Fahrzeugkonvois fahren können. Dem gegenüber kann ein Fahrzeug mit einem niedrigen Cw-Wert an der Führungsposition einen geringeren Windschatten erzeugen, in welchem die nachfolgenden Fahrzeuge des Fahrzeugkonvois fahren können. Diese Betrachtung ist jedoch stark von der Fortbewegungsgeschwindigkeit des Fahrzeugkonvois abhängig und wird insbesondere in Verbindung mit den Streckeninformationen, welche eine mögliche und/oder realistische Fahrzeugkonvoigeschwindigkeit entlang der Route umfassen, berücksichtigt werden. Die Streckeninformationen können wie oben dargestellt, Informationen über die Art der Strecke entlang der Route umfassen. Ferner können die Streckeninformationen topografische Informationen wie Steigung oder Gefälle und/oder zulässige maximale Höchstgeschwindigkeit und dergleichen umfassen. Ferner ist es denkbar, dass die Streckeninformationen aktuelle Wetterinformationen entlang der Route umfassen, sodass die Reichweite einschränkenden Wetterereignisse entlang der Route mitberücksichtigt werden können, um beispielsweise eine gesamte Reichweite des Fahrzeugkonvois weiter optimieren zu können. So können beispielsweise bei starkem Gegenwind besonders windschnittige Fahrzeuge an die Führungsposition bewegt werden, um den Gesamtverlust des Fahrzeugkonvois zu verringern.
Vorzugsweise umfassen die Fahrzeuginformationen eine Reichweite der Fahrzeuge in dem Fahrzeugkonvoi und/oder eine geplante Route der Fahrzeuge in dem Fahrzeugkonvoi. Mit anderen Worten können die Fahrzeuginformationen die Reiseziele der jeweiligen Fahrzeuge des Fahrzeugkonvois umfassen. Ferner kann eine mögliche Reichweite der Fahrzeuge in den Fahrzeuginformationen umfasst sein. Die mögliche Reichweite kann beispielsweise basierend auf dem zur Verfügung stehenden Kraftstoff und/oder Ladestatus einer Batteri basieren. In Abhängigkeit der geplanten Route kann darauf basierend dasjenige Fahrzeug bestimmt werden, welches die Führungsposition in dem Fahrzeugkonvoi einnehmen soll. Ferner können die Fahrzeuginformationen auch bei einer Bildung des Fahrzeugkonvois zugrundegelegt werden. Mit anderen Worten können sich so Fahrzeuge finden, die dasselbe oder ein ähnliches Reiseziel haben. Ferner können Fahrzeuge mit einer ähnlichen Reichweite zu einem Fahrzeugkonvoi zusammengeschlossen werden. Damit kann gewährleistet sein, dass der Fahrzeugkonvoi über eine möglichst lange Strecke geschlossen zurücklegen kann. So kann eine besonders hohe Energieeinsparung realisiert sein.
Vorzugsweise umfassen die Fahrzeuginformationen eine Batteriegröße der Fahrzeuge in dem Fahrzeugkonvoi. Eine Batteriegröße der Fahrzeuge kann beispielsweise die maximal Kapazität der Batterie in dem jeweiligen Fahrzeug umfassen. Damit kann bestimmt werden, wie weit ein Fahrzeug mit einer vollgeladenen Batterie kommt. Somit kann beispielsweise das Führungsfahrzeug darauf basierend bestimmt werden, wann eine Batterie nachzuladen ist und wie weit dann die Reichweite des Fahrzeugs ist.
Vorzugsweise wird das Bestimmen des Führungsfahrzeugs in vorbestimmten Intervallen wiederholt. Mit anderen Worten kann das Verfahren nach einem Durchlauf erneut durchlaufen werden. Insbesondre kann der erneute Durchlauf des Verfahrens nach einer vorbestimmten Zeitspanne erfolgen. Bei einem erneuten Durchlauf kann das zuvor bestimmte Führungsfahrzeug entweder bestätigt werden oder ein anderes Fahrzeug aus dem Fahrzeugkonvoi als das Führungsfahrzeug bestimmt werden. Somit kann auf nicht vorhersehbare Einflüsse reagiert werden. Beispielsweise können sich die Fahrzeuginformationen ändern, wenn der Fahrzeugkonvoi in einen Stau gerät. Die Zeitspanne oder das Intervall, in welchem das Bestimmen wiederholt wird, kann in einem Bereich von 1 bis 100 s liegen. Somit kann gewährleistet sein, dass dynamisch auf sich ändernde Randbedingungen reagiert werden kann. Somit kann auch eine erweiterte Reichweite des Fahrzeugkonvois unter sich dynamisch ändernden Randbedingungen erreicht sein.
Vorzugsweise kommunizieren die Fahrzeuge des Fahrzeugkonvois direkt miteinander, insbesondere mittels Fahrzeug-zu-Fahrzeug Kommunikation oder mittels Achse-zu-Achse Kommunikation. Mit anderen Worten können die einzelnen Fahrzeuge des Fahrzeugkonvois direkt miteinander kommunizieren, ohne dass eine Zwischenstation die Kommunikation zuerst umleiten und/oder weiterleiten müsste. Damit kann eine besonders schnelle Kommunikation zwischen den Fahrzeugen gewährleistet sein. Dies bietet den Vorteil, dass die Fahrzeuge in Echtzeit gesteuert werden können. Somit kann eine Sicherheit beim Betrieb des Fahrzeugkonvois verbessert sein und Unfälle vermieden werden. Ferner kann schneller auf sich ändernde Gegebenheiten (beispielsweise sich ändernde Fahrzeugformationen) reagiert werden. Die Fahrzeug-zu-Fahrzeug Kommunikation kann auch als Car-to-Car-Kommunikation bezeichnet sein. Hierbei können beispielsweise die Steuereinheiten der Fahrzeuge miteinander kommunizieren. Das heißt, die Fahrzeuge können in Formation und/oder Steuerungsbefehle untereinander austauschen. Dazu kann ein Fahrzeug beispielsweise ein W-LAN erzeugen, in welches sich das zumindest eine andere Fahrzeug einbuchen kann. Somit können schnell Daten ausgetauscht werden. Ferner ist es auch denkbar, dass der 5G-Standard für eine direkte Kommunikation zwischen den Fahrzeugen benutzt werden kann. Auch hier ist eine schnelle Datenübertragung möglich. Insbesondere kann eine Datenübertragung zwischen den Fahrzeugen so bereitgestellt sein, dass eine Übertragungszeit von dem einen Fahrzeug auf das andere Fahrzeug ungefähr 20 m/s beträgt. Dadurch kann schnell auf sich ändernde Randbedingungen reagiert werden.
Zudem ist es denkbar, dass auch eine Steuerung des Fahrzeugkonvois hinsichtlich der Abstände zwischen den einzelnen Fahrzeugen über dieselbe Verbindung wie der Austausch der Fahrzeuginformationen realisiert sein kann. Dadurch kann der Austausch von Fahrzeuginformationen vereinfacht sein.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Computerprogramm mit Programmcode bereitgestellt, der, wenn er auf einer reichen Einheit ausgeführt wird, das obige Verfahren ausführt. Das Computerprogramm kann in einem beliebigen Code vorliegen, insbesondere in einem Code, der für Steuerungen von Fahrzeugen geeignet ist. Gemäß einem weiteren Aspekt ist die Erfindung auf ein Computerlesbares Medium gerichtet, welches ein oben definiertes Computerprogramm umfasst. Bei dem computerlesbaren Medium kann es sich um beliebiges digitales Datenspeichergerät handeln, wie z. B. einem USB-Stick, eine Festplatte, eine CD-ROM, eine SD-Karte oder eine SSD-Karte. Natürlich muss das Computerprogramm nicht auf einem solchen Computerlesbarem Medium gespeichert sein, um einem Kunden zur Verfügung gestellt zu werden, sondern kann auch über das Internet bezogen werden.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung, wird eine Steuereinrichtung zum Steuern eines Fahrzeugkonvois aus mehreren, insbesondere elektrisch angetriebenen, Fahrzeugen, bereitgestellt, wobei die Steuereinheit dazu ausgestaltet ist, das obige Verfahren auszuführen. Die Steuereinrichtung kann in zumindest einem der Fahrzeuge des Fahrzeugkonvois vorgesehen sein. Beispielsweise kann die Steuereinrichtung auch in allen Fahrzeugen vorgesehen sein.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Achsaggregat mit der obigen Steuereinrichtung bereitgestellt. Das Achsaggregat kann beispielsweise zumindest eine elektrische Maschine zum Antreiben eines oder mehrerer Räder oder einer Achse, eine Leistungselektronik, ein Getriebe und optional eine Parksperre umfassen. Das Achsaggregat kann ein separates Bauteil sein, welches baugleich in verschiedenen Fahrzeugen verbaut sein kann. Die Steuereinrichtung kann mit anderen Steuereinrichtungen andere Achsaggregate kommunizieren.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Fahrzeug mit zumindest einem Achsaggregat gemäß obiger Ausgestaltung bereitgestellt. Somit kann ein Fahrzeug bereitgestellt sein, welche sowohl als Vorderachse als auch Hinterachse das obige Achsaggregat aufweist. Dabei kann die Parksperre lediglich an einem der Achsaggregate vorgesehen sein. Folglich kann durch die Baugleichheit der Achsaggregate das Fahrzeug insgesamt vereinfacht sein. Ferner kann eine Kommunikation zwischen den Achsaggregaten verschiedener Fahrzeuge sichergestellt sein, was ein Fahren in einem der obigen Fahrzeugkonvois vereinfacht. Ferner können Kommunikationsmittel zwischen den Achsaggregaten vorgesehen sein, sodass diese in Echtzeit miteinander kommunizieren können.
Alle Vorteile, die in Verbindung mit dem Verfahren genannt sind, gelten analog auch für Merkmale der Vorrichtungen und andersherum. Einzelne Merkmale der Ausführungsformen können mit anderen Merkmalen oder anderen Ausführungsformen kombiniert werden, und somit neue Ausführungsformen bilden. Die im Zusammenhang mit den jeweiligen genannten Vorteilen und Ausgestaltungen gelten dann auch für die neuen Ausführungsformen.
Im Folgenden wird die vorliegende Erfindung anhand von Ausführungsformen im Detail mit Bezug auf die Figuren beschrieben. Dabei zeigen:

1 eine schematische Seitenansicht eines Fahrzeugkonvois gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
2 - 7 schematische Draufsichten auf einen schematischen Fahrzeugkonvoi gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
8 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, und
9 eine schematische Darstellung eines Achsaggregats gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

1 ist eine schematische Darstellung, bei der ein Fahrzeugkonvoi 5, umfassend ein erstes Fahrzeug 1 und ein zweites Fahrzeug 2 in einer Seitenansicht, dargestellt ist. Bei dem Fahrzeugkonvoi 5, der auch als ein Platoon bezeichnet werden kann, fahren zumindest zwei Fahrzeuge 1, 2 so hintereinander in derselben Fahrtrichtung 3, sodass ein Fahrzeug im Windschatten des anderen Fahrzeugs fährt. Bei der in 1 dargestellten Ausführungsform fährt das zweite Fahrzeug 2 im Windschatten des ersten Fahrzeugs 1. Dabei können Stromlinien 4 durch das erste Fahrzeug 1 so umgeleitet werden, dass das zweite Fahrzeug 2 energieeffizienter fortbewegt werden kann. Ein solcher Konvoi 5 wird durch direkte Kommunikation der Fahrzeuge 1, 2 gebildet. Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kommunizieren die Achsen der jeweiligen Fahrzeuge miteinander. Das zweite Fahrzeug 2 nähert sich dem ersten Fahrzeug 1 von hinten an und baut dabei die Kommunikation auf. Das erste Fahrzeug 1 sendet dem zweiten Fahrzeug 2 seine Antriebsdrehzahl, diese wird dann beispielsweise über Ultraschallsensoren adaptiert (um die sogenannte Abrollumfangsadaption zu berücksichtigen) und mit dem eigenen Antrieb synchronisiert. Dadurch kann das zweite Fahrzeug 2 deutlich näher an das erste Fahrzeug 1 auffahren, und in einem Bremsfall direkt bremsen, anstatt auf eine Reaktion des ersten Fahrzeugs 1 zu warten. Dadurch kann ein besonders effizienter Fahrzeugkonvoi 5 gebildet werden, bei dem das zweite Fahrzeug 2 sehr dicht an das erste Fahrzeug 1 heranfährt. Somit kann eine Reichweitenerhöhung des Fahrzeugkonvois 5 erreicht sein.
Das vorausfahrende Fahrzeug (bei dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel das erste Fahrzeug 1) fährt hierbei an der Führungsposition des Fahrzeugkonvois 5. Mit anderen Worten ist das erste Fahrzeug 1 in der Fahrtrichtung 3 das vorderste Fahrzeug des Fahrzeugkonvois 5.
2 zeigt das erste Fahrzeug 1 und das zweite Fahrzeug 2 in einer Draufsicht bevor der Fahrzeugkonvoi 5 gebildet ist. Bei der in 2 dargestellten Ausführungsform fahren das erste Fahrzeug 1 und das zweite Fahrzeug 2 in einer Fahrtrichtung 3, die von der linken Bildseite zur rechten Bildseite ausgerichtet ist. Zur Bildung des Fahrzeugkonvois 5 können beide Fahrzeuge 1, 2 ihre Ziele synchronisieren und bei entsprechender Übereinstimmung (d. h. bei einer zumindest abschnittsweise gemeinsamen Fahrtstrecke zum jeweiligen Ziel) können sich das erste Fahrzeug 1 und das zweite Fahrzeug 2 aneinander annähern.
Zusätzlich ist in 2 noch schematisch ein Batteriezustand oder Ladezustand (d.h. ein state of charg", SoC) des ersten Fahrzeugs 1 und des zweiten Fahrzeugs 2 dargestellt. Im Folgenden wird der erste Ladezustand 6 dem ersten Fahrzeug 1 zugeordnet und der zweite Ladezustand 7 dem zweiten Fahrzeug 2. Beide Fahrzeuge 1, 2 bewegen sich auf einer Fahrbahn 8.
In 3 haben sich das erste Fahrzeug und zweite Fahrzeug 2 aneinander angenähert und somit den Fahrzeugkonvoi 5 gebildet. In diesem Zustand bewegen sich nun beide Fahrzeuge 1, 2 in der Fahrtrichtung 3, wobei das zweite Fahrzeug 2 im Windschatten des ersten Fahrzeugs 1 fährt. Mit anderen Worten hat das erste Fahrzeug 1 die Führungsposition in dem Fahrzeugkonvoi 5 inne. Das Bestimmen des Führungsfahrzeugs hat in diesem Fall ergeben, dass das erste Fahrzeug 1 das Führungsfahrzeug sein soll. Damit ist kein tausch der Fahrzeugpositionen in dem Fahrzeugkonvoi 5 notwendig.
4 stellt einen Zustand des Fahrzeugkonvois 5 dar, bei dem die Fahrzeuge 1, 2 eine gewisse Strecke zurückgelegt haben. Aufgrund dessen, dass das erste Fahrzeug 1 an der Führungsposition des Fahrzeugkonvois 5 fährt, verbraucht das erste Fahrzeug 1 mehr Energie als das zweite Fahrzeug 2, welches im Windschatten des ersten Fahrzeugs 1 fährt. Daher weist der erste Ladezustand 6 eine geringeren Füllstand auf als der zweite Ladezustand 7. Mit anderen Worten hat das erste Fahrzeug 1 durch die Fahrt im Fahrzeugkonvoi 5 mehr Energie verbraucht als das zweite Fahrzeug 2. Aufgrund der fortlaufenden oder sich wiederholenden Bestimmung des Führungsfahrzeugs, werden insbesondere der Batteriestatus der Fahrzeuge 1, 2 fortlaufend ausgetauscht und einer Bestimmung des Führungsfahrzeugs zugrunde gelegt. Ferner werden der Bestimmung des Führungsfahrzeugs, das Fahrziel der Fahrzeuge 1, 2 in dem Fahrzeugkonvoi 5, eine benötigte Ladegeschwindigkeit der Fahrzeuge 1, 2 in dem Fahrzeugkonvoi 5, ein Cw-Wert der Fahrzeuge 1, 2 in dem Fahrzeugkonvoi 5 und/oder Streckeninformationen zugrunde gelegt. Die Führungsposition des Fahrzeugkonvois 5 wird dabei fortlaufend so bestimmt, dass eine gesamte Reichweite des Fahrzeugkonvois 5 maximiert ist.
In 5 wird beispielsweise bestimmt, dass das zweite Fahrzeug 2 die Führungsposition in dem Fahrzeugkonvoi 5 übernehmen soll. Dementsprechend wird der Fahrzeugkonvoi 5 so angetrieben, dass das zweite Fahrzeug 2 das erste Fahrzeug 1 überholt und sich somit an die Führungsposition des Fahrzeugkonvois 5 setzt (siehe Pfeil in 5). Somit ist nach dem Bestimmen des Führungsfahrzeugs ein Wechsel der Fahrzeugpositionen in dem Fahrzeugkonvoi 5 notwendig. In einer Ausführungsform wird dieser Wechsel der Fahrzeugposition in dem Fahrzeugkonvoi 5 an einer dafür geeigneten Stelle durchgeführt, um den Wechsel der Fahrzeugposition möglichst energieeffizient zu realisieren (z.B. an einem abschüssigen Teil der Route).
In 6 haben das erste Fahrzeug 1 und das zweite Fahrzeug 2 ihre Positionen in dem Fahrzeugkonvoi 5 getauscht, sodass das zweite Fahrzeug 2 an der vordersten Position (d. h. an der Führungsposition) in dem Fahrzeugkonvoi 5 fährt. Somit fährt nun das Fahrzeug in dem Fahrzeugkonvoi 5 vorne, welches die größeren „state of charge“ seiner Batterie aufweist (siehe erste Batterie Zustand 7 im Vergleich zum Batteriezustand 6).
In 7 hat der Fahrzeugkonvoi 5 sein Ziel oder einen Ladepunkt erreicht. Zu erkennen ist, dass der erste Ladezustand 6 und der zweite Ladezustand 7 annähernd identisch sind. mit anderen Worten haben beide Fahrzeuge 1, 2 ähnliche Ladezustände und sind unterm Strich deutlich weitergekommen verglichen mit einem Fall, bei dem die Fahrzeuge alleine gefahren wären oder ihre Position im Fahrzeugkonvoi nicht getauscht hätten. Mit anderen Worten kann durch eine fortlaufende Bestimmung eines Führungsfahrzeugs eine Gesamtreichweite eines Konvois 5 erhöht werden.
8 ist ein Ablaufdiagramm, welches ein Verfahren gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt. In einem ersten Schritt (S1) werden Fahrzeuginformationen zwischen Fahrzeugen 1, 2 ausgetauscht. In einem zweiten Schritt (S2) wird ein Führungsfahrzeug des Fahrzeugkonvois 5 bestimmt, welches eine Führungsposition in einem Fahrzeugkonvoi 5 einnehmen soll. Diese Bestimmung findet basierend auf den zuvor ausgetauschten Fahrzeuginformationen statt. Damit kann einem der Fahrzeuge 1, 2 die Führungsposition zugewiesen werden. Nach dem Bestimmen des Führungsfahrzeugs kann das Verfahren erneut durchlaufen werden, sodass der Schritt S1 erneut ausgeführt wird. Dies ist beispielsweise der Fall, wenn das derzeit an der Führungsposition befindliche Fahrzeug 1, 2 als das Führungsfahrzeug bestimmt worden ist. Ferner kann dies der Fall sein, wenn ein Wechsel der Fahrzeuge, um ein anderes Fahrzeug an die Führungsposition zu bringen, derzeit nicht möglich oder nur unter Effizienzeinbußen möglich ist. Ist ein Wechsel eines Fahrzeugs an der Führungsposition vorgesehen, so wird zumindest eines der Fahrzeuge 1, 2 des Fahrzeugkonvois 5 so angetrieben, dass sich das Führungsfahrzeug an die Führungsposition bewegt. Hat der Wechsel an der Führungsposition des Fahrzeugkonvois 5 stattgefunden, kann das Verfahren erneut zu Schritt S1 zurückspringen, um erneut zu bestimmen, welches Fahrzeugkonvoi 5 als Führungsfahrzeug betrieben werden soll. 9 ist eine schematische Darstellung eines Achsaggregats 10 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Das Achsaggregat 10 umfasst ein Getriebe 11 und einen elektrischen Antrieb 12. Der elektrische Antrieb 12 dient als Traktionsantrieb, um das Fahrzeug 1, 2 anzutreiben. Ferner umfasst das Achsaggregat 10 eine Leistungselektronik 14, die eine Steuereinheit bzw. Steuereinrichtung 15 umfasst. Bei der vorliegenden Ausführungsform umfasst das Achsaggregat 10 eine Parksperre 13, die ein Fahrzeug 1, 2mit dem Achsaggregat 10 während eines Parkens vor Wegrollen schützen kann. Sind an einem Fahrzeug zwei Achsaggregate vorgesehen, so ist es jedoch ausreichend, dass die Parksperre 13 lediglich bei einem der Achsaggregate 10 vorgesehen ist. Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt Fahrzeug 1, 2 zwei Achsaggregate 10 auf, von denen nur eines eine Parksperre aufweist. Die Kommunikation zwischen den Fahrzeugen 1, 2 in einem Fahrzeugkonvoi 5 wird hierbei durch das Achsaggregat 10 bereitgestellt.
Bezugszeichen

1: erstes Fahrzeug
2: zweites Fahrzeug
3: Fahrtrichtung
4: Stromlinien
5: Fahrzeugkonvoi
6: erster Ladezustand
7: zweiter Ladezustand
8: Fahrbahn
10: Achsaggregat
11: Getriebe
12: E-Maschine
13: Parksperre
14: Leistungselektronik
15: Steuereinrichtung
S1: erster Schritt
S2: zweiter Schritt
S3: dritter Schritt

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 10201028637 A1 [0003]
US 20100256852 A1 [0004]

Claims

Verfahren zum Bestimmen eines Führungsfahrzeugs eines Fahrzeugkonvois (5) aus zumindest zwei, insbesondere elektrisch angetriebenen, Fahrzeugen (1,2), umfassend: Antreiben der Fahrzeuge (1,2) in einer Fahrtrichtung (3), Austausch von Fahrzeuginformationen zwischen den Fahrzeugen (1,2), Bestimmen eines Führungsfahrzeugs des Fahrzeugkonvois (5), welches eine Führungsposition in dem Fahrzeugkonvoi (5) einnehmen soll, basierend auf den Fahrzeuginformationen.
Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei das Verfahren ferner umfasst: Antreiben zumindest eines der Fahrzeuge (1,2) des Fahrzeugkonvois (5), so dass sich das Führungsfahrzeug an die Führungsposition bewegt.
Verfahren gemäß Anspruch 2, wobei das Führungsfahrzeug abhängig von Streckeninformationen an die Führungsposition bewegt wird.
Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Fahrzeuginformationen umfassen: - einen Batteriestatus der Fahrzeuge in dem Fahrzeugkonvoi, - ein Fahrziel der Fahrzeuge in dem Fahrzeugkonvoi, - eine Ladegeschwindigkeit der Fahrzeuge in dem Fahrzeugkonvoi, - einen Cw-Wert der Fahrzeuge in dem Fahrzeugkonvoi, und/oder - Streckeninformationen.
Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Fahrzeuginformationen eine Reichweite der Fahrzeuge (1,2) in dem Fahrzeugkonvoi (5) und/oder eine geplante Route der Fahrzeuge (1,2) in dem Fahrzeugkonvoi (5) umfassen.
Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Fahrzeuginformationen eine Batteriegröße der Fahrzeuge (1,2) in dem Fahrzeugkonvoi (5) umfassen.
Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Bestimmen des Führungsfahrzeugs in vorbestimmten Intervallen wiederholt wird.
Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Fahrzeuge (1,2) des Fahrzeugkonvois (5) direkt miteinander kommunizieren, insbesondere mittels Fahrzeug-zu-Fahrzeug Kommunikation oder mittels Achse-zu-Achse Kommunikation.
Computerprogramm mit Programmcode, der, wenn er auf einer Recheneinheit ausgeführt wird, das Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche ausführt.
Steuereinrichtung (15) zum Steuern eines Fahrzeugkonvois (5) aus mehreren, insbesondere elektrisch angetriebenen, Fahrzeugen (1, 2), wobei die Steuereinrichtung (15) dazu ausgestaltet ist, das Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8 auszuführen.
Achsaggregat (10) mit einer Steuereinrichtung (15) gemäß Anspruch 10.
Fahrzeug (1,2) mit zumindest einem Achsaggregat (10) gemäß Anspruch 11.