Zielsetzung und Anlass des Vorhabens<\/p>\n
Das zunehmend steigende Verkehrsaufkommen f\u00fchrt besonders in Ballungsr\u00e4umen bereits heute zu starken Beeintr\u00e4chtigungen der Umwelt und der Bev\u00f6lkerung. Dar\u00fcber hinaus st\u00f6\u00dft vor allem der Stra\u00dfeng\u00fcterverkehr, der aufgrund seiner Flexibilit\u00e4t den gr\u00f6\u00dften Anteil am G\u00fcterverkehr \u00fcbernimmt, staubedingt an seine Leistungsgrenzen. Die hohen L\u00e4rm- und Schadstoffemissionen, die in Zukunft auch Fahrverbote nach sich ziehen k\u00f6nnen, die Staubelastung und der zunehmend kostspielige Ausbau der vorhandenen Verkehrswege resultieren in \u00f6konomischen und \u00f6kologischen Sch\u00e4den und Restriktionen, die die Lebensqualit\u00e4t im Ballungsraum beeinflussen und den Industriestandort schw\u00e4chen. CargoCap stellt als 5. Transportalternative als Erg\u00e4nzung zu Stra\u00dfe, Schiene, Wasser und Luft ein neues, hoch innovatives Verkehrssystem dar, das insbesondere in Ballungsr\u00e4umen seine Vorteile ausspielen kann. Die Bef\u00f6rderung der palettierten G\u00fcter erfolgt in unterirdischen Fahrrohrleitungen, durch schienengebundene, automatisch gesteuerte Fahrzeuge, die individuell angetrieben vom Versender direkt zum Empf\u00e4nger fahren. Da der Betrieb von CargoCap unterirdisch und elektrisch erfolgt, weist das Transportsystem keine L\u00e4rmbelastung und vergleichsweise nur sehr geringe Schadstoffemissionen auf. Ziel des Projektes war es, den Betrieb des CargoCap-Systems, in dem die Transportfahrzeuge abstandsgeregelt in Fahrverb\u00e4nden fahren, bereits in der fr\u00fchen Entwicklungsphase hinsichtlich des Energiebedarfs zu optimieren.<\/p>\n
Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenDie zentralen Schwerpunkte des Forschungsvorhabens waren zum einen die Untersuchung des Einflusses aerodynamischen Verhaltens der Fahrzeuge in unterschiedlichen Konfigurationen, die sich aus Gr\u00fcnden der Energieeffizienz und eines ausreichenden Durchsatzes zu Fahrverb\u00e4nden zusammenschlie\u00dfen k\u00f6nnen sowie zum anderen die Entwicklung einer Fahrzeugsteuerung f\u00fcr die Bildung von Fahrverb\u00e4nden, die es erlaubt, eine aerodynamisch und damit energetisch optimierte Verbandskonfiguration zu realisieren.
\nBei der Untersuchung zum Einfluss der Aerodynamik auf den Betrieb von CargoCap wurde ein aerodynamisches Modell erstellt, das die str\u00f6mungsmechanischen Gegebenheiten bei der Fahrt von Transportfahrzeugen durch Rohrleitungen abbildet und die Absch\u00e4tzung des Luftwiderstands der beteiligten Fahrzeuge erm\u00f6glicht. Um den Einfluss des Rohrleitungsdurchmessers, der Anzahl der Fahrzeuge in der Rohrleitung und der Bildung von Fahrverbandskonfigurationen gegen\u00fcber der Einzelfahrt zu ermitteln, wurde die fahrzeugnahe Str\u00f6mung mittels numerischer Str\u00f6mungssimulation (CFD) abgebildet. Die ermittelten Luftwiderstandsbeiwerte waren Grundlage des f\u00fcr repr\u00e4sentative Betriebsszenarien berechneten Energiebedarfs. Dieses Ergebnis bot eine Grundlage, den Einfluss der einzelnen Parameter darzustellen und diese bez\u00fcglich des Energiebedarfs zu bewerten.<\/p>\n
Ergebnisse und Diskussion<\/p>\n
Themenschwerpunkt Optimale Fahrbewegungen autonomer Fahrzeuge:
\nIn der Dissertation von Kn\u00fcpfer ist die Grundlage zur steuerungstechnischen Realisierung von CargoCap gelegt worden. Diese beschreibt die optimale Fahrweise der Fahrzeuge im Hinblick auf die Ausnutzung der Kapazit\u00e4t des Transportsystems, der Einhaltung von Sicherheitsabst\u00e4nden und der Minimierung des Energiebedarfs. Dazu ist die f\u00fcr die Ann\u00e4herung der Fahrzeuge notwendige sichere Trajektorie ausgearbeitet sowie ein Entscheidungskriterium zur Bewertung der Bildung der Fahrverb\u00e4nde auf Basis der Energiebilanz hergeleitet worden. F\u00fcr die Umsetzung der optimalen Fahrweisen in tats\u00e4chliche Fahrbewegungen sind in den Fahrzeugen Drehzahl- und Abstandsregler erforderlich. Auf Basis eines detaillierten nichtlinearen Ersatzmodells f\u00fcr Fahrzeug und Rohrleitungsumgebung sind beide Regelungen entworfen, ausgelegt und simuliert worden.<\/p>\n
Themenschwerpunkt Einfluss der Aerodynamik auf den Betrieb eines unterirdischen Transportsystems:
\nDie Anzahl der Fahrzeuge in einer Rohrleitung ist die wesentliche Einflussgr\u00f6\u00dfe auf den Energiebedarf des einzelnen Fahrzeugs. Je mehr Fahrzeuge sich in einer Rohrleitung befinden, umso geringer wird der Energiebedarf des einzelnen Fahrzeugs zur Erbringung der jeweiligen Transportleistung. Der direkte Einfluss der Fahrverbandsbildung auf den Energiebedarf ist jedoch vergleichsweise gering. Die Fahrverbandsbildung wird jedoch ben\u00f6tigt, um einen ausreichenden Durchsatz der Rohrleitung zu erreichen und somit sicherzustellen, dass sich eine zur Realisierung des energieeffizienten Betriebs ausreichende Fahrzeugzahl in der Rohrleitung befinden kann. Neben der Fahrzeugzahl wirkt sich auch der Rohrdurchmesser und das damit verbundene Versperrungsverh\u00e4ltnis erheblich auf den Energiebedarf aus, der mit zunehmendem Rohrdurchmesser geringer wird. Der optimale Rohrdurchmesser sollte hierbei so gew\u00e4hlt werden, dass sich ein Minimum aus den Investitionskosten f\u00fcr den Rohrleitungsbau, f\u00fcr die Fahrzeugantriebstechnik und f\u00fcr die Energieversorgung der Strecke einerseits und den Energiekosten zum Betrieb des St\u00fcckguttransportsystems andererseits einstellt.<\/p>\n
\u00d6ffentlichkeitsarbeit und Pr\u00e4sentation<\/p>\n
Die Dissertationsschrift zum Themenschwerpunkt CargoCap – Optimale Fahrbewegungen autonomer Fahrzeuge von Dr.-Ing. Peter Kn\u00fcpfer ist im Mai 2009 nach erfolgter m\u00fcndlicher Pr\u00fcfung ver\u00f6ffentlicht worden.
\nDer Themenschwerpunkt Einfluss der Aerodynamik auf den Betrieb eines unterirdischen Transportsystems wird im Rahmen der Dissertation von Dipl.-Ing. Martin Schmitt bearbeitet und voraussichtlich im Dezember 2009 eingereicht.
\nDer im Fr\u00fchjahr 2008 aktuelle Stand des Forschungsvorhabens ist einem Fachpublikum beim International symposium of underground freight transportation in Arlington\/Texas pr\u00e4sentiert worden.<\/p>\n
Fazit<\/p>\n
Beim Vergleich des Prim\u00e4renergiebedarfs von CargoCap mit demjenigen des Stra\u00dfeng\u00fcterverkehrs ist festzustellen, dass CargoCap tendenziell dieselbe Gr\u00f6\u00dfenordnung aufweist wie beim Einsatz von Lastz\u00fcgen, gegen\u00fcber Lieferwagen aber erhebliche Einsparungen erzielt werden k\u00f6nnen. Da CargoCap mit elektrischer Energie betrieben wird, k\u00f6nnen auch regenerative Energien zum Betrieb eingesetzt werden, wodurch die Emissionen von Kohlendioxid, die bereits bei Verwendung des in Deutschland \u00fcblichen Strommixes geringer sind als die des Stra\u00dfeng\u00fcterverkehrs, auf Null zur\u00fcck gehen.
\nEs ist somit festzuhalten, dass das unterirdische Transportsystem CargoCap eine umweltfreundliche Alternative zum Stra\u00dfeng\u00fcterverkehr darstellt und nicht nur Energie einspart und Schadstoffemissionen vermeidet, sondern auch dazu beitr\u00e4gt, die wesentlichen Probleme beim Transport von St\u00fcckg\u00fctern wie die L\u00e4rmemission und die Bildung von Verkehrsstaus und von Feinstaub zu l\u00f6sen. Auf geeigneten aufkommensstarken Relationen in Ballungsr\u00e4umen kann CargoCap somit den St\u00fcckgutverkehr revolutionieren.
\nZur Best\u00e4tigung der Gr\u00f6\u00dfenordnung des simulationstechnisch berechneten Energiebedarfs von CargoCap sind nun Pr\u00fcfstandsversuche in einem verkleinerten Ma\u00dfstab notwendig, die die aerodynamischen Gesetzm\u00e4\u00dfigkeiten sowie die Systemkonfigurationen abbilden.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
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