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Über dieses Buch

Andreas Freuer leitet eine Methode her, die Fahrzeuglängsführung über einen weiten Anwendungsbereich und über eine Vielzahl von Fahrsituationen in einer energetisch optimierten Form zu automatisieren. Hierzu entwickelt er ein ganzheitliches Optimierungs- und Regelungskonzept, in dem Informationen aus Umfeldsensoren und digitalen Straßenkarten verarbeitet und die spezifischen Eigenschaften eines batterieelektrisch betriebenen Fahrzeugs berücksichtigt werden. Der Autor bestimmt das Verbrauchspotential der Fahrzeuglängsführung in einer Probandenstudie unter realistischen Bedingungen im öffentlichen Straßenverkehr. Hierdurch liefert er aussagekräftige Kennwerte zur Abschätzung des Verbrauchspotentials einer energetisch optimierten Fahrzeuglängsführung.

Inhaltsverzeichnis

Frontmatter

1. Einleitung

Eine Repräsentativbefragung im Auftrag der dena1 kommt zu dem Ergebnis, dass der Energieverbrauch das maßgebliche Kriterium beim Kauf eines Fahrzeugs ist [1]. Wie in der Abbildung 1.1 gezeigt ist, sehen demnach 95% der Befragten den Energieverbrauch noch vor dem Kaufpreis (93%) als wichtiges oder sehr wichtiges Kaufkriterium. Kriterien wie Design (58%), Marke (49%) oder Motorleistung (47%) werden dagegen als weniger wichtig eingestuft. Damit wird deutlich, dass vor dem Hintergrund schwindender fossiler Ressourcen und steigender Energiekosten die rationalen und ökonomischen Aspekte bei der Anschaffung eines Fahrzeugs immer dominanter werden. Darüber hinaus lässt sich angesichts der sichtbaren Folgen von Klimawandel und Treibhauseffekt eine Emotionalisierung für den ökologischen Betrieb eines Fahrzeugs feststellen. So verbinden 42% der Befragten Spaß am Autofahren mit dem Betrieb eines Fahrzeugs mit innovativer Klimaschutztechnologie. Die Kriterien große Motorleistung (11%) oder Fahrzeuggröße und Repräsentativität (9%) spielen hingegen nur eine untergeordnete Rolle.
Andreas Freuer

2. Stand der Technik

Zunächst werden die maßgeblichen Einflussfaktoren auf den Energieverbrauch eines Fahrzeugs diskutiert und verbrauchssparende Maßnahmen vorgestellt. Daraus wird die große Bedeutung einer energieeffizienten und vorausschauenden Fahrweise deutlich. Anschließend wird der momentane Stand der Technik im Bereich der Fahrerassistenz für die energieeffiziente Längsführung von Kraftfahrzeugen zusammenfassend vorgestellt und hinsichtlich des weiteren Forschungsbedarfs ausgewertet. Darauf folgend wird die Zielsetzung für diese Arbeit festgelegt.
Andreas Freuer

3. Grundlagen und Methoden

Im folgenden Kapitel 3.1 werden zunächst allgemeine Grundlagen im Bereich der Automatisierung der Fahrzeugführung zusammengefasst. Der Schwerpunkt liegt dabei auf der systematischen Klassifikation von Assistenzsystemen für die automatisierte Fahrzeugführung und in der Beschreibung des Stands der Technik bei der Informationsbereitstellung für derartige Systeme. Im darauf folgenden Kapitel 3.2 werden regelungstechnische Grundlagen für den Entwurf einer energetisch optimierten Fahrzeuglängsführung vorgestellt.
Andreas Freuer

4. Energetisch optimierte Fahrzeuglängsführung

Dieses Kapitel beschreibt den Entwurf und die praktische Umsetzung der energetisch optimierten Fahrzeuglängsführung. Zunächst werden im folgenden Kapitel 4.1 das Versuchsfahrzeug und das umgesetzte Systemlayout vorgestellt und die Randbedingungen für diese Arbeit festgelegt. Im Kapitel 4.2 werden im ersten Schritt Funktionsumfang und Optimierungsansatz erläutert. Anschließend werden bei der Optimierung zu berücksichtigende Referenz- und Grenzfahrstrategien eingeführt und eine mathematische Formulierung für das Optimalsteuerungsproblem der energetisch optimierten Fahrzeuglängsführung aufgestellt. Das Verfahren zum Lösen des Optimalsteuerungsproblems sowie die Herleitung von Modellbeschreibungen für die Prädiktion von Zielgrößen und Fahrzeugzuständen innerhalb der Optimierungshorizonte werden in dem Kapitel 4.3 beschrieben. Im darauf folgenden Kapitel 4.4 werden Details zur Echtzeit-Implementierung des modellprädiktiven Ansatzes und das praktisch umgesetzte Regelkreiskonzept vorgestellt.
Andreas Freuer

5. Ergebnisse

Die Funktionsweise und das Verbrauchspotential des entwickelten Assistenzsystems für die energetisch optimierte Fahrzeuglängsführung werden in diesem Kapitel vorgestellt. Die Zusammenfassung der Ergebnisse gliedert sich in zwei Teile. Im Kapitel 5.1 wird zunächst die Funktionsweise des Systems in ausgewählten Fahrsituationen und in reproduzierbaren Fahrversuchen veranschaulicht. Der Schwerpunkt dieser Analysen liegt vorwiegend auf der Darstellung und Auswertung von optimalen Fahrstrategien in reproduzierbaren Fahrsituationen. Die Vorstellung des Verbrauchspotentials im realen Fahrbetrieb ist Gegenstand des anschließenden Kapitels 5.2. Dazu werden die Verbrauchsergebnisse einer repräsentativen Probandenstudie ausgewertet. Diese wurde zur Bewertung des Verbrauchspotentials und der Fahrerakzeptanz im Realverkehr durchgeführt. Die Ergebnispräsentation umfasst eine statistische Absicherung der messtechnisch ermittelten Ergebnisse, die Diskussion von den Energieverbrauch beeinflussenden Faktoren sowie eine Analyse der Verbrauchsaufteilungen und der antriebsseitigen Betriebspunkte in den Messfahrten.
Andreas Freuer

6. Zusammenfassung und Ausblick

In der vorliegenden Arbeit wurde ein Assistenzsystem für die energetisch optimierte Längsführung eines Elektrofahrzeugs entworfen und dessen statistisches Verbrauchspotential im realen Fahrbetrieb in einem urbanen Verkehrsumfeld untersucht. Das entwickelte System verarbeitet Informationen über die vorausliegende Strecke aus einer digitalen Straßenkarte und nutzt einen RADAR-Sensor zur Erfassung des vorausfahrenden Verkehrs. Aus diesen Umfeldinformationen werden situationsspezifische Grenzwerte für die Fahrgeschwindigkeit und eine Referenzfahrstrategie für einen vorausliegenden Streckenhorizont berechnet. Diese dienen als Grenzwerte und Vergleichsbasis für die energetische Optimierung der Fahrzeuglängsführung im Rahmen eines modellprädiktiven Ansatzes, in dem durch wiederholtes Lösen eines Optimalsteuerungsproblems energieeffiziente Geschwindigkeitstrajektorien bestimmt werden.
Andreas Freuer

Backmatter

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