DE102022207430A1

DE102022207430A1 - Verfahren zum Betreiben eines Fahrzeugkonvois, Computerprogramm, Steuereinrichtung, Achsaggregat und Fahrzeug

Info

Publication number: DE102022207430A1
Application number: DE102022207430.0A
Authority: DE
Inventors: Stephan Demmerer; Matthias WESA
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2022-07-21
Filing date: 2022-07-21
Publication date: 2024-02-01

Abstract

Es wird ein Verfahren zum Betreiben eines Fahrzeugkonvois (10) aus mehreren elektrisch angetriebenen Fahrzeugen (1,2) bereitgestellt. Jedes der Fahrzeuge (1,2) umfasst eine Fahrzeugfront (3) und ein Fahrzeugheck (4). Das Verfahren umfasst ein Antreiben der Fahrzeuge (1,2) in einer Fahrtrichtung (9). Zumindest das in der Fahrtrichtung (9) vorderste Fahrzeug wird so angetrieben, dass seine Fahrzeugfront (3) in Fahrtrichtung (9) vorne ist. Zumindest ein weiteres Fahrzeug (1,2) des Fahrzeugkonvois (10) wird so angetrieben, dass sein Fahrzeugheck (4) in Fahrtrichtung (9) vorne ist. Ferner wird ein Computerprogramm, eine Steuereinrichtung, ein Achsaggregat und ein Fahrzeug bereitgestellt.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Fahrzeugkonvois, ein Computerprogramm, eine Steuereinheit zum Steuern eines Fahrzeugkonvois, ein Achsaggregat und ein Fahrzeug.
Bei elektrisch angetriebenen Fahrzeugen ist aufgrund der Ladezeiten die Reichweite, die ein Fahrzeug mit einer Batterieladung zurücklegen kann, ein wichtiger Punkt. Insbesondere bei längeren Autobahnfahrten mit erhöhter Geschwindigkeit ist eine solche Reichweite elektrisch angetriebener Fahrzeuge noch nicht zufriedenstellend und stellt daher ein Hindernis für eine weitere Verbreitung von Elektrofahrzeugen dar. Um die Reichweite von solchen Fahrzeugen zu erhöhen, ist es bekannt Fahrzeugkolonnen zu bilden, um ein sogenanntes Windschattenfahren oder Platooning zu ermöglichen. Dabei können Fahrwiderstände vor allem bei höheren Geschwindigkeiten deutlich gesenkt werden.
Die DE 10 2018 206 981 A1 zeigt ein Verfahren zum Betreiben von zumindest zwei miteinander kommunizierenden Fahrzeugen, welche basierend auf GNSS (Global Navigation Satellite System) gesteuert werden und somit in einer Kolonne hintereinander betrieben werden können.
Die DE 10 2019 004 817 A1 zeigt ein Verfahren zur Kodierung einer Fahrweise eines aus mehreren hintereinander und autonom fahrenden Fahrzeugen, bei welchen die Fahrweise der Fahrzeuge zentral gesteuert wird.
Bei den bekannten Verfahren und Vorrichtungen kann ein vorausfahrendes Fahrzeug gute Einsparungen erzielen, da das dahinterfahrende Fahrzeug Verwirbelungen am Heck des vorausfahrenden Fahrzeugs vermindert. Jedoch treten Verwirbelungen an dem dahinterfahrenden Fahrzeug nach wie vor auf, sodass bei diesem Fahrzeug kaum Einsparungen realisiert werden können.
Daher ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung Verluste eines Konvois von hintereinanderfahrenden Fahrzeugen weiter zu reduzieren. Dieses Problem wird gelöst mit einem Verfahren zum Betreiben eines Fahrzeugkonvois mit den Merkmalen des Anspruchs 1, mit einem Computerprogramm mit den Merkmalen des Anspruchs 9, mit einer Steuereinrichtung zum Steuern eines Fahrzeugkonvois mit den Merkmalen des Anspruchs 10, mit einem Achsaggregat mit den Merkmalen des Anspruchs 11 und mit einem Fahrzeug mit den Merkmalen des Anspruchs 12.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Betreiben eines Fahrzeugkonvois aus mehreren elektrisch angetriebenen Fahrzeugen bereitgestellt, wobei jedes der Fahrzeuge eine Fahrzeugfront und ein Fahrzeugheck aufweist, wobei das Verfahren umfasst: Ein Antreiben der Fahrzeuge in einer Fahrtrichtung, wobei zumindest das in der Fahrtrichtung vorderste Fahrzeug so angetrieben wird, dass eine Fahrzeugfront in Fahrtrichtung vorne ist, und wobei zumindest ein weiteres Fahrzeug des Fahrzeugkonvois so angetrieben wird, dass sein Fahrzeugheck in Fahrtrichtung vorne ist.
Gegenüber dem bekannten Stand der Technik wird gemäß der vorliegenden Erfindung zumindest ein Fahrzeug des Fahrzeugkonvois so angetrieben, dass es rückwärtsfährt. Durch das Rückwärtsfahren zumindest einen Fahrzeugs des Fahrzeugkonvois können zumindest zwei Fahrzeughecks zweier Fahrzeuge einander zugewandt sein. Dadurch können Verwirbelungen hinter dem vorderen Fahrzeug vermieden werden. Ferner kann bei dem rückwärtsfahrenden Fahrzeug das aerodynamisch ungünstige Fahrzeugheck durch die aerodynamisch günstigere Gestaltung der Fahrzeugfront ersetzt werden. Folglich können auch bei dem hinteren Fahrzeug Verwirbelungen an dessen Fahrzeugheck vermindert werden. Damit kann ein aerodynamisch idealer Platoon (d.h. mehrere Fahrzeuge, die hintereinanderfahren, auch als Windschattenfahren bezeichnet) realisiert sein. Insbesondere können damit Einsparungen von mindestens 30% bei einer Geschwindigkeit der Fahrzeuge in der Fahrtrichtung von 100 km/h erreicht werden.
Der Fahrzeugkonvoi kann aus zumindest zwei elektrisch angetriebenen Fahrzeugen bestehen. Der Fahrzeugkonvoi kann aber auch drei oder mehr Fahrzeuge umfassen. In einer Ausführungsform wird der Fahrzeugkonvoi mit einer Geschwindigkeit von zumindest 100 km/h angetrieben. Somit kann sich der Fahrzeugkonvoi problemlos auf einer Autobahn fortbewegen und sich dort in den fließenden Verkehr einordnen. Der Fahrzeugkonvoi kann beispielsweise vor der Auffahrt auf eine Autobahn oder an einer Raststätte gebildet werden und dann als Fahrzeugkonvoi auf die Autobahn auffahren. Bei der Bildung des Fahrzeugkonvois können sich zumindest zwei Fahrzeuge so anordnen, dass sich beide Fahrzeuge mit deren Fahrzeughecks zugewandt aufstellen. Anschließend kann das vordere Fahrzeug die Steuerung beider Fahrzeuge übernehmen. Die Steuerung durch das vordere Fahrzeug bietet sich an, da dieses Fahrzeug den Bereich vor dem Konvoi besser detektieren kann. Um in dem Konvoi fahren zu können, können die Fahrzeuge beispielsweise in einen Konvoimodus umschalten. Der Konvoimodus kann dabei eine Steuerung aller in dem Fahrzeugkonvoi befindlichen Fahrzeuge zentralisieren. So kann beispielsweise das vorausfahrende Fahrzeug zentral Steuerungsbefehle an alle übrigen Fahrzeuge des Konvois ausgeben. Die Steuerungsbefehle können einen Bremsbefehl, eine Beschleunigungsbefehl und/oder einen Lenkbefehl umfassen. Die Steuerung des Konvois kann beispielsweise durch eine Steuereinheit in einem der Fahrzeuge des Fahrzeugkonvois übernommen werden. Ferner kann zur Steuerung des Fahrzeugkonvois auch ein Empfangen von Informationen über die einzelnen Fahrzeuge des Fahrzeugkonvois gehören. So kann beispielsweise die zentralisierte Steuerung des Fahrzeugkonvois während der Fahrt des Fahrzeugkonvois Informationen (z.B. kontinuierlich oder einmalig) über den Zustand der einzelnen Fahrzeuge erlangen. Zu den einmaligen Informationen kann beispielsweise die Art des Fahrzeugs, den Antrieb des Fahrzeugs, das Gewicht des Fahrzeugs, die Beladung des Fahrzeugs usw. gehören. Zu den kontinuierlich erlangen Informationen kann beispielsweise die Geschwindigkeit, die Temperatur einzelner Bauteile des Fahrzeugs, ein Ladezustand eines Energiespeichers usw. gehören. Somit kann die zentralisierte Steuerung in der Lage sein den Betrieb des Fahrzeugkonvois so anzupassen, dass eine optimale Effizienz erreicht werden kann. Ferner kann beispielsweise auf ein Fahrzeug Rücksicht genommen werden, das nur mehr eine geringe Energiekapazität in seinem Energiespeicher aufweist, indem beispielsweise die Reisegeschwindigkeit des Fahrzeugkonvois insgesamt reduziert wird, um das anvisierte Ziel zu erreichen.
Während der Fahrt des Fahrzeugkonvois können sich die einzelnen den Fahrzeugkonvoi bildende Fahrzeuge so verhalten, als wenn sie mittels virtueller Anhängerkupplungen miteinander verbunden sind. Mit anderen Worten können Abstände zwischen den einzelnen Fahrzeugen im Wesentlichen konstant gehalten werden (z.B. bremst das vorausfahrende Fahrzeug bremst auch das zumindest eine folgende Fahrzeug). Im Wesentlichen kann dabei bedeuten, dass der Abstand in einem Bereich von 5% variieret. Somit kann eine drahtlose Übertragung der Steuerungsbefehle verwendet und dennoch ein sicherer Betrieb des Fahrzeugkonvois sichergestellt werden. Ferner kann der Fahrzeugkonvoi auch wieder aufgelöst werden, nachdem beispielsweise ein Reiseziel erreicht ist. Dabei bleibt der Fahrzeugkonvoi stehen und der Konvoimodus wird beendet. Dann können die Fahrzeuge individuell weiterfahren.
Ein elektrisch angetriebenes Fahrzeug kann beispielsweise ein Kraftfahrzeug (Kfz) sein, an dessen Vorderseite die Fahrzeugfront und an dessen Hinterseite das Fahrzeugheck aufweisen. Dabei kann vorder- und Rückseite in Bezug auf eine übliche Fahrtrichtung des Fahrzeugs definiert sein, in der das Fahrzeug vorwärtsfährt, d.h. die Fahrzeuginsassen in Fahrtrichtung nach vorne gewandt sind. Die Fahrzeugfront kann dabei besonders aerodynamisch ausgestaltet sein, um einen niedrigen c_w-Wert aufzuweisen als das Fahrzeugheck. Dazu kann die Fahrzeugfront eine in der Seitenansicht im Wesentlichen keilförmige Ausgestaltung aufweisen, sodass die Fahrzeugfront im Vergleich zum Fahrzeugheck eine geringere Vertikalerstreckung weg von der Fahrbahnoberfläche aufweisen kann. Demgegenüber kann das Fahrzeugheck beispielsweise einen Diffusor aufweisen, der unter dem Fahrzeug abgeleitete Luftströmungen gezielt führen kann und somit eine Fahreigenschaft, insbesondere einen Anpressdruck, des Fahrzeugs verbessern kann. Ferner kann das Fahrzeugheck einen Stauraum aufweisen, in den ein Nutzer zu transportierende Gegenstände laden kann. Insbesondere aus diesen Gründen weist das Fahrzeugheck eine größere Vertikalerstreckung weg von der Fahrbahnoberfläche auf als die Fahrzeugfront. Zudem kann das Fahrzeugheck weitere Luftleiteinrichtungen, wie beispielswiese einen Spoiler, aufweisen, um eine Fahreigenschaft weiter zu verbessern. Ferner kann sowohl das Fahrzeugheck, als auch die Fahrzeugfront Stoßfänger aufweisen, um bei Zusammenstößen mit anderen Fahrzeugen oder Gegenständen eine Sicherheit des Fahrzeugs zu erhöhen. Die Fahrzeugfront und das Fahrzeugheck können durch ein Fahrzeugmittelbau verbunden sein. In dem Fahrzeugmittelbau kann die Fahrgastzelle oder andere Einrichtungen zum Transport von Personen und/oder Gegenständen vorgesehen sein. Der Fahrzeugmittelbau kann in einer Längserstreckung des Fahrzeugs (d.h. entlang einer üblichen Fahrtrichtung des Fahrzeugs) relativ länger sein als die Fahrzeugfront und das Fahrzeugheck. Ferner kann der Fahrzeugmittelbau eine größere Vertikalerstreckung weg von der Fahrbahnoberfläche aufweisen als die Fahrzeugfront und/oder das Fahrzeugheck.
Antreiben der Fahrzeuge kann bedeuten, dass die Fahrzeuge durch ihren elektrischen Antrieb in Bewerbung gesetzt werden. Mit anderen Worten kann jedes Fahrzeug des Fahrzeugkonvois durch seinen eigenen Antrieb angetrieben werden. Daher kann jedes Fahrzeug seinen eigenen Traktionsantrieb (beispielsweise eine E-Maschine aufweise). Zudem kann jedes Fahrzeug des Fahrzeugkonvois einen eigenen Energiespeicher (beispielsweise einen Akkumulator) aufweisen. Lediglich die Steuerung der Fahrzeuge des Fahrzeugkonvois kann zentral realisiert sein. Beispielsweise kann das vorausfahrende Fahrzeug diese Steuerungsaufgabe übernehmen. Dies ist vorteilhaft, da das vorausfahrende Fahrzeug mögliche Hindernisse oder andere Fahrzeuge uneingeschränkt erfassen kann.
Dabei kann vorteilhafterweise wenigstens ein Kraftfahrzeug mit einem zumindest teilweise elektrischen Antrieb ausgestattet sein. Es kann also als PHEV oder BEV ausgebildet sein. Bevorzugt können alle Kraftfahrzeuge mit einem zumindest teilweisen elektrischen Antrieb ausgestattet sein.
Zumindest ein Fahrzeug des Fahrzeugkonvois kann dabei ein System zum Erkennen anderer Fahrzeuge aufweisen. Das System zum Erkennen anderer Fahrzeuge kann sowohl Fahrzeuge aus dem Fahrzeugkonvoi, als auch andere Fahrzeuge, die am Straßenverkehr teilnehmen, erkennen. Somit kann eine Steuerung des Fahrzeugkonvois basierend auf den durch das System erlangte Daten erfolgen. Ferner können die Informationen des Systems dazu genutzt werden, den Abstand der Fahrzeuge des Fahrzeugkonvois im Wesentlichen konstant zu halten. So kann beispielsweise bei einer Bergabfahrt und unterschiedlicher Gewichte der Fahrzeuge des Fahrzeugkonvois ein Abstand zwischen den Fahrzeugen des Fahrzeugkonvois verringert werden. Eine solche Verringerung des Abstands zwischen der Fahrzeuge kann durch das System in Echtzeit erfasst werden und der Steuerung des Fahrzeugkonvois zugrunde gelegt werden. Basierend auf diese erfassten Daten, kann beispielsweise eine Bremsung und/oder eine Beschleunigung einzelner oder aller Fahrzeuge des Fahrzeugkonvois angeordnet werden, sodass der Abstand zwischen den Fahrzeugen konstant gehalten werden kann. Dabei sind kleinere Schwankungen im Abstand zwischen den Fahrzeugen hinnehmbar. Somit kann sichergestellt werden, dass auch bei unterschiedlichen Fahrzeugen in einem Fahrzeugkonvoi ein konstantes Fahren ermöglicht ist.
Bei dem Fahrzeugkonvoi ist es besonders Vorteilhaft, wenn das hinterste Fahrzeug (hinsichtlich der Fahrtrichtung) des Fahrzeugkonvois rückwärtsfährt. Somit können Strömungsverluste insbesondere für das hinterste Fahrzeug vermindert werden. Es ist auch denkbar, dass bei einer Vielzahl von Fahrzeugen in einem Fahrzeugkonvoi auch in der Mitte befindliche Fahrzeuge rückwärtsfahren, wodurch deren Verluste reduziert werden können. Gemäß einem Aspekt der Erfindung ist es vorteilhaft, dass das vorderste Fahrzeug vorwärtsfährt. Dadurch, dass sich auch in der Mitte rückwärtsfahrende Fahrzeuge befinden können, können an einen bereits bestehenden Fahrzeugkonvoi problemlos weitere Fahrzeuge angehängt werden, ohne dass der Konvoi zuvor aufgelöst werden muss. Dies erleichtert die Funktionsweise des Fahrzeugkonvois.
Die zentralisierte Steuerung des Fahrzeugkonvois kann von einer Steuerungseinrichtung in einem der Fahrzeuge übernommen werden (beispielsweise von dem vordersten Fahrzeug). Es ist aber auch denkbar, dass die zentralisierte Steuerung des Fahrzeugkonvois in keinem der Fahrzeuge des Fahrzeugkonvois stattfindet, sondern durch eine externe Steuereinrichtung realisiert wird. Hierbei werden die Informationen der Fahrzeuge des Fahrzeugkonvois an eine solche externe Steuerung übermittelt und Steuerungsbefehle von der externen Steuerung empfangen.
Folglich kann gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung der Luftwiderstand bei 100 km/h Fahrtgeschwindigkeit des Fahrzeugkonvois sowohl bei dem vorausfahrendem Fahrzeug als auch bei dem rückwärtsfahrendem Fahrzeug (beispielsweise bei dem hintersten Fahrzeug) um zumindest 30% reduziert werden. Damit kann sich eine erweiterte Reichweite der Fahrzeugen des Fahrzeugkonvois ergeben.
Vorzugsweise kommunizieren die Fahrzeuge direkt miteinander, insbesondere mittels Car-to-Car Kommunikation oder mittels Achse-to-Achse Kommunikation. Mit anderen Worten können die einzelnen Fahrzeuge eines Fahrzeugkonvois direkt miteinander kommunizieren, ohne dass eine Zwischenstation die Kommunikation erst umleiten und/oder weiterleiten müsste. Damit kann eine besonders schnelle Kommunikation zwischen den Fahrzeugen gewährleistet werden. 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 plötzlich ändernde Gegebenheiten reagiert werden. Bei einer Car-to-Car Kommunikation können beispielsweise die Steuereinheiten der Fahrzeuge miteinander kommunizieren. D.h. die Fahrzeuge können Informationen und/oder Steuerungsbefehle untereinander austauschen. Dazu kann eine Steuereinheit, beispielsweise ein WLAN erzeugen, in das sich die zumindest eine andere Steuereinheit einbuchen kann. Somit können schnell Daten ausgetauscht werden. Ferner ist es auch denkbar, dass der 5G-Standard für eine direkte Kommunikation genutzt werden kann. Auch hier ist eine schnelle Datenübertragung möglich. Insbesondere kann die Datenübertragung so bereitgestellt werden, dass eine Reaktionszeit auf einen Befehl, der von einem Fahrzeug an das andere Fahrzeug übersandt wird, ungefähr 20 Millisekunden beträgt. Dadurch kann ein Abstand zwischen den Fahrzeugen des Fahrzeugkonvois weiter reduziert werden, da ein geringerer Pufferabstand (d.h. eine geringe Reaktionszeit) benötigt wird. Somit können größere Einsparpotentiale realisiert werden. Zusätzlich oder alternativ kann die Kommunikation auch durch die Achsaggregate der Fahrzeuge des Fahrzeugkonvois realisiert sein. Beispielsweise ist es denkbar, dass ähnliche Achsaggregate bei unterschiedlichen Fahrzeugen zum Einsatz kommen und somit eine Steuerung des Fahrzeugkonvois vereinheitlicht werden kann. Dazu kann jedes Achsaggregat eine Steuereinrichtung aufweisen. Durch die direkte kommunikation der Fahrzeuge kann die Steuerung des Fahrzeugkonvois weiter vereinfacht sein.
Vorzugsweise übernimmt das in Fahrtrichtung vorderste Fahrzeug die Steuerung des zumindest einen weiteren Fahrzeugs des Fahrzeugkonvois. Mit anderen Worten kann das in dem Fahrzeugkonvoi vorausfahrende Fahrzeug als Primary-Fahrzeug bezeichnet werden, wohingegen alle übrigen Fahrzeuge als Secondary-Fahrzeug bezeichnet werden können. Somit kann eine Hierarchie in dem Fahrzeugkonvoi eingeführt werden, bei der das Primary-Fahrzeug über den Secondary-Fahrzeug steht. Demnach kann das vorausfahrende Fahrzeug (Primary-Fahrzeug) Steuerungsbefehle aussenden, die entsprechend von den nachfolgenden Fahrzeugen (Secondary-Fahrzeug) befolgt werden. Die Steuerung des Fahrzeugkonvois auf das vorausfahrende Fahrzeug zu übertragen, bietet den Vorteil, dass eine Fahrsituation von dem vorausfahrenden Fahrzeug am besten eingeschätzt (d.h. detektiert) werden kann, sodass ein hoher Sicherheitsstandard erreicht werden kann. Ferner ist es notwendig, dass eine individuelle Steuerung der Secondary-Fahrzeuge des Fahrzeugkonvois deaktiviert ist, sodass lediglich das Primary-Fahrzeug sämtliche in dem Fahrzeugkonvoi umfassten Fahrzeuge steuert.
Vorzugsweise weisen die Fahrzeugfronten der Fahrzeuge jeweils eine geringere Stirnfläche auf, als die jeweiligen Fahrzeughecks der Fahrzeuge. Mit anderen Worten können die Fahrzeugfronten der Fahrzeuge des Fahrzeugkonvois windschlüpfriger sein (d.h. einen geringeren cw-Wert aufweisen) als die jeweiligen Fahrzeughecks der Fahrzeuge. Zum einen bietet dies den Vorteil, dass bei einem individuellen Betreiben der Fahrzeuge, eine Fahreigenschaft der Fahrzeuge verbessert ist (beispielsweise durch einen Diffusor am Fahrzeugheck, Windabtriebsvorrichtungen am Fahrzeugheck usw.) und zum anderen kann somit eine Alltagstauglichkeit des jeweiligen Fahrzeugs verbessert sein, da beispielsweise am Fahrzeugheck ein ausreichend großer Stauraum, der gut zugänglich ist, vorgesehen sein kann. Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung werden zumindest zwei Fahrzeuge des Fahrzeugkonvois so angetrieben, dass sie mit ihren Fahrzeughecks einander zugewandt sind. Somit können diese eigentlich aerodynamisch ungünstigen Fahrzeughecks einen Beitrag leisten, einen Widerstand während dem Fahren der Fahrzeuge zu reduzieren.
Zur Analyse der Windschlüpfrigkeit eines Fahrzeugs können beispielsweise in einem Windkanal Versuche durchgeführt werden, bei denen eine Umströmung eines Fahrzeugs während der Fahrt simuliert wird. Dabei können Stromlinien bestimmt werden, die die Umströmung der Fahrzeuge charakterisieren. Umso stärker die Stromlinien abgelenkt werden, desto größer ist der Strömungswiederstand. Die Stromlinien können beispielsweise durch Verwirbelungen abgelenkt werden. Im Folgenden wird die Umströmung eines Fahrzeugs beschrieben, um Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens herauszustellen.
Bei einem einzelnen Fahrzeug werden, während einer Fahrt des Fahrzeugs, die Stromlinien durch die windschnittige Front des Fahrzeugs aufgegriffen (z.B. angehoben) über den Mittelbau des Fahrzeugs und über eine Abrisskante am Fahrzeugheck geführt. Hinter dem Fahrzeugheck können dann Verwirbelungen aufgrund von Unterdruck hinter dem fahrenden Fahrzeug entstehen. Gemäß einem Aspekt der Erfindung befindet sich ein Fahrzeugheck eines weiteren Fahrzeugs (d.h. das rückwärtsfahrende Fahrzeug) unmittelbar hinter dem Fahrzeugheck des vorausfahrenden Fahrzeugs. Dadurch können die Stromlinien, die das Fahrzeugheck des vorausfahrenden Fahrzeugs passiert haben, direkt durch das Fahrzeugheck des hinterherfahrenden Fahrzeugs aufgegriffen werden, ohne dass es zu Verwirbelungen kommt. Die Stromlinien können dann bei dem hinteren Fahrzeug über den Fahrzeugmittelbau zu der Fahrzeugfront des hinteren Fahrzeugs geführt werden und von dort über die Fahrzeugfront bis zum Ende des Fahrzeugs. Da die Fahrzeugfront des hinteren Fahrzeugs windschlüpfriger ausgebildet ist (insbesondere eine geringere Vertikalerstreckung weg von der Fahrbahnoberfläche aufweist), können die Stromlinien wieder in Richtung der Fahrbahnoberfläche geführt werden. Dadurch kommt es zu weniger Verwirbelungen, sodass die Strömungsverluste hinter dem vorderen und hinteren Fahrzeug signifikant verringert sind. Somit kann die Effizienz des Fahrzeugkonvois verglichen mit einem einzelnen Fahrzeug oder bekannten Fahrzeugkonvois verbessert sein.
Vorzugsweise wird das in Fahrtrichtung hinterste Fahrzeug des Fahrzeugkonvois so angetrieben, dass sein Fahrzeugheck in Fahrtrichtung vorne ist. Mit anderen Worten, kann das letzte Fahrzeug (d.h. das in dem Fahrzeugkonvoi hinterste Fahrzeug) so angetrieben werden, dass es rückwärtsfährt. Somit kann eine Luftströmung über die Fahrzeuge des Fahrzeugkonvois geleitet werden und durch das hinterste Fahrzeug wieder in Richtung Fahrbahnoberfläche zurückgeführt werden. Damit können Verwirbelungen hinter dem Fahrzeugkonvoi zuverlässig verhindert werden. Folglich kann die Effizienz des Fahrzeugs, das in dem Fahrzeugkonvoi ganz hinten fährt, verbessert sein.
Vorzugsweise werden die Fahrzeuge so angetrieben, dass sie einen Abstand zueinander in einem Bereich von 0,5 bis 10 Metern vorzugsweise von 1 bis 6 Meter, stärker bevorzugt von ungefähr einem Meter, aufweisen. Unter dem Abstand der Fahrzeuge kann dabei ein lichter Abstand zwischen den Fahrzeugen verstanden werden. Ferner kann der Abstand zwischen den Fahrzeugen des Fahrzeugkonvois auch als Pufferabstand bezeichnet werden. Der oben definierte Abstand zwischen den Fahrzeugen kann ein mittlere Abstand sein. Mit anderen Worten, kann sich der Abstand zeitweise verändern, ohne dass sich die Fahrzeuge berühren. Der Bereich zwischen 0,5 bis 10 Metern bietet den Vorteil, dass eine Steuerung so ausgestaltet sein kann, dass eine größere Reaktionszeit (Weitergabe und Verarbeitung von Steuerungsbefehlen) möglich ist. Mit anderen Worten kann der Abstand zwischen den Fahrzeugen des Fahrzeugkonvois in einem größeren Bereich variieren. Somit müssen nicht alle Fahrzeuge absolut synchron gesteuerter werden was die Steuerung stark vereinfacht. Der Bereich von einem Meter bis 6 Metern hat gezeigt, dass noch eine einfache Steuerung unter Verwendung von bekannten Verbindungssystemen möglich ist. Somit kann ein effizienter Betrieb des Fahrzeugkonvois und eine hohe Sicherheit gewährleitet sein. Ein Abstand von ungefähr einem Meter bietet den Vorteil, dass sich die Gesamteffizienz des Fahrzeugkonvois maximiert ist (d.h. ein Einsparpotential maximiert ist). Hierbei ist eine Kommunikation zwischen den Fahrzeugen in Echtzeit vorteilhaft (beispielsweise durch eine direkte Kommunikation.
Vorzugsweise fährt zumindest eines der Fahrzeuge autonom. Autonomes Fahren kann bedeuten, dass kein menschlicher Eingriff zum Antreiben und/oder Steuern der Fahrzeuge notwendig ist. Mit anderen Worten kann durch Assistenzsysteme das Fahrzeug automatisch betrieben werden. Somit kann der Mensch bzw. der Fahrer als Unsicherheitsfaktor ausgeschlossen werden. Hierbei kann eine hohe Reaktionsgeschwindigkeit durch das automatische Fahrassistenzsystem erreicht werden. Es ist hierbei auch denkbar, dass das vorausfahrende Fahrzeug nach wie vor durch einen Menschen gesteuert wird, wohingegen die dahinterfahrenden Fahrzeuge des Fahrzeugkonvois automatisch (d.h. autonom) gesteuert werden. Somit können die Befehle des ersten Fahrzeugs direkt auf die übrigen Fahrzeuge des Fahrzeugkonvois übertragen werden, wodurch sich der Fahrzeugkonvoi wie ein Fahrzeug mit virtuellen Anhängern verhalten kann. Nichtsdestotrotz kann auch das erste Fahrzeug autonom gesteuert werden, sodass eine optimale Effizienz aller Fahrzeuge des Fahrzeugkonvois sichergestellt sein kann.
Vorzugsweise weist das zumindest eine in Fahrtrichtung rückwärtsfahrende Fahrzeug eine Hinterachslenkung auf. Eine Hinterachslenkung kann bedeuten, dass nicht nur die Vorderachse lenkbar ist, sondern zusätzlich auch die Hinterachse lenkbar ist. Somit kann ein geringerer Kurvenradius des Fahrzeugs erreicht werden. Dadurch, dass das rückwärtsfahrende Fahrzeug in dem Fahrzeugkonvoi eine Hinterachslenkung aufweist, kann der Fahrzeugkonvoi insgesamt besser lenkbar sein und beispielsweise durch engere Kurven fahren. Ferner kann dadurch bewerkstelligt sein, dass das hinter dem vorausfahrendem Fahrzeug befindliche Fahrzeug, stets in dessen Windschatten bewegt werden kann. Somit kann die Effizienz des Fahrzeugkonvois sichergestellt sein.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Computerprogramm mit Programmkorb bereitgestellt, der, wenn er auf einer Recheneinheit 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, dass ein oben definiertes Computerprogramm umfasst. Bei dem computerlesbarem Medium kann es sich um ein beliebiges digitales Datenspeichergerät handeln, wie zum Beispiel einen 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 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 beispielswiese 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, das baugleich in verschiedenen Fahrzeugen verbaut sein kann. Die Steuereinrichtung kann mit anderen Steuereinrichtungen anderer 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 werden, das sowohl als Vorderachse, als auch als 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 werden. Ferner kann eine Kommunikation zwischen den Achsaggregaten sichergestellt sein, was ein Fahren in einem der obigen Fahrzeugkonvois vereinfacht. Ferner können Kommunikationsmittel zwischen den Achsen 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. Andersherum können einzelne Merkmale der Ausführungsformen mit anderen Merkmalen anderer Ausführungsformen oder mit anderen Ausführungsformen kombiniert werden und somit neue Ausführungsformen bilden.
Im Folgenden wird die vorliegende Erfindung anhand von Ausführungsformen im Detail mit Bezug auf die Figuren beschrieben. Dabei zeigen:

1 einen Fahrzeugkonvoi aus dem Stand der Technik, und
2 einen Fahrzeugkonvoi, der gemäß einem Verfahre zum Betreiben eines Fahrzeugkonvois gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, betrieben wird.

In 1 ist ein Verfahren zum Betreiben eines Fahrzeugkonvois aus dem Stand der Technik dargestellt. Dabei fahren mehrere Fahrzeuge 100, 200 auf einer Fahrbahn 6 hintereinander in einer Fahrrichtung 9. Die Fahrzeuge 100, 200 fahren dabei so dicht hintereinander, dass das hintere Fahrzeug 200 im Windschatten des vorausfahrenden Fahrzeugs 100 fährt. Dadurch können Verwirbelungen 7 hinter dem vorausfahrenden Fahrzeug 100 reduziert werden. Die Stromlinien 11 stellen eine Luftströmung um die Fahrzeuge 100, 200 herum dar. Dadurch, dass das hinter Fahrzeug 200 dicht auf das vordere Fahrzeug 100 auffährt, können die Stromlinien 11 relativ geradlinig von dem ersten Fahrzeug 100 zu dem zweiten Fahrzeug 200 geleitet werden, wodurch Verwirbelungen 8 hinter dem ersten Fahrzeug 100 verringert werden können. Nichtsdestotrotz treten hinter dem hinteren Fahrzeug 200 starke Verwirbelungen 8 auf, weswegen für das hintere Fahrzeug 200 hohe Strömungsverluste aufgrund der Verwirbelung 8 auftreten.
In 2 ist ein Verfahren zum Betreiben eines Fahrzeugkonvois 10 aus mehreren elektrisch angetriebenen Fahrzeugen gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt. Hierbei fährt ein erstes Fahrzeug (das vorausfahrende Fahrzeug) 1 auf einem Untergrund 6 in der Fahrtrichtung 9. Hinter dem ersten Fahrzeug 1 fährt ein zweites Fahrzeug 2 ebenfalls in der Fahrtrichtung 9. Das zweite Fahrzeug 2 fährt dabei relativ zu der Fahrrichtung 9 rückwärts. Jedes der Fahrzeuge 1, 2, weist eine Fahrzeugfront 3, einen Fahrzeugmittelbau 5 und ein Fahrzeugheck 4 auf. Die Fahrzeugfront 3 ist dabei windschlüpfiger ausgestaltet, als das Fahrzeugheck 4. Das erste Fahrzeug 1 und das zweite Fahrzeug 2 fahren bei der vorliegenden Ausführungsform autonom und ihr Abstand zueinander beträgt ungefähr einen Meter. Dadurch können die Stromlinien 11 so an den Fahrzeugen 1, 2 entlang verlaufen, dass nur minimale Verwirbelungen 8 auftreten. Dadurch dass die Luftströmung um das zweite Fahrzeug 2 herum so geführt werden kann, dass sie ohne Verwirbelungen wieder in die Nähe des Fahrbahnoberfläche 6 geführt werden kann, können Verluste an dem zweiten Fahrzeug 2 signifikant verringert werden. Ferner weist das erste Fahrzeug 1 und das zweite Fahrzeug 2 jeweils zwei Achsaggregate 7 auf, die im Wesentlichen baugleich ausgestaltet sind. Die Kommunikation zwischen dem ersten Fahrzeug 1 und dem zweite Fahrzeug 2 wird durch die Achsaggregate 7 sichergestellt. Gemäß einer Ausüfhrungsform der vorliegenden Erfindung stellt das Achsaggregat 7 ein WLAN zur Verfügung, in dass sich die anderen Achsaggregate 7 einloggen können. Dadurch können Informationen schnell (d.h. in Echtzeit) von dem einen Achsaggregat 7 zu dem anderen Achsaggregat 7 übermittelt werden. Bei dieser Ausführungsform übernimmt das erste Fahrzeug 1 die Steuerung des Fahrzeugkonvois 10. Eine Steuereinheit des Achsaggregats 7 des ersten Fahrzeugs 1 ist mit einer Fahrzeugsteuereinheit des ersten Fahrzeugs 1 verbunden und erhält somit Informationen über die aktuelle Fahrsituation. Die aktuelle Fahrsituation kann beispielsweise dadurch gekennzeichnet sein, was sich vor dem Fahrzeugkonvoi 10 befindet. Somit können die Fahrzeuge 1, 2 synchron zueinander gesteuert werden. Mit anderen Worten fahren das erste Fahrzeug 1 und das zweite Fahrzeug 2 so, dass die Fahrzeughecks 4 beider Fahrzeuge einander zugewandt sind. Daher können sich die Abrisskanten (d.h. die Oberseite der Fahrzeughecks 4, die die Luftströmung 11 leiten) auf einer ähnlichen Höhe befinden. Dadurch kann die Luftströmung 11 geradliniger von dem ersten Fahrzeug 1 auf das zweite Fahrzeug 2 geleitet werden. Folglich können Verwirbelungen 8 zwischen dem ersten Fahrzeug 1 und dem zweiten Fahrzeug 2 verringert werden. Somit kann die Gesamteffizienz des Fahrzeugkonvois 10 gesteigert werden.
In einer weiteren nicht dargestellten Ausführungsform umfasst der Fahrzeugkonvoi 10 weitere Fahrzeuge, die zwischen dem ersten Fahrzeug 1 und dem zweiten Fahrzeug 2 fahren. Die weiteren Fahrzeuge fahren dabei mit ihrer Fahrzeugfront 2 in der Fahrtrichtung 9. Auch in diesem Fall kann die Effizienz signifikant gesteigert werden, da das zweite Fahrzeug 2 an der hintersten Position des Fahrzeugkonvois 10 fährt und somit sicherstellt ist, dass hinter dem Fahrzeugkonvoi 10 keine Verwirbelungen auftreten.
Um weitere Fahrzeuge in den Fahrzeugkonvoi 10 einscheren zu lassen, umfasst das Verfahren ferner ein zeitweises Vergrößern des Abstandes zwischen dem ersten Fahrzeug 1 und dem zweiten Fahrzeug 2, sodass weitere Fahrzeuge in den Fahrzeugkonvoi 10 einscheren können. Dies kann beispielsweise bei Auffahrten von Autobahnen geschehen. Genauso kann auch bei einem Ausscheren von eines Fahrzeugs aus dem Fahrzeugkonvoi 10 der Abstand zwischen dem ersten Fahrzeug 1 und des zweiten Fahrzeug 2 wieder verringert werden, sodass ein optimaler Betrieb des Fahrzeugkonvois 10 sichergestellt ist.
Bezugszeichen

1: erstes Fahrzeug
2: zweites Fahrzeug
3: Fahrzeugfront
4: Fahrzeugheck
5: Fahrzeugmittelbau
6: Fahrbahnoberfläche
7: Achsaggregat
8: Verwirbelungen
9: Fahrtrichtung
10: Fahrzeugkonvoi
11: Stromlinien
100: erstes Fahrzeug (Stand der Technik)
200: zweites Fahrzeug (Stand der Technik)

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102018206981 A1 [0003]
DE 102019004817 A1 [0004]

Claims

Verfahren zum Betreiben eines Fahrzeugkonvois (10) aus mehreren elektrisch angetriebenen Fahrzeugen (1,2), wobei jedes der Fahrzeuge (1,2) eine Fahrzeugfront (3) und ein Fahrzeugheck (4) aufweist, wobei das Verfahren umfasst: Antreiben der Fahrzeuge (1,2) in einer Fahrtrichtung (9), wobei zumindest das in der Fahrtrichtung (9) vorderste Fahrzeug so angetrieben wird, dass seine Fahrzeugfront (3) in Fahrtrichtung (9) vorne ist, und wobei zumindest ein weiteres Fahrzeug (1,2) des Fahrzeugkonvois (10) so angetrieben wird, dass sein Fahrzeugheck (4) in Fahrtrichtung (9) vorne ist.
Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei die Fahrzeuge (1,2) direkt miteinander kommunizieren, insbesondere mittels Car-to-Car Kommunikation oder mittels Achse-to-Achse Kommunikation.
Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das in Fahrtrichtung (9) vorderste Fahrzeug (1,2) die Steuerung des zumindest einen weiteren Fahrzeugs des Fahrzeugkonvois (10) übernimmt.
Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Fahrzeugfronten (3) der Fahrzeuge (1,2) jeweils eine geringere Stirnfläche aufweisen als die jeweiligen Fahrzeughecks (4) der Fahrzeuge (1,2).
Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das in Fahrtrichtung (9) hinterste Fahrzeug des Fahrzeugkonvois (10) so angetrieben wird, dass sein Fahrzeugheck (4) in Fahrtrichtung (9) vorne ist.
Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Fahrzeuge (1,2) so angetrieben werden, dass sie einen Abstand zueinander in einem Bereich von 0,5 bis 10 m, vorzugsweise von 1 bis 6 m, stärker bevorzug von ungefähr 1 m, aufweisen.
Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zumindest eines der Fahrzeuge (1,2) autonom fährt.
Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das zumindest ein in Fahrtrichtung (9) rückwärtsfahrende Fahrzeug eine Hinterachslenkung aufweist.
Computerprogramm mit Programmcode, der, wenn er auf einer Recheneinheit ausgeführt wird, das Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche ausführt.
Steuereinrichtung zum Steuern eines Fahrzeugkonvois (10) aus mehreren elektrisch angetriebenen Fahrzeugen (1,2), wobei die Steuereinheit dazu ausgestaltet ist, das Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9 auszuführen.
Achsaggregat (7) mit einer Steuereinrichtung gemäß Anspruch 10.
Fahrzeug (1,2) mit zumindest einem Achsaggregat (7) gemäß Anspruch 11.