7. ViMOS-Tagung am in Dresden

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1 7. ViMOS-Tagung am in Dresden Fakultät Verkehrswissenschaften Friedrich List Institut für Verkehrstelematik / Institut für Automobiltechnik Dresden Das Forschungsprojekt CECC Energieeffiziente Informationstechnik und Betriebsstrategien für Fahrerassistenzsysteme in Kooperation mit Lichtsignalanlagen Oliver Michler, Prof. Dr.-Ing. Robert Richter, Dipl.-Ing. Richard Weber, Dipl.-Ing. Klaus Koop, Dipl.-Ing. Lehrstuhl Informationstechnik für Verkehrssysteme Bernard Bäker, Prof. Dr.-Ing. Philipp Schuricht, Dipl.-Ing. Lehrstuhl Fahrzeugmechatronik WIR BEWEGEN DIE WELT.

2 Cool Energy Car Communication (CECC) CECC 10/ /2013 Das Projekt Cool Energy Car Communication (CECC) wird als Teil des Spitzenclusters Cool Silicon im Rahmen des Spitzencluster-Wettbewerbs des Bundesministeriums für Bildung und Forschung (BMBF) gefördert. Dieses Projekt wird aus Mitteln des Europäischen Fonds für regionale Entwicklung (EFRE) und des Freistaates Sachsen gefördert.

3 Motivation / Projektansatz - Die Anzahl elektrischer und insbesondere elektronischer Verbraucher in Kraftfahrzeugen steigt seit Jahren erheblich. Solche elektronischen Verbraucher werden in Assistenz-, Sicherheits- und Infotainmentsystemen eingesetzt. - Bisher stand ausschließlich die Funktionalität und Leistungsfähigkeit bei der Informations- und Datenübertragung im Vordergrund, der zusätzliche energetische Aufwand wurde nicht berücksichtigt und steigert damit den Kraftstoff- bzw. Energieverbrauch des Fahrzeugs. Ziel: Einsparung elektrischer Energie bei der Steuerung und beim Betrieb von Kraftfahrzeugen durch den Einsatz energieeffizienter Fahrzeugelektronik zur Informations- und Datenübertragung sowie zur energieeffizienten Ansteuerung elektrischer und elektronischer Verbraucher

4 Energieeffizienter LSA-Assistent Ampelmodul (Konzeptentwicklung) Fahrzeugmodul (Konzeptentwicklung) Nr. Beschreibung der Projekt-Zielapplikationen Optimierung von Auto-Motor-Start-Stop-Systemen Geschwindigkeitsempfehlung zur optimierten Anfahrt an die Ampelkreuzung Realisierung eines Linksabbiegeassistenz-, Anfahrassistenz-Systems Situationsadaptive Ansteuerung von Fahrzeug-Systemkomponenten

5 Car2X-Projekte und Systemansätze (Auswahl) LSA-Assistenzfunktionen Geschwindigkeitsempfehlung Dynamische Routenplanung Dyn Motor Start-Stop Funktion Fahrspurempfehlung LSA-Umlaufzeiten Sensornetzwerk: IEEE

6 Optimierungsbereiche TUD - Teilprojekt CCIT Energieoptimierung durch Einsatz von Simulatoren zur Bestimmung optimaler Antennenstandorte und geeigneter Parameterkonfigurationen Auswahl und Erprobung mobiler Übertragungstechnologien und Antennenkonfigurationen unter energetischen Gesichtspunkten Entwicklung und Erprobung von energieeffizienten Positionierungs- und Tracking-Verfahren für die fahrspurselektive Ortung (Submeter-Genauigkeit) Auslegung und energetischer Vergleich eines fahrzeugbezogenen Software Defined Radio (SDR)-Ansatzes für die Fahrzeugkommunikation mit modularen Einzeltechnologien Verkehrsfluss-Simulationsumgebung und Feldmessungen zur Wirksamkeitsanalyse eines LSA-Annäherungsassistenten Darstellung von energieeffizienzorientierten Fahrhinweisen für den Kraftfahrzeugführer

7 Simulation / Funkplanung (Ansatz) Festlegung der Ausleuchtung (Coverage) Auswahl Antennenpolarisation Einsatz Empfangsantennendiversity Abschätzungen zur Ortungsgenauigkeit Elektrisch parametriertes 3D-Modell der Hochschulstraße 3D-Laserscanner [DA Weichelt] [SA Junkert] MODELLBILDUNG Erstellung Umgebungsmodell und Parametrierung SIMULATION SIMULATIONSAUSWERTUNG

8 Simulation / Funkplanung (Ergebnisse) [DA Weichelt, SA Junkert] ] Ray-Tracing-Simulation Modellierte LSA-Masten mit Antennenstandorten 4 Sektorantennen jeweils an den Kreuzungsarmen Verschiedene Antennenpolarisationen (Differenzplot)

9 Energieeffiziente Betriebsstrategien des Kommunikationsmoduls Dauerbetrieb: Modul befindet sich ohne Unterbrechung im Modus Empfangen Hohe Leistung: Modul wechselt zwischen Modi Empfangen und Sleep/Idle aller ca. 0,5 s Mittlere Leistung: Modul wechselt zwischen Modi Empfangen und Sleep/Idle aller ca. 1 s Geringe Leistung: Modul wechselt zwischen Modi Empfangen und Sleep/Idle aller ca. 2 s

10 Energieeffizienzmessungen am Kommunikationsmodul / Messplatz Standardbetrieb-KM Optimierter KM WLAN-Modul Modul Dauer eingeschaltet 36,0 s 16,2 s 36,0 s Modul Dauer ausgeschaltet 0,0 s 19,8 s 0,0 s Leistungsaufnahme eingeschaltet 39,6 mw 1,3 W Leistungsaufnahme ausgeschaltet 4,4 µw --- Energiebedarf insgesamt 1425,6 mws 641,6 mws 46,8 Ws Energieeinsparung 55 % bzw. 98%

11 Anforderungen an die Ortung im Zush. mit den Betriebsstrategien

12 Energieeffiziente Ortungsverfahren mit Sensornetzwerken (Prinzip) Prinzip: Sensorknoten Ankerknoten mobiler Sensorknoten messbare Distanz Voraussetzung: [ZigPos] Mikrocontroller Sensor bzw. Aktor Speicher Kommunikationseinheit Energiequelle Mindestanzahl von Ankersensorknoten (n = 4) Ortungsgenauigkeit ist u.a. abhängig von Messfehlern, der geometrischen Konstellation sowie der Art und Besetzung des zu lösenden (überbestimmten) Gleichungssystems

13 Implementierung modularer Verfahren (Framework) Absolute Ankerkoordinaten Synthetische Daten - Distanzberechnung - Fehleraddition - Entfernen nicht verfügbarer Distanzen Kalibrierung Sammeln aller Distanzen (Medianbildung) Berechnung relativer Positionen (CMDS, SMACOF) absolute Ankerkoordinaten Applikation Berechnung absoluter Positionen mobiler Knoten (LS, LMS) Erhöhung der Genauigkeit durch Datenfilterung (KF,IMM) Synthetische Daten - Erzeugung Trajektorie mobiler Knoten - Ermittlung verfügbarer Dist. - Fehleraddition Absolute Fahrspurkoordinaten Reale Daten Sensornetz: Messung verfügbarer Distanzen zwischen den Ankerknoten CMDS SMACOF LS (LMS) KF, IMM Transformation in das System der absoluten Ankerkoordinaten (Helmert-T.) Classical Multidimensional Scaling Scaling by Majorizing a Complicated Function Least Squares (Least Median Squares) Kalman Filter, Interacting Multiple Model Map-Matching (geometr.) auf Basis bekannter Fahrspurkoordinaten Erkennen der richtigen Fahrspur Reale Daten Sensornetz: Messung verfügbarer Distanzen zwischen Ankerknoten und mobilen Knoten

14 Simulationsergebnisse fahrspurselektive Ortung für LSA-Annäherung Ortungsgenauigkeit beim Spurwechsel Kalibrierung des Sensornetzwerks: Bestimmung der Ankerkoordinaten (SMACOF Algorithmus und Transformation auf Basis von a-priori Ankerkoordinaten) Karte: Google-Earth Applikationsphase: Umsetzung fahrspurselektive Ortung (LS- Algorithmus, Kalman-Filter-Tracking und Map-Matching auf Basis von a-priori Fahrspurkoordinaten)

15 Simulative / praktische Erprobung von LSA-Annäherungen (TUD-IAD)

16 Simulative / praktische Erprobung von LSA-Annäherungen (TUD-IAD) Einzelfahrzeug bei unterschiedlichen Startzeitpunkten mit FAS bei dwirk= Weg [m] Zeit [s] Keine gesonderte Fahrstrategie (Konstantfahrt) 2 Fahrstrategie mit Stillstand (optimale Verzögerung) 3 Fahrstrategie mit Stillstand (energieoptimale Geschwindigkeitsadapt.)

17 Simulation LSA-Annäherungsassistent / Einsparpotential (TUD-IAD) kumulierter Kraftstoffverbrauch [m Fahrzeug ohne FAS mit FAS Einsparung [%] Durchschnittliches Einsparpotential Einsparung Fahrzeug Situationsabhängig bis zu 38 % Kraftstoffeinsparung möglich Gesamteinsparpotenzial für alle Einzelfahrzeug-Situationen bei 500m beträgt ca.12%

18 Dynamisches Power-Management (Fa. TraceTronic) Ziel: Frameworks aus Modellen, Algorithmen und Prozessen zur Generierung energieoptimierter Betriebsstrategien Basis: u.a. Zustände der Funk- und Ortungssensorik [TraceTronic]

19 Zusammenfassung und Ausblick / Projekt CECC Ortung Informationsanzeige Funkkommunikation Übertragungstechnologien Antennentechnologien Motormanagement-, Regelungsund Abschaltstrategien

20 Fakultät Verkehrswissenschaften Friedrich List Herzlichen Dank für Ihre Aufmerksamkeit WIR BEWEGEN DIE WELT.