DE102022207471B3

DE102022207471B3 - Platooningverfahren

Info

Publication number: DE102022207471B3
Application number: DE102022207471.8A
Authority: DE
Inventors: Bastian Witte
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2022-07-21
Filing date: 2022-07-21
Publication date: 2024-01-25
Anticipated expiration: 2042-07-22

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum kontrollierten Bewegen eines Platoons mit einem ersten Fahrzeug (F1) und wenigstens einem zweiten Fahrzeug (F2), bei welchem Verfahren in einem ersten Schritt für jedes der Fahrzeuge (F1, F2, ..., Fn)des Platoons eine individuelle, maximal mögliche Beschleunigung und Verzögerung für mehrere Fahrgeschwindigkeiten ermittelt wird, in einem zweiten Schritt von jedem der Fahrzeuge des Platoons individuelle Beschleunigungs- und Verzögerungskennlinien (K1, K2, K2`, K3, K4, K4`) erstellt werden, in einem dritten Schritt die für das jeweilige Fahrzeug erstellten Kennlinien zusammen mit im jeweiligen Fahrzeug hinterlegten individuellen Kennlinien und/oder Kennfeldern, die eine Dynamik einer Bremsanlage zur Umsetzung von Verzögerungsanforderungen abbilden, an eine übergeordnete Zentrale übermittelt werden, in einem vierten Schritt von der übergeordneten Zentrale eine gemeinsame minimal mögliche Beschleunigungs- und Verzögerungskennlinie für alle Fahrzeuge des Platoons erstellt wird, in einem fünften Schritt von der übergeordneten Zentrale fahrzeugindividuelle Trajektorien für jedes der Fahrzeuge des Platoons geplant und an das jeweilige Fahrzeug übermittelt werden, und in einem sechsten Schritt die Vorgaben der fahrzeugindividuellen Trajektorie in das jeweilige Fahrzeug eingeregelt werden. Jedes der Fahrzeuge des Platoons umfasst einen elektrischen Fahrantrieb.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum kontrollierten Bewegen eines Platoons mit einem ersten Fahrzeug und wenigstens einem zweiten Fahrzeug, bei welchem Verfahren in einem ersten Schritt für jedes der Fahrzeuge des Platoons eine individuelle, maximal mögliche Beschleunigung und Verzögerung für mehrere Ausgangs-Fahrgeschwindigkeiten ermittelt wird, in einem zweiten Schritt von jedem der Fahrzeuge des Platoons individuelle Beschleunigungs- und Verzögerungskennlinien erstellt werden, in einem dritten Schritt die für das jeweilige Fahrzeug erstellten Kennlinien zusammen mit im jeweiligen Fahrzeug hinterlegten individuellen Kennlinien und/oder Kennfeldern, die eine Dynamik einer Bremsanlage zur Umsetzung von Verzögerungsanforderungen und/oder eine Dynamik eines Fahrantriebs zur Umsetzung von Beschleunigungsanforderungen abbilden, an eine übergeordnete Zentrale übermittelt werden, in einem vierten Schritt von der übergeordneten Zentrale eine gemeinsame minimal mögliche Beschleunigungs- und Verzögerungskennlinie für alle Fahrzeuge des Platoons erstellt wird, in einem fünften Schritt von der übergeordneten Zentrale fahrzeugindividuelle Trajektorien für jedes der Fahrzeuge des Platoons geplant und an das jeweilige Fahrzeug übermittelt werden, und in einem sechsten Schritt die Vorgaben der fahrzeugindividuellen Trajektorie in das jeweilige Fahrzeug eingeregelt werden. Jedes der Fahrzeuge des Platoons umfasst einen elektrischen Fahrantrieb. Dieser kann aus einem oder mehreren Elektromotoren bestehen.
Die Verringerung der Fahrgeschwindigkeit in heutigen Fahrzeugen mit Verbrennungsmotor wird über die Motorbremse und/oder durch Reibungsbremsen bewirkt. Dabei wird ein Hydraulikdruck aufgebaut, der Bremsbeläge gegen Bremsscheiben drückt. Üblicherweise erfolgt der Druckaufbau über die Rückförderpumpe innerhalb eines Schlupfregelsystems, wie beispielsweise ABS oder ESC. Alternativ werden zur Verbesserung der Bremsleistung aktive Bremskraftverstärker eingesetzt. Die Wirkung dieser Systeme unterliegt z.B. Temperatureinflüssen, Totzeiten durch Sensorik- und Datenübertragung, etc. Dies führt dazu, dass das Systemverhalten derartiger Bremssysteme stark nichtlinear ist. Die Folge ist, dass Fahrzeuge mit Reibungsbremsen im autonomen Betrieb hintereinander in einer Kolonne, insbesondere in einem Platoon, nur dann sicher betrieben werden können, wenn sie mit großen Abständen zueinander fahren, wobei die Abstände zwischen zwei aufeinanderfolgenden Fahrzeugen zunehmen, je weiter hinten in der Kolonne die Fahrzeuge fahren.
Aus der DE 10 2020 202 513 A1 ist ein Verfahren zum Betreiben eines automatisierten Fahrzeugverbunds bekannt. Das Verfahren umfasst das Ermitteln eines Ausmaßes eines Über- oder Unterbremsverhaltens während eines Bremsens des automatisierten Fahrzeugverbunds für jedes einzelne der Fahrzeuge und das Berücksichtigen des ermittelten Ausmaßes bei einem Bremsvorgang des automatisierten Fahrzeugverbunds.
Die DE 10 2015 016 758 A1 betrifft ein Verfahren zum Bewegen einer Fahrzeugkolonne, bei welchem Verfahren die Abstände zwischen aufeinanderfolgenden Fahrzeugen anhängig von einem zurückzulegende Streckenprofil variiert werden.
Die EP 3 721 310 B1 betrifft ein Verfahren zur Steuerung oder Regelung des Fahr- und Bremsverhaltens eines führenden ersten Fahrzeugs eines lose gekoppelten oder lose zu koppelnden Fahrzeugverbands aus dem führenden ersten Kraftfahrzeug und wenigstens einem zweiten Kraftfahrzeug während einer Fahrt des Fahrzeugverbands, wobei das den Fahrzeugverband führende erste Kraftfahrzeug und das wenigstens eine zweite Kraftfahrzeug, jeweils Teilnehmer des Fahrzeugverbands bilden, wobei bereits vor Beginn der Fahrt des Fahrzeugverbands von jedem Teilnehmer des Fahrzeugverbands ein in Bezug zu dem Beginn der Fahrt vorangehenden Zeitpunkt bestehendes Fahr- und Bremsverhalten des betreffenden Teilnehmers charakterisierende Teilnehmerdaten durch jeden Teilnehmer des Fahrzeugverbands selbst ermittelt oder gewonnen und von jedem vom führenden ersten Kraftfahrzeug abweichenden Teilnehmer an das führende erste Kraftfahrzeug übermittelt werden, und/oder von dem führenden ersten Kraftfahrzeug von einer in Bezug auf den Fahrzeugverband externen Infrastruktur bezogen werden, welche die von allen Teilnehmern selbst ermittelten oder gewonnenen Teilnehmerdaten zuvor von allen Teilnehmern erhalten hat.
Aus der DE 10 2019 113 724 A1 ist ein Verfahren bekannt, bei welchem der Längsabstand (d) zwischen hintereinander fahrenden Kraftfahrzeugen, nämlich einem Ego-Kraftfahrzeug und einem diesem unmittelbar vorausfahrenden Kraftfahrzeug abhängig von einer Leistungsfähigkeit der Betriebsbremse des Ego-Kraftfahrzeugs dynamisch angepasst wird, wobei zumindest das vorausfahrende Kraftfahrzeug Mitglied in einer elektronisch gekoppelten Fahrzeugkolonne ist, bei welcher die Kraftfahrzeuge der Fahrzeugkolonne auf Basis einer der Fahrzeugkolonne zugeordneten, vorgebbaren Gesamtbetriebsstrategie (Kolonnenregler) entlang einer Fahrstrecke bewegt werden, und bei welchem in dem Ego-Kraftfahrzeug wird zunächst eine Kennlinie oder ein Kennfeld hinterlegt, welche oder welches einen Verlauf von durch das Ego-Kraftfahrzeug zu erreichenden Soll-Verzögerungen (asoll) in Abhängigkeit von verschiedenen Bremsanforderungen für die Betriebsbremse des Ego-Kraftfahrzeugs abbildet, wobei das Verfahren im Weiteren wenigstens die folgenden Erfassungs- und Überprüfungsschritte umfasst und dann wird der Längsabstand zwischen dem Ego-Kraftfahrzeug und dem diesem unmittelbar vorausfahrenden Kraftfahrzeug erfasst, und es wird überprüft, ob eine mittels der Betriebsbremse ausgeführte Bremsung bei dem Ego-Kraftfahrzeug ausgelöst worden ist, und falls dies der Fall ist, dann wird anhand einer Verzögerungsüberprüfung überprüft, ob der Betrag der Ist-Verzögerung (aist) des Ego-Kraftfahrzeugs bei dieser Bremsung größer oder gleich oder kleiner in Bezug auf den Betrag einer Soll-Verzögerung (asoll) ist, welche das Ego-Kraftfahrzeug gemäß der hinterlegten Kennlinie oder des hinterlegten Kennfelds erreichen müsste, wenn es mit der bei der Bremsung vorliegenden Bremsanforderung (pbrems) abgebremst wird, und dann wird der Längsabstand zwischen dem Ego-Kraftfahrzeug und dem diesem unmittelbar vorausfahrenden Kraftfahrzeug abhängig von einem Ergebnis der Verzögerungsüberprüfung angepasst.
Die DE 10 2018 207 006 A1 zeigt ein Verfahren zur Ermittlung einer prädizierten Beschleunigungsinformation, die ein zukünftiges Beschleunigungspotential eines Elektrokraftfahrzeugs mit einem von einer Batterie gespeisten Elektromotor als Antriebseinrichtung beschreibt, in dem Elektrokraftfahrzeug, umfassend folgende Schritte: Bereitstellen einer Leistungsprädiktionsinformation des Elektromotors, die eine prädizierte verfügbare Beschleunigungsleistung des Elektromotors für wenigstens einen zukünftigen Zeitraum beschreibt, und Ermittlung der Beschleunigungsinformation aus der Leistungsprädiktionsinformation unter Verwendung eines den aktuellen Betriebszustand des Elektrokraftfahrzeugs beschreibenden, wenigstens einen die aufgrund der Beschleunigungsleistung mögliche Beschleunigung beschreibenden Fahrzeugparameter liefernden Fahrzeugmodells und/oder von insbesondere von einem Navigationssystem bereitgestellten prädiktiven Streckendaten für den Zeitraum.
Ein Verfahren zur Längsdynamikregelung bei einem Kraftfahrzeug während eines autonomen Fahrvorgangs ist aus der DE 10 2016 209 733 A1 bekannt.
Es besteht daher Bedarf an einem Verfahren, das es ermöglicht, dass in einer Fahrzeugkolonne die Abstände zwischen zwei aufeinanderfolgenden Fahrzeugen unabhängig von der Fahrsituation der Kolonne klein gehalten werden. Es besteht ferner Bedarf an einem Fahrzeug, das hergerichtet ist, ein derartiges Verfahren umzusetzen. Es ist eine Aufgabe der Erfindung, solch ein Verfahren und Fahrzeug zur Verfügung zu stellen.
Diese Aufgabe wird durch das Verfahren mit den Schritten des Anspruch 1 und durch das Fahrzeug mit den Merkmalen von Anspruch 14 erfüllt.
Die Erfindung betrifft ein Platooning-Verfahren. Unter Platooning versteht man ein System für den Straßenverkehr, bei dem mehrere Fahrzeuge mit Hilfe eines technischen Steuerungssystems in sehr geringem Abstand hintereinander fahren können, ohne dass dadurch die Verkehrssicherheit beeinträchtigt wird. Platooning ist besonders interessant in Hinsicht auf das autonome Fahren z.B. von LKW-Kolonnen. Aber auch im PKW-Verkehr oder im schienengebundenen Verkehr kann Platooning sinnvoll eingesetzt werden.
Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zum kontrollierten Bewegen eines Platoons mit einem ersten Fahrzeug und wenigstens einem zweiten Fahrzeug, bei welchem Verfahren in einem ersten Schritt für jedes der Fahrzeuge des Platoons eine individuelle, maximal mögliche Beschleunigung und Verzögerung für mehrere Ausgangs-Fahrgeschwindigkeiten ermittelt wird. Die Ausgangs-Fahrgeschwindigkeit kann beispielsweise bei 10 km/h, 20 km/h, 30 km/h, etc. liegen, und die maximal mögliche positive oder negative Beschleunigung wird für jede Ausgangs-Fahrgeschwindigkeit individuell ermittelt.
Bevorzugt werden die maximal möglichen Beschleunigungs- und Verzögerungswerte aktuell während der Fahrt erfasst, um Einflüsse wie das Fahrzeuggewicht (Ladegewicht vom LKW oder Kleintransporter), Eigenschaften des Fahrantriebs (aktuelle Temperatur der Elektromotoren und der Antriebsbatterie), die Straßenverhältnisse (Regen, Schnee) und andere Parameter (Außentemperatur, Reifendruck, Alter der Reifen, Profiltiefe) mit zu berücksichtigen. Die Erfassung der Daten kann während einer Fahrt kontinuierlich oder in einem vorgegebenen oder vorgebbaren Zeittakt erfolgen, um die maximal mögliche Beschleunigung und Verzögerung auf Änderungen zum Beispiel des Wetters oder Straßenzustands anzupassen. Betreffend Verzögerung werden 2 Maximalwerte bestimmt:

• Die maximale Verzögerung, die ausschließlich mit dem elektrischen Fahrantrieb erreicht werden kann.
• die maximale Verzögerung, die das Fahrzeug durch die Bremsanlage erreichen kann. Begrenzt wird diese durch den Reibwert der Reifen zur Straße.

In einem zweiten Schritt werden von jedem der Fahrzeuge des Platoons individuelle Beschleunigungs- und Verzögerungskennlinien erstellt, die in einem dritten Schritt zusammen mit im jeweiligen Fahrzeug hinterlegten, individuellen Kennlinien und/oder Kennfeldern, die eine Dynamik der Fahrzeug-Bremsanlage zur Umsetzung von Verzögerungsanforderungen abbilden, an eine übergeordnete Zentrale übermittelt werden. Die individuellen Dynamik-Kennlinien und/oder Dynamik-Kennfelder können werksseitig ermittelt und im Fahrzeug in einem Speicher, zum Beispiel einer Steuerung, hinterlegt sein.
In einem vierten Schritt wird von der übergeordneten Zentrale eine gemeinsame maximal mögliche Beschleunigungs- und Verzögerungskennlinie für alle Fahrzeuge des Platoons erstellt. In einem fünften Schritt werden von der übergeordneten Zentrale fahrzeugindividuelle Trajektorien für jedes der Fahrzeuge des Platoons geplant und an das jeweilige Fahrzeug übermittelt.
Die Trajektorienplanung stellt eine grundlegende Teilaufgabe zur Automatisierung von Fahrzeugen dar. Mit Hilfe von karten- bzw. sensorbasierten Daten wird eine Trajektorie generiert, die als Sollgröße für eine nachgelagerte Regelung des Fahrzeuges dient. Dabei ist neben Komfortaspekten die Realisierbarkeit und die Kollisionsfreiheit der Trajektorie zu beachten. Für die Planung der individuellen Trajektorie ist die Prädiktion des Verhaltens der umgebenden Verkehrsteilnehmer unerlässlich.
In einem sechsten Schritt werden die Vorgaben der fahrzeugindividuellen Trajektorie für das jeweilige Fahrzeug eingeregelt.
Alle Fahrzeuge des Platoons umfassen einen elektrischen Fahrantrieb.
Das kann heißen, dass wenigstens eines der Fahrzeuge, mehrere Fahrzeuge oder sämtliche Fahrzeuge des Platoons mindestens einen Elektromotor haben und nur mittels des mindestens einen Elektromotors bewegt werden. Das kann heißen, dass wenigstens eines der Fahrzeuge, mehrere Fahrzeuge oder alle Fahrzeuge des Platoons einen Hybridmotor haben und die Beschleunigung und Verzögerung der Fahrzeuge im Platoon mit dem mindestens einen elektrischen Fahrantrieb bewirkt werden. Insbesondere kann die Beschleunigung und Verzögerung bzw. die Erhöhung und Verringerung der Fahrgeschwindigkeit im Platoon ausschließlich mit dem elektrischen Fahrantrieb bewirkt werden.
Bei dem Hybridmotor kann es sich um einen Voll-Hybrid (sHEV) oder einen Plug-In-Hybrid (PHEV) mit einer elektrischen Fahrleistung >50KW handeln.
Das Fahrzeug kann insbesondere ein PKW, ein Kleintransporter, ein LKW oder ein schienengebundenes Fahrzeug sein.
Bei der übergeordneten Zentrale kann es sich um eine Steuerung wenigstens eines der Fahrzeuge des Platoons handeln. Die übergeordnete Zentrale kann ein remoter Server sein, mit dem jedes der Fahrzeuge des Platoons verbunden ist, so dass jedes der Fahrzeuge des Platoons Daten mit der übergeordneten Zentrale austauschen kann.
Wird für das Verfahren eine remote übergeordnete Zentrale genutzt, ist es vorteilhaft, wenn wenigstens eine der Steuerungen eines der Fahrzeuge des Platoons hergerichtet ist, die Funktionen der übergeordneten Zentrale zu übernehmen, falls die remote übergeordnete Zentrale ausfällt. Dazu muss die Steuerung des betreffenden Fahrzeugs in jedem Zeitpunkt über alle Informationen der remoten übergeordneten Zentrale verfügen. Stellt die Steuerung eine Unterbrechung der Verbindung zur remoten übergeordneten Zentrale fest, kann sie als fahrzeuggebundene übergeordnete Zentrale die Aufgaben der remoten übergeordneten Zentrale übernehmen. Bevorzugt kann die Steuerung jedes der Fahrzeuge des Platoons als fahrzeuggebundene übergeordnete Zentrale dienen, welche die Aufgaben der remoten übergeordneten Zentrale übernimmt. Dabei kann zum Beispiel die Steuerung des vorausfahrenden Fahrzeugs die Aufgaben der übergeordneten Zentrale übernehmen.
In einem siebten Schritt kann ein Abstand zwischen nachfolgenden Fahrzeugen während der Bewegung des Platoons durch koordinierte Änderung der Fahrgeschwindigkeit aller Fahrzeuge des Platoons im Wesentlichen konstant gehalten werden. Der vom Verfahren eingeregelte Abstand kann insbesondere kleiner sein als ein Abstand, bevorzugt ein halber Abstand, besonders bevorzugt ein viertel Abstand, nach der Faustregel „halber Tacho“. So kann der Abstand bei einer Platoon-Geschwindigkeit von 50 km/h beispielsweise 10 m oder weniger sein.
Im Regelfall wird ein Platoon zuerst zusammengestellt, startet zusammen und erreicht gemeinsam ein angestrebtes erstes Ziel, an dem dann einzelne Fahrzeuge aus dem Platoon ausscheiden oder zu dem Platoon stoßen können. Danach wird das Verfahren mit den Schritten 1 bis 6 bzw. 7 erneut durchgeführt, bevor das Rest-Platoon die Weiterfahrt startet.
Denkbar ist auch, dass einzelne Fahrzeuge während der Fahrt aus dem Platoon ausscheiden oder zu dem Platoon stoßen. Das Verfahren kann dann eine Sicherheitsphase starten, in der sich das Platoon mit einer Geschwindigkeit bewegt, die kleiner ist als die von der übergeordneten Zentrale vorgegebene Platoon-Geschwindigkeit und/oder die Abstände zwischen nachfolgenden Fahrzeugen vergrößert. Erst wenn das Verfahren nach der Sicherheitsphase Schritt 6 beendet hat, kann das Platoon sich wieder formieren und seine Fahrt nach den Vorgaben der übergeordneten Zentrale fortsetzen.
Bei Fahrzeugen mit elektrischem Antriebsstrang ist es bekannt, die Fahrgeschwindigkeit bevorzugt nicht mittels der Reibungsbremse, sondern über Rekuperation zu verringern. Dabei wird der elektrische Fahrantrieb als Generator betrieben, der kinetische Energie des Fahrzeugs in Energie der Antriebsbatterie umwandelt. Für das Verfahren bedeutet dies, dass die maximale Verzögerung ausschließlich über die Rekuperation bewirkt werden kann. Es ist aber nicht ausgeschlossen, dass die maximale Verzögerung anteilig von der Reibungsbremse und über Rekuperation bewirkt wird.
Das beschriebene Verfahren kann nicht nur für die Kolonnenfahrt oder das Fahren im Platoon eingesetzt werden, sondern auch bei einem gemeinsamen Anfahren oder Abbremsen des ersten Fahrzeugs und des wenigstens einen zweiten Fahrzeugs und weiterer das Platoon bildenden Fahrzeuge, beispielsweise an einer Ampel, von Vorteil sein.
Handelt es sich bei der übergeordneten Zentrale um eine fahrzeuggebundenen übergeordnete Zentrale oder fehlt der remoten übergeordneten Zentrale das Backup durch eine fahrzeuggebundene Zentrale, kann beim Ausfall der übergeordneten Zentrale eine Warnung generiert werden. Gleichzeitig kann das Verfahren die Fahrzeuge automatisch in einen sicheren Fahrzustand überführen, in dem die Fahrzeuge ohne körperlich anwesenden Fahrer sicher weiterfahren können oder der Fahrer die Kontrolle über das Fahrzeug übernehmen kann. Die Warnung kann eine akustische Mitteilung und/oder eine Ausgabe an einem Bildschirm in einer remoten Lenkungszentrale für das Platoon bzw. für den Fahrer im Fahrzeug sein.
Bevorzugt setzen alle Fahrzeuge des Platoons die Vorgaben der minimal möglichen Beschleunigungs- und Verzögerungskennlinien zeitsynchron um. Dies ermöglicht eine Kolonnenfahrt mit minimalen Abständen und daraus resultierend einen niedrigen Energieverbrauch der nachfolgenden Fahrzeuge durch optimale Ausnutzung des Windschattens, den das vorausfahrende Fahrzeug erzeugt.
Ein zweiter Aspekt der Erfindung betrifft ein elektrisch angetriebenes Fahrzeug. Das elektrisch angetriebene Fahrzeug umfasst einen Motor, eine Batterie, eine Fahrzeugsteuerung mit einem Rechner und einem Speicher, eine Sender-Empfängereinheit zur Kommunikation mit einer übergeordneten fahrzeuggebundenen oder remoten Zentrale und ein Bremssystem.
Der Rechner ermittelt für unterschiedliche Ausgangs-Fahrgeschwindigkeiten des Fahrzeugs eine maximal mögliche Beschleunigung, eine maximal mögliche Verzögerung durch Rekuperation und eine maximal mögliche Verzögerung durch die Bremsanlage. Aus den ermittelten Werten erstellt der Rechner eine maximale Beschleunigungskennlinie, eine maximale Verzögerungskennlinie durch Rekuperation und eine maximale Verzögerungskennlinie durch die Bremsanlage für das elektrisch angetriebene Fahrzeug.
Der Rechner kann zur Kennlinienbildung Daten von zum Beispiel Sensoren von FahrzeugAssistenzsystemen und anderen, z.B. remoten Quellen, nutzen. Auf dem Rechner kann ein Programm mit einem Algorithmus laufen, das aus den aktuellen Daten die maximal möglichen Beschleunigungs- bzw. Verzögerungswerte ermittelt und aus diesen Werten die entsprechenden Kennlinien erstellt.
In dem Speicher des Rechners ist eine Kennlinie oder ein Kennfeld, welche/welches eine Dynamik wenigstens des Bremssystems, insbesondere beim Abbremsen allein mit dem elektrischen Fahrantrieb, abbildet, hinterlegt.
Die vom Rechner ermittelten Kennlinien und die im Speicher hinterlegte Abbildung der Dynamik des Bremssystems werden bevorzugt über eine Sendeschnittstelle, beispielsweise der Fahrzeugsteuerung, an die übergeordnete Zentral übermittelt und von der übergeordneten Zentrale ausgewertet.
Nach Auswertung der übermittelten Daten plant die übergeordnete Zentrale eine fahrzeugindividuelle Trajektorie und regelt diese, beispielsweise über eine Empfangsschnittstelle der Fahrzeugsteuerung, in die Fahrzeugsteuerung ein.
Bei der übergeordneten Zentrale kann es sich um einen Server handeln, der örtlich vom Fahrzeug getrennt ist, oder die Fahrzeugsteuerung kann die übergeordnete Zentrale umfassen.
Bevorzugt kommuniziert die übergeordnete Zentrale mit wenigstens einem weiteren Fahrzeug, plant für das weitere Fahrzeug eine fahrzeugindividuelle Trajektorie und regelt diese in die Fahrzeugsteuerung des weiteren Fahrzeugs ein. Dadurch ist es möglich, dass das Fahrzeug und das weitere Fahrzeug zeitsynchron beschleunigen bzw. abbremsen. So wird beispielsweise ein Kolonnenfahrt mit sehr geringen Abstand zwischen aufeinanderfolgenden Fahrzeugen möglich.
Zwei, drei, vier oder mehr Fahrzeuge können mit der übergeordneten Zentrale verbunden sein. Diese Fahrzeuge können dann ein Platoon bilden, in dem die Fahrzeuge mit geringen Abständen zueinander bewegt werden, was zu einem geringen Energieverbrauch zumindest der nachfahrenden Fahrzeuge führt.
Bei der Berechnung der maximal möglichen Beschleunigung, respektive Beschleunigungswerte, und der maximalen Verzögerung, respektive Verzögerungswerte, können insbesondere Parameter des elektrische Fahrantriebs, wie beispielsweise die Stromaufnahme- und Stromabgabemöglichkeit der Batterie, das Motorkennfeld des elektrischen Fahrantriebs und die Motortemperatur berücksichtig werden.
Merkmale, die ausschließlich in Zusammenhang mit dem Verfahren beschrieben sind, können auch das Fahrzeug vorteilhaft weiterbilden et vice versa.
Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand von Figuren näher erläutert, wobei der Umfang der Erfindung nicht auf die dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt wird. Die Figuren zeigen im Einzelnen:

1: eine Kennlinie für die maximale Beschleunigung und Verzögerung eines Fahrzeugs nur mittels Elektroantrieb;
2: für das Platooning resultierende Beschleunigungs- und Verzögerungsgrenzen bei zwei Fahrzeugen;
3: ein Verfahren mit remoter übergeordneter Zentrale für n Fahrzeuge;
4: ein Verfahren für n Fahrzeuge, wobei die übergeordnete Zentrale von einem der Fahrzeuge umfasst ist;
5: eine Ablaufskizze des Verfahrens;
6: ein Fahrzeug mit Verbindung zu übergeordneter Zentrale.

In der 1 werden die Kennlinien K1, K2 und K2` für ein nicht dargestelltes Fahrzeug F1 gezeigt, das mittels eines Elektroantriebs, genauer gesagt, ausschließlich mittels Elektroantrieb, beschleunigt und mittels Elektroantrieb und/oder Bremsanlage abbremst bzw. verzögert.
Das Diagramm zeigt die maximale Beschleunigung (Kennlinie K1), die maximale Verzögerung durch Rekuperation (Kennlinie K2) und die maximale Verzögerung durch die Bremsanlage (Kennlinie K2`) über der Geschwindigkeit.
Physikalisch sind Beschleunigung und Verzögerung identische Größen, die sich nur im Vorzeichen unterscheiden:

• Beschleunigungen, also ein schneller werdendes Fahrzeug, mit positivem Vorzeichen
• Verzögerungen, also ein langsamer werdendes Fahrzeug, mit negativem Vorzeichen
• Beschleunigung / Verzögerung 0m/s² bedeutet konstante Geschwindigkeit

Wird aus der Ausgangsgeschwindigkeit V1 eine Beschleunigung auf die Endgeschwindigkeit V2 angefordert, dann kann das Fahrzeug F1 - abhängig von der aktuellen Geschwindigkeit - maximal entlang der Kennlinie K1 beschleunigen. Das Fahrzeug F1 kann auch geringer beschleunigen, d.h. die Beschleunigung liegt dann zwischen der Abszisse (X-Achse) und dem Geschwindigkeit abhängigen Wert der Kennlinie K1.
Soll das Fahrzeug aus der Endgeschwindigkeit V2 wieder zurück auf die Ausgangsgeschwindigkeit V1 verzögern, dann gibt es zwei Kennlinien:

• Die Kennlinie K2 beschreibt die maximal mögliche Verzögerung, die nur durch den elektrischen Fahrantrieb alleine darstellbar ist (100% Rekuperation).
• Die Kennlinie K2` beschreibt die maximal mögliche Verzögerung des Fahrzeugs. Sie ergibt sich aus dem Fahrbahnreibwert und liegt auf trockener Straße bei etwa -11 m/s².

Das Fahrzeug F1 kann auch geringer verzögern, d.h. die Verzögerung liegt dann zwischen der Abszisse und dem Geschwindigkeit abhängigen Wert der Kennlinie K2 bzw. K2`. Zur maximalen Energieeffizienz sollte nur bis zur Kennlinie K2 verzögert werden, da dann die kinetische Energie des Fahrzeugs F1 komplett rekuperiert werden kann.
In der 2 wird aus der maximalen Beschleunigungskennlinie K1 und der maximalen Verzögerungskennlinie K2 bzw. K2' von dem ersten Fahrzeug F1 und einer maximalen Beschleunigungskennlinie K3 und einer maximalen Verzögerungskennlinie K4 bzw. K4' eines Fahrzeugs F2 eine gemeinsame minimal mögliche Beschleunigungskennlinie K5 und einer gemeinsamen minimalen Verzögerungskennlinie K6 für beide Fahrzeuge F1 und F2 bestimmt. Das heißt, die Beschleunigungskennlinie K5 und die Verzögerungskennlinie K6 zeigt die maximal möglichen Werte an, mit der ein Fahrverband aus den Fahrzeugen F1 und F2 während der Fahrt synchron sicher beschleunigen und verzögern kann, ohne dass sich dadurch der Abstand zwischen Fahrzeug F1 und Fahrzeug F2 im Wesentlichen ändert. Das ist eine Grundvoraussetzung dafür, dass auch mit einem minimalen Abstand der Fahrzeuge F1 und F2 unfallfrei gefahren werden kann, die diese Beschleunigung bzw. Verzögerung von beiden Fahrzeugen dargestellt werden kann.
Die Beschleunigungs- bzw. Verzögerungswerte der gemeinsamen minimalen Verzögerungslinien K5, K6 liegen überall unterhalb bzw. sie sind der minimale Wert der kombinierten Verzögerungslinien K1, K3 bzw. K2, K4. Das heißt, für den Fahrzeugverband F1, F2 ist die maximale Geschwindigkeit, auf die beschleunigt oder von der abgebremst wird, kleiner als oder maximal gleich V3.
Die 3 zeigt skizzenhaft ein Platoon mit n Fahrzeugen F1, F2, ...,Fn, dessen Bewegungen, wie Anfahrt, Fahrt und Abbremsen, mittels einer remoten übergeordneten Zentrale 100 gesteuert werden können. Jedes der Fahrzeuge F1, F2, ..., Fn umfasst eine Steuerung FS1, FS2, ..., FSn, die über Funk-Datenübertragungen L1, L2, ..., Ln Daten an einen Eingang 101 der übergeordneten Zentrale 100 senden und über Funk-Datenübertragungen LS1, LS2, ..., LSn Daten von einem Ausgang 102 der übergeordneten Zentrale 100 empfangen können. Bevorzugt handelt es sich um bi-direktionale Funk-Datenübertragungen. Beispiele sind WLAN, Bluetooth, UMTS, LTE usw. Es kann aber auch eine proprietäre Funk-Datenübertragung außerhalb der o.a. Standards sein. Idealerweise ist sie (EU-) genormt, damit Fahrzeuge unterschiedlicher Hersteller in einem Platoon zusammen fahren können.
Die Daten, die von den Fahrzeugen F1, F2, ..., Fn an die übergeordnete Steuerung gesendet werden, umfassen Kennlinien bzw. Kennfelder für die maximal mögliche Beschleunigung (K1) und Verzögerung (K2, 1 und 2) allein mit elektrischem Fahrantrieb und die maximale Verzögerung K2` des jeweiligen Fahrzeugs F1, F2, ..., Fn. Außerdem umfassen die Daten in einem Speicher FSS1, FS2", ..., FSSnjedes der Fahrzeuge F1, F2, ..., Fn hinterlegte individuelle Kennlinien und/oder Kennfelder, die eine Dynamik einer Bremsanlage zur Umsetzung von Verzögerungsanforderungen abbilden, also den durch die Bremsanlage maximal möglichen Verzögerungsaufbau über der Zeit.
Aus diesen Daten werden von der übergeordneten Zentrale 100 fahrzeugindividuelle Trajektorien für jedes der Fahrzeuge F1, F2, ..., Fn des Platoons geplant und über die Funk-Datenübertragungen LS1, LS2, ..., LSn an das jeweilige Fahrzeug F1, F2, übermittelt und in die Steuerungen FS1, FS2, ..., FSn eingeregelt.
Die 4 zeigt im Wesentlichen das Gleiche wie die 3, mit dem Unterschied, dass in der 4 die übergeordnete Zentrale 100 von einem der Fahrzeuge F1... Fn gebildet wird, hier im Beispiel das Fahrzeug F1. Man spricht auch von einer fahrzeuggebundenen übergeordneten Zentrale 100. Auf eine ausführliche Beschreibung kann verzichtet werden.
Die 5 zeigt eine Ablaufskizze des Platooning-Verfahrens, bei dem alle Fahrzeuge einen elektrischen Fahrantrieb aufweisen. Das Verfahren ist in sechs Schritte aufgeteilt:

I Im ersten Schritt ermittelt die Steuerung FS1, FS2, ..., FSn des jeweiligen Fahrzeugs F1, F2, ..., Fn des Platoons Kennlinien für die individuelle, maximal mögliche Beschleunigung und Verzögerung mittels eines elektrischen Fahrantriebs und die maximal mögliche Verzögerung.
II Im zweiten Schritt werden daraus individuelle Beschleunigungs- und Verzögerungskennlinien K1, K2, K2`, K3, K4, K4' erstellt (siehe 1).
III Im dritten Schritt werden die erstellten Kennlinien K1, K2, K2`, K3, K4, K4' zusammen mit im jeweiligen Fahrzeug hinterlegten individuellen Kennlinien und/oder Kennfeldern, die eine Dynamik einer Bremsanlage zur Umsetzung von Verzögerungsanforderungen abbilden (siehe 3 und 4), über die Funk-Datenübertragungen S1, S2, ..., Sn an eine übergeordnete Zentrale 100 übermittelt.
IV Im vierten Schritt werden von der übergeordneten Zentrale 100 gemeinsame Kennlinien berechnet (siehe 2):
- • Kennlinie der gemeinsamen, maximal möglichen Beschleunigung
- • Kennlinie der gemeinsamen, maximal möglichen Verzögerung nur durch Rekuperation
- • Kennlinie der gemeinsamen, maximalen Verzögerung
V Im fünften Schritt werden von der übergeordneten Zentrale 100 fahrzeugindividuelle Trajektorien für jedes der Fahrzeuge F1, F2, ..., Fn des Platoons geplant und über Funk-Datenübertragung LS1, LS2, ..., LSn an das jeweilige Fahrzeug F1, F2, ..., F3 übermittelt.
VI Im sechsten Schritt werden die Vorgaben der fahrzeugindividuellen Trajektorie im jeweiligen Fahrzeug F1, F2, ..., Fn eingeregelt.

Die 6 zeigt skizzenhaft ein Fahrzeug F, das hergerichtet ist, um Teil eines Platoons zu sein, das heißt, in einer Kolonne zusammen mit anderen Fahrzeugen F1, F2, ..., Fn kontrolliert bewegt zu werden. Das Fahrzeug F umfasst einen Motor 1 mit einem Elektroantrieb und eine Antriebsbatterie 2 zum Betreiben des Motors 1. Dabei kann Energie von der Antriebsbatterie 2 an den Motor 1 abgegeben werden und die Antriebsbatterie 2 kann mit über Rekuperation erzeugter Energie vom Motor 1 gespeist werden.
Ferner umfasst das Fahrzeug F ein Bremssystem 5.
Ferner umfasst das Fahrzeug F mehrere Fahrzeugassistenzsysteme 6, 7, 8, die wie der Motor 1, die Antriebsbatterie 2 und das Bremssystem 5 mit einer Fahrzeugsteuerung FS verbunden sind. Die Fahrzeugsteuerung FS umfasst eine Sender-Empfängereinheit 4, mit der sie Signale mit einem remoten Assistenzsystem 9 und einer übergeordneten Zentrale 100, im gezeigten Beispiel einer remoten übergeordneten Zentrale 100 (siehe 3), austauschen kann, einen Speicher FSS, in dem Daten hinterlegt sind, die die Dynamik des Bremssystems 5 beschreiben, und einen Rechner 3, der mit den Fahrzeugassistenzsystemen 6, 7, 8 verbunden ist. Bei dem remoten Assistenzsystem 9 kann es sich beispielsweise um Navigationsdaten, Verkehrsfunk oder vom Hersteller oder einem Dienstleister eingerichtete Datenbanken handeln. Die remote übergeordnete Zentrale 100 organisiert, steuert und überwacht einen geordneten Kolonnenverkehr mit mehreren Fahrzeugen F1, F2, ..., Fn., wie es zu dem ersten Aspekt beschrieben ist.
Die übergeordneten Zentrale 100 kann, wie in 4 gezeigt, auch fahrzeuggebunden sein. In diesem Fall verbindet die Sender-Empfängereinheit 4 die übergeordnete Zentrale 100 des Fahrzeugs F mit allen anderen Fahrzeugen F1, F2, ..., Fn der Kolonne oder des Platoons.
Bezugszeichenliste

1: Motor
2: Antriebsbatterie
3: Rechner
4: Sender-Empfängereinheit
5: Bremssystem
6, 7, 8: Fahrzeugassistenzsystem
9: remote Quelle
100: übergeordnete Zentrale
101: Eingang übergeordnete Zentrale
102: Ausgang übergeordnete Zentrale
K1, K2, K2`, K3, K4, K4': individuelle Kennlinie
K5, K6, K6': gemeinsame Kennlinie
L1, L2, ..., Ln: Funk-Datenübertragung Fahrzeug zur übergeordneten Zentrale
LS1, LS2, ..., LSn: Funk-Datenübertragung übergeordnete Zentrale zum Fahrzeug
F, F1, F2, ..., Fn: Fahrzeug
FS, FS1, FS2, ..., FSn: Steuerung
FSS, FSS1, FSS2, ..., FSSn: Speicher

Claims

Verfahren zum kontrollierten Bewegen eines Platoons mit einem ersten Fahrzeug (F1) und wenigstens einem zweiten Fahrzeug (F2), bei welchem Verfahren • in einem ersten Schritt für jedes der Fahrzeuge (F1, F2, ..., Fn) des Platoons eine individuelle, maximal mögliche Beschleunigung und Verzögerung für mehrere Fahrgeschwindigkeiten (V1, V2, V3) ermittelt wird, • in einem zweiten Schritt von jedem der Fahrzeuge (F1, F2, ..., Fn) des Platoons individuelle Beschleunigungs- und Verzögerungskennlinien (K1, K2, K2`, K3, K4, K4`) erstellt werden, • in einem dritten Schritt die für das jeweilige Fahrzeug (F1, F2, ..., Fn) erstellten Kennlinien (K1, K2, K2`, K3, K4, K4`) zusammen mit im jeweiligen Fahrzeug (F1, F2, ..., Fn) hinterlegten individuellen Kennlinien und/oder Kennfeldern, die eine Dynamik einer Bremsanlage zur Umsetzung von Verzögerungsanforderungen abbilden, an eine übergeordnete Zentrale (100) übermittelt werden, • in einem vierten Schritt von der übergeordneten Zentrale (100) eine gemeinsame maximal mögliche Beschleunigungs- und Verzögerungskennlinie (K5, K6, K6`) für alle Fahrzeuge (F1, F2, ..., Fn) des Platoons erstellt wird, • in einem fünften Schritt von der übergeordneten Zentrale (100) fahrzeugindividuelle Trajektorien für jedes der Fahrzeuge (F1, F2, ..., Fn) des Platoons geplant und an das jeweilige Fahrzeug (F1, F2, ..., Fn) übermittelt werden, und • in einem sechsten Schritt die Vorgaben der fahrzeugindividuellen Trajektorie im jeweiligen Fahrzeug (F1, F2, ..., Fn) eingeregelt werden, • wobei jedes der Fahrzeuge (F1, F2, ..., Fn) des Platoons einen elektrischen Fahrantrieb umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der elektrische Fahrantrieb mindestens einen Elektromotor oder einen Hybridmotor umfasst.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Beschleunigung und Verzögerung mit dem elektrischen Fahrantrieb bewirkt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die in jedem der Fahrzeuge (F1, F2, ..., Fn) des Platoons hinterlegten individuellen Kennlinien und/oder Kennfelder die Dynamik der Bremsanlage für die Verzögerung im elektrischen Fahrbetrieb abbilden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Hybridmotor ein Voll-Hybrid (sHEV) oder ein Plug-In-Hybrid (PHEV) mit einer elektrischen Fahrleistung >50KW ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Fahrzeug (F1, F2, ..., Fn) ein PKW, ein Kleintransporter, ein LKW oder ein schienengebundenes Fahrzeug ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die übergeordnete Zentrale (100) eine Steuerung (FS1, FS2, ..., FSn) wenigstens eines der Fahrzeuge (F1, F2, ..., Fn) des Platoons ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die übergeordnete Zentrale (100) ein remoter Server ist, der mit jedem der Fahrzeuge (F1, F2, ..., Fn) des Platoons Daten austauscht.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei in einem siebten Schritt ein Abstand während der Bewegung des Platoons zwischen aufeinanderfolgenden Fahrzeugen (F1, F2, ..., Fn) durch koordinierte Änderung der Fahrgeschwindigkeit aller Fahrzeuge (F1, F2, ..., Fn) des Platoons im Wesentlichen konstant gehalten wird.
Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch 9, wobei der Abstand der Fahrzeuge (F1, F2, ..., Fn) in der Kolonne oder beim Platooning kleiner ist als ein viertel Abstand nach der Faustregel „Halber Tacho“.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die maximale Verzögerung über Rekuperation bewirkt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zur Bildung der individuellen Kennlinien (K1, K2, K3, K4) Daten von Assistenzsystemen des Fahrzeugs (F1, F2, ..., Fn) und/oder Daten remoter Quellen genutzt werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei alle Fahrzeuge (F1, F2, ..., Fn) im Platoon die Vorgaben der minimal möglichen Beschleunigungs- und Verzögerungskennlinien (K5, K6) zeitsynchron umsetzen.
Elektrisch angetriebenes Fahrzeug, wobei das Fahrzeug (F) umfasst: • einen Motor (1), • eine Antriebsbatterie (2) , • eine Fahrzeugsteuerung (FS), mit einem Rechner (3) und einem Speicher (FSS), • eine Sender-Empfängereinheit (4) zur Kommunikation mit einer übergeordneten fahrzeuggebundenen oder remoten Zentrale (100) und • einem Bremssystem (5), • wobei der Rechner (3) mithilfe von Fahrzeugassistenzsystemen (6, 7, 8) für unterschiedliche Fahrgeschwindigkeiten (V1, V2, V3) eine maximal mögliche Beschleunigung und eine maximal mögliche Verzögerung ermittelt und aus den ermittelten Werten eine maximale Beschleunigungskennlinie (K1, K3) und maximale Verzögerungskennlinien (K2, K2`, K4, K4`) erstellt, • in dem Speicher (FSS) eine Kennlinie oder ein Kennfeld, welche/welches eine Dynamik des Bremssystems (5) abbildet, hinterlegt ist, • die übergeordnete Zentrale (100) die vom Rechner ermittelten Kennlinien (K1, K2, K2`, K3, K4, K4`) und die in dem Speicher (FSS) hinterlegte Kennlinie und/oder das in dem Speicher (FSS) hinterlegte Kennfeld empfängt, zusammenführt und auswertet, dadurch gekennzeichnet, dass • die übergeordnete Zentrale (100) nach der Auswertung eine fahrzeugindividuelle Trajektorie plant und in die Fahrzeugsteuerung (FS) einregelt.
Elektrisch angetriebenes Fahrzeug nach Anspruch 14, wobei die maximal mögliche Beschleunigung und Verzögerung von Parametern wie Stromaufnahme- bzw. Stromabgabemöglichkeit der Antriebsbatterie (2), dem Motorkennfeld, der Motortemperatur abhängig ist.