Intelligente Tourenplanung mit dem Velomobil
Die Routenplanung der Zukunft soll nicht nur die beste Strecke im Voraus ermitteln, sondern auch die Energieeffizienz während der Fahrt messen und die Steuerung daran anpassen. Informatiker stellen ihre Vorstellungen von intelligentem Transport auf der Hannover Messe am Beispiel eines Velomobils vor.
Die beiden Velomobile des Forschungsprojektes „Stella“: Informatiker haben mit hohem Bezug zur Praxis Steuerungselemente entwickelt, die eine möglichst energieeffiziente Tourenplanung möglich machen.
Foto: (Quelle: Alexander Asteroth)
In ihrem Projekt „Stella“ arbeiten die Forscher der Hochschule Bonn-Rhein-Sieg in Sankt Augustin daran, wie Mobilität immer effizienter werden kann. Dafür hat sich das Team um Professor Alexander Asteroth im Bereich angewandte Informatik den Anforderungen eines hohen Praxisbezuges gestellt. Theoretische Berechnungen zur effizienten Mobilität sollen auch in der realen Welt Bestand haben. Die Versuche hierzu haben die Wissenschaftler mit elektrischen Velomobilen umgesetzt.
Versuche zu energieoptimierten Fahrstrategien mit dem Velomobil
Velomobile eignen sich besonders gut für die Versuche, weil sie leicht und aerodynamisch sind und ein geringes Leistungsgewicht, also ein geringes Verhältnis von Leistung zu Masse haben. Das bedeutet, dass das Profil des Geländes über das eine Fahrtstrecke führt, besonders großen Einfluss auf den Energieverbrauch hat. Hier kann also durch eine intelligente Steuerung, welche die Steigungen auf der vorausliegenden Strecke berücksichtigt, die Effizienz signifikant gesteigert werden.
Für ihre Forschungen griffen die Informatiker unter anderem auf das Velomobil „Alleweder A4-T45“ der Firma Akkurad zurück. Das Fahrzeug-Design ist hier bereits hochoptimiert, was Geschwindigkeit und Effizienz betrifft, so dass die Forscher sich auf die Entwicklung einer intelligenten Steuerung konzentrieren konnten. Das Alleweder ist ein typisches Velomobil mit Elektroantrieb. Aus dem Liegerad entwickelt, hat es drei Räder und eine geschlossene stromlinienförmige Verkleidung, die an die Form einer Zigarre erinnert. Das A4-T45 wiegt 39 Kilogramm, hat eine Motorleistung von 500 Watt und fährt maximal 45 Stundenkilometer schnell. Das Alleweder 4 ist die vierte Version des ersten Alleweder, das Ende der 80er Jahre das erste Mal gebaut wurde. Hiervon gibt es auch eine Selbstbauversion, die die Sankt Augustiner Wissenschaftler ebenfalls für ihre Tests verwendet haben.
Bild vom Bau des A4-T45 Versuchsfahrzeugs.
Quelle: Alexander Asteroth
„Unsere erste Herausforderung ist die Entwicklung von Methoden zur Generierung nahezu energieoptimaler Fahrstrategien auf Basis von Höhenprofilen“, schreiben Professor Asteroth und sein Team auf der Homepage des Stella-Projektes. Mit möglichst realistischen Modellen vom Fahrzeug und von der Umgebung simulieren die Forscher die optimale Steuerung, so dass die Ergebnisse auch effektiv nutzbar werden.
Steuerung reagiert in Echtzeit und berechnet den Energiebedarf
Wichtig sei es, ein möglichst präzises Wissen über den Ort, an dem das Velomobil sich gerade befindet, zu erhalten. „Eine besondere Herausforderung besteht dabei darin, dass das Fahrzeug sich in Bewegung befindet.“ Dafür haben die Wissenschaftler anpassungsfähige Steuerungssysteme entwickelt, die eine nahezu optimale Fahrt in Bezug auf den Energieverbrauch ermöglichen.
Die Steuerung reagiert zum Beispiel fast ohne Verzögerung, so dass sie in Echtzeit direkt im Fahrzeug verwendet werden kann – sogar dann, wenn nur minimale Rechenleistung zur Verfügung steht. „Unsere Steuerung kann auch verwendet werden, um den Energiebedarf für eine Auswahl an Fahrstrecken zu bestimmen, bevor diese gefahren werden. Sie ermöglicht so eine energieeffiziente Routenplanung als Alternative zur Planung auf der Basis kürzester Wege“, erklärt Professor Asteroth.
Auch die menschliche Komponente wollen die Wissenschaftler in ihre Untersuchungen einbeziehen. Hierfür sollen Steuerungen entwickelt werden, „die das Potenzial der Mensch-Maschine-Kooperation nutzen“. Das könnte etwa bedeuten, dass optimierte Trainingsprogramme für den Fahrer entwickelt werden, die dessen Stärken ausnutzen und so die Gesamteffizienz maximieren.
Schließlich denken die Forscher auch daran, dass die entwickelten Techniken nicht nur bei Velomobilen zum Einsatz kommen. Auch für andere Fahrzeuge mit einem niedrigen Verhältnis von Kraft zu Masse, etwa bei Lkw oder Zügen, sei dies möglich.
Die Hochschule Bonn-Rhein-Sieg stellt auf dem Stand der Wissenschaftsregion Bonn aus: Halle 2 (Research & Technology), Stand D 29.
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