Vor dem Hintergrund knapper und preisintensiver werdender fossiler Rohstoffe sowie zunehmender Probleme der Umweltbelastung von Ballungsräumen wird das Paradigma des verbrennungsmotorischen Antriebs auch für Nutzfahrzeuge zunehmend aufgeweicht. Das Konzept des Elektroantriebs, welches von Beginn an eng mit dem Automobilbau verbunden war, gewinnt hierbei an Bedeutung zurück. Gefördert durch umfangreiche Forschungsinitiativen sind in den letzten Jahren erhebliche Fortschritte auf Seiten der technischen Gestaltung der Fahrzeuge erreicht worden. Das Problem der Energiespeicherung stellt allerdings nach wie vor das begrenzende Element dar. Entsprechende angepasste Nutzungskonzepte können dieses Hemmnis abschwächen. Dies gilt insbesondere für den Einsatz von Elektrofahrzeugen im städtischen Wirtschaftsverkehr, für den Anwendungsszenarien mit großem Potenzial existieren. Damit stellt sich die Frage, inwieweit geeignete Dispositionsmodelle, insbesondere Tourenplanungsmodelle, verfügbar sind und wie gegebenenfalls Erweiterungen in der Formulierung des Problems und den Lösungsverfahren auszusehen haben. Für die Beantwortung dieser Frage wurde die Modelllandschaft der Tourenplanung nach Ansätzen mit charakteristischen Elementen für die Anwendung auf Elektrofahrzeugflotten untersucht. Dabei stellten sich folgende Hauptmerkmale heraus, die von besonderer Relevanz sind: (1) die Begrenzung der Reichweite der Fahrzeuge, (2) die Einbindung von Lade- bzw. Tankstopps und (3) der stochastische Charakter der Kantenbewertung. Obwohl alle Merkmale in verschiedenen Facetten bereits Eingang in die Tourenplanungsproblematik gefunden haben, sind komplexe, anwendungsbereite Tourenplanungsmodelle für elektrische Lieferfahrzeuge nicht bzw. nur sehr eingeschränkt verfügbar. Als wesentliche Voraussetzung für das Aufbereiten eines solchen Ansatzes wurde dabei die Notwendigkeit eines geeigneten Energieverbrauchsmodells erkannt. Dieses bildet aufbauend auf den fahrdynamischen Eigenschaften den Energieverbrauch als Zufallsgröße mit einer bekannten Verteilung ab. Unter Einbeziehung der wesentlichen Fahrzeugeigenschaften und der Voraussetzung des genormten Geschwindigkeitsprofils des NEFZ/ECE15 konnten Richtwerte erzeugt werden, die anhand statistischer Auswertungen präzisiert wurden. Im Resultat erstellt das Energieverbrauchsmodell fahrzeug- und streckenabhängige, normalverteilte Energieverbrauchswerte mit Erwartungswerten, die sich am Verbrauch im NEFZ/ECE15 orientieren und Streuungswerten, die durch die Aufbereitung realer Verbrauchsdaten ermittelt wurden. Mithilfe dieser Angaben, die als Kantenbewertung des zugrundeliegenden Graphen genutzt werden, konnte das Tourenplanungsproblem für Elektrofahrzeuge dann als aggregierter Modellansatz aufbereitet werden, der die oben genannten charakteristischen Punkte einschließt. Vernachlässigt man dabei die eventuell auftretende Streuung, erhält man ein deterministisches gemischt-ganzzahliges Optimierungsproblem, anderenfalls beinhaltet das Modell quadratische Nebenbedingungen. Neben der Lösung von Testinstanzen des Problems mittels Standardsolvern, die plausible Resultate erzeugte, wurde ein Verfahren für die näherungsweise Lösung großer, realistischer Probleminstanzen entworfen. Hierfür wurde ein Tabu-Search-Ansatz gewählt, dem in der Literatur großes Potenzial bezüglich der Lösungsgüte und der Rechengeschwindigkeit bescheinigt wird. Für die Anwendung auf Modelle zur Tourenplanung für Elektrofahrzeuge war dieser Ansatz an folgenden Stellen zu modifizieren: (1) Startlösung: Erweiterung einer Konstruktionsheuristik unter Beachtung der energetischen Reichweite der Fahrzeuge, (2) Lösungsrepräsentation: Handhabung optional einzubindender Knoten zur Darstellung der Ladestopps und (3) Evaluationsfunktion: Einbindung entsprechender Strafterme für die Verletzung der Reichweitenbeschränkung. Obwohl fortgeschrittene Techniken der Beschleunigung von Tabu-Search-Verfahren noch nicht implementiert wurden, konnte eine zufriedenstellende Leistungsfähigkeit nachgewiesen werden. Zur Illustration der Problematik wurden spezielle Muster-Probleminstanzen nach dem Vorbild aus der Literatur erstellt und mittels des entwickelten Tabu-Search-Verfahrens gelöst. Die Modellrechnungen zeigten Tendenzen im Wirkungsgeflecht zwischen Fahrzeugtechnik und Tourenplanung auf und unterstrichen den Effekt, den die energieverbrauchsbasierte Tourenplanung gegenüber wegeoptimierten Szenarien hervorbringt.


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    Titel :

    Modellbildung und Entwicklung eines Lösungsverfahrens zur Tourenplanung für elektrisch betriebene Lieferfahrzeuge


    Beteiligte:
    Preis, Henning (Autor:in)

    Erscheinungsdatum :

    2014


    Format / Umfang :

    143 Seiten, Bilder, Tabellen, Quellen


    Medientyp :

    Hochschulschrift


    Format :

    Print


    Sprache :

    Deutsch