Steigerung der Energieeffizienz von schweren Nutzfahrzeugen im Straßengüterverkehr durch prädiktive Regelansätze

Die zu erwartende weitere Zunahme des Straßengüterverkehrs in Deutschland bei gleichzeitig höheren Anforderungen an die Reduktion von Treibhausgasemissionen sowie verstärktem Mangel an Berufskraftfahrern stellt die Lkw-Branche vor große Herausforderungen. Eine umfangreiche Automation des Straßengüterverkehrs ermöglicht es, diesen Herausforderungen zu begegnen. So kann mithilfe eines automatisierten Fahrzeugbetriebs einerseits die energieeffiziente Fahrzeuglängsführung sichergestellt und andererseits die Anzahl benötigter Fahrer reduziert werden. Eine besonders vielversprechende Möglichkeit stellt in diesem Zusammenhang das Kolonnenfahren zweier oder mehrerer elektronisch gekoppelter Lkw im Fernverkehr bei geringen Fahrzeugabständen dar. Ein zentraler Vorteil dieser Platooning-Technologie ist die Reduktion des Luftwiderstands aller Kolonnenfahrzeuge bei besagten geringen Abständen und die damit einhergehende Reduktion der zum Fahren benötigten Energie.

Übergeordnetes Ziel der vorliegenden Arbeit ist es, die Energieeffizienz von Lkw-Kolonnen weiter zu steigern. Dabei bieten vor allem die gezielte Variation des Abstands zwischen den Einzelfahrzeugen im Rahmen eines zentralen Regelansatzes sowie die Verwendung von batterieelektrisch betriebenen Lkw innerhalb der Kolonne entsprechendes Potential. Untersuchungen bezüglich der Auswirkungen der Bremsenergierückgewinnung batterieelektrisch betriebener Fahrzeuge auf die Längsdynamik und die Energieeffizienz von Kolonnen sind in der Literatur rar.

Zur Ausnutzung des beschriebenen Potentials werden auf modellprädiktiven Verfahren basierende Kolonnenlängsdynamikregler unterschiedlicher Lösungsverfahren umgesetzt. Diese ermöglichen die Berücksichtigung des vorausliegenden Streckensteigungsverlaufs und somit eine im Sinne der Energieeffizienz zielführende Anpassung der Fahrzeuggeschwindigkeiten an die Topographie. Die entwickelten Regler werden innerhalb einer Simulationsumgebung hinsichtlich ihrer Eignung zur Energieeffizienzsteigerung miteinander verglichen. Ein dem Lösungsverfahren der direkten Methoden zuzuordnender Ansatz stellt sich hierbei als besonders geeignet heraus. Mit diesem kann simulativ eine gesteigerte Energieeffizienz von Lkw-Kolonnen nachgewiesen werden. Untersuchungen zu längeren realen Streckensteigungsverläufen deutscher Bundesautobahnen ermöglichen zudem eine Quantifizierung dieses Einsparpotentials.

Insgesamt  leistet die vorliegende Arbeit einen zentralen Beitrag zur detaillierten Untersuchung des Potentials modellprädiktiver Regelansätze zur weiteren Energieeffizienzsteigerung von Kolonnen aus Lkw mit verbrennungsmotorischen und batterieelektrischen Antrieben.