DE102009040682A1 - Verfahren zur Steuerung einer Geschwindigkeitsregelanlage eines Fahrzeugs - Google Patents

Verfahren zur Steuerung einer Geschwindigkeitsregelanlage eines Fahrzeugs Download PDF

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Mario Dipl.-Inform. Aleksic
Andreas Dipl.-Inform. Beicht
Sebastian Dipl.-Ing. Bickel (FH)
Alexander Dipl.-Math. Bracht
Ottmar Dr.-Ing. Gehring
Felix Kauffmann
Thomas Dipl.-Ing. Passegger
Werner Dipl.-Ing. Schleif
Namir-Haider Syed
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung einer Geschwindigkeitsregelanlage (2) eines Fahrzeugs, wobei in Abhängigkeit von einer aus Streckenparametern (P) und Fahrzeugparametern (P) ermittelten charakteristischen Fahrzeugsituation anhand mehrerer alternativer Steuervarianten durch eine Steuerung und/oder Regelung eines Antriebsstrangs und/oder einer Bremseinrichtung (5) des Fahrzeugs eine Fahrzeuggeschwindigkeit (V) automatisch eingestellt wird. Erfindungsgemäß werden die Streckenparameter (P), welche zumindest Steigungsdaten (D) und Geschwindigkeitsbegrenzungsdaten (D) umfassen, aktuell für zumindest einen während einer Fahrt des Fahrzeugs vorausliegenden Streckenabschnitt aus dreidimensionalen Kartendaten einer digitalen Straßenkarte (SK) ermittelt, wobei in Abhängigkeit von den Streckenparametern (P), aktuellen Fahrzeugparametern (P) und/oder prognostizierten Fahrzeugparametern aus einer Mehrzahl der alternativen Steuervarianten eine oder mehrere geeignete Steuervarianten ausgewählt werden, wobei in Anwendungsfällen (Abis A) anhand einer Simulation eines Verlaufs der Fahrzeuggeschwindigkeit (V) ein Einfluss der ausgewählten Steuervarianten und deren Eignung zur bedarfsgerechten Steuerung der Geschwindigkeitsregelanlage (2) überprüft und eine geeignete Steuervariante oder mehrere geeignete Steuervarianten aktiviert und/oder eine ungeeignete Steuervariante oder mehrere ungeeignete Steuervarianten verworfen werden.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung einer Geschwindigkeitsregelanlage eines Fahrzeugs, wobei in Abhängigkeit von einer aus Streckenparametern und Fahrzeugparametern gebildeten charakteristischen Fahrzeugsituation anhand mehrerer alternativer Steuervarianten durch eine Steuerung und/oder Regelung eines Antriebsstrangs und/oder einer Bremseinrichtung des Fahrzeugs eine Fahrzeuggeschwindigkeit automatisch eingestellt wird.
  • Aus der US 006 990 401 B2 ist eine vorausschauende Geschwindigkeitsregelanlage bekannt, welche eine aktuelle Fahrzeugposition und ein vorausliegendes Gelände zur Einsparung von Kraftstoff und zur Erhöhung eines Fahrkomforts nutzt. Dabei wird eine Kostenfunktion eines Betriebs des Fahrzeugs definiert, welche auf einer Vielzahl von Umweltparametern, Fahrzeugparametern, Fahrzeug-Betriebs-Parametern und Routenparametern basiert. Während sich das Fahrzeug entlang einer bestimmten Route bewegt, für welche Routenparameter, wie z. B. eine Steigung oder Kurvigkeit, in einer digitalen Straßenkarte gespeichert sind, erfassen fahrzeugseitig angeordnete Sensoren die Umwelt- und Fahrzeug-Betriebs-Parameter, umfassend zumindest eine Fahrzeuggeschwindigkeit und dessen relative Position in der digitalen Straßenkarte. Weiterhin ermittelt eine fahrzeugsseitige Verarbeitungseinheit während des Betriebs des Fahrzeugs iterativ Fahrzeug-Steuerungs-Parameter und hinterlegt diese in einer Speichereinheit, wobei anhand der Fahrzeug-Steuerungs-Parameter die Kostenfunktion für einen im Voraus festgelegten Voraussagehorizont der dem Fahrzeug vorausliegenden Route optimiert wird. Die für diesen Voraussagehorizont optimalen Fahrzeug-Steuerungs-Parameter werden gespeichert, aktualisiert und zur Steuerung des Fahrzeugs verwendet.
  • Weiterhin sind aus der WO 2006/107267 A1 ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Betrieb eines Fahrzeugs bekannt. Eine vorausschauende Funktion einer Geschwindigkeitsregelanlage identifiziert eine Reihe von charakteristischen Punkten auf einer Route des Fahrzeugs, wobei jedem der charakteristischen Punkte insbesondere eine Steilheit bei Anstiegen und Gefällen zugeordnet und für diesen in der Geschwindigkeitsregelanlage gespeichert wird. Weiterhin wird die Route in einer digitalen Straßenkarte gespeichert, in welcher jeder der charakteristischen Punkte mit zumindest einem Fahrzeug-Betriebs-Kriterium verknüpft ist. Weiterhin wird basierend auf einer Mehrzahl von Fahrzeugparametern, Fahrzeug-Betriebs-Parametern und Straßen-Routen-Parametern der digitalen Straßenkarte eine Position der charakteristischen Punkte ermittelt und gespeichert. Zusätzlich wird eine aktuelle Fahrzeugposition ermittelt, um eine relative aktuelle Fahrzeugposition in der digitalen Straßenkarte zu definieren. Anschließend wird eine Fahrstrategie-Anweisung zur Steuerung des Fahrzeugs für jede Strecke zwischen den ermittelten Positionen für zwei aufeinanderfolgende Punkte jedes Anstiegs und jedes Gefälles basierend auf der Fahrzeugposition ausgewählt und Betriebparameter einer Antriebseinheit des Fahrzeugs werden in Abhängigkeit der Fahrstrategie zwischen den aufeinander folgenden Punkten eingestellt, um den Betrieb des Fahrzeugs derart zu steuern, dass das zumindest eine mit dem entsprechenden Punkt verknüpfte Fahrzeug-Betriebs-Merkmal erfüllt ist. Das heißt, dass zu einer Generierung von Fahrbefehlen für die jeweilige Fahrstrategie die in der digitalen Straßenkarte eingetragenen charakteristischen Punkte verwendet werden, wobei diese vorab und/oder durch adaptive Mechanismen in die digitale Straßenkarte eingetragen werden.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein gegenüber dem Stand der Technik verbessertes Verfahren zur Steuerung einer Geschwindigkeitsregelanlage eines Fahrzeugs anzugeben, anhand welchem ein optimierter Betrieb des Fahrzeugs möglich ist und welches mit geringem Aufwand und geringen Kosten ausführbar ist.
  • Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst.
  • Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
  • Bei dem Verfahren zur Steuerung einer Geschwindigkeitsregelanlage eines Fahrzeugs wird in Abhängigkeit von einer aus Streckenparametern und Fahrzeugparametern gebildeten charakteristischen Fahrzeugsituation anhand mehrerer alternativer Steuervarianten durch eine Steuerung und/oder Regelung eines Antriebsstrangs und/oder einer Bremseinrichtung des Fahrzeugs eine Fahrzeuggeschwindigkeit automatisch eingestellt.
  • Erfindungsgemäß werden die Streckenparameter, welche zumindest Steigungsdaten und insbesondere Geschwindigkeitsbegrenzungsdaten umfassen, aktuell für zumindest einen während einer Fahrt des Fahrzeugs vorausliegenden Streckenabschnitt aus dreidimensionalen Kartendaten einer digitalen Straßenkarte ermittelt, wobei in Abhängigkeit von den Streckenparametern, aktuellen Fahrzeugparametern und/oder prognostizierten Fahrzeugparametern aus einer Mehrzahl der alternativen Steuervarianten eine oder mehrere geeignete Steuervarianten ausgewählt werden. In Anwendungsfällen werden anhand einer Simulation eines Verlaufs der Fahrzeuggeschwindigkeit ein Einfluss der ausgewählten Steuervarianten und deren Eignung zur bedarfsgerechten Steuerung der Geschwindigkeitsregelanlage überprüft und eine geeignete Steuervariante oder mehrere geeignete Steuervarianten aktiviert und/oder eine ungeeignete Steuervariante oder mehrere ungeeignete Steuervarianten verworfen.
  • Für diese heuristische Ermittlung der für eine charakteristische Fahrzeugsituation geeigneten Steuervariante sind in besonders vorteilhafter Weise eine geringe Rechenleistung und somit ein geringer Material- sowie Kostenaufwand erforderlich. Weiterhin wird mittels der Simulation in den Anwendungsfällen in kurzer Zeit und besonders frühzeitig die geeignete Steuervariante zur bedarfsgerechten Steuerung der Geschwindigkeitsregelanlage ermittelt, woraus wiederum die Möglichkeit einer frühzeitigen Reaktion auf eine bevorstehende Fahrzeugsituation und somit die Möglichkeit eines besonders kraftstoffverbrauchsarmen und schadstoffemissionsarmen Betriebs des Fahrzeugs resultieren. Unter einem Anwendungsfall (englisch: use case) werden alle möglichen Szenarien verstanden, die eintreten können, wenn anhand der Steuervarianten die Geschwindigkeitsregelanlage gesteuert wird. Auch ermöglicht das erfindungsgemäße Verfahren eine direkte Parametrierung einzelner Fahrsituationen und ist in einfacher Weise im Fahrzeug applizierbar, wobei das Verfahren sowohl in Personenkraftwagen als auch in Nutzfahrzeugen durch eine Nutzung bereits vorhandener Komponenten sowie Steuerungen und/oder Regelungen einfach und kostengünstig technisch umsetzbar ist. Weiterhin ist es in besonders gewinnbringender Weise möglich, dass zur Ermittlung der Streckenparameter dreidimensionale digitale Straßenkarten verwendet werden können, für welche keine Adaptionsmechanismen erforderlich sind.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren kann insbesondere bei Kraftfahrzeugen, wie beispielsweise Personen- oder Lastkraftwagen, aber auch bei Schienenfahrzeugen, wie beispielsweise Straßen- oder Eisenbahnen, eingesetzt werden.
  • Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand von Zeichnungen näher erläutert.
  • Dabei zeigen:
  • 1 schematisch ein Blockschaltbild einer Vorrichtung zur Steuerung einer Geschwindigkeitsregelanlage für ein Fahrzeug,
  • 2 schematisch einen Verfahrensablauf einer Geschwindigkeitsverlaufsplanung,
  • 3 schematisch einen Verfahrenablauf bei einer Erzeugung einer Geschwindigkeitsvorgabe, und
  • 4 schematisch einen Verfahrensablauf einer Gangvorgabeplanung für ein Getriebe.
  • Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
  • 1 zeigt eine Vorrichtung 1 zur Steuerung einer Geschwindigkeitsregelanlage 2 für ein nicht näher dargestelltes Fahrzeug.
  • Mittels der Geschwindigkeitsregelanlage 2 wird in Abhängigkeit von einer aus Streckenparametern PStr und Fahrzeugparametern PFzg gebildeten charakteristischen Fahrzeugsituation anhand mehrerer alternativer Steuervarianten durch eine Steuerung und/oder Regelung eines Antriebsstrangs des Fahrzeugs, welcher zumindest eine Antriebsmaschine 3 und eine Getriebeeinheit 4 umfasst, und/oder einer Bremseinrichtung 5 des Fahrzeugs eine Fahrzeuggeschwindigkeit vIst automatisch derart eingestellt, dass ein möglichst geringer Kraftstoffverbrauch bei gleichzeitig komfortablem Betrieb des Fahrzeugs erreicht wird. Dabei ist die Getriebeeinheit 4 aus einem Getriebe 4.1, insbesondere einem Getriebe mit Automatikfunktion, und einer Getriebesteuereinheit 4.2 gebildet.
  • Die Fahrzeugparameter PFzg werden mittels einer Fahrzeugsensorik 6 erfasst, wobei die Fahrzeugparameter PFzg insbesondere die Fahrzeuggeschwindigkeit vIst, eine Information über einen eingelegten Gang G oder eine Fahrstufe des Getriebes 4.1, eine Drehzahl nIst und ein Drehmoment MIst der Antriebsmaschine umfassen. Die Fahrzeugsensorik 6 ist vorzugsweise aus bereits im Fahrzeug vorhandenen Sensoren, wie z. B. Sensoren zum Betrieb von Fahrerassistenzsystemen, gebildet. Die Fahrzeugparameter PFzg werden insbesondere mittels eines Bus-Systems, insbesondere eines CAN-Bus-Systems, von der Fahrzeugsensorik 6 an die Geschwindigkeitsregelanlage 2 übertragen.
  • Die Streckenparameter PStr, welche zumindest Steigungsdaten DS und Geschwindigkeitsbegrenzungsdaten Dv umfassen, werden dagegen während einer Fahrt des Fahrzeugs aktuell für zumindest einen vorausliegenden Streckenabschnitt aus dreidimensionalen Kartendaten einer digitalen Straßenkarte SK ermittelt. Die digitale Straßenkarte ist dabei dreidimensional ausgebildet, d. h. sie enthält zusätzlich Höhenangaben, und ist in einem Kartenmodul 7 des Fahrzeugs implementiert. Das Kartenmodul 7 kann eigenständig oder als Teil einer Navigationsvorrichtung ausgeführt sein. Die Geschwindigkeitsbegrenzungsdaten Dv sind insbesondere in der digitalen Straßenkarte SK hinterlegte Geschwindigkeitsbegrenzungen, welche eine maximal zulässige Höchstgeschwindigkeit für die jeweiligen Streckenabschnitte regeln.
  • Weiterhin ist es erforderlich, eine Fahrzeugposition POS in der digitalen Straßenkarte SK zu ermitteln. Dies erfolgt anhand einer Positionsbestimmung des Fahrzeugs mittels eines globalen Positionsbestimmungssystems. Hierzu weist das Fahrzeug, insbesondere das Kartenmodul 7, in nicht näher dargestellter Weise eine Empfängereinheit, z. B. einen GPS-Empfänger, auf, anhand welcher in bekannter Weise die Fahrzeugposition POS bestimmt wird.
  • Anhand der Bestimmung der aktuellen Fahrzeugposition POS ist ermittelbar, auf welchem Streckenabschnitt sich das Fahrzeug befindet und in Verbindung mit der aktuellen Fahrzeuggeschwindigkeit vIst und den Geschwindigkeitsbegrenzungsdaten Dv ist ermittelbar, zu welchem Zeitpunkt das Fahrzeug vorausliegende Streckenabschnitte erreicht. In Abhängigkeit davon, ob die vorausliegenden Streckenabschnitte durch ein Gefälle, einen Anstieg oder einen ebenen Fahrbahnverlauf gekennzeichnet sind, weisen diese unterschiedliche Steigungsdaten DS auf, welche aus der digitalen Straßenkarte SK ermittelbar sind.
  • Anhand der Kenntnis der Geschwindigkeitsbegrenzungsdaten DV und der Steigungsdaten DS werden eine vorausschauende Geschwindigkeitstempomatfunktion und eine Gangwahlfunktion automatisch generiert, wobei ein vorausschauender Fahrstil mit dem Ziel einer Kraftstoffeinsparung nachgeahmt wird. Ein hierzu erforderlicher grober Vorausschauhorizont wird aus den Geschwindigkeitsbegrenzungsdaten Dv und den Steigungsdaten DS aus der digitalen Straßenkarte SK generiert. Dieser grobe Vorausschauhorizont ist dabei insbesondere ein Datenarray, welches die Steigungsdaten DS und die Geschwindigkeitsbegrenzungsdaten Dv aufgetragen über der Position relativ zur aktuellen Fahrzeugposition POS von dem vor dem Fahrzeug liegenden Streckenabschnitt enthält.
  • Mittels des aus den Streckenparametern PStr gebildeten groben Vorausschauhorizonts und aktuellen Fahrzeugparametern PFzg werden anhand der Geschwindigkeitsregelanlage 2 Schaltbefehle für das Getriebe 4.1 und Geschwindigkeitsvorgaben erzeugt, wobei die Geschwindigkeitsvorgaben durch Ansteuerung des Getriebes 4.1 und/oder durch Vorgabe des Drehmoments MSoll der Antriebsmaschine 3 und/oder eines Bremsmoments MBrems der Bremseinrichtung 5 erzeugt werden.
  • Zur Steuerung der Fahrzeuggeschwindigkeit werden die Steigungsdaten DS und die Geschwindigkeitsbegrenzungsdaten Dv einer Geschwindigkeitsverlaufsplanung PLANv, welche in 2 näher dargestellt und erläutert ist, zugeführt. Die Steigungsdaten DS werden weiterhin einer Gangvorgabeplanung PLANG, welche in 4 näher dargestellt und erläutert ist, zugeführt. Auch werden die Steigungsdaten DS mittels einer Störgrößen-Schätzeinrichtung 2.1 gefiltert, so dass eventuell auftretende Störgrößen bei der Steuerung der Fahrzeuggeschwindigkeit vIst unberücksichtigt bleiben. Sowohl die Geschwindigkeitsverlaufsplanung PLANv als auch die Gangvorgabeplanung PLANG werden dabei in einem langsamen Taktzyklus TM1 ausgeführt.
  • Anhand der Geschwindigkeitsverlaufsplanung PLANv wird der Geschwindigkeitsverlauf des Fahrzeugs geschätzt bzw. vorausgeplant, wobei das Ergebnis dieser Schätzung bzw. Planung eine Geschwindigkeits-Trajektorie vTraj ist, welche an die Gangvorgabeplanung PLANG übertragen wird.
  • Mittels der Geschwindigkeitsverlaufsplanung PLANv werden weiterhin verschiedene Anwendungsfälle A1 bis An, so genannte Use-Cases, erzeugt, anhand welcher in Abhängigkeit von den Streckenparametern PStr, aktuellen Fahrzeugparametern PFzg und prognostizierten Fahrzeugparametern, d. h. insbesondere der Geschwindigkeits-Trajektorie vTraj, aus einer Mehrzahl der alternativen Steuervarianten eine oder mehrere geeignete Steuervarianten zur Steuerung der Fahrzeuggeschwindigkeit vIst ausgewählt werden.
  • Diese Anwendungsfälle A1 bis An und die Geschwindigkeits-Trajektorie vTraj werden anschließend an eine Geschwindigkeitsvorgabe VORGv übermittelt, anhand derer in einem schnellen Taktzyklus TM2 eine minimale Fahrzeuggeschwindigkeit vmin und eine maximale Fahrzeuggeschwindigkeit vmax ermittelt werden. Die Werte der minimalen Fahrzeuggeschwindigkeit vmin und der maximalen Fahrzeuggeschwindigkeit vmax werden an eine Tempomat-Regeleinheit 2.2 überführt, mittels welcher das Bremsmoment MBrems der Bremseinrichtung 5 und/oder das Soll-Drehmoment der Antriebsmaschine 3 vorgegeben und somit die gewünschte Fahrzeuggeschwindigkeit vSoll eingestellt und erreicht wird.
  • Die Berechnung dieser Werte im schnellen Taktzyklus gewährleistet eine zeitnahe Umsetzung der vorher berechneten Gang- und Geschwindigkeitsverlaufsplanung. Sobald das Fahrzeug eine bestimmte Position erreicht, werden sehr schnell die für diese Stelle vorgegebenen Werte aus PLANv und PLANG zur Regelung benutzt. Die parallel dazu verlaufende rechenintensive Neuberechnung von PLANv und PLANG im langsamen Takt berücksichtigt die seit der letzten Berechnung veränderten Werte PStr und PFzg. Im Idealfall haben sich diese Werte so entwickelt wie bei der letzten Berechnung vorhergesagt, so dass die resultierenden PLANv und PLANG identisch mit den früher berechneten Werten sind und allenfalls neue Werte hinzukommen, um den durch die inzwischen gefahrene Strecke verkürzten Planungshorizont wieder aufzufüllen. Durch unvorhergesehene Störgrößen können sich PStr und PFzg auch geringfügig anders als vorgesehen entwickeln, so dass die neuen PLANv und PLANG sich leicht von den alten Werten unterscheiden. Da diese Unterschiede bei kleinen Zeitabständen zwischen den Berechnungen sehr gering sind, ist es nicht notwendig, PLANv und PLANG im schnellen Talkzyklus jedes Mal neu zu berechnen. Es ist daher zweckmäßig, einen preisgünstigen Rechner einzusetzen, der nicht in der Lage wäre, im schnellen Taktzyklus PLANv und PLANG zu berechnen, im langsamen Taktzyklus dafür aber genügend Zeit zur Verfügung hat.
  • In 2 ist ein Beispiel eines Verfahrensablaufs der Geschwindigkeitsverlaufsplanung PLANV dargestellt.
  • Anhand einer heuristischen und steigungsbasierten Unterteilung der Vorausschau in charakteristische Abschnitte werden im Voraus mit geringem Aufwand markante Positionen bestimmt, an welchen bestimmte Anwendungsfälle A1 bis An, d. h. die so genannten Use-Cases, geprüft werden. Als Ergebnis ist die Unterteilung des groben Vorausschauhorizonts in mehrere genaue Segmente S1 bis Sx unterteilt, wobei durch eine Angabe einer Startposition, Länge und Art der Segmente S1 bis Sx anhand der verschiedenen Anwendungsfälle A1 bis An prinzipiell interessante Positionen erkennbar sind.
  • Für die verschiedenen Anwendungsfälle A1 bis An existieren mehrere alternative Steuervarianten, welche sequentiell geprüft werden. Diese Prüfung erfolgt anhand einer Simulation eines Verlaufs eines Fahrzeugverhaltens, insbesondere der Fahrzeuggeschwindigkeit vIst, wobei anhand dieses Verlaufs ein Einfluss der ausgewählten Steuervarianten und deren Eignung zur bedarfsgerechten Steuerung der Geschwindigkeitsregelanlage 2 überprüft werden. Ist keines der mittels der Steuervarianten erzeugten Verhalten akzeptabel, wird der jeweilige Anwendungsfall A1 bis An und/oder die jeweilige Steuervariante verworfen oder ein Standardverhalten umgesetzt. Derartige Standardverhalten besitzen keine Randbedingungen und können somit immer erfolgreich abgebildet werden. In der Regel entsprechen Standardvarianten dabei einem Verhalten einer konventionellen Tempomatfunktion.
  • Teilweise setzen sich dabei die Anwendungsfälle A1 bis An aus verschiedenen Phasen P1 bis Pm zusammen. Während jeder Phase P1 bis Pm wird geprüft, ob die spezifizierten Rahmenbedingungen eingehalten werden können. Falls eine Phase P1 bis Pm ohne Verletzung der Rahmenbedingungen abgeschlossen werden kann, wird mit der nächsten Phase P1 bis Pm fortgefahren. Nach erfolgreichem Abschluss der letzten Phase Pm wird der Anwendungsfall A1 bis An übernommen, welcher sich am besten zur bedarfsgerechten Steuerung der Geschwindigkeitsregelanlage 2 eignet. Als Ergebnis werden sowohl die ermittelten Geschwindigkeits-Trajektorien vTraj des angewandten Anwendungsfalls A1 bis An als auch zusätzliche Informationen über den geplanten Anwendungsfall A1 bis An selbst als Ergebnis übermittelt.
  • Mittels der allgemein bekannten Längsdynamik-Gleichung und den zur Verfügung stehenden Steigungsdaten DS wird für die jeweilige Phase P1 bis Pm die Einhaltung situationsabhängiger Rahmenbedingungen durch Berechnen der Geschwindigkeits-Trajektorie vTraj, d. h. des Geschwindigkeitsverlaufs, geprüft. Beispiele für Rahmenbedingungen sind Zeit-, Weg- und Geschwindigkeitsbedingungen oder z. B. ein virtueller Abstand zu einem Referenzfahrzeug.
  • Bei Verletzung von Rahmenbedingungen während einer Phase P1 bis Pm wird mit der Prüfung einer alternativen Steuerungsvariante fortgefahren. Diese Steuerungsvariante kann gegebenenfalls auch mehrere Phasen P1 bis Pm der vorherigen Steuerungsvariante durch eine andere Betriebsstrategie ersetzen bzw. Teilergebnisse der vorherigen Berechnungen wieder verwenden.
  • Um eine gegenseitige Abhängigkeit von der Gangwahl des Getriebes 4.1, d. h. der Gangvorgabeplanung PLANG, und der Geschwindigkeitsverlaufsplanung PLANv zu vermeiden, werden bei der Geschwindigkeitsverlaufsplanung PLANv keine in der Zukunft liegenden Entscheidungen der Gangwahl berücksichtigt. Alternativ ist jedoch auch eine Rückkopplung der Ergebnisse der Gangvorgabeplanung PLANG möglich, um eine Güte des Vorausschauhorizonts zu verbessern.
  • Zur Bestimmung optimaler Positionen für den Übergang zwischen verschiedenen Heuristiken verwendet das System in gewissen Phasen ein gezielt positionsbasiertes ”Rückwärts-Rechnen” von einem in der Zukunft gewünschten Zielzustand bis hin zur aktuellen Position.
  • Um das Überlappen verschiedener Anwendungsfälle A1 bis An zu ermöglichen, werden die verschiedenen Anwendungsfälle A1 bis An durch separate Komponenten realisiert, welche durch sequentielle Abarbeitung ein gewünschtes Verhalten verfeinern. Der erste Anwendungsfall A1 erhält hierzu als Ausgangspunkt die aus den Kartendaten extrahierten Geschwindigkeitsbegrenzungsdaten Dv, alle weiteren Anwendungsfälle A2 bis An benutzen die Geschwindigkeits-Trajektorien vTraj der vorgelagerten Anwendungsfälle A1 bis An-1.
  • 3 zeigt einen Verfahrenablauf bei einer Erzeugung der Geschwindigkeitsvorgabe VORGv, wobei anhand von Eingangsgrößen, d. h. anhand der Fahrzeugparameter PFzg, der Geschwindigkeits-Trajektorien vTraj der verschiedenen Anwendungsfälle A1 bis An und anhand der Anwendungsfälle A1 bis An selbst, die Geschwindigkeitsvorgabe VORGv der minimalen Fahrzeuggeschwindigkeit vmin und der maximalen Fahrzeuggeschwindigkeit vmax erzeugt wird. Die minimale Fahrzeuggeschwindigkeit vmin und die maximale Fahrzeuggeschwindigkeit vmax können dabei auch den gleichen Geschwindigkeitswert aufweisen.
  • In diesem Verfahrensschritt VORGV wird der Systemzustand ausgewertet (Kontrolle und Bereitstellung der Zustände) und die Geschwindigkeitsvorgabe VORGv der minimalen Fahrzeuggeschwindigkeit vmin und der maximalen Fahrzeuggeschwindigkeit vmax, die die Eingänge der Tempomat-Regeleinheit 2.2 sind, erzeugt. Gegebenenfalls werden geänderte Systemzustände aktualisiert. Zustände sind bspw. der gerade aktive Anwendungsfall oder der Aktivierungszustand der Vorrichtung 1
  • Ein Aktivieren der Anwendungsfälle A1 bis An kann dabei Entscheidungen enthalten, die von der aktuellen Fahrsituation des Fahrzeugs abhängig sind, so dass die Geschwindigkeitsvorgabe VORGv den genauen Zeitpunkt der Aktivierung präziser bestimmen kann als der langsame Taktzyklus TM1. Die Geschwindigkeitsvorgabe VORGv ist im schnellen Taktzyklus TM2 realisiert und kann somit reaktiv auf Änderungen reagieren, wie zum Beispiel Fahrerwünsche oder Eingriffe.
  • Weiterhin wird anhand der Geschwindigkeitsvorgabe VORGv ein Gesamtsystemzustand der Vorrichtung 1 verwaltet, so dass somit auch die nötigen Informationen für die Ausführung der Planung in aufbereiteter Form zur Verfügung stehen.
  • Im Folgenden sind beispielhaft verschiedene Anwendungsfälle A1 bis An der vorausschauenden Geschwindigkeitsvorgabe VORGv und die Reaktion der Geschwindigkeitsvorgabe VORGv auf diese dargestellt.
  • Ein Anwendungsfall A1 bis An beinhaltet eine Reaktion auf vorgegebene Geschwindigkeitsbegrenzungen, welche durch die Geschwindigkeitsbegrenzungsdaten DV erfasst werden. Dabei wird zunächst entschieden, ob das erfasste Tempolimit höher oder niedriger als die aktuelle Fahrzeuggeschwindigkeit vIst ist.
  • Bei einem niedrigeren Tempolimit wird anschließend berechnet, zu welchem Zeitpunkt und an welcher Fahrzeugposition POS durch Steuerung des Bremsmoments MBrems derart gebremst werden muss, dass die Fahrzeuggeschwindigkeit vIst das neue und niedrigere Tempolimit nicht überschreitet. Auch wird berechnet, zu welchem Zeitpunkt und an welcher Fahrzeugposition POS zur Kraftstoffeinsparung eine Reduktion des Drehmoments MIst der Antriebsmaschine 3 auf ein Soll-Drehmoment MSoll zielführend ist. Durch Zuführung der notwenigen Signale, d. h. des erforderlichen Soll-Drehmoments MSoll und/oder Bremsmoments MBrems, an die Tempomat-Regeleinheit 2.2 und eine Steuerung der Antriebsmaschine 3 und der Bremseinrichtung 5 mittels der Tempomat-Regeleinheit 2.2 ist ein frühzeitiges und kontinuierliches Anpassen der Fahrzeuggeschwindigkeit vIst an eine Soll-Geschwindigkeit vSoll bzw. Wunsch-Geschwindigkeit möglich.
  • Bei einem höheren Tempolimit wird berechnet, zu welchem Zeitpunkt und an welcher Fahrzeugposition POS durch Erhöhung des Drehmoments MIst der Antriebsmaschine 3 auf ein Soll-Drehmoment MSoll ein Kraftstoff sparender und akzeptabler Beschleunigungsvorgang zur Erreichung der höheren Soll-Geschwindigkeit vSoll zielführend ist. Auch wird das notwendige Soll-Drehmoment MSoll an die Tempomat-Regeleinheit 2.2 übermittelt, welche die Antriebsmaschine 3 derart steuert, dass die Soll-Geschwindigkeit vSoll mit besonders geringem Kraftstoffverbrauch und für Insassen des Fahrzeugs komfortabel erreicht wird.
  • Ein weiterer Anwendungsfall A1 bis An beinhaltet eine Reaktion auf ein Gefälle. Wird anhand der Steigungsdaten DS ein Gefälle auf einem vorausliegenden Streckenabschnitt erkannt, wird ein akzeptabler und verbrauchsgünstiger Zeitpunkt für die Reduktion des Drehmoments MIst der Antriebsmaschine 3 auf ein Soll-Drehmoment MSoll ermittelt. Hierdurch kann die Fahrzeuggeschwindigkeit vIst kurzfristig begrenzt unter die Wunsch- bzw. Soll-Geschwindigkeit vSoll abfallen, wird jedoch im anschließenden Gefälle gravitationsbedingt in akzeptabler Zeit wieder auf diese erhöht.
  • Ein zusätzlicher Anwendungsfall A1 bis An beinhaltet eine Reaktion auf Anstiege, beispielsweise auf steile Berge. Anhand der Geschwindigkeitsregelanlage 2 wird ein frühzeitiges Beschleunigen vor Anstiegen ausgeführt, um in Kraftstoff sparender Weise einen gewünschten Geschwindigkeitsüberschuss zu erzielen, mit welchem der Anstieg befahren wird. Hierzu wird der Geschwindigkeitsverlauf während des Anstiegs vorausberechnet, d. h. simuliert und in Abhängigkeit der Ergebnisse der Simulation wird das Drehmoment MIst der Antriebsmaschine 3 auf ein Soll-Drehmoment MSoll zum richtigen Zeitpunkt an der richtigen Fahrzeugposition POS erhöht.
  • Auch kann eine frühzeitige Reduktion des Drehmoments MIst der Antriebsmaschine 3 auf ein geringeres Soll-Drehmoment MSoll beim Beschleunigen auf die Wunsch- bzw. Soll-Geschwindigkeit vSoll zielführend sein, da an steilen Anstiegen trotz maximalem Drehmoment MIst insbesondere bei Nutzfahrzeugen eine Verringerung der Fahrzeuggeschwindigkeit vIst unter die Wunsch- bzw. Soll-Geschwindigkeit vSoll möglich ist. Bei der hier beschriebenen Situation werden ein Zeitpunkt und eine Fahrzeugposition POS ermittelt, an welcher durch die frühzeitige Reduktion des Drehmoments MIst der Antriebsmaschine 3 bei einem dem steilen Anstieg nachgelagerten Gefälle das Fahrzeug mit dem geringeren Drehmoment MSoll und somit Kraftstoff sparend unter Einhaltung vorgegebener Rahmenbedingungen auf die Wunsch- bzw. Soll-Geschwindigkeit vSoll beschleunigt wird.
  • Ferner stellt eine Nutzung von Schwungspitzen einen Anwendungsfall A1 bis An dar. Dabei wird frühzeitig am Ende eines Gefälles, insbesondere vor einer Senke, das Bremsmoment MBrems gesenkt, so dass eine kinetische Energie aus einer leicht erhöhten Fahrzeuggeschwindigkeit vIst nutzbar ist. Dabei sind eine maximale Geschwindigkeitsobergrenze und eine Zeitbedingung für das Überschreiten der dauerhaft erlaubten Maximalgeschwindigkeit vorgegeben.
  • In 4 ist ein beispielhafter Verfahrensablauf der Gangvorgabeplanung PLANG für das Getriebe 4.1 des Fahrzeugs dargestellt.
  • Die Planung der Gangvorgabe erfolgt dabei heuristisch-prädiktiv basierend auf Steigungsdaten DS. Der gewünschte Geschwindigkeitsverlauf, d. h. die Geschwindigkeits-Trajektorie vTraj, wird durch die vorgelagerte Berechnung der vorausschauenden Geschwindigkeitsverlaufsplanung vorgegeben.
  • Zur Beschränkung der Komplexität wird eine endliche Anzahl z an Gangwahl-Situationen Y1 bis Yz definiert.
  • Zunächst wird gemäß der Geschwindigkeits-Trajektorie vTraj, welche sich auf die Wunsch- bzw. Soll-Geschwindigkeit vSoll bezieht, die Gangvorgabe mit eingelegtem Ist-Gang GIst im Voraus simuliert. Die aus der Simulation resultierenden Verläufe der Zustandsgrößen des Fahrzeugs, insbesondere des Drehmoments MIst, des Bremsmoments MBrems und der Motordrehzahl nIst, werden bewertet und dienen der Erkennung der Gangwahl-Situation Y1 bis Yz.
  • In jeder Gangwahl-Situation Y1 bis Yz (=Schaltsituation) gibt es eine Anzahl erstrebenswerter Schaltvorgänge wY1 bis wYz zu verschiedenen Schaltzeitpunkten tSoll in bestimmte Gänge GSoll, die entsprechend ihrer Priorität sequentiell geprüft werden. Hierzu gehören auch Schaltungen nach Neutral, in welchen der so genannte EcoRoll-Modus ausführbar ist.
  • Dazu wird ab dem Zeitpunkt des Gangwechsels im neuen Ziel-Gang GSoll eine weitere Voraussimulation durchgeführt. Das Ergebnis dieser Voraussimulation wird nach einem Satz situationsabhängiger Kriterien KY1 bis KYz bewertet. Dazu gehören neben dem Momenten- und Drehzahlverlauf z. B auch der Verlauf der Geschwindigkeit sowie eine prädizierte Entwicklung der Temperatur der Bremseinrichtung 5. Erfüllt ein Schaltvorgang wY1 bis wYz die Kriterien KY1 bis KYz, wird die weitere Untersuchung niederprioritärer Schaltvorgänge wY1 bis wYz abgebrochen und der Schaltvorgang wY1 bis wYz mit Ziel-Gang GSoll und Schaltzeitpunkt tSoll an einen Block Gangvorgabe VORGG gesendet.
  • Dieser Block Gangvorgabe VORGG bildet eine Schnittstelle zur Getriebesteuereinheit 4.2 im schnellen Taktzyklus TZ2, wobei bis zum Schaltzeitpunkt tSoll der Ist-Gang GIst als Wunschgang ausgegeben wird, danach der von der Gangvorgabeplanung PLANG errechnete Zielgang GSoll.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • US 006990401 B2 [0002]
    • WO 2006/107267 A1 [0003]

Claims (5)

  1. Verfahren zur Steuerung einer Geschwindigkeitsregelanlage (2) eines Fahrzeugs, wobei in Abhängigkeit von einer aus Streckenparametern (PStr) und Fahrzeugparametern (FFzg) ermittelten charakteristischen Fahrzeugsituation anhand mehrerer alternativer Steuervarianten durch eine Steuerung und/oder Regelung eines Antriebsstrangs und/oder einer Bremseinrichtung (5) des Fahrzeugs eine Fahrzeuggeschwindigkeit (vIst) automatisch eingestellt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Streckenparameter (PStr), welche zumindest Steigungsdaten (DS) umfassen, aktuell für zumindest einen während einer Fahrt des Fahrzeugs vorausliegenden Streckenabschnitt aus dreidimensionalen Kartendaten einer digitalen Straßenkarte (SK) ermittelt werden, wobei in Abhängigkeit von den Streckenparametern (PStr), aktuellen Fahrzeugparametern (PFzg) und/oder prognostizierten Fahrzeugparametern aus einer Mehrzahl der alternativen Steuervarianten eine oder mehrere geeignete Steuervarianten ausgewählt werden, wobei in Anwendungsfällen (A1 bis An) anhand einer Simulation eines Verlaufs der Fahrzeuggeschwindigkeit (vIst) ein Einfluss der ausgewählten Steuervarianten und deren Eignung zur bedarfsgerechten Steuerung der Geschwindigkeitsregelanlage (2) überprüft und eine geeignete Steuervariante oder mehrere geeignete Steuervarianten aktiviert und/oder eine ungeeignete Steuervariante oder mehrere ungeeignete Steuervarianten verworfen werden.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Streckenparameter (PStr) Geschwindigkeitsbegrenzungsdaten (Dv) umfassen.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in einem ersten Schritt anhand der Steigungsdaten (DS) ein grober Vorausschauhorizont einer charakteristischen Fahrzeugsituation bestimmt wird, wobei anschließend in einem zweiten Schritt der grobe Vorausschauhorizont in genaue Segmente (S1 bis Sx) unterteilt wird.
  4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass für jedes Segment (S1 bis Sx) in einem oder mehreren Anwendungsfällen (A1 bis An) der Einfluss der ausgewählten Steuervarianten und deren Eignung zur bedarfsgerechten Steuerung der Geschwindigkeitsregelanlage (2) überprüft werden.
  5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die automatische Einstellung der Fahrzeuggeschwindigkeit (vIst) anhand einer Steuerung eines Drehmoments (MIst) einer Antriebsmaschine (3), einer Gangwahl eines Getriebes (4.1) und/oder zumindest der Bremseinrichtung (5) des Fahrzeugs ausgeführt wird.
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