ISBN 978-3-8439-1191-7

978-3-8439-1191-7, Reihe Fahrzeugtechnik

Marcus Kalabis
Steigerung der Energieeffizienz von Kraftfahrzeugen durch modellbasierte prädiktive Geschwindigkeits- und Abstandsregelung

149 Seiten, Dissertation Technische Universität Kaiserslautern (2013), Softcover, A5

Zusammenfassung / Abstract

Die vorliegende Arbeit beinhaltet die Entwicklung eines modellbasierten prädiktiven Regelalgorithmus zur Ermittlung und Realisierung energieeffizienter Fahrstrategien für ein konventionell angetriebenes Personenkraftfahrzeug.

Zu diesem Zweck wird innerhalb des Reglers der vorausliegende Streckenabschnitt einschließlich des Verkehrs, der Fahrbahnsteigung und der Kurvenradien modelliert. Die entsprechenden Daten werden einer digital vorliegenden Karte entnommen. Unter Einhaltung von Randbedingungen wie Fahrtdauer und Höchstgeschwindigkeit auf dem betrachteten Streckenabschnitt wird die optimale Lösung einer Kostenfunktion durch eine numerische Optimierung in Echtzeit bestimmt. Dabei werden die Verläufe der Fahrgeschwindigkeit, der dazugehörigen Fahrwiderstände und des resultierenden Kraftstoffverbrauchs modellbasiert prädiziert. Die betrachtete Kostenfunktion ermöglicht die numerische Bewertung des Kraftstoffverbrauchs sowie von Teilen des längsdynamischen Verhaltens des geregelten Fahrzeugs. Bei ihrer Minimierung kommt ein eigens für diese Kostenfunktion generierter Solver zum Einsatz. Nach erfolgtem Regeleingriff wird die gesamte Sequenz mit aktualisierten Eingangsdaten wiederholt.

Die so erzeugte Fahrweise wird durch Vergleich mit derjenigen eines aktuellen Abstandsregeltempomaten unter Berücksichtigung des veränderten Kraftstoffverbrauchs, der Fahrtdauer und des Fahrzeugverhaltens bewertet. Eine objektive Analyse findet in der Simulation statt, die subjektive Bewertung anhand von Testfahrten mit einem entsprechend ausgestatteten Versuchsträger. Dabei wird zunächst die Abhängigkeit des Einsparpotenzials von der Fahraufgabe dokumentiert. In der Simulation lassen sich Kraftstoffeinsparungen im mittleren einstelligen Prozentbereich ohne Verlängerung der Fahrtdauer für viele Fahraufgaben nachweisen.

Des Weiteren werden Möglichkeiten zur funktionalen Erweiterung des entwickelten Reglers durch Einbindung weiterer Datenquellen aufgezeigt.