DE102009058393A1 - Verfahren und Vorrichtung für einen einer zulässigen Höchstgeschwindigkeit folgenden Tempomat - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung für einen einer zulässigen Höchstgeschwindigkeit folgenden Tempomat Download PDF

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Abstract

Es wird ein Verfahren zum automatischen Wechseln einer Tempomatgeschwindigkeit von einer momentanen Geschwindigkeitszone zu einer nächsten Geschwindigkeitszone bereitgestellt. Es wird eine Stelle, an der sich die zulässige Höchstgeschwindigkeit der Zone von der momentanen zulässigen Höchstgeschwindigkeit auf die nächste zulässige Höchstgeschwindigkeit ändert, vor einem gefahrenen Fahrzeug ermittelt. Es wird ein Geschwindigkeitsprofil ermittelt, um die Fahrzeuggeschwindigkeit von der momentanen zulässigen Höchstgeschwindigkeit auf die nächste zulässige Höchstgeschwindigkeit zu ändern. Das Geschwindigkeitsprofil umfasst nichtlineare Änderungen der Fahrzeuggeschwindigkeit zwischen der momentanen Geschwindigkeitszone und der nächsten Geschwindigkeitszone, um abrupte Änderungen der Fahrzeuggeschwindigkeit zu beseitigen. Es wird eine relative Stelle ermittelt, um die nichtlinearen Änderungen der Geschwindigkeit des Fahrzeugs zu initiieren. Die nichtlinearen Änderungen der Geschwindigkeit des Fahrzeugs werden an der relativen Stelle veranlasst, um die Geschwindigkeit allmählich auf die nächste zulässige Höchstgeschwindigkeit zu ändern.

Description

  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • Eine Ausführungsform betrifft allgemein Tempomatsysteme.
  • Kooperative Geschwindigkeitsregelungssysteme umfassen das Verringern einer Geschwindigkeit des Fahrzeugs bei einer Distanz vor einer Gefahrenzone, wie beispielsweise einer Kreuzung, einem Fußgängerüberweg, einer Schulzone, und dann das Erhöhen der Geschwindigkeit auf die erforderliche Geschwindigkeit nach der Kreuzungszone. Solche Systeme fahren mit einer konstanten zulässigen Höchstgeschwindigkeit der Straße, bis man sich der Gefahrenzone nähert. Bei einer Distanz vor der Gefahrenzone initiieren solche Systeme abrupt eine lineare Geschwindigkeitsverminderung, bis die Geschwindigkeit die Gefahrenzonengeschwindigkeit erreicht. An diesem Zeitpunkt wird die Fahrzeuggeschwindigkeit abrupt auf die zulässige Höchstgeschwindigkeit der Gefahrenzone geändert. Wenn das Fahrzeug die Gefahrenzone verlässt, initiiert das Fahrzeugsystem abrupt eine lineare Geschwindigkeitsänderung, bis die Geschwindigkeit die zulässige Höchstgeschwindigkeit der Straße erreicht. Beim Erreichen der zulässigen Höchstgeschwindigkeit wird die Geschwindigkeit des Fahrzeugs abrupt auf die Fahrzeuggeschwindigkeit geändert, mit der das Fahrzeug vor der Gefahrenzone fuhr. Das Problem bei solchen Systemen ist, dass, wenn das Fahrzeug zu und von einer Gefahrenzonengeschwindigkeit wechselt, eine lineare Geschwindigkeitsänderung angewandt wird, die ein Rucken des Fahrzeugs erzeugt, was der Fahrer spürt. Das Rucken oder die abrupten Stöße in der Fahrzeugdynamik, die der Fahrer spürt, sind das direkte Ergebnis eines abrupten Bremsens oder einer abrupten Fahrzeugbeschleunigung, das oder die ein Ergebnis eines direkten Wechselns der Fahrzeuggeschwindigkeit zwischen einer konstanten Geschwindigkeit und einer linearen Geschwindigkeitsverminderung oder einem linearen Beschleunigen oder dem Erhöhen der Beschleunigung auf eine höhere Geschwindigkeit ist. Solch ein Auftreten stellt Beeinträchtigungen für den Fahrer des Fahrzeugs dar.
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Ein Vorteil einer Ausführungsform der Erfindung ist das automatische und allmähliche Ändern der Fahrzeuggeschwindigkeit von einer momentanen Geschwindigkeit auf eine zulässige Höchstgeschwindigkeit einer nächsten Geschwindigkeitszone zusätzlich zu einem Beseitigen des Ruckens des Fahrzeugs, das der Fahrer spürt, wenn das Fahrzeug autonom von der momentanen zulässigen Höchstgeschwindigkeit zu einer nächsten zulässigen Höchstgeschwindigkeit wechselt, während das Fahrzeug im Tempomatmodus fährt.
  • Eine Ausführungsform betrachtet ein Verfahren zum automatischen Wechseln einer Tempomatgeschwindigkeit von einer momentanen Geschwindigkeitszone zu einer nächsten Geschwindigkeitszone. Es wird eine Stelle vor einem gefahrenen Fahrzeug ermittelt, an der sich die zulässige Höchstgeschwindigkeit der Zone von der momentanen zulässigen Höchstgeschwindigkeit auf die nächste zulässige Höchstgeschwindigkeit ändert. Es wird ein Geschwindigkeitsprofil zum Ändern der Fahrzeuggeschwindigkeit von der momentanen zulässigen Höchstgeschwindigkeit auf die nächste zulässige Höchstgeschwindigkeit ermittelt. Das Geschwindigkeitsprofil umfasst nichtlineare Änderungen der Fahrzeuggeschwindigkeit zwischen der momentanen Geschwindigkeitszone und der nächsten Ge schwindigkeitszone, um abrupte Änderungen der Fahrzeuggeschwindigkeit zu beseitigen. Es wird eine relative Stelle ermittelt, um die nichtlinearen Änderungen der Geschwindigkeit des Fahrzeugs zu initiieren. Die nichtlinearen Änderungen der Geschwindigkeit des Fahrzeugs werden an der relativen Stelle veranlasst, um die Geschwindigkeit allmählich auf die nächste zulässige Höchstgeschwindigkeit zu ändern.
  • Eine Ausführungsform betrachtet ein Geschwindigkeitsregelungsfahrzeugsystem. Ein Controller ist geeignet, um ein Kartendatensignal, das eine Distanz zu einer nächsten Zone einer zulässigen Höchstgeschwindigkeit angibt, ein Signal, das eine momentane zulässige Höchstgeschwindigkeit angibt, ein Signal, das eine nächste zulässige Höchstgeschwindigkeit angibt, und ein Signal, das die momentane Fahrzeuggeschwindigkeit angibt, zu empfangen. Der Controller ermittelt in Ansprechen auf das Kartendatensignal eine Stelle vor einem gefahrenen Fahrzeug, an der sich die zulässige Höchstgeschwindigkeit der Zone von der momentanen zulässigen Höchstgeschwindigkeit auf die nächste zulässige Höchstgeschwindigkeit ändert. Der Controller ermittelt ein Geschwindigkeitsprofil zum Ändern der Geschwindigkeit von der momentanen zulässigen Höchstgeschwindigkeit auf die nächste zulässige Höchstgeschwindigkeit. Das Geschwindigkeitsprofil umfasst eine nichtlineare Änderung der Fahrzeuggeschwindigkeit zwischen der momentanen Geschwindigkeitszone und der nächsten Geschwindigkeitszone, um abrupte Änderungen der Fahrzeuggeschwindigkeit zu beseitigen. Der Controller ermittelt eine relative Stelle zum Initiieren der nichtlinearen Änderung der Geschwindigkeit des Fahrzeugs. Der Controller ist ausgestaltet, um die nichtlineare Änderung der Geschwindigkeit des Fahrzeugs an der relativen Stelle für das allmähliche Ändern der Fahrzeuggeschwindigkeit auf die nächste zulässige Höchstgeschwindigkeit zu veranlassen.
  • KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • 1 ist ein Blockdiagramm eines Fahrzeuggeschwindigkeits-Tempomatsystems.
  • 2 ist ein Graph einer Kurve eines Soll-Geschwindigkeitsregelungsprofils.
  • 3 ist ein Blockdiagramm eines vorausschauenden Moduls einer zulässigen Höchstgeschwindigkeit für das Fahrzeugtempomatsystem.
  • 4 ist ein Graph einer Beschleunigungsprofilkurve für das Fahrzeuggeschwindigkeits-Tempomatsystem.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
  • In 1 ist allgemein ein Blockdiagramm eines Fahrzeuggeschwindigkeits-Tempomatsystems 10 zum Ändern der Fahrzeuggeschwindigkeiten bei einem Wechsel zwischen Geschwindigkeitszonen gezeigt. Eine Antenne 12 ist mit einem GPS-Empfänger 14 gekoppelt, um ein drahtloses Signal von einer GPS-Übertragungseinrichtung entfernt von dem Fahrzeug zu empfangen, um eine Fahrzeugposition des gefahrenen Fahrzeugs bereitzustellen. Der GPS-Empfänger 14 ist mit einer Kartendatenbank 16 gekoppelt. Die Kartendaten werden von der Kartendatenbank 16 importiert, um die Position des Fahrzeugs in Bezug auf seinen Ort zu identifizieren, wodurch die Straßen und eine andere Karteninformation in der Umgebung des gefahrenen Fahrzeugs identifiziert werden. Die Kartendaten identifizieren Fahrbahnen und eine Information bezüglich der zulässigen Höchstgeschwindigkeit der befahrenen Fahrbahnen. Es werden sowohl eine Distanz zu Querstraßen als auch eine Distanz zu Änderungen einer zulässigen Höchstgeschwindigkeit ermittelt und in den Kartendaten identifiziert.
  • Das GPS 14 erzeugt eine momentane Fahrzeugposition, und die Kartendatenbank 16 bringt die Fahrzeugposition mit den Kartendaten in Übereinstimmung, um die zulässige Höchstgeschwindigkeit für die momentane Position des Fahrzeugs zu extrahieren. Die Kartendatenbank 16 sagt auch den Fahrzeugpfad vorher und extrahiert die nächste Zone einer zulässigen Höchstgeschwindigkeit und die Distanz zu dem Startpunkt der nächsten Zone einer zulässigen Höchstgeschwindigkeit.
  • Es wird ein vorausschauendes Modul 18 einer zulässigen Höchstgeschwindigkeit bereitgestellt, um die Geschwindigkeit des Fahrzeugs zu regulieren, wenn eine Änderung einer Geschwindigkeitszone auftritt, während der Fahrzeugtempomat eingeschaltet ist. Die Änderung der Geschwindigkeit des Fahrzeugs wird automatisch durch die Antriebsstrangsteuereinrichtungen, die Bremssteuereinrichtungen oder eine Kombination beider gesteuert. Das Fahrzeug sollte vorzugsweise mit einem Bremssteuermodul ausgestattet sein, das unabhängig davon, dass ein Fahrer des Fahrzeugs eine Kraft auf das Bremspedal aufbringt, ein Anwenden eines Bremsens mit den Fahrzeugbremsen ermöglicht.
  • Ein einfacher Weg, das Folgemerkmal einer zulässigen Höchstgeschwindigkeit zu erreichen, wäre, der zulässigen Höchstgeschwindigkeit zu folgen, während man sich an der momentanen Stelle befindet; dies würde jedoch dazu führen, dass das Fahrzeug die Geschwindigkeit ändert, wenn sich das Fahrzeug bereits in der Geschwindigkeitszone befindet. Diese Methodologie funktioniert korrekt, wenn sich die zulässige Höchstgeschwindigkeit erhöht, wenn aus einer Geschwindigkeitszone mit einer zulässigen Höchstgeschwindigkeit, die kleiner als eine zulässige Höchstge schwindigkeit einer nächsten Zone ist, gewechselt wird, da es keine Auswirkungen hat, wenn ein Fahrzeug mit einer Geschwindigkeitsbegrenzung unter der vorgegebenen zulässigen Höchstgeschwindigkeit fährt. Umgekehrt stellt ein Erhöhen der Fahrzeuggeschwindigkeit über eine vorgegebene zulässige Höchstgeschwindigkeit hinaus vor dem Erreichen der Geschwindigkeitszone einer höheren zulässigen Höchstgeschwindigkeit ein Risiko eines Überschreitens der vorgegebenen zulässigen Höchstgeschwindigkeit einer momentanen Geschwindigkeitszone dar.
  • In Bezug auf das Eintreten in eine nächste Geschwindigkeitszone mit einer niedrigeren zulässigen Höchstgeschwindigkeit relativ zu der momentanen Geschwindigkeitszone ist es wichtig, die zulässige Höchstgeschwindigkeit des Verkehrs einzuhalten. Daher sollte die Fahrzeuggeschwindigkeit vor dem Erreichen der nächsten Geschwindigkeitszone reduziert werden, so dass das Fahrzeug beim Erreichen der nächsten Geschwindigkeitszone mit der zulässigen Höchstgeschwindigkeit der bevorstehenden Geschwindigkeitszone fährt. Das vorausschauende Modul 18 einer zulässigen Höchstgeschwindigkeit stellt die Funktionalität des Reduzierens der Geschwindigkeit des Fahrzeugs auf die zulässige Höchstgeschwindigkeit der sich nähernden Zone einer zulässigen Höchstgeschwindigkeit derart bereit, dass das Fahrzeug beim Erreichen der Stelle, an der sich die zulässige Höchstgeschwindigkeit ändert, mit der neuen vorgegebenen zulässigen Höchstgeschwindigkeit fährt. Ferner ermittelt das vorausschauende Modul 18 einer zulässigen Höchstgeschwindigkeit ein Geschwindigkeitsprofil, dem das Fahrzeug folgt und welches nicht lineare Änderungen der Fahrzeuggeschwindigkeit zwischen der momentanen Geschwindigkeitszone und der nächsten Geschwindigkeitszone umfasst, um abrupte Änderungen der Fahrzeuggeschwindigkeit zu beseitigen. Derzeitige Tempomatsysteme verwenden lineare Änderungen der Fahrzeuggeschwindigkeit, und als Ergebnis des linearen Beschleunigens der Fahrzeuggeschwindigkeit von der Startgeschwindigkeit auf die Endgeschwindigkeit sind abrupte Änderungen der Geschwindigkeit zu spüren. Die Reaktion, die der Fahrer spürt, ist ein Rucken in der Fahrzeugdynamik. Das vorausschauende Modul 18 einer zulässigen Höchstgeschwindigkeit reduziert das Rucken, das der Fahrer spürt, indem eine nichtlineare Geschwindigkeitsänderung angewandt wird, so dass die Geschwindigkeit allmählich geändert wird, was jegliche abrupten Änderungen vermeidet, die der Fahrer des Fahrzeugs spürt.
  • 2 zeigt ein Beispiel eines Soll-Geschwindigkeitsregelungsprofils für eine vorausschauende Geschwindigkeitsverminderungssteuerung. Es ist ein Fahrzeug 20 gezeigt, das entlang einer Straße mit einer vorgegebenen zulässigen Höchstgeschwindigkeit (z. B. 97 km/h (60 mph)) fährt. Eine nächste Geschwindigkeitszone 22, die durch ein 48 km/h-Schild einer zulässigen Höchstgeschwindigkeit (30 mph-Schild einer zulässigen Höchstgeschwindigkeit) bezeichnet ist, befindet sich eine Distanz (r) vor dem gefahrenen Fahrzeug. Als Ergebnis reduziert das Fahrzeug innerhalb der Distanz (r) allmählich die Fahrzeuggeschwindigkeit, um die neue zulässige Höchstgeschwindigkeit an einer Stelle zu erreichen, an der das Fahrzeug die nächste Geschwindigkeitszone 22 erreicht.
  • In 2 ist ein Soll-Geschwindigkeitsdistanzprofil allgemein bei 23 gezeigt. Das Fahrzeug fährt mit der momentanen zulässigen Höchstgeschwindigkeit von 96 km/h (60 mph). Bei der Distanz (r) vor der Änderung einer zulässigen Höchstgeschwindigkeit initiiert das vorausschauende Modul einer zulässigen Höchstgeschwindigkeit eine Geschwindigkeitsreduzierung. In einer ersten Stufe einer Fahrzeuggeschwindigkeitsverminderung, die allgemein mit 24 bezeichnet ist, wird ein allmähliches Bremsen angewandt, um eine nichtlineare Geschwindigkeitsänderung zu erzeugen. Die nichtlineare Änderung der Fahrzeuggeschwindigkeit ist subtil genug, um jegliches Rucken in der Fahrzeugdynamik zu vermeiden. Die Geschwindigkeitsverminderung des Fahrzeugs wird allmählich und monoton auf eine Spitzengeschwindigkeitsverminderung erhöht. Danach wird eine zweite Stufe einer Fahrzeuggeschwindigkeitsverminderung, die allgemein mit 26 bezeichnet ist, initiiert. In der zweiten Stufe der Fahrzeuggeschwindigkeitsverminderung wird ein konstantes Bremsen (d. h. eine konstante Geschwindigkeitsverminderung) über eine vorbestimmte durch das Fahrzeug zurückgelegte Distanz auf die Fahrzeugbremsen angewandt, wodurch die Geschwindigkeit des Fahrzeugs weiter reduziert wird. Vor dem Erreichen der nächsten Geschwindigkeitszone 22 wird eine dritte Stufe einer Fahrzeuggeschwindigkeitsverminderung, die allgemein mit 28 bezeichnet ist, initiiert. In der dritten Stufe der Fahrzeuggeschwindigkeitsverminderung werden die Fahrzeugbremsen allmählich gelöst, um ein allmähliches und monotones Verringern der Geschwindigkeitsverminderung auf das Fahrzeug anzuwenden, bevor die nächste Geschwindigkeitszone 22 erreicht wird. Die Geschwindigkeitsverminderung des Fahrzeugs wird monoton verringert, bis die Geschwindigkeitsverminderung Null ist und das Fahrzeug mit der neuen zulässigen Höchstgeschwindigkeit fährt. Die neue Geschwindigkeit wird im Wesentlichen gleichzeitig damit erreicht, dass das Fahrzeug die nächste Geschwindigkeitszone 22 erreicht (d. h. die Distanz (r) ist Null).
  • Um eine Geschwindigkeitsregelung anzuwenden, wenn sich die zulässige Höchstgeschwindigkeit von der momentanen Geschwindigkeitszone zu der nächsten Geschwindigkeitszone erhöht, wartet das vorausschauende Modul 18 einer zulässigen Höchstgeschwindigkeit, bis das Fahrzeug die nächste Geschwindigkeitszone erreicht. Sobald die nächste Geschwindigkeitszone erreicht wird, wird eine Erhöhung der Fahrzeuggeschwindigkeit initiiert; andernfalls würde, wenn eine Erhöhung der Geschwindigkeit vor dem Erreichen der nächsten Geschwindigkeitszone stattfände, die Fahr zeuggeschwindigkeit die vorgegebene zulässige Höchstgeschwindigkeit der momentanen Geschwindigkeitszone übersteigen. Sobald das Fahrzeug die nächste Geschwindigkeitszone (d. h. Zone einer höheren zulässigen Geschwindigkeit) erreicht, erhöht das vorausschauende Modul 18 einer zulässigen Höchstgeschwindigkeit die Fahrzeuggeschwindigkeit monoton unter Verwendung einer sich allmählich erhöhenden positiven Beschleunigung. Das allmähliche Erhöhen einer positiven Beschleunigung führt zu einer nichtlinearen Geschwindigkeitsänderung, um Beschleunigungsstöße zu reduzieren, die der Fahrer spürt. In einer nächsten Stufe wendet das Fahrzeug eine konstante positive Beschleunigung an, um die Geschwindigkeit des Fahrzeugs zu erhöhen. Bevor das Fahrzeug die vorgegebene zulässige Höchstgeschwindigkeit erreicht, wird die durch das Antriebsstrangsystem erzeugte positive Beschleunigung allmählich reduziert, bis die vorgegebene zulässige Fahrzeughöchstgeschwindigkeit erreicht ist. Die in dieser dritten Stufe erzeugte positive Beschleunigung ist eine nichtlineare Geschwindigkeitsänderung, was ein Rucken reduziert, das der Fahrer ansonsten spüren könnte, wenn die Geschwindigkeit des Fahrzeugs abrupt geändert wird.
  • 3 zeigt ein detailliertes Regelungsblockdiagramm des Fahrzeuggeschwindigkeits-Tempomatsystems 10. Der Regelungsalgorithmus benötigt drei Eingangsvariablen, im Speziellen die momentane zulässige Höchstgeschwindigkeit 30, die nächste zulässige Höchstgeschwindigkeit 32 und die Distanz 34 zu dem Startpunkt der nächsten Geschwindigkeitszone. Jeder der jeweiligen Eingänge wird durch die Kartendatenbank 16 erhalten und an das vorausschauende Modul 18 einer zulässigen Höchstgeschwindigkeit geliefert. Hierin wird ein Controller-Entwurf für das vorausschauende Modul 18 einer zulässigen Höchstgeschwindigkeit beschrieben. Um den Controller zu entwerfen, wird die folgende Längsdynamik angenommen: r .. = –ac (1)wobei r die Entfernung ist und ac der Beschleunigungsbefehl ist.
  • Daher wird der Geschwindigkeitsfehler s, der der Fehler zwischen der Soll-Geschwindigkeit und der Ist-Geschwindigkeit v ist, durch die folgende Gleichung dargestellt: s = vd(r) – v (2)wobei vd(r) das Soll-Geschwindigkeitsdistanzprofil ist und v die Ist-Fahrzeuggeschwindigkeit ist.
  • Wenn der Fehler Null ist (d. h. wenn das Fahrzeug mit einer anderen Geschwindigkeit als der vorgegebenen zulässigen Höchstgeschwindigkeit fährt), wird die Längsdynamik des Fahrzeugs durch die folgende Gleichung dargestellt: v = vd(r). (3)
  • Wenn der Geschwindigkeitsentfernungsfehler (s) nicht gleich Null ist, versucht der Controller, den Fehler auf Null zu bringen. Um dieses Konzept zu erklären, wird eine Lyapunov-Funktion in der folgenden Form definiert:
    Figure 00100001
  • q ist die Integration von s und wird durch die folgende Gleichung dargestellt: q . = s. (5)
  • Die Zeitableitung der Gleichung (4) wird durch die folgende Gleichung dargestellt: V . = ss . + γIqq .. (6)
  • Ferner lautet die Zeitableitung von s in Gleichung 2 wie folgt:
    Figure 00110001
  • Durch Einsetzen von Gleichung (5) und (7) in Gleichung (6) wird die folgende Gleichung abgeleitet:
    Figure 00110002
  • Das Systemmodell von Gleichung (1) wird in Gleichung (8) eingesetzt, um Folgendes zu erhalten:
    Figure 00120001
  • Wenn das folgende Regelungsgesetz
  • Figure 00120002
  • ausgewählt wird, liefert Gleichung (9) V . = –γps2. (11)
  • Daher minimiert das Regelungsgesetz (10) mit jedem positiven γp und γI den Fehler s. Sobald die Trajektorie auf dem Profil liegt, bleiben Geschwindigkeit und Entfernung auf dem Profil.
  • Die folgenden Bedingungen r . = –v, s = vd(r) – v und q . = s können in Gleichung (10) eingesetzt werden, um einen Regelungsalgorithmus zu erzeugen. Der Regelungsalgorithmus kann geschrieben werden mit:
    Figure 00120003
  • Der Regelungsalgorithmus (12) ist wie in 3 gezeigt, insbesondere mit dem vorausschauenden Modul 18 einer zulässigen Höchstgeschwindigkeit, realisiert. Das vorausschauende Modul 18 einer zulässigen Höchstgeschwindigkeit empfängt das Signal 30 einer momentanen zulässigen Höchstgeschwindigkeit, das Signal 32 einer nächsten zulässigen Höchstgeschwindigkeit und das Signal 34 einer Distanz zu dem Startpunkt der nächsten Geschwindigkeitszone. Die Eingänge 30, 32 und 34 werden an Block 36 geliefert, um eine räumliche Ableitung eines Geschwindigkeitsdistanzprofils zu erzeugen. Der Ausgang von Block 36 wird an einen Multiplikator 38 geliefert, an dem er mit einem Geschwindigkeitsrückkopplungssignal 40, das mit der momentanen Fahrzeuggeschwindigkeit in Beziehung steht, kombiniert wird. Ein vorhersagendes Beschleunigungs-/Geschwindigkeitsverminderungssignal 40 wird von dem Multiplikator 38 ausgegeben.
  • Die Distanz zu dem Startpunkt der nächsten Geschwindigkeitszone des Eingangssignals 34 wird auch in Block 42 eingegeben, um ein Geschwindigkeitsdistanzprofil zu erzeugen. Das Geschwindigkeitsdistanzprofil wird als Referenzgeschwindigkeitseingang verwendet, der auf einem Wechsel der Fahrzeuggeschwindigkeit von der zulässigen Höchstgeschwindigkeit der momentanen Geschwindigkeitszone zu der zulässigen Höchstgeschwindigkeit der nächsten Geschwindigkeitszone über die vorbestimmte Distanz basiert. Der Referenzgeschwindigkeitssignalausgang von Block 42 wird in einen Multiplikator 44 eingegeben, an dem das Referenzgeschwindigkeitssignal mit dem Geschwindigkeitsrückkopplungssignal 40 kombiniert wird. Der Ausgang des Multiplikators 44 wird an eine Regelung (γp) 46 einer Proportionalverstärkung und eine Regelung (γI/s) 48 einer Integrationsverstärkung geliefert.
  • Das Signal 40 einer vorhergesagten Beschleunigung/Geschwindigkeitsverminderung, das Ausgangsignal der Regelung (γp) 46 einer Proportionalverstärkung und der Regelung (yI/s) 48 einer Integrationsverstärkung werden an einen Multiplikator 50 geliefert. Von dem Multiplikator 50 wird ein Endbeschleunigungsbefehl (ac) 52 ausgegeben. Der Endbeschleunigungsbefehl (ac) 52 wird an ein oder mehrere Fahrzeugdynamiksteuermodule 54, wie beispielsweise das Bremssteuermodul und/oder ein Antriebsstrangsteuermodul, geliefert, um die Geschwindigkeitsverminderung und Beschleunigung des Fahrzeugs zu steuern, um die Soll-Fahrzeuggeschwindigkeit der nächsten Geschwindigkeitszone zu erreichen.
  • Das Geschwindigkeitsdistanzprofil wird durch Begrenzen des maximalen Ruckens und maximalen Bremsens ermittelt. Wenn sich das Fahrzeug der nächsten Geschwindigkeitszone bei der jeweiligen vorgegebenen Geschwindigkeit nähert (z. B. Geschwindigkeitsverminderung auf eine geringere Geschwindigkeit), wird das Beschleunigungsprofil a(r) auf der Grundlage des in 4 gezeigten Graphen entworfen. Das Beschleunigungsprofil ist durch die folgende Gleichung dargestellt:
    Figure 00140001
    und das entsprechende Geschwindigkeitsdistanzprofil wird ausgedrückt mit:
    Figure 00140002
  • Das in Gleichung (14) gezeigte Geschwindigkeitsdistanzprofil sollte die folgenden Bedingungen erfüllen: v(0) = vL, und (15) v(rH) = vH. (16)
  • Ferner sollten die Beschleunigung und das Rucken derart begrenzt werden, dass die folgenden Bedingungen erfüllt sind: |a(r)| < amax, (17)
    Figure 00150001
  • Durch Verwenden der in den Gleichungen (15), (16) und (17) ausgeführten Bedingungen können die folgenden Unbekannten in Gleichung (14) gelöst werden wie folgt:
    Figure 00150002
  • Daher wird die Geschwindigkeitsableitung des Geschwindigkeitsdistanzprofils unter den folgenden Bedingungen abgeleitet:
    Figure 00160001
  • Die bekannten Variablen, wie beispielsweise die Distanz zu der nächsten Geschwindigkeitszone (r), die höhere zulässige Höchstgeschwindigkeit (vH), die geringere zulässige Höchstgeschwindigkeit (vL), die maximale Beschleunigung (amax) und das maximale Rucken (Jmax) werden als Eingänge in das vorausschauende Modul einer zulässigen Höchstgeschwindigkeit verwendet. Das entsprechende Geschwindigkeitsdistanzprofil und die Geschwindigkeitsableitung des Geschwindigkeitsdistanzprofils werden auf der Grundlage der variablen Eingänge berechnet. Die resultierenden Steuersignale werden ermittelt und an die Fahrzeugdynamiksteuermodule ausgegeben (z. B. das Bremssteuermodul und das Antriebsstrangsteuermodul), um die Geschwindigkeit des Fahrzeugs von der momentanen gefahrenen Geschwindigkeit allmählich auf die zulässige Höchstgeschwindigkeit der nächsten Geschwindigkeitszone zu andern. Der obige Algorithmus wird ausgeführt, während das Fahrzeug mit dem Tempomat aktiviert ist. Die Geschwindigkeit wird automatisch ohne jeglichen Eingänge oder erforderliche Maßnahme durch den Fahrer des Fahrzeugs geändert. Der Vorteil des obigen Algorithmus ist, dass bei einem Ändern der momentanen Geschwindigkeit und bei einem Erreichen der Ge schwindigkeit der nächsten Geschwindigkeitszone nichtlineare Änderungen an der Fahrzeuggeschwindigkeit vorgenommen werden, um ein Rucken, das der Fahrer während abrupten Geschwindigkeitsverminderungen und Beschleunigungen des Fahrzeugs spürt, zu beseitigen.
  • Während bestimmte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ausführlich beschrieben wurden, werden Fachleute, die diese Erfindung betrifft, verschiedene alternative Entwürfe und Ausführungsformen zum Ausführen der Erfindung wie durch die folgenden Ansprüche definiert erkennen.

Claims (10)

  1. Verfahren zum automatischen Wechseln einer Tempomatgeschwindigkeit von einer momentanen Geschwindigkeitszone zu einer nächsten Geschwindigkeitszone, wobei das Verfahren die Schritte umfasst, dass eine Stelle, an der sich die zulässige Höchstgeschwindigkeit der Zone von der momentanen zulässigen Höchstgeschwindigkeit auf die nächste zulässige Höchstgeschwindigkeit ändert, vor einem gefahrenen Fahrzeug ermittelt wird; ein Geschwindigkeitsprofil zum Ändern der Fahrzeuggeschwindigkeit von der momentanen zulässigen Höchstgeschwindigkeit auf die nächste zulässige Höchstgeschwindigkeit ermittelt wird, wobei das Geschwindigkeitsprofil nichtlineare Änderungen der Fahrzeuggeschwindigkeit zwischen der momentanen Geschwindigkeitszone und der nächsten Geschwindigkeitszone umfasst, um abrupte Änderungen der Fahrzeuggeschwindigkeit zu beseitigen; eine relative Stelle ermittelt wird, um die nichtlinearen Änderungen der Geschwindigkeit des Fahrzeugs zu initiieren; und die nichtlinearen Änderungen der Geschwindigkeit des Fahrzeugs an der relativen Stelle veranlasst werden, um die Geschwindigkeit allmählich auf die nächste zulässige Höchstgeschwindigkeit zu ändern, wobei das Ändern der Geschwindigkeit von der momentanen zulässigen Höchstgeschwindigkeit auf die nächste zulässige Höchstgeschwindigkeit insbesondere eine Geschwindigkeitsverminderung der Fahrzeuggeschwindigkeit umfasst.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die relative Stelle zum Initiieren der nichtlinearen Änderung der Geschwindigkeit des Fahrzeugs bei einer Distanz vor dem Erreichen der Stelle, an der sich die zulässige Höchstgeschwindigkeit der Zone ändert, durchgeführt wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei das Initiieren der nichtlinearen Änderung der Geschwindigkeit umfasst, dass die Geschwindigkeit des Fahrzeugs vermindert wird, bis die Fahrzeuggeschwindigkeit die nächste Fahrzeuggeschwindigkeit erreicht, wobei die nächste Fahrzeuggeschwindigkeit an der Stelle erhalten wird, an der sich die zulässige Höchstgeschwindigkeit der Zone von der momentanen zulässigen Höchstgeschwindigkeit auf die nächste zulässige Höchstgeschwindigkeit ändert, wobei sich die Geschwindigkeitsverminderung insbesondere monoton bis zu einem Spitzenwert erhöht und dann monoton auf Null verringert.
  4. Verfahren nach Anspruch 3, wobei die Geschwindigkeitsverminderung eine konstante Geschwindigkeitsverminderung zwischen den Perioden, wenn sich die Geschwindigkeitsverminderung monoton auf eine Spitzengeschwindigkeitsverminderung erhöht, und wenn sich die Geschwindigkeitsverminderung monoton auf eine Geschwindigkeitsverminderung von Null verringert, umfasst.
  5. Verfahren nach Anspruch 3, wobei die Fahrzeugbremsen vor dem Erreichen der Stelle, an der sich die zulässige Höchstgeschwindigkeit der Zone ändert, betätigt werden, um die nichtlineare Änderung der Geschwindigkeit des Fahrzeugs zu initiieren.
  6. Verfahren nach Anspruch 4, wobei die Zeitperiode, in der sich die Geschwindigkeitsverminderung monoton auf Null verringert, vor dem Erreichen der Stelle der Änderung der zulässigen Höchstgeschwindigkeit der Zone angewandt wird, um abrupte Änderungen der Fahrzeuggeschwindigkeit zu reduzieren.
  7. Verfahren nach Anspruch 6, wobei die Fahrzeugbremsen allmählich gelöst werden, um die Geschwindigkeitsverminderung vor der Stelle, an der sich die zulässige Höchstgeschwindigkeit der Zone ändert, zu reduzieren.
  8. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Ändern der Fahrzeuggeschwindigkeit von der momentanen zulässigen Höchstgeschwindigkeit auf die nächste zulässige Höchstgeschwindigkeit eine positive Beschleunigung der Fahrzeuggeschwindigkeit umfasst, wobei die relative Stelle zum Initiieren der nichtlinearen Geschwindigkeitsänderung des Fahrzeugs insbesondere an der Stelle ermittelt wird, an der sich die zulässige Höchstgeschwindigkeit der Zone ändert, wobei ein allmähliches Erhöhen der positiven Beschleunigung insbesondere bei der Initiierung der Änderung der zulässigen Höchstgeschwindigkeit der Zone angewandt wird, wobei eine konstante positive Beschleunigung insbesondere angewandt wird, nachdem das allmähliche Erhöhen der positiven Beschleunigung angewandt wurde, wobei ein allmähliches Reduzieren der positiven Beschleunigung insbesondere nach der konstanten positiven Beschleunigung vor dem Erreichen der nächsten zulässigen Höchstgeschwindigkeit angewandt wird.
  9. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Geschwindigkeit des Fahrzeugs durch Modifizieren von Antriebsstrangsteuereinrichtungen geändert wird, wobei die Geschwindigkeit des Fahrzeugs insbesondere durch Anwenden von Bremssteuereinrichtungen geändert wird.
  10. Geschwindigkeitsregelungsfahrzeugsystem, umfassend: einen Controller, der geeignet ist, um ein Kartendatensignal, das eine Distanz zu einer nächsten Zone einer zulässigen Höchstgeschwindigkeit angibt, ein Signal, das eine momentane zulässige Höchstgeschwindigkeit angibt, ein Signal, das eine nächste zulässige Höchstgeschwindigkeit angibt, und ein Signal zu empfangen, das die momentane Fahrzeuggeschwindigkeit angibt; wobei der Controller eine Stelle, an der sich die zulässige Höchstgeschwindigkeit der Zone von der momentanen zulässigen Höchstgeschwindigkeit auf die nächste zulässige Höchstgeschwindigkeit ändert, vor einem gefahrenen Fahrzeug in Ansprechen auf das Kartendatensignal ermittelt, wobei der Controller ein Geschwindigkeitsprofil zum Ändern der Geschwindigkeit von der momentanen zulässigen Höchstgeschwindigkeit auf die nächste zulässige Höchstgeschwindigkeit ermittelt, wobei das Geschwindigkeitsprofil eine nichtlineare Änderung der Fahrzeuggeschwindigkeit zwischen der momentanen Geschwindigkeitszone und der nächsten Geschwindigkeitszone umfasst, um abrupte Änderungen der Fahrzeuggeschwindigkeit zu beseitigen, wobei der Controller eine relative Stelle zum Initiieren der nichtlinearen Änderung der Geschwindigkeit des Fahrzeugs ermittelt, und wobei der Controller ausgestaltet ist, um die nichtlineare Änderung der Geschwindigkeit des Fahrzeugs an der relativen Stelle für das allmähliche Ändern der Fahrzeugge schwindigkeit auf die nächste zulässige Höchstgeschwindigkeit zu veranlassen, insbesondere ferner umfassend einen GPS-Empfänger zum Erhalten einer Fahrzeugposition, insbesondere ferner umfassend eine Kartendatenbank zum Identifizieren der Fahrzeugposition relativ zu der Geschwindigkeitszonenänderung, wobei die Kartendatenbank ferner Daten einer zulässigen Höchstgeschwindigkeit einer Zone der momentanen Geschwindigkeitszone und der nächsten Geschwindigkeitszone bereitstellt, und/oder ferner umfassend ein Bremssteuermodul zum autonomen Anwenden einer Bremssteuerung auf Fahrzeugbremsen, um die Geschwindigkeit des Fahrzeug gemäß dem Geschwindigkeitsprofil zu vermindern.
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