Platooning wird in Europa Realität

Das EU-Projekt ENSEMBLE (abgeschlossen im März 2022) präsentiert nach fast vier Jahren Forschung, Abstimmung, Implementierung und Erprobung mit den 19 Projektpartnern seine finalen Ergebnisse. Ziel des Projekts war die Entwicklung markenübergreifender Lkw-Platooning-Systeme. Dabei handelt es sich um die Verbindung von zwei oder mehr Lkw im Konvoi mithilfe von Vernetzungstechnologie und automatisierten Fahrassistenzsystemen. Dank der Förderung durch die Europäische Union mit 20 Millionen Euro wurde ein wichtiger Schritt hin zu einem sichereren und effizienteren Transport erreicht: Die harmonisierte Technologie für markenübergreifendes Platooning wurde definiert, getestet und demonstriert.

Das ENSEMBLE-Projekt

Bis zum Start des Projekts im Jahr 2018 haben alle europäischen Lkw-Hersteller gezeigt, dass Platooning machbar ist, z. B. bei der European Truck Platooning Challenge im Jahr 2016. Dann nutzten die Hersteller jedoch individuell entwickelte Technologien, z. B. für die erforderliche Kommunikation zwischen den Lkw (V2V-Kommunikation). ).

Um markenübergreifend miteinander platoonen zu können, bedarf es einer gemeinsamen Technologie. In dem von TNO geleiteten ENSEMBLE-Projekt arbeiteten alle europäischen Lkw-Hersteller, DAF, Daimler Trucks, Iveco, Man Trucks & Bus, Renault Trucks, Scania und Volvo Trucks zusammen, um die Platooning-Technologie aufeinander abzustimmen, um „die gleiche Sprache zu sprechen“. Beteiligt waren neben den Herstellern die Zulieferer Bosch, Continental, ZF, NXP, Brembo und die European Association of Automotive Suppliers (CLEPA).

Die Forschungspartner IDIADA, Université Gustave Eiffel, KTH und Vrije Universiteit Brussel betreuten die Erprobung und untersuchten verschiedene Auswirkungen des Platooning, zB auf andere Verkehrsteilnehmerreaktionen, Verkehr, Straßenlast etc. ERTICO, Organisator von ITS Europe, stellte die Verbindung her Platooning-Community.

Die entwickelten Platooning-Funktionen

Das ENSEMBLE-Projekt definierte zwei Platooning-Funktionen: Platooning as a Support Function (PSF) und Platooning as an Autonomous Function (PAF). Die erste Funktion, die PSF, sollte schnell einsetzbar sein. Es handelt sich um eine Fahrerunterstützungsfunktion ähnlich einem Abstandsregeltempomaten (ACC), da es den Abstand zum vorausfahrenden Fahrzeug regelt. Durch die Verwendung der V2V-Kommunikation ist die PSF sicherer, da starke Bremsvorgänge schneller erkannt werden als durch die alleinige Verwendung herkömmlicher On-Board-Sensoren wie z. B. Radar oder Kamera. Zusätzlich können Bremswellen (Saiteninstabilität) gedämpft werden, um den Verkehrsdurchsatz zu optimieren.

Das PAF liefert die Vision der ENSEMBLE-Partner für die Zukunft des Platooning basierend auf theoretischen Überlegungen und angenommener Weiterentwicklung des Standes der Technik automatisierter Fahrtechnologien. Es sieht einen Fahrer im ersten Lkw vor, gefolgt von maximal zwei Lkw mit dem Fahrer außerhalb der Schleife, die von Knotenpunkt zu Knotenpunkt fahren. In diesem Fall fungiert die V2V-Konnektivität zwischen den Lkw als Enabler, der die Automatisierung der nachfolgenden Fahrzeuge ermöglicht. Der PAF positioniert sich zwischen einer Unterstützungsfunktion und einem vollautonomen Lkw.

Für beide Funktionen wurden Anwendungsfälle, Spezifikationen und Anforderungen definiert. Dazu gehört das V2V-Kommunikationsprotokoll, eines der wichtigsten Ergebnisse des Projekts. Es definiert nicht nur die erforderlichen Datenelemente, sondern auch wann und wie diese übermittelt werden sollen. Zusätzlich wurde ein Sicherheitsframework für die Kommunikation basierend auf der bestehenden PKI (Public Key Infrastructure) von ITS-G5 und zusätzlicher symmetrischer und asymmetrischer Verschlüsselung vorgeschlagen und erfolgreich getestet.

Testen auf Teststrecke und realer Straße

Um die technische Machbarkeit zu evaluieren und die Standardisierung zu beschleunigen, wurde die PSF von allen Lkw-Herstellern implementiert und getestet. Die PAF wurde nicht implementiert oder getestet, da der aktuelle Stand der Technik zunächst Fortschritte machen sollte, um ausreichend sichere Lösungen zur Implementierung einer praktikablen und testbaren PAF anzubieten.

Die ersten Testsessions wurden in kleineren Gruppen von zwei bis vier Trucks verschiedener Partner durchgeführt. Trotz der Corona-Pandemie konnten noch insgesamt neun solcher Testsessions durchgeführt werden, bevor sich schließlich im September 2021 alle Trucks zur finalen Erprobung und Vorführung in Barcelona trafen. Anschließend wurden die unterschiedlichen Umsetzungen der Partner sowohl auf der Strecke als auch auf der Strecke getestet öffentliche Straße.

Ergebnisse

Auf der Grundlage der Testergebnisse konnte geschlussfolgert werden, dass die PSF, wie sie durch die Anwendungsfälle, Anforderungen und Spezifikationen definiert ist, technisch machbar ist. Darüber hinaus wurden die Ergebnisse der Tests auch in einigen der Folgenabschätzungen verwendet. Die folgenden Schlussfolgerungen wurden auf der Grundlage der Ergebnisse der verschiedenen Wirkungsbewertungen gezogen, die im Rahmen des Projekts durchgeführt wurden:

• Straßenbehörden können möglicherweise von Platooning profitieren, da die Integration und Übernahme der Platooning-Funktionalität die Digitalisierung von Fahrzeugen und Logistik erfordert. Dies ermöglicht es den Straßenbehörden möglicherweise, die Parameter (z. B. Zeitabstand, Geschwindigkeit, zulässige Anzahl von Lastwagen in einem Zug) zu beeinflussen, gemäß denen die Lastwagen auf ihren Bürgersteigen fahren.
• Bei der aktuellen Straßensituation könnten bereits mindestens 15 % aller Lkw von Platooning profitieren, ohne ihr Verhalten ändern zu müssen. Lkw können sich über einen Platoon-Matching-Service finden.
• Wirtschaftliche Analysen haben gezeigt, dass es für Flottenbesitzer nur einen direkten Geschäftsnutzen für den PAF gibt, hauptsächlich wegen der erwarteten Auswirkungen auf die Kosten der Fahrereffizienz. Für die Platooning-Unterstützungsfunktion liegen die potenziellen Vorteile (und damit der Business Case) eher auf gesellschaftlicher Ebene, da eine Erhöhung der Verkehrssicherheit, des Fahrerkomforts (in der aktuellen Studie nicht bewertet) und der Straßenkapazität erwartet wird.
• Der positive Effekt des Lkw-Platooning auf die Straßenkapazität steigt, wenn der Anteil der Lkw am Gesamtverkehrsstrom hoch ist (ca. 20 %). In Einmündungsgebieten wurden jedoch negative Auswirkungen auf die Straßenkapazität festgestellt, wenn der Einmündungsverkehr mit einer geringeren Geschwindigkeit in den Hauptverkehr einfließt; diese negativen Auswirkungen sind für kleinere Zeitlücken höher.
• Wenn Lkw-Kolonnen relativ lang sind (7 Lkw), hat eine der durchgeführten Studien gezeigt, dass andere Verkehrsteilnehmer zwischen den Kolonnen einfädeln, wenn sie mit relativ niedriger Geschwindigkeit auf die Autobahn auffahren. Um gefährliche Situationen zu vermeiden, vergrößert das entwickelte Platooning-System den Abstand, wenn ein einscherendes Fahrzeug erkannt wird, aber es ist dennoch ratsam, lange Platoons zu vermeiden oder größere Zeitabstände in der Nähe von Autobahnauffahrten zu haben.
• Der PSF zeigt keine Verbesserung des Kraftstoffverbrauchs und der Emissionen. Denn die Platooning Support Function folgt mit 1,5 Sekunden oder mehr, was im Vergleich zu aktuellen Fahrsituationen auf der Straße nicht wesentlich näher kommt. Betrachtet man den PAF, so sind bei Taktzeiten von weniger als 1 Sekunde potenzielle Auswirkungen auf den Kraftstoffverbrauch und die Emissionen zu erwarten, aber dies erfordert weitere Tests unter Bedingungen, die reale logistische Abläufe darstellen.

Nach diesen Schlussfolgerungen ist Lkw-Platooning vorteilhaft für die Straßenkapazität und den Verkehrsfluss. Truck Platooning auf Straßenabschnitten mit vielen Autobahneinfahrten zeigt auch negative Auswirkungen, die durch größere Zeitlücken, Begrenzung der Platoon-Länge und Rampenzumessung in solchen Bereichen gemildert werden können. In dieser Hinsicht kann Hub-to-Hub-Platooning mit dedizierter (digitaler) Infrastruktur und Platooning bei Nacht als erster potenziell praktikabler Anwendungsfall angesehen werden. PAF kann diesen Anwendungsfall stärken und einen Teil des aktuellen Fahrermangels in der Nacht beseitigen.
Angesichts des gewählten Ansatzes, zunächst die Platooning-Technologie/Plattform zu entwickeln, die unter Verwendung vorhandener Technologien und gemäß der geltenden Gesetzgebung (PSF) eingesetzt werden kann, kann die PSF potenzielle Sicherheitsvorteile bringen, kann jedoch nicht unmittelbar danach die erwarteten wirtschaftlichen Vorteile und Auswirkungen des Platooning bringen Projekt.