Modellierung vernetzter und autonomer Fahrzeuge in Aimsun Next
März 2020: Martin Hartmann erklärt eine schnelle und bequeme Methode, um das annahmebasierte Verhalten autonomer und vernetzter Fahrzeuge zu untersuchen.
MFC und Batteriezustandsmodell
April 2022 – Technischer Hinweis #68
Geline Canayon
Produktspezialist bei Aimsun
Das Mikroskopische Freifluss-Beschleunigungsmodell (MFC-Modell) erfasst genau und konsistent die Beschleunigungsdynamik von Fahrzeugen auf der Grundlage von Motorparametern und berücksichtigt dabei auch die Umweltbedingungen und das Verhalten des Fahrers. Dies ermöglicht eine genauere Berechnung der Emissionen und des Kraftstoffverbrauchs, die von der Fahrzeugdynamik beeinflusste Statistiken sind. Obwohl die MFC die Berechnung komplexer macht, hat sie nur minimale Auswirkungen auf die Laufzeit der Simulation, da sie vorgefertigte Gang- und Beschleunigungsprofile für die verschiedenen Euro Car Segmente verwendet, um die Beschleunigung eines Fahrzeugs zu bestimmen. Das Modell umfasst Benzin-, Diesel- und Elektromotoren. Bei Verbrennungsmotoren wird der Gang zunächst anhand der Geschwindigkeit des Fahrzeugs und des Fahrstils bestimmt. Zweitens wird die Beschleunigung des Motors aus der Beschleunigungskurve entnommen, die auf dem Gang und der Geschwindigkeit basiert. Schließlich wird die Beschleunigung des Fahrzeugs unter Berücksichtigung von Widerständen wie dem Roll- und Luftwiderstand berechnet. Bei Elektromotoren gibt es nur eine Geschwindigkeit-Beschleunigungs-Kurve, auf die auch die Widerstände angewendet werden. Außerdem wird für alle Motortypen ein Faktor für die Fahrweise angewendet, um die aktuelle Beschleunigung zu berechnen.
Betrachtet man die Beschleunigung für das Euro Car Segment A in Abbildung 1, so neigt das Gipps-Modell dazu, die Beschleunigung bei höheren Geschwindigkeiten zu überschätzen, während TWOPAS etwas besser abschneidet, aber die Beschleunigung immer noch überschätzt, verglichen mit dem, was das MFC-Modell berechnet. Das soll nicht heißen, dass die ersten beiden Modelle für eine typische Modellierung nicht geeignet sind, aber bei einer Umweltstudie können die Statistiken zu Emissionen und Kraftstoffverbrauch mit einem fortschrittlichen Beschleunigungsmodell wie dem MFC genauer berechnet werden.
Das Batteriezustandsmodell nutzt das MFC-Modell, um den Motor/Generator-Antriebsstrang des Motors zu erstellen und den momentanen Ladezustand der Batterie zu ermitteln. Es berücksichtigt auch die Effizienz der verschiedenen Prozesse, die am Betrieb des Fahrzeugs beteiligt sind: Motor/Generator, regeneratives Bremsen und Getriebe und erfasst den Effekt der Umgebungstemperatur aufgrund des daraus resultierenden zusätzlichen Energiebedarfs für die Heizung/Kühlung des Fahrzeuginnenraums. Erstens wird die Motorbeschleunigung anhand der Fahrzeuggeschwindigkeit ermittelt und zweitens wird die Fahrzeugbeschleunigung unter Berücksichtigung der Widerstände berechnet.
Inputs des MFC- und Batteriezustandsmodells
Fahrzeug
Die Fahrzeugkategorie wird durch den Fahrzeugtyp definiert und der Typ des Motors durch die Zusammensetzung der Fahrzeugflotte. Zurzeit wird nur die Kategorie Auto unterstützt.
Das Segment wird aus der Verkehrsverteilung der Gewichtsparameter des Fahrzeugtyps übernommen. Die Verkehrsverteilung des Euro-Pkw-Segments nach Motortyp ist im Aimsun Next Benutzerhandbuch ausführlich beschrieben.
Die folgenden Videos zeigen die Verkehrsstärke des Fahrzeugs unter Freiflussbedingungen mit dem Gipps-Modell und dem MFC-Modell von Euro Car Segment für Benzin- und Elektrofahrzeuge.
Verhalten der Fahrer
Der Parameter Aggressives Abstandsverhalten definiert den Schalt- und Fahrstil des Fahrzeugtyps. Die akzeptierten Werte liegen zwischen -1,00 und 1,00.
Das folgende Video zeigt, wie sich der Parameter Aggressives Abstandsverhalten während der Simulation auswirkt.
Straßenbedingungen
Die Steigung wird durch die Segmente einer Strecke definiert. Das wirkt sich auf den Motorwiderstand des Fahrzeugs aus.
Das Wetter und die Temperatur werden auf der Registerkarte Parameter des Szenarios definiert. Das Wetter wird im MFC-Modell verwendet, und die Temperatur wird vom Batteriezustandsmodell genutzt. Die Umgebungstemperatur beeinflusst die Leistung, die zum Heizen oder Kühlen des Fahrzeugs benötigt wird.
Das folgende Video zeigt, wie sich ein sonniger und ein verschneiter Tag auf das Verhalten der Fahrer auswirken.
Kraftstoffverbrauch
Der Kraftstoffverbrauch von Fahrzeugen mit Verbrennungsmotor wird nach Fahrzeugtyp definiert.
Das folgende Video zeigt den Kraftstoffverbrauch verschiedener Euro Car Segments (mit ihrem jeweiligen Tankinhalt) in MFC.
Batterieverbrauch
Der Batterieverbrauch eines Fahrzeugtyps wird durch die elektrische Zusatzleistung beeinflusst, die zum Heizen oder Kühlen des Fahrzeugs benötigt wird.
Das folgende Video zeigt den Batterieverbrauch der einzelnen Euro Car Segments (mit ihrer jeweiligen Batteriekapazität) in MFC.
Energieverbrauch
Sowohl für Fahrzeuge mit Verbrennungsmotor als auch für Elektrofahrzeuge kann die Verkehrsverteilung des anfänglichen Kraftstoff- oder Batteriestands in Prozentsätzen geändert werden. Hier wird der Kraftstoff- oder Batteriestand der Fahrzeuge zu Beginn einer Simulation eingestellt.
Aktivieren des MFC- und Batteriezustandsmodells
Das MFC-Modell muss sowohl auf der Ebene des Fahrzeugtyps als auch auf der Ebene des Experiments aktiviert werden. Beachte, dass die MFC nicht mit dem TWOPAS-Modell kompatibel ist. Daher ist das MFC-Modell nicht als Option verfügbar, wenn der Fahrzeugtyp TWOPAS aktiviert hat.
Fahrzeugtyp:
Experiment:
Outputs des MFC- und Batteriezustandsmodells
Die Statistiken zum Kraftstoff- und Batterieverbrauch werden für das gesamte Netz, jede Strecke und Abbiegebeziehung sowie für Teilrouten erstellt. Ansichtsmodi können verwendet werden, um den Kraftstoff- oder Batterieverbrauch im Netz zu visualisieren.
Auf Fahrzeugebene sind der aktuelle Kraftstoffstand oder Ladezustand, der aktuelle Kraftstoff- oder Batterieverbrauch und der gesamte Kraftstoff- oder Batterieverbrauch als Statistiken in den Dynamischen Attributen des Simulationsfahrzeugs verfügbar.
Die Ansichtsmodi können verwendet werden, um Fahrzeuge nach Motortyp oder aktuellem Ladezustand zu markieren, wie in den folgenden Beispielen zu sehen ist.
Was zu beachten ist:
- Das MFC-Modell ist nicht mit dem TWOPAS-Modell kompatibel.
- Die MFC ist nur für die Fahrzeugkategorie Pkw verfügbar. Lkw, Busse und Motorräder sind derzeit nicht erfasst.
- Das MFC-Modell wird nur angewendet, wenn die Fahrzeuge unter Verkehrsstärke stehen.
Verwandte Papiere
- Introducing Electrified Vehicle Dynamics in Traffic Simulation. He, Y., Makridis, M., Mattas, K., Fontaras, G., Ciuffo, B., & Xu, H. (2020). Transportation Research Record, 2674(9), 776–791. https://doi.org/10.1177/0361198120931842
- MFC Free-Flow Model: Introducing Vehicle Dynamics in Microsimulation. Makridis, M., Fontaras, G., Ciuffo, B., & Mattas, K. (2019). Transportation Research Record, 2673(4), 762–777. https://doi.org/10.1177/0361198119838515
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