Energieeffizientes Fahren 2014 (EFA2014) - 2. Projektphase Erhöhung der Reichweite von Elektrofahrzeugen: Abschlussbericht

In AP 1.4 wurde ein Verfahren zur Schaltzeitprognose verkehrsabhängiger Lichtsignalanlagen entwickelt, welches auf eine Vielzahl weiterer Lichtsignalanlagen anwendbar ist. Weiterhin wurden (AP.1.4.5) im Bereich der spurgenauen Ortung, die auf Basis von GPS ermittelten Positionen durch Fusion mit anderen Sensordaten, wie der axialen Beschleunigungen und den Drehraten um die Fahrzeughochachse sowie der Einbeziehung einer digitalen Karte (Digital Enhanced Map), diese hinsichtlich einer Spurdetektion weiterhin verbessert. Im Bereich der Datenübertragung (LSA-Fzg.) konnte die erste Teilstrecke von der Verkehrsmanagementzentrale zum Serviceprovider im Labor untersucht werden. In AP 2.1 wurde eine auf der optimalen Steuerung basierte Methode zum Energiemanagement von seriellen Hybriden entwickelt. Die optimale Ansteuerung von Motor-Start-Stopp, Gangwahl und Momentenaufteilung wird modellprädiktiv unter Beachtung des Kraftstoffverbrauchs und der Schademissionen berechnet. Nach Anpassung auf praktische Randbedingungen, lässt sich diese Methode in zukünftigen Hybridfahrzeugen als optimales Energiemanagement nutzen. Die in AP 3.1 entwickelte Softwareumgebung zur gekoppelten Fahrzeug und Verkehrssimulation wurde an Beispielszenarien getestet. Für ein Modell der Versuchsstrecke wurde umfangreiche Analysen des Ampelassistenzfunktion in komplexen Verkehrsszenarien durchgeführt. Für eine Variation verschiedener Parameter, wie Wirkreichweite, Verkehrsstärke, usw. konnten Aussagen über das Potential getroffen werden. In Zusammenarbeit mit AP 3.3 wurde ein Ampelassistenzsystem und die Ansteuerung des Active-Force-Feedback Pedals im Demonstrator implementiert. In AP 3.3 wurde ein Konzept zur Darstellung von LSA-Daten im Fahrzeug erarbeitet. Dieses wurde in einem Versuchsträger umgesetzt. Dazu wurde der Versuchsträger hardwareseitig ertüchtigt, und für die Untersuchung verschiedener Varianten der Darstellung eingesetzt.:I. Versionsübersicht 4 II. Kurze Darstellung 5 1. Aufgabenstellung 5 2. Voraussetzungen 6 3. Planung und Ablauf des Vorhabens 7 4. Wissenschaftlicher und technischer Stand 8 5. Bekannte Konstruktionen, Verfahren und Schutzrechte 9 6. verwendete Fachliteratur und Informations- und Dokumentationsdienste 9 7. Zusammenarbeit mit anderen Stellen 10 III. Eingehende Darstellung 11 1. Arbeitsinhalte und erzielte Ergebnisse 11 AP 1.4: Datenmanagement 11 AP 2.1: Range-Extender-Betriebsstrategien 40 AP 3.1: Fahrstrategie 63 AP 3.3: Mensch-Maschine-Interface 73 2. Nutzen der Ergebnisse 81 3. Fortschritt bei anderen Stellen 82 4. Veröffentlichungen und studentische Arbeiten 83 Vorträge 83 Publikationen 83 Studentische Arbeiten 84 IV. Literaturverzeichnis 8

Prädiktiver Betrieb von Multi-Hybrid-Antrieben im SPNV

Wichtige Kriterien für den Personennahverkehr sind eine hohe Fahrgastkapazität und ein niedriger spezifischer Kraftstoffverbrauch. Daher ist die Bahn ideal, um die notwendigen Transportleistungen im täglichen Pendelverkehr zu erbringen. Die Nebenstrecken von ländlichen Gebieten in die Städte hinein sind meist nicht- oder nur teilelektrifiziert, da neben den Pendlern kaum ein zusätzliches Fahrgastaufkommen vorhanden ist und diese auch für den Güterverkehr meist keine Bedeutung haben. Um die Vorteile von elektrischen Antrieben wie Rekuperation von Bremsenergie und leisem Betrieb auf solchen Strecken realisieren zu können, bieten sich hybride Fahrzeugkonfigurationen an. Diese versprechen großes Potenzial durch häufige Halte und kurze Haltestellenabstände. Klassische Dieseltriebwagen setzen auf mehrere getrennte Antriebsanlagen, die sich jeweils an den Zugenden befinden. Werden sie um Elektromotoren ergänzt, ergeben sich viele zusätzliche Freiheitsgrade, deren Optimierung aber komplexere Herangehensweisen als bisher erfordern. Neben der Möglichkeit, die momentan aktiven Maschinen einzeln zu selektieren, bietet selbst ein einfaches Hybridsystem mit nur einer Antriebsanlage die Möglichkeit der dynamischen und nahezu unbeschränkten Aufteilung der Drehmomente zwischen ihnen. Erweitert man diesen Hybrid um zusätzliche Antriebsanlagen im gleichen Fahrzeug auf ein Multi-Hybrid-System oder betreibt sie in Mehrfachtraktion, wird zur Gesamtsystemoptimierung eine übergeordnete Steuereinheit erforderlich, die die Drehmomente entsprechend des Wirkungsgrades am momentanen Lastpunkt sinnvoll aufteilt. Ziel dieser Arbeit ist es, auf Basis der Bewertungskriterien „mögliche Kraftstoffeinsparung“, „Komplexität der Implementierung“ und „Echtzeitfähigkeit“ eine Betriebsstragie samt zugehörigem Fahrzeugenergiemanagement zu entwerfen. Dafür wurden drei verschiedene Ansätze - Fuzzylogik, Kraftstoffäquivalenzverfahren (ECMS) und dynamische Programmierung nach Bellman (DP) - ausgearbeitet, implementiert und ausgewertet

Energiemanagement für eine parallele Hybridfahrzeugarchitektur

Durch die Integration mindestens eines weiteren Energiewandlers in den Antriebsstrang gewinnen parallele Hybridfahrzeuge einen zusätzlichen Freiheitsgrad gegenüber konventionellen Fahrzeugen. Neben der Auslegung und Effizienz der einzelnen Antriebskomponenten, ist vor allem die Nutzung dieses zusätzlichen Freiheitsgrades entscheidend dafür verantwortlich, inwiefern die beim Betrieb eines Hybridfahrzeugs erwünschten Ziele, wie die Minimierung des Kraftstoffverbrauchs oder der Abgasemissionen, erreicht werden können. Zuständig dafür sind sogenannte Betriebsstrategien. In einem ersten Schritt gibt die vorliegende Diplomarbeit einen Überblick aktueller Betriebsstrategieansätze für Fahrzeuge mit einer parallelen Hybridarchitektur und stellt ausgewählte Beiträge wertend gegenüber. Anschließend wird mit der optimierungsbasierten Equivalent Consumption Minimization Strategy (ECMS) ein vielversprechender Ansatz in ein MATLAB/Simulink-Längsdynamikmodell umgesetzt. Die für diesen Ansatz maßgebliche Bestimmung des Äquivalenzfaktors erfolgt dabei ohne Verwendung von Prädiktionsdaten. Eine Gegenüberstellung der erzielten Kraftstoffverbrauchswerte zu denen einer regelbasierten Betriebsstrategie, zeigt die Vorteile des implementierten ECMS-Ansatzes. Um den unterschiedlichen Ladezuständen am Fahrtende gerecht zu werden, wird eine ladungsabhängige Kraftstoffkorrektur vorgestellt.:Abbildungsverzeichnis VII Tabellenverzeichnis IX Abkürzungs- und Symbolverzeichnis X 1 Einleitung 1.1 Motivation 1.2 Zielstellung der Arbeit 1.3 Struktur der Arbeit 2 Energiemanagement paralleler Hybridfahrzeugarchitekturen 2.1 Hybridfahrzeuge 2.2 Hybridfahrzeugarchitekturen 2.3 Betriebsstrategien für parallele Hybridfahrzeugarchitekturen 2.3.1 Betriebsstrategie - Begriffsbestimmung und Einordnung in das Energiemanagement 2.3.2 Bewertungskriterien von Betriebsstrategien 2.3.3 Überblick Betriebsstrategien 3 Optimierungsbasierte Betriebsstrategien 3.1 Mathematischer Ansatz 3.1.1 Das parallele HEV als Anwendungsfall 3.1.2 Neben- und Randbedingungen 3.2 Globale optimierungsbasierte Betriebsstrategien 3.2.1 Dynamische Programmierung (DP) 3.2.2 PONTRJAGINsches Maximumsprinzip (PMP) 3.2.3 Approximation der Kennfelder 3.2.4 Suchheuristiken 3.3 Lokale optimierungsbasierte Betriebsstrategien 3.3.1 Equivalent Consumption Minimization Strategy (ECMS) 3.3.2 Gegenüberstellung ECMS und PMP 3.3.3 Bestimmung des Äquivalenzfaktors 3.4 Zusammenfassung der Vor- und Nachteile optimierungsbasierter Ansätze 4 Regelbasierte Betriebsstrategien 4.1 Deterministisch 4.1.1 Regeladaption mittels Suchheuristiken 4.1.2 Regeldefinition mittels PMP/ECMS 4.2 Fuzzy-Logik 4.3 Zusammenfassung der Vor- und Nachteile regelbasierter Ansätze 5 Auswahl eines zu implementierenden Strategieansatzes 6 Vorstellung des verwendeten Simulationsmodells 6.1 Betrachtete Fahrzyklen 6.2 Fahrzeugmodell 6.3 Implementierung der ECMS 6.3.1 Korrektur des Kraftstoffverbrauchs bei Ladungsabweichung 6.3.2 Auswahl der Strafkosten für den Gangwechsel und den VM- Betriebszustand 7 Simulation und Auswertung des implementierten Strategieansatzes. 7.1 Erweiterung der ECMS durch die nichtprädiktive Anpassung des Äquivalenzfaktors nach PEI 7.1.1 Auswahl des Skalierungsfaktors a - ohne Anpassung des Referenzwerts (λref = const) 7.1.2 Auswahl der Proportionalverstärkung Kp - Anpassung des Referenzwerts (λref ≠ const) 7.2 Vergleich der ECMS mit einer regelbasierten Betriebsstrategie 8 Zusammenfassung und Ausblick Quellenverzeichnis AnhangBy integrating at least one additional energy converter into the drive train, parallel hybrid vehicles gain an additional degree of freedom compared to conventional vehicles. In addition to the design and efficiency of the individual drive train components, especially the use of this additional degree of freedom is the key responsible to achieve the desired goals in the operation of a hybrid vehicle, such as minimizing fuel consumption and exhaust emissions. Responsible for this are so-called supervisory strategies. In a first step, the present thesis provides an overview of current supervisory control strategies for vehicles with a parallel hybrid architecture and compares selected approaches. In a second step, a promising Equivalent Consumption Minimization Strategy (ECMS) is chosen and implemented in a MATLAB/Simulink-longitudinal dynamics model. This approach relates on the determination of the equivalence factor which is carried out without the use of prediction data. A comparison of the fuel consumption, obtained for a rule-based supervisory strategy, shows the advantages of the implemented ECMS approach. To consider the different states of charge at the end of the trip, a charge-dependent fuel correction will be presented.:Abbildungsverzeichnis VII Tabellenverzeichnis IX Abkürzungs- und Symbolverzeichnis X 1 Einleitung 1.1 Motivation 1.2 Zielstellung der Arbeit 1.3 Struktur der Arbeit 2 Energiemanagement paralleler Hybridfahrzeugarchitekturen 2.1 Hybridfahrzeuge 2.2 Hybridfahrzeugarchitekturen 2.3 Betriebsstrategien für parallele Hybridfahrzeugarchitekturen 2.3.1 Betriebsstrategie - Begriffsbestimmung und Einordnung in das Energiemanagement 2.3.2 Bewertungskriterien von Betriebsstrategien 2.3.3 Überblick Betriebsstrategien 3 Optimierungsbasierte Betriebsstrategien 3.1 Mathematischer Ansatz 3.1.1 Das parallele HEV als Anwendungsfall 3.1.2 Neben- und Randbedingungen 3.2 Globale optimierungsbasierte Betriebsstrategien 3.2.1 Dynamische Programmierung (DP) 3.2.2 PONTRJAGINsches Maximumsprinzip (PMP) 3.2.3 Approximation der Kennfelder 3.2.4 Suchheuristiken 3.3 Lokale optimierungsbasierte Betriebsstrategien 3.3.1 Equivalent Consumption Minimization Strategy (ECMS) 3.3.2 Gegenüberstellung ECMS und PMP 3.3.3 Bestimmung des Äquivalenzfaktors 3.4 Zusammenfassung der Vor- und Nachteile optimierungsbasierter Ansätze 4 Regelbasierte Betriebsstrategien 4.1 Deterministisch 4.1.1 Regeladaption mittels Suchheuristiken 4.1.2 Regeldefinition mittels PMP/ECMS 4.2 Fuzzy-Logik 4.3 Zusammenfassung der Vor- und Nachteile regelbasierter Ansätze 5 Auswahl eines zu implementierenden Strategieansatzes 6 Vorstellung des verwendeten Simulationsmodells 6.1 Betrachtete Fahrzyklen 6.2 Fahrzeugmodell 6.3 Implementierung der ECMS 6.3.1 Korrektur des Kraftstoffverbrauchs bei Ladungsabweichung 6.3.2 Auswahl der Strafkosten für den Gangwechsel und den VM- Betriebszustand 7 Simulation und Auswertung des implementierten Strategieansatzes. 7.1 Erweiterung der ECMS durch die nichtprädiktive Anpassung des Äquivalenzfaktors nach PEI 7.1.1 Auswahl des Skalierungsfaktors a - ohne Anpassung des Referenzwerts (λref = const) 7.1.2 Auswahl der Proportionalverstärkung Kp - Anpassung des Referenzwerts (λref ≠ const) 7.2 Vergleich der ECMS mit einer regelbasierten Betriebsstrategie 8 Zusammenfassung und Ausblick Quellenverzeichnis Anhan

Aspekte der Verkehrstelematik – ausgewählte Veröffentlichungen 2014

Im fünften Band der Schriftenreihe Verkehrstelematik stehen die intermodalen Forschungsthemen aus ausgewählten Veröffentlichungen das Jahres 2014 der Professur für Verkehrsleitsysteme und prozessautomatisierung an der Fakultät Verkehrswissenschaften „Friedrich List“ der Technischen Universität Dresden im Fokus. Die Beiträge des Bandes können in diesem Jahr drei Schwerpunkten zugeordnet werden. Dabei handelt es sich zum einen um Veröffentlichungen zum abgeschlossenen EU-Projekt ON-TIME, das sich dem Thema Verkehrsmanagement und Fahrerassistenz sowie Fahrplanbewertung und optimierung in Bahnsystemen widmet. Fragestellungen zu Verkehrsdaten hinsichtlich des Designs von Datenschnittstellen, der Datenerfassung und -auswertung sowie des Erzeugens von Verkehrsdaten durch Realdaten-kalibrierte Simulationen sind ein zweites Kernthema. Hier reicht die Spannweite von Ansätzen bei der Zugfahrtsimulation der Vollbahn über Leistungsspitzenreduktion bei Straßen- und Stadtbahnen bis hin zu Lichtsignal-Assistenten im Straßenverkehr. Den dritten Schwerpunkt bilden Beiträge zum VAMOS, dem Verkehrsmanagementsystem der Stadt Dresden. Neben einem kurzen Abriss über Entstehung und Umfang des Systems ist die Nutzung der Datenbasis Ausgangspunkt für mehrere Fachpublikationen. Auch hierbei verfolgt die Professur einen multimodalen Ansatz. So zeigen Artikel über die Steigerung der ÖPNV-Qualität einerseits und Assistenzfunktionen des Individualverkehrs zur energieeffizienten Fahrt andererseits, dass VAMOS-Daten für verschiedene Verkehrsträger nutzbar sind