DE102010013647A1

DE102010013647A1 - Kolonnenfahrzeugmanagement

Info

Publication number: DE102010013647A1
Application number: DE102010013647A
Authority: DE
Inventors: Upali Troy Priyantha
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2009-04-06
Filing date: 2010-04-01
Publication date: 2011-02-03
Anticipated expiration: 2030-04-02
Also published as: CN101859494B; US20100256836A1; US20100256835A1; US8352112B2; US20100256852A1; CN101859494A; DE102010013647B4; US8352111B2; US8676466B2

Abstract

Ein Verfahren zum Steuern von mehreren Fahrzeugen, um die mehreren Fahrzeuge in einer Kolonne zu betreiben, umfasst innerhalb eines Leitfahrzeugs, das aus den mehreren Fahrzeugen ausgewählt ist: Überwachen einer jeweiligen tatsächlichen Position von jedem der mehreren Fahrzeuge, das nicht das Leitfahrzeug ist, durch eine Fahrzeug-Fahrzeug-Kommunikation auf der Basis von Daten von einer jeweiligen globalen Positionsbestimmungsvorrichtung in jedem der mehreren Fahrzeuge, das nicht das Leitfahrzeug ist, Bestimmen von Abständen zum Betreiben der mehreren Fahrzeuge in der Kolonne auf der Basis der jeweiligen tatsächlichen Positionen von jedem der mehreren Fahrzeuge und Auswählen einer jeweiligen befohlenen Fahrzeugposition mit einer jeweiligen globalen Positionsbestimmungskoordinate für jedes der mehreren Fahrzeuge auf der Basis der bestimmten Abstände. Jede entsprechende befohlene Fahrzeugposition wird zum jeweiligen der mehreren Fahrzeuge übertragen, das nicht das Leitfahrzeug ist, und jedes entsprechende der mehreren Fahrzeuge, das nicht das Leitfahrzeug ist, wird auf der Basis der jeweiligen befohlenen Fahrzeugposition betrieben.

Description

RÜCKVERWEISUNG AUF VERWANDTE ANMELDUNGEN
Diese Anmeldung beansprucht den Nutzen der vorläufigen US-Anmeldung Nr. 61/167,121, eingereicht am 6. April 2009, deren Offenbarungsgehalt hierin durch Bezugnahme mit eingeschlossen ist.
TECHNISCHES GEBIET
Diese Offenbarung bezieht sich auf die Steuerung von Fahrzeugen auf einer Straße.
HINTERGRUND
Die Aussagen in diesem Abschnitt stellen lediglich Hintergrundinformationen in Bezug auf die vorliegende Offenbarung bereit und bilden nicht unbedingt Stand der Technik.
Die Fahrzeugfahrt in verkehrs- und bevölkerungsdichten Stadtgebieten erfordert eine signifikante Aufmerksamkeit des Fahrers. Das Manövrieren eines Fahrzeugs in solchen Gebieten erfordert die Aufmerksamkeit des Fahrers auf den Verkehrsfluss, die Straßenzustände, die Beschilderung, Verkehrsampeln und Fußgängerverkehr. Die im Verkehr verbrachte Zeit verringert die Zeit, die dem Fahrer für andere persönliche und auf die Arbeit bezogene Aktivitäten zur Verfügung steht.
Es sind autonome oder halbautonome Steuerverfahren bekannt, bei denen ein Fahrzeug mit Vorrichtungen ausgestattet ist, die das Fahrzeug in Bezug auf die Straße und den anderen Verkehr auf der Straße orten können, und es werden Steuerverfahren verwendet, um die Fahrersteuerung des Fahrzeugs zu verbessern oder zu ersetzen.
Die Verwendung von Fahrzeugen, die für Stadtsituationen optimiert sind, in Kombination mit Steuerverfahren, die eine autonome Steuerung verwenden, ist erwünscht.
ZUSAMMENFASSUNG
Ein Verfahren zum Steuern von mehreren Fahrzeugen, um die mehreren Fahrzeuge in einer Kolonne zu betreiben, umfasst innerhalb eines Leitfahrzeugs, das aus den mehreren Fahrzeugen ausgewählt ist: Überwachen einer jeweiligen tatsächlichen Position von jedem der mehreren Fahrzeuge, das nicht das Leitfahrzeug ist, durch eine Fahrzeug-Fahrzeug-Kommunikation auf der Basis von Daten von einer jeweiligen globalen Positionsbestimmungsvorrichtung in jedem der mehreren Fahrzeuge, das nicht das Leitfahrzeug ist, Bestimmen von Abständen, um die mehreren Fahrzeuge in der Kolonne zu betreiben, auf der Basis der jeweiligen tatsächlichen Positionen von jedem der mehreren Fahrzeuge und Auswählen einer jeweiligen befohlenen Fahrzeugposition mit einer jeweiligen globalen Positionsbestimmungskoordinate für jedes der mehreren Fahrzeuge auf der Basis der bestimmten Abstände. Jede entsprechende befohlene Fahrzeugposition wird zum jeweiligen der mehreren Fahrzeuge, das nicht das Leitfahrzeug ist, übertragen und jedes entsprechende der mehreren Fahrzeuge, das nicht das Leitfahrzeug ist, wird auf der Basis der jeweiligen befohlenen Fahrzeugposition betrieben.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Eine oder mehrere Ausführungsformen werden nun beispielhaft mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen beschriebene, in denen:
1 ein beispielhaftes Trägerfahrzeug im Verkehr mit einem anderen Fahrzeug, wobei das Trägerfahrzeug eine Anzahl von Vorrichtungen umfasst, die nützlich sind, um das Trägerfahrzeug zu steuern, gemäß der vorliegenden Offenbarung darstellt;
2 ein beispielhaftes Trägerfahrzeug auf einem Straßenabschnitt unter Verwendung einer Anzahl von verschiedenen Eingaben, die verwendet werden können, um das Fahrzeug zu orten, gemäß der vorliegenden Offenbarung darstellt;
3 eine beispielhafte GPS-Koordinate, die durch eine GPS-Vorrichtung überwacht wird, gemäß der vorliegenden Offenbarung darstellt;
4 eine beispielhafte Bestimmung eines Winkels zu einem Signal in Bezug auf die Längsachse des Fahrzeugs gemäß der vorliegenden Offenbarung darstellt;
5 eine beispielhafte Analyse der seitlichen Position und der Winkelorientierung eines Fahrzeugs in Bezug auf eine Fahrspur auf der Basis von Kamerainformationen gemäß der vorliegenden Offenbarung darstellt;
6–8 ein beispielhaftes Verfahren zum Bestimmen eines Orts eines Fahrzeugs gemäß der vorliegenden Offenbarung demonstrieren;
6 eine beispielhafte GPS-Koordinate, die durch eine GPS-Vorrichtung in Kombination mit 3D-Kartendaten für die GPS-Koordinate überwacht wird, darstellt;
7 die Identifikation einer seitlichen Position sowie einer Winkelorientierung in Bezug auf die Fahrspur darstellt;
8 ein beispielhaftes Verfahren zur Verwendung eines Richtungssignals wie z. B. eines Funksignals von einer bekannten Quelle oder eines Radarsignalrücklaufs zum Orten der Position eines Fahrzeugs darstellt;
9 beispielhafte Zielnachführungsinformationen gemäß der vorliegenden Offenbarung darstellt;
10 Informationen von einer GPS-Vorrichtung, einschließlich einer nominalen Position, einer GPS-Fehlerspanne und einer bestimmten tatsächlichen Position, die einen GPS-Versatzfehler definiert, gemäß der vorliegenden Offenbarung darstellt;
11 ein Trägerfahrzeug und zwei Zielobjekte, die alle nominale GPS-Positionen überwachen, und resultierende GPS-Versatzfehler gemäß der vorliegenden Offenbarung darstellt;
12 Fahrzeuge, die beispielhafte Verfahren zum Steuern des Fahrzeugbetriebs verwenden, gemäß der vorliegenden Offenbarung darstellt;
13 ein beispielhaftes Fahrzeug und eine erwünschte Hülle um das Fahrzeug gemäß der vorliegenden Offenbarung darstellt;
14 ein beispielhaftes Verfahren zum Formulieren einer minimalen erwünschten Entfernung vor einem Fahrzeug gemäß der vorliegenden Offenbarung beschreibt;
15 den Betrieb einer beispielhaften Kolonne gemäß der vorliegenden Offenbarung darstellt;
16 schematisch ein beispielhaftes fahrzeuginternes Kolonnenfahrt-Steuersystem gemäß der vorliegenden Offenbarung darstellt;
17 eine beispielhafte Kolonnenformation gemäß der vorliegenden Offenbarung darstellt;
18 beispielhafte Kolonnenrollen und definierte Positionen gemäß der vorliegenden Offenbarung darstellt;
19 eine beispielhafte Kolonne, eine Anzahl von definierten Positionen innerhalb der Kolonne und eine Anzahl von erläuternden Zuständen für die dargestellten Positionen gemäß der vorliegenden Offenbarung darstellt;
20 beispielhafte Entscheidungen, die beim Erzeugen einer Kolonne getroffen werden, gemäß der vorliegenden Offenbarung darstellt;
21 graphisch beispielhafte Kraftstoffeffizienzeinsparungen, die beim Windschattenfahren verwirklicht werden, als Funktion eines Trennabstandes gemäß der vorliegenden Offenbarung darstellt;
22 graphisch beispielhafte Kraftstoffverbrauchsraten als Funktion der Position innerhalb einer Kolonne und von Fahrzeugtrennabständen gemäß der vorliegenden Offenbarung darstellt;
23 graphisch einen beispielhaften Kraftstoffverbrauch als Funktion von Fahrzeugtrennabständen und eines Bruchteils der Quadratwurzel der Frontfläche gemäß der vorliegenden Offenbarung darstellt;
24 graphisch den Kraftstoffverbrauch als Funktion des Fahrzeugabstandes im Vergleich zur Fahrzeuglänge gemäß der vorliegenden Offenbarung darstellt;
25 graphisch ein Verfahren zum Auswählen einer gewünschten Entfernung von einem Nachfolgefahrzeug zu einem Leitfahrzeug gemäß der vorliegenden Offenbarung darstellt;
26 graphisch die Verwendung eines beispielhaften fehlersicheren Geschwindigkeitsprofils gemäß der vorliegenden Offenbarung darstellt;
27 die Funktion einer beispielhaften erwünschten Hülle um eine Kolonne von Fahrzeugen gemäß der vorliegenden Offenbarung darstellt;
28 einen beispielhaften Prozess für ein Fahrzeug, um sich einer Kolonne anzuschließen, gemäß der vorliegenden Offenbarung darstellt;
29 einen beispielhaften Prozess, durch den Positionen innerhalb einer Formation neu zugewiesen werden können, gemäß der vorliegenden Offenbarung darstellt;
30 einen beispielhaften Prozess, durch den ein Nachfolgefahrzeug um eine Positionsänderung bitten kann, gemäß der vorliegenden Offenbarung darstellt;
31 einen beispielhaften Prozess, durch den ein Nachfolgefahrzeug darum bitten kann, eine Kolonne zu verlassen, gemäß der vorliegenden Offenbarung darstellt;
32 einen beispielhaften Prozess, durch den ein Leitfahrzeug die Leitung einer Kolonne abtreten und einen Nachfolgefahrzeugzustand [engl.: flowing vehicle status] annehmen kann, gemäß der vorliegenden Offenbarung darstellt;
33 und 34 einen beispielhaften Prozess, durch den ein Nachfolgefahrzeug um einen Wechsel der Formationsleitung bitten kann, und Reaktionen, die auf der Basis der Antwort des Leitfahrzeugs auftreten können, gemäß der vorliegenden Offenbarung darstellen;
33 eine beispielhafte Reaktion beschreibt, wenn die Bitte abgelehnt wird;
34 eine beispielhafte Reaktion beschreibt, wenn der Bitte stattgegeben wird;
35 eine beispielhafte Reaktion, wenn die Kommunikation zwischen einem Leitfahrzeug und Nachfolgefahrzeugen in einer Formation verloren geht, gemäß der vorliegenden Offenbarung darstellt;
36 eine beispielhafte Reaktion, wenn sich ein Leitfahrzeug entschließt, eine Kolonne aufzulösen, gemäß der vorliegenden Offenbarung darstellt;
37 eine beispielhafte Konnektivitätsabbildung, die Verfahren zum Bewerkstelligen einer erweiterten Konnektivität zwischen Mitgliedern einer Kolonne beschreibt, gemäß der vorliegenden Offenbarung darstellt;
38 einen beispielhaften Prozess zum Managen von Kommunikationsproblemen innerhalb einer Kolonne gemäß der vorliegenden Offenbarung darstellt;
39 eine beispielhafte Projektion eines Weges, dem eine Kolonne folgen soll, gemäß der vorliegenden Offenbarung darstellt;
40 schematisch die Funktion eines Diagramms einer autonomen Systemarchitektur, einschließlich des Betriebs einer fernbedienten tragbaren Navigationsvorrichtung, die Befehle zu den Fahrzeugsteuersystemen überträgt, gemäß der vorliegenden Offenbarung darstellt;
41 beispielhafte Geschwindigkeitsprofildaten, die verwendet werden können, um ein Verlangsamungs- oder Stoppmanöver auszuführen, gemäß der vorliegenden Offenbarung darstellt;
42 ein beispielhaftes Verfahren zum Festlegen der Länge einer erwünschten Kolonnenhülle gemäß der vorliegenden Offenbarung darstellt; und
43 ein beispielhaftes Verfahren zum Festlegen der Breite einer erwünschten Kolonnenhülle gemäß der vorliegenden Offenbarung darstellt.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
In den Zeichnungen, in denen die Darstellungen nur dem Zweck der Erläuterung von bestimmten beispielhaften Ausführungsformen und nicht für den Zweck der Begrenzung derselben dienen, stellt 1 ein beispielhaftes Trägerfahrzeug im Verkehr mit einem anderen Fahrzeug, wobei das Trägerfahrzeug eine Anzahl von Vorrichtungen umfasst, die für die Steuerung des Trägerfahrzeug nützlich sind, gemäß der vorliegenden Offenbarung dar. Das Trägerfahrzeug 10 fährt nahe einem Zielfahrzeug 20. Das Trägerfahrzeug 10 kann beispielhafte Sensorvorrichtungen umfassen, einschließlich eines Radarsystems 30 und eines Kamerasystems 40. Außerdem empfängt das Trägerfahrzeug 10 Signale von einem entfernten drahtlosen Kommunikationssystem 50 und entfernten Satellitensystem 60. Eine V2X-Kommunikationsvorrichtung 35A ist dargestellt, die ermöglicht, dass das Trägerfahrzeug 10 mit einer Infrastruktur, beispielsweise einem entfernten drahtlosen Kommunikationssystem 50, oder anderen Fahrzeugen kommuniziert. Eine V2X-Kommunikationsvorrichtung 35B ist am Zielfahrzeug 20 dargestellt, die eine Kommunikation zwischen dem Zielfahrzeug 20 und dem Trägerfahrzeug 10 oder eine V2V-Kommunikation ermöglicht. Die V2X-Kommunikation kann als drahtlose Kurzstreckenkommunikation zwischen einem Fahrzeug und einer entfernt angeordneten Kommunikationsvorrichtung für den Zweck, Informationen hinsichtlich der Betriebsumgebung um das Fahrzeug zu liefern, definiert sein. Die V2X-Kommunikation umfasst eine V2V-Kommunikation zwischen zwei Fahrzeugen und eine V2I-Kommunikation zwischen einem Fahrzeug und einer Verkehrsinfrastrukturvorrichtung oder einem Verkehrsinfrastruktursystem. Das Trägerfahrzeug 10 überwacht und verarbeitet verfügbare Informationen von den vorstehend erwähnten Systemen, einschließlich Informationen über das Zielfahrzeug 20, die Straßenoberfläche, auf der gefahren wird, und anderen Informationen, die von den entfernten Systemen erhältlich sind, für den Zweck der Erleichterung der Steuerung des Trägerfahrzeugs 10.
Sensordaten und andere Informationen können in verschiedenen Anwendungen verwendet werden, um eine autonome oder halbautonome Steuerung eines Fahrzeugs zu implementieren. Beispielsweise ist die adaptive Geschwindigkeitsregelung (ACC) bekannt, wobei ein Fahrzeug eine Entfernung zu einem Zielfahrzeug überwacht und die Fahrzeuggeschwindigkeit steuert, um eine minimale Entfernung zum Zielfahrzeug aufrechtzuerhalten. Fahrspurhalteverfahren verwenden verfügbare Informationen, um vorherzusagen und darauf zu reagieren, wenn ein Fahrzeug unerwartet eine Fahrspurbegrenzung überquert. Objektnachführungsverfahren überwachen Objekte in der Betriebsumgebung des Fahrzeugs, beispielsweise auf einem projizierten Weg vor dem Fahrzeug, und erleichtern Reaktionen auf die Objektbahnen. Die Fahrzeugseitensteuerung ist bekannt, wobei Informationen in Bezug auf einen projizierten freien Weg, eine Fahrspurhaltebegrenzung oder ein Potential für eine Kollision verwendet werden, um das Fahrzeug zu lenken. Die Fahrzeugseitensteuerung kann verwendet werden, um Fahrspurwechsel zu implementieren, und Sensordaten können verwendet werden, um den Fahrspurwechsel auf Verfügbarkeit zu prüfen. Kollisionsvermeidungssysteme oder Kollisionsvorbereitungssysteme sind bekannt, wobei Informationen überwacht und verwendet werden, um eine Wahrscheinlichkeit für eine Kollision vorherzusagen. Handlungen werden in dem Fall unternommen, in dem die vorhergesagte Wahrscheinlichkeit für eine Kollision einen Schwellenwert überschreitet. Viele Formen einer autonomen und halbautonomen Steuerung sind bekannt und die Offenbarung soll nicht auf die hierin beschriebenen speziellen beispielhaften Ausführungsformen begrenzt sein.
Viele Informationsquellen können in Koordination zur Steuerung eines Trägerfahrzeugs verwendet werden. 2 stellt ein beispielhaftes Trägerfahrzeug auf einem Straßenabschnitt unter Verwendung einer Anzahl von verschiedenen Eingaben, die verwendet werden können, um das Fahrzeug zu orten, gemäß der vorliegenden Offenbarung dar. Das Trägerfahrzeug 105 fährt auf einer Straßenoberfläche 100 in einer Fahrspur 110, die durch Fahrspurmarkierungen 115A und 115B definiert ist. Das Trägerfahrzeug 105 ist ähnlich zum Fahrzeug 10 und umfasst außerdem eine GPS-Vorrichtung 135 in Kommunikation mit einem globalen Positionsbestimmungsdienst, der eine Abschätzung der aktuellen Fahrzeugposition in Bezug auf eine 3D-Kartendatenbank ermöglicht, die auf Koordinaten kalibriert ist, die durch die GPS-Vorrichtung 135 bereitgestellt werden. Ein Fachmann auf dem Gebiet wird erkennen, dass Informationen von der GPS-Vorrichtung einen GPS-Fehler umfassen. Bekannte GPS-Systeme liefern einen Datenstrom von Koordinaten mit einer Abtastrate eines Bereichs von ungefähr 1–20 Hz. Das Trägerfahrzeug 105 überwacht außerdem Radar- und Kamerainformationen gemäß in 1 beschriebenen Verfahren. Außerdem ist ein Sendemast 125 dargestellt. Informationen über ein drahtloses Netz von einem solchen Sendemast können als Informationen für das Trägerfahrzeug 105 verwendet werden. Außerdem können Signale vom Sendemast 125, selbst wenn sie ansonsten mit dem Betrieb des Fahrzeugs 105 nicht in Beziehung stehen, verwendet werden, um einen Ortungswinkel zum bekannten Ort des Masts zu liefern. Ein solcher bekannter Ort kann gemäß Referenzinformationen bestimmt werden, wie sie z. B. in einer 3D-Kartendatenbank enthalten sind, oder kann durch wiederholtes Vorbeifahren an einem erkennbaren Signal geortet werden, beispielsweise einem Funksignal, das mit einer speziellen AM-Frequenz oder in einem speziellen FM-Band sendet. Alternative Signale in den Frequenzen des ISM-Bandes und/oder DSRC-Bandes (5,9 GHz) können auch für diesen Zweck verwendet werden. Radarrückläufer können verwendet werden, um ein Fahrzeug zu orten. Beispielsweise ist ein Wegweiser 120 dargestellt. In Verfahren, die zu den vorstehend beschriebenen Verfahren ähnlich sind, zum Orten des Fahrzeugorts in Bezug auf einen Sendemast können Radarrückläufer vom beispielhaften Wegweiser 120 verwendet werden, um eine Abschätzung des Fahrzeugorts auf der Straßenoberfläche 100 zu verfeinern. Eine Kameraansicht oder eine Analyse von Kamerabildern kann ebenso verwendet werden, um den Fahrzeugort zu orten. Kamerabilder des Wegweisers 120, der Fahrspurmarkierungen 115A und 115B oder das Vorkommen einer Ausfahrt 130 in Kombination mit Informationen hinsichtlich des Orts dieser Merkmale in Bezug auf die Straßenoberfläche 100 ermöglichen beispielsweise eine verbesserte Abschätzung des Fahrzeugorts auf der Straßenoberfläche 100. Weitere beispielhafte Verfahren zum Orten des Fahrzeugorts auf einer Straßenoberfläche werden in Erwägung gezogen (beispielsweise einschließlich LIDAR-Vorrichtungen oder Ultraschallvorrichtungen) und die Offenbarung soll nicht auf die hierin beschriebenen speziellen Ausführungsformen begrenzt sein.
3 stellt eine beispielhafte GPS-Koordinate, die durch eine GPS-Vorrichtung überwacht wird, gemäß der vorliegenden Offenbarung dar. Eine GPS-Vorrichtung führt Informationen von einem entfernten Satellitensystem zurück, die einen Ort der GPS-Vorrichtung gemäß einem globalen Koordinatensystem (Breitengrad, Längengrad, Höhenlage) beschreiben. Die zurückgeführten Informationen können als nominaler Ort beschrieben werden. Wie vorstehend beschrieben, sind jedoch GPS-Daten nicht genau und umfassen einen GPS-Fehler. Der tatsächliche Ort der GPS-Vorrichtung kann irgendwo innerhalb eines durch den nominalen Ort und den GPS-Fehler definierten Bereichs liegen. Wenn der Abstand zwischen Fahrzeugen unter Verwendung von GPS-Positionsdifferenzbildung berechnet wird, heben sich die meisten GPS-Fehler für Fahrzeuge in unmittelbarer Nähe (z. B. innerhalb 500 m) auf und genaue relative Abstände können häufig erhalten werden.
4 stellt eine beispielhafte Bestimmung eines Winkels zu einem Signal in Bezug auf die Längsachse des Fahrzeugs gemäß der vorliegenden Offenbarung dar. Vom Fahrzeug 10 empfangene Signale können Radarsignale, die von detektierten Objekten zurückgeführt werden, oder Signale, die von unabhängigen Sendern, wie z. B. Funk- oder drahtlosen Türmen, überwacht werden, umfassen. Wie in 4 beschrieben, kann die Analyse von empfangenen Signalen einen Winkel des Signals zur Längsachse des Fahrzeugs (θ) bereitstellen. Einige Signale, wie z. B. Radarrückläufer, können außerdem eine Entfernung von einem Zielobjekt, von dem das Signal zurückgeführt wurde, bereitstellen.
5 stellt eine beispielhafte Analyse der seitlichen Position und der Winkelorientierung eines Fahrzeugs in Bezug auf eine Fahrspur auf der Basis von Kamerainformationen gemäß der vorliegenden Offenbarung dar. Das Fahrzeug 10 ist mit einer Kameravorrichtung 40 dargestellt, wobei es auf einer Fahrspur 110 fährt. Ein Blickfeld kann durch einen Bereich beschrieben werden, der in einem visuellen Bild dargestellt wird. Wie zu erkennen ist und wie in 5 dargestellt, können Grenzen eines Blickfeldes, die durch ein visuelles Bild analysiert werden können, als Winkelbereich, der sich von der das Bild aufnehmenden Kamera nach außen erstreckt, beschrieben werden. Unter Verwendung von Bilderkennungsverfahren können Fahrspurmarkierungen, Straßenmerkmale, Grenzsteine, andere Fahrzeuge auf der Straße oder andere erkennbare Bilder verwendet werden, um eine Fahrzeugposition und -orientierung in Bezug auf die Fahrspur 110 abzuschätzen. Aus der Analyse von visuellen Bildern kann eine seitliche Position innerhalb der Fahrspur 110 beispielsweise gemäß Abständen a und b von den Fahrspurmarkierungen abgeschätzt werden. Ebenso kann eine Orientierung des Fahrzeugs 10 innerhalb der Fahrspur abgeschätzt und als Winkel φ beschrieben werden.
Informationen, die innerhalb eines Fahrzeugs überwacht werden, können verwendet werden, um einen Ort des Fahrzeugs in Bezug auf 3D-Kartendaten zu bestimmen. 6–8 demonstrieren ein beispielhaftes Verfahren, um einen Ort eines Fahrzeugs zu bestimmen, gemäß der vorliegenden Offenbarung. GPS-Daten können in Koordination mit 3D-Kartendaten verwendet werden, um einen Ort eines Fahrzeugs in Bezug auf eine Straßenoberfläche anzunähern. 6 stellt eine beispielhafte GPS-Koordinate dar, die durch eine GPS-Vorrichtung in Kombination mit 3D-Kartendaten für die GPS-Koordinate überwacht wird. Wie in 3 dargestellt, kann ein nominaler Ort, der durch eine GPS-Vorrichtung identifiziert wird, verwendet werden, um einen Bereich zu beschreiben, in dem sich die Vorrichtung befinden kann. In 6 ergibt der nominale Ort in Kombination mit einem GPS-Fehler einen Bereich, in dem die GPS-Vorrichtung im Fahrzeug angeordnet sein kann, oder einen Bereich von möglichen Fahrzeugorten. Die Koordinate des nominalen Orts kann mit entsprechenden Koordinaten in 3D-Kartendaten koordiniert werden und der Bereich von möglichen Fahrzeugorten kann auf eine Karte projiziert werden.
Innerhalb des Bereichs von möglichen Fahrzeugorten, der durch Überwachen von GPS-Daten möglich gemacht wird, können andere Informationen verwendet werden, um den Ort des Fahrzeugs innerhalb des in 6 beschriebenen Bereichs von möglichen Fahrzeugorten zu orten. Bilderkennungsverfahren können beispielsweise verwendet werden, wie in 5 beschrieben, um Merkmale auf der Straße vor dem Fahrzeug zu identifizieren. 7 stellt die Identifikation einer seitlichen Position sowie einer Winkelorientierung in Bezug auf die Fahrspur dar. Diese Informationen können verwendet werden, um das Fahrzeug in dem Bereich von möglichen Fahrzeugorten zu platzieren. Ferner können Fahrspurmarkierungen beispielsweise unter Verwendung einer gestrichelten Linie gegenüber einer durchgezogenen Linie untersucht werden, um eine Fahrspur von möglichen Fahrspuren innerhalb der möglichen Fahrzeugorte zu identifizieren. Außerdem können irgendwelche erkennbaren Merkmale, die innerhalb der Kameradaten identifiziert werden, verwendet werden, um einen Ort festzustellen. Erkennbare Merkmale, die in Verbindung mit einer 3D-Kartendatenbank identifiziert und verwendet werden können, um den Ort zu bestimmen, umfassen das Vorkommen einer Kreuzung, einer Ausfahrt oder Auffahrt, das Antreffen einer Brücke oder Überführung, das Annähern an ein identifizierbares Gebäude oder irgendwelche anderen ähnlichen Details, die innerhalb der 3D-Kartendaten enthalten sind.
Verfahren, die in 7 verwendet werden, können das Fahrzeug ausreichend orten oder können einen Bereich von Orten oder alternativen Orten benennen, an denen sich das Fahrzeug befinden könnte. 8 stellt ein beispielhaftes Verfahren zur Verwendung eines Richtungssignals wie z. B. eines Funksignals von einer bekannten Quelle oder eines Radarsignalrückläufers, um die Position eines Fahrzeugs zu orten, dar. In der beispielhaften Bestimmung, die in 7 durchgeführt wurde, wurde ein Bereich von möglichen Fahrzeugorten bestimmt. Ein Richtungssignal vom dargestellten Funkturm ermöglicht einen Schnittpunkt zwischen dem Bereich von Positionen innerhalb der Fahrspur, der in 7 bestimmt wurde, und der Richtung zum Funkturm, um einen festgestellten Ort des Fahrzeugs zu bestimmen. In dieser Weise kann eine Kombination von Informationsquellen verwendet werden, um einen festgestellten Ort eines Fahrzeugs mit angemessener Genauigkeit zu bestimmen.
Das in 8 dargestellte Verfahren ist ein beispielhaftes Verfahren zum Feststellen eines Orts eines Fahrzeugs, wobei ein ungefährer Ort, der von einer GPS-Koordinate und einer digitalen Kartendatenbank stammt, zuerst mit visuellen Daten oder Radardaten und dann mit einem Funk- oder anderen drahtlosen Richtungssignal verfeinert wird. Es ist zu erkennen, dass eine Anzahl von Verfahren zum Orten der Position eines Fahrzeugs gleichermaßen verwendet werden kann, um den Ort des Fahrzeugs festzustellen, um die hierin beschriebenen Verfahren zu ermöglichen. In Kombination mit einem GPS-Signal, können beispielsweise visuelle Daten oder Radardaten in Kombination mit digitalen Karteninformationen, mehrere Funk-, Radar- oder ähnliche Signale, die von bekannten Quellen stammen, verwendet werden, um eine Position eines Fahrzeugs zu orten. In einem anderen Beispiel könnte ein lokales Kommunikationsnetz einen lokalen Korrekturfaktor, der für diesen geographischen Ort spezifisch ist, enthalten, um die durch GPS-Koordinaten bestimmte Position zu korrigieren. Die Offenbarung soll nicht auf die hierin beschriebenen speziellen Beispiele begrenzt sein.
6–8 demonstrieren ein beispielhaftes Verfahren, um einen Ort eines Fahrzeugs festzustellen. Ein Fachmann auf dem Gebiet erkennt, dass eine Anzahl von Verfahren bekannt ist, um die Position eines Fahrzeugs festzustellen oder zu triangulieren. Radarrückläufer oder Funkrückläufer von zwei bekannten Objekten können beispielsweise verwendet werden, um die Position eines Fahrzeugs auf einer Karte zu triangulieren. Sobald eine Position zu irgendeinem Zeitpunkt festgestellt ist, könnte ein anderes Verfahren eine abgeschätzte Änderung der Position des Fahrzeugs durch Abschätzen der Bewegung des Fahrzeugs, beispielsweise unter der Annahme einer Fahrt entlang einer vorliegenden Straße auf der Basis einer überwachten Fahrzeuggeschwindigkeit, durch die Verwendung einer gyroskopischen oder Beschleunigungsmesservorrichtung oder auf der Basis der Bestimmung einer GPS-Fehlerspanne durch Vergleichen des letzten festgestellten Orts mit der nominalen GPS-Position in dem Moment und unter der Annahme, dass die GPS-Fehlerspanne für eine gewisse Zeitdauer ähnlich ist, bestimmen. Ein Fachmann auf dem Gebiet erkennt, dass viele solche beispielhafte Verfahren bekannt sind, und die Offenbarung soll nicht auf die hierin beschriebenen beispielhaften Verfahren begrenzt sein. Ferner umfasst eine beispielhafte Infrastrukturvorrichtung eine GPS-Differentialvorrichtung, die beispieisweise entlang Straßen angeordnet sein kann, mit vorbeifahrenden Fahrzeugen kommunizieren kann und einen GPS-Versatzwert für die Fahrzeuge für einen lokalisierten Bereich vorsehen kann. In einer solchen bekannten Vorrichtung wird ein nominaler GPS-Ort für die Vorrichtung mit einer festen, bekannten Position für die Vorrichtung verglichen und die Differenz ergibt einen GPS-Versatzwert, der von Fahrzeugen, die in dem Bereich arbeiten, verwendet werden kann. Durch die Verwendung einer solchen Vorrichtung sind Sensormesswerte und Berechnungen zum Triangulieren eines Orts eines Trägerfahrzeugs unnötig.
Die Verwendung von Verfahren, um einen Ort eines Leitfahrzeugs zu bestimmen und eine Anzahl von Fahrzeugen auf der Basis des Betriebs des Leitfahrzeugs zu koordinieren, kann für eine Stromlinienfahrt innerhalb eines dicht besiedelten oder Stadtgebiets von großem Vorteil sein.
Die Objektnachführung ist ein Verfahren, bei dem ein Trägerfahrzeug Informationen wie z. B. Radarrückläufer verwendet, um aufeinander folgende relative Positionen eines Zielobjekts in Bezug auf das Trägerfahrzeug zu bestimmen. 9 stellt beispielhafte Zielnachführungsinformationen gemäß der vorliegenden Offenbarung dar. Positionen für ein erstes Objekt O₁ und ein zweites Objekt O₂ werden zu aufeinander folgenden Zeitpunkten T₁–T₃ beschrieben. Die drei aufgetragenen Positionen des Objekts O₁ beschreiben ein Objekt, das fortlaufend näher an das Trägerfahrzeug gelangt. Eine solche Bahn kann in einer Anzahl von Weisen durch das Trägerfahrzeug verwendet werden, beispielsweise durch Vergleichen einer Entfernung zu O₁ mit einer minimalen zulässigen Entfernung oder durch Bestimmen einer Wahrscheinlichkeit für eine Kollision zwischen O₁ und dem Trägerfahrzeug.
10 stellt Informationen von einer GPS-Vorrichtung, einschließlich einer nominalen Position, einer GPS-Fehlerspanne und einer bestimmten tatsächlichen Position, die einen GPS-Versatzfehler definiert, gemäß der vorliegenden Offenbarung dar. Wie vorstehend beschrieben, wird eine nominale Position durch eine GPS-Vorrichtung überwacht. Auf der Basis eines Fehlers, der der GPS-Technologie innewohnt, ist eine gewisse Ungenauigkeit bei der GPS-Bestimmung dem nominalen Ort eigen, was einen Bereich von möglichen Positionen in Bezug auf die nominale Position erzeugt. Durch Verfahren wie z. B. die vorstehend beschriebenen beispielhaften Verfahren kann ein tatsächlicher oder festgestellter Ort der GPS-Vorrichtung bestimmt werden. Durch Vergleichen des tatsächlichen oder festgestellten Orts der GPS-Vorrichtung mit der nominalen Position kann ein GPS-Versatzfehler als Vektorversatz von der nominalen Position berechnet werden.
Fehler in Erfassungsvorrichtungen können in sich ändernden Richtungen und Abständen zufällig versetzt sein, wobei gestreute Ergebnisse auf eine schlechte Genauigkeit hindeuten; oder Fehler können in einer speziellen Richtung und einem speziellen Abstand konsistent versetzt sein, wobei eng gruppierte Ergebnisse auf eine gute Genauigkeit hinweisen. Ein Fachmann auf dem Gebiet von GPS-Vorrichtungen erkennt, dass ein Fehler in einer GPS-Vorrichtung gewöhnlich eine gute Genauigkeit aufweist, wobei iterative Ergebnisse in einem Bereich und in engen Zeitintervallen eng gruppierte Ergebnisse mit ähnlichen GPS-Fehlerversätzen aufweisen. Ebenso erfahren gewöhnlich mehrere Vorrichtungen, die in unmittelbarer Nähe zueinander arbeiten und nominale Positionsinformationen zu im Wesentlichen derselben Zeit überwachen, ähnliche GPS-Fehlerversätze.
11 stellt ein Trägerfahrzeug und zwei Zielobjekte, die alle nominalen GPS-Positionen überwachen, und resultierende GPS-Versatzfehler gemäß der vorliegenden Offenbarung dar. Wie vorstehend beschrieben, weisen GPS-Versatzfehler in mehreren Objekten, die nominale Positionen zur gleichen Zeit überwachen, gewöhnlich dieselben oder ähnliche GPS-Versatzfehler auf. Nominale Positionen für das Trägerfahrzeug und für die Zielobjekte O₁ und O₂ werden beschrieben, wobei beispielsweise jede der nominalen Positionen beschrieben wird, als ob drei GPS-Vorrichtungen vorhanden wären, eine im Trägerfahrzeug und eine in jedem der Zielobjekte. Eine tatsächliche Position des Trägerfahrzeugs wird bestimmt und ein GPS-Versatzfehler kann für das Trägerfahrzeug bestimmt werden. Auf der Basis der Tendenz von GPS-Vorrichtungen, Informationen mit guter Genauigkeit zu liefern, und auf der Basis einer genauen Abschätzung des tatsächlichen Orts des Trägerfahrzeugs schafft die Korrelation der drei nominalen Orte eine Fähigkeit, angegebene tatsächliche Positionen für O₁ und O₂ mit hoher Genauigkeit zu bestimmen.
Verfahren sind bekannt, um Informationen hinsichtlich der Fahrumgebung um ein Fahrzeug zu verwenden, um den relativen Ort des Fahrzeugs in Bezug auf eine Fahrspur und in Bezug auf andere Fahrzeuge autonom oder halbautonom zu steuern. 12 stellt Fahrzeuge unter Verwendung von beispielhaften Verfahren, um den Fahrzeugbetrieb zu steuern, gemäß der vorliegenden Offenbarung dar. Ein Fahrzeug 310, ein Fahrzeug 320 und ein Fahrzeug 330 fahren in einer Fahrspur 300, die durch Fahrspurmarkierungen 305A und 305B definiert ist. Das Fahrzeug 320 verwendet ein Radarsignal, um eine Entfernung zum Fahrzeug 310 zu bestimmen, die beispielsweise in einer ACC-Anwendung nützlich ist, und das Fahrzeug 320 verwendet außerdem bekannte Verfahren, um eine abgeschätzte Position innerhalb der Fahrspur festzustellen und Fahrspurhaltebegrenzungen 325A und 325B zu bestimmen. Das Fahrzeug 330 überwacht ebenso eine Entfernung zum Fahrzeug 320, in diesem beispielhaften Fall unter Verwendung eines Ultraschallsignals. Das Fahrzeug 330 kann manuell bedient werden, wobei der Fahrer beispielsweise das Fahrzeug lenkt und Entfernungsinformationen verwendet, um einen gewünschten Nachfolgeabstand hinter dem Fahrzeug 320 aufrechtzuerhalten.
Ein einzelnes Fahrzeug bewegt sich gemäß seiner eigenen Richtung und versucht nicht, seine Bewegung mit anderen Fahrzeugen zu koordinieren. Eine Formation ist eine spezielle Anordnung von zwei oder mehr Fahrzeugen, die zusammen in einer koordinierten Weise fahren. Das allgemeine Muster einer Formation ist über ausgedehnte Zeiträume (auf der Basis von Navigationszielen und Situationen) konsistent, aber die spezifischen Details des Musters können auf einer momentweisen Basis auf der Basis von externen Faktoren und der Fahrsituation eingestellt werden. Zu bestimmten Zeitpunkten kann aufgrund von externen Faktoren oder eines menschlichen Eingriffs eine neue Formation in Kraft gesetzt werden. Jedem Fahrzeug in der vorherigen Formation wird eine eindeutige Position in der neuen Formation zugewiesen. Wenn es die Bedingungen erlauben, würde jedes Fahrzeug in den korrekten Platz in der Formationsgeometrie manövrieren.
Kolonnenfahren ist ein Verfahren, um eine Gruppe von Fahrzeugen zu steuern, wobei ein einzelnes Steuerschema verwendet wird, um die Gruppe von Fahrzeugen in einer Formation zu steuern. Das einzelne Steuerschema kann in einem einzelnen Leitfahrzeug bestimmt werden. Das Kolonnenfahren ermöglicht, dass die Fahrzeuge eine Anzahl von vorteilhaften Ergebnissen erzielen, einschließlich einer erhöhten Kraftstoffeffizienz, einer Kollisionsrisikomilderung, der Befreiung des Fahrers, seine Aufmerksamkeit von der Straße weg zu lenken, einer erhöhten Effizienz in Stadtverkehrsdichte und -steuerung und anderer Vorteile.
Jedes Fahrzeug, das an der Formation teilnimmt, nimmt eine (und nicht mehr als eine) Position in der Formation zu einem Zeitpunkt ein. Eine Position wird als Leiter ausgewiesen, der spezielle Anforderungen in einem Fahrzeug, das diese Position einnimmt, trägt, wobei eine spezielle Rolle für dieses Fahrzeug festgelegt wird. Eine oder mehrere zusätzliche Nachfolgerpositionen können innerhalb der Formation definiert werden. Die ”geglättete” Position des Leitfahrzeugs entlang seiner Bahn definiert den Ursprung und die Orientierung des Formationsraums, der sich bewegt und die Orientierung relativ zum Boden ändert, wenn die Formation von einem Ort zum anderen fährt.
18 stellt beispielhafte Kolonnenrollen und definierte Positionen gemäß der vorliegenden Offenbarung dar. Ein Leitfahrzeug 710 ist auf der Straße 700 befindlich dargestellt. Nachfolgerpositionen 1, 2 und 3 sind als Kreise dargestellt, die Positionshüllen 720, 730 und 740 definieren, in denen sich die Fahrzeuge befinden können, und sind in Bezug auf die Position des Leitfahrzeugs definiert. Ein seitlicher Positionsversatz ist dargestellt, der einen seitlichen Abstand vom Leitfahrzeug beschreibt, der für ein Fahrzeug in einer Nebeneinanderformationsposition definiert werden kann.
Dieser seitliche Versatz ist durch eine Anzahl von Faktoren festgelegt, einschließlich der Fahrspurgeometrie, des Fahrzeugtyps und Zielen oder Prioritäten der Kolonne. Ein Längspositionsversatz ist auch dargestellt, der einen Längsabstand vom Leitfahrzeug beschreibt, der für ein Fahrzeug in einer Reihenfahrzeugposition definiert werden kann. Dieser Längsversatz ist durch eine Anzahl von Faktoren festgelegt und wird in dieser ganzen Offenbarung im Einzelnen definiert.
Die Auswahl von und Änderungen an Kolonnenformationen können gemäß einer Anzahl von Faktoren bestimmt werden. Die Straßengeometrie ist beispielsweise eine Erwägung für die Kolonnenbildung. Auf einer einspurigen Straße kann nur eine Reihenformation verwendet werden, während auf einer vierspurigen Autobahn eine Nebeneinanderformation zweckmäßig verwendet werden kann. In einer Kolonne unter Verwendung einer Nebeneinanderformation auf einer vierspurigen Autobahn kann die Formation zweckmäßig in eine Reihenformation geändert werden, wenn sich die Straßenbedingungen ändern. Wenn beispielsweise abrupt eine Straßenbaustelle angetroffen wird und vier Fahrspuren auf zwei verringert werden, könnte das Ändern der Kolonne zu einer Reihenformation vorteilhaft sein, um den Verkehrsfluss durch die Engstelle zu erleichtern. Beim Passieren der Engstelle und wenn der Verkehr wieder vier Fahrspuren erlangt, kann die Kolonne wieder in eine Nebeneinanderformation umgestellt werden. In einem anderen Beispiel sind Kolonnenziele oder -prioritäten Erwägungen für die Kolonnenbildung. Wenn beispielsweise die Kraftstoffeffizienz für die Kolonne eine Priorität ist, kann eine Reihenformation mit engen Entfernungen am vorteilhaftesten sein, um aus dem Windschattenfahren Effizienzen zu erlangen. In einem anderen Beispiel einer Priorität könnte, wenn eine soziale Wechselwirkung zwischen den Insassen der verschiedenen Fahrzeuge eine Priorität ist, dann eine Blockformation mit fast gleichen Fahrzeugen in einer Reihe und nebeneinander am vorteilhaftesten sein, um die Empfindung von Gemeinschaft der miteinander fahrenden Insassen zu erleichtern. In einem anderen Beispiel eines Faktors, der sich auf die Auswahl der Formation auswirkt, könnte sich die Anzahl von Fahrzeugen in der Kolonne auf die Auswahl der Formation auswirken. Wenn sich beispielsweise drei Fahrzeuge in der Kolonne befinden, könnte eine Reihenformation über die ganze Transitroute leicht aufrechterhalten werden. Wenn sich fünfzehn Fahrzeuge in der Kolonne befinden, wäre eine Reihenformation von fünfzehn Fahrzeugen über eine Reihe von Verkehrsampeln schwierig aufrechtzuerhalten. Stattdessen könnte eine Nebeneinanderformation von drei Spalten von Fahrzeugen, jeweils fünf Fahrzeuge lang, wahrscheinlicher durch die Reihe von Verkehrsampeln navigieren, ohne durch die sich ändernden Verkehrsampeln unnötig aufgeteilt oder vorübergehend aufgelöst zu werden. Dieselbe Formation, die in einen langen Straßenabschnitt ohne Verkehrsampeln einfährt, könnte die Formation zu einer einzelnen Spalte ändern, um die erhöhte Kraftstoffeffizienz, die durch Windschattenfahren möglich gemacht wird, auszunutzen.
Gemäß einer Ausführungsform der Offenbarung muss, damit ein Fahrzeug an einer Kolonnenformation teilnimmt, es mit erforderlichen Fähigkeiten zur Fahrzeug-Fahrzeug-Kommunikation (V2V-Kommunikation) ausgestattet sein und mindestens eine Kernteilmenge des Formationsmanagementprotokolls und der zugehörigen Verarbeitungs- und Manövrierfunktionen implementieren. Einige Fahrzeuge können in der Lage und dazu konfiguriert sein, irgendeine Rolle in der Formation zu übernehmen. Andere können auf der Basis der Fahrzeugausrüstung oder der Fahrer/Insassen-Eigenschaften auf einen kleineren Bereich von Rollen innerhalb der Formation beschränkt sein. Teilnehmende Mitglieder der Formation werden Teilnehmer oder insbesondere Leitfahrzeuge und Nachfolgefahrzeuge genannt.
Jede Position innerhalb der Formation besitzt zwei Haupteigenschaften, die ihren Gesamtzustand definieren. Die erste ist, ob der Position gegenwärtig ein Fahrzeug zugewiesen ist oder nicht. Wenn einer Position ein Fahrzeug zugewiesen ist, wird erwartet, dass das Fahrzeug in diese Position manövriert, wie dies geeignet ist, und seine relative Anordnung dort aufrechterhält, solange es an der Formation teilnimmt. Die zweite Eigenschaft ist die physikalische Anordnung des Bereichs in und nahe der definierten Position. Zusammen definieren diese Eigenschaften eine Anzahl von möglichen Zuständen. In einem offenen Zustand belegt kein Fahrzeug gegenwärtig den physikalischen Bereich der Position und nichts verhindert direkt, dass ein angeschlossenes Fahrzeug in diese Position manövriert. Es bestehen zwei signifikante Unterzustände für den offenen Zustand: verfügbar, wobei dieser Position in der Formation kein Fahrzeug zugewiesen ist; und reserviert, wobei das zugewiesene Fahrzeug sich gegenwärtig nicht in der Position befindet (aber diese Position in Anbetracht von geeigneten Bedingungen und genügend Zeit einnehmen kann). In einem unbefahrbaren Zustand wird der physikalische Zugang zu dieser Position aufgrund der Straßengeometrie verhindert (die Position würde abseits vom befahrbaren Teil der Straße, über einer Böschung usw. liegen). In einem eingedrungenen Zustand nimmt ein Fahrzeug, das sich nicht der Formation angeschlossen hat, physikalisch diese Position ein (kann ein nicht ausgestattetes Fahrzeug oder ein Fahrzeug in einer anderen Formation sein). In einem freigegebenen Zustand verlässt ein Fahrzeug, das sich vor kurzem in der Formation befand, die Formation, kann sich jedoch immer noch physikalisch in oder nahe der Position befinden. In einem in Anspruch genommenen Zustand nimmt ein Fahrzeug von der Formation, das einer anderen Position zugewiesen ist, stattdessen zumindest einen Teil der Position ein. In einem gesperrten Zustand sind andere Fahrzeuge in der Formation gegenwärtig in einer Weise verteilt, die ein direktes Manövrieren in die Position sperrt; die Neuzuweisung von Fahrzeugen zu den verschiedenen Positionen kann den gesperrten Zustand beseitigen. In einem belegten Zustand belegt das Fahrzeug, das gegenwärtig der Position zugewiesen ist, diese physikalisch. Eine Anzahl von anderen Zuständen wird in Erwägung gezogen, die beispielsweise angeregte oder verbotene Bedingungen beschreiben. Die Anwesenheit eines großen Lastwagens in der Kolonne würde beispielsweise die Anordnung eines Fahrzeugs direkt vor dem Lastwagen begrenzen, und ein Zustand, der eine unerwünschte Anordnung beschreibt, könnte definiert werden. Ein abhängiger Zustand könnte definiert werden, wobei Familienmitglieder in nahen Positionen innerhalb der Formation bleiben wollten könnten, und die Position eines Familienmitglieds von der Position eines anderen Familienmitglieds abhängig gemacht werden könnte. Nicht dringende Vorlieben könnten nach Zweckmäßigkeit gehandhabt werden, beispielsweise einschließlich einer Bubblesort-Logik, sobald sich eine Formation ändert. Eine Person an der Rückseite einer Formation könnte beispielsweise darum bitten, sich in Richtung der Vorderseite der Formation zu bewegen. Eine solche nicht dringende Bitte könnte bis zum nächsten Zeitpunkt, zu dem sich die Formation von einer Nebeneinanderformation in eine Reihenformation ändert, verzögert werden, zu welchem Zeitpunkt das bittende Fahrzeug sich einiges der oder die ganze Strecke in Richtung der Vorderseite der Formation, an Fahrzeugen ohne ähnliche Bitten vorbei, bewegen kann. Die hierin beschriebenen Zustände sind beispielhafte Zustande, die in einer Kolonne verwendet werden können, und die Offenbarung soll nicht auf die hierin beschriebenen speziellen Beispiele begrenzt sein.
19 stellt eine beispielhafte Kolonne, eine Anzahl von definierten Positionen innerhalb der Kolonne und eine Anzahl von erläuternden Zuständen für die dargestellten Positionen gemäß der vorliegenden Offenbarung dar. Die Kolonne 450 umfasst ein Leitfahrzeug 460, eine Anzahl von definierten Nachfolgerpositionen 470, 471, 472, 473 und 474, Nachfolgefahrzeuge 480 und 485 und ein nicht ausgestattetes Fahrzeug 490. Gemäß den hierin beschriebenen Verfahren werden die Nachfolgerpositionen 470 bis 474 gemäß der Position des Leitfahrzeugs und Faktoren, die sich auf die Definition der Formation und resultierende Positionen innerhalb der Kolonne auswirken, definiert. Unter der beispielhaften Bedingung belegt das Leitfahrzeug 460 eine Leiterposition. Die Nachfolgerposition 1 besitzt einen Positionszustand: belegt auf der Basis dessen, dass sich das Nachfolgefahrzeug 480 in der Nachfolgerposition 1, Position 470, befindet. Die Nachfolgerposition 2, Position 471, besitzt einen Positionszustand: reserviert auf der Basis dessen, dass das Nachfolgefahrzeug 485 gesteuert wird, um in die Nachfolgerposition 2, Position 471, einzutreten. Die Nachfolgerposition 3, Position 472, besitzt einen Positionszustand gesperrt. Ein solcher gesperrter Zustand kann ein Ergebnis einer Anzahl von Hindernissen, identifizierten Straßengefahren, Fahrspurmarkierungen oder irgendeiner anderen Bedingung sein, die verhindert, dass ein Nachfolgefahrzeug dieser Position zugewiesen wird. Die Nachfolgerposition 4, Position 473, besitzt aufgrund einer aktuellen Position des Fahrzeugs 485 einen in Anspruch genommenen Zustand. Die Position umfasst auch einen nicht zugewiesenen Zustand, der ermöglicht, dass ein nachfolgendes Fahrzeug der Position zugewiesen wird, die Bewegung in die Position ist jedoch verboten, solange der Zustand in Anspruch genommen bleibt. Die Nachfolgerposition 5, Position 474, besitzt aufgrund der Anwesenheit des Fahrzeugs 490 einen gesperrten Zustand. Die beschriebenen Nachfolgerpositionen und die für die verschiedenen Positionen definierten Zustände sind beispielhafte Bedingungen, die existieren können, und die Offenbarung soll nicht auf die beschriebenen speziellen Ausführungsformen begrenzt sein. Es wird angemerkt, dass die in 19 beschriebenen Positionen als nominale Positionen betrachtet werden, die im Allgemeinen eine Formation der Kolonne und Fahrzeuge, die sich in dieser Formation anordnen, beschreiben. Diese nominalen Positionen unterscheiden sich von den tatsächlichen Zwischenräumen oder Abständen zwischen Fahrzeugpositionen, wie hierin beispielsweise in Bezug auf 17 genauer beschrieben wird.
Die Positionen können hinsichtlich der Bedeutung eingestuft werden, beginnend mit der Leiterposition (Position #0, höchste Bedeutung), dann Position #1 (höchste Nachfolgerbedeutung), Position #2 und so weiter für alle definierten Positionen. Im Allgemeinen befinden sich die Positionen mit höherer Bedeutung näher am Leitfahrzeug, obwohl spezielle Formationen andere Vorgehensweisen verwenden können. Positionen mit höherer Bedeutung werden gewöhnlich Teilnehmern vor denjenigen mit geringerer Bedeutung zugewiesen, um die Formation so kompakt wie möglich zu halten oder andere Ziele zu erreichen.
Die Leitungsrolle kann eines oder eine Kombination von autonomen Fahrzeugsystemen und eines menschlichen Fahrers, der qualifiziert, in der Lage und bereit ist, potentiell viele Nachfolgefahrzeuge entlang eines Weges zu leiten, sein. Zu irgendeinem Zeitpunkt kann ein definiertes Navigationsziel bestehen oder der menschliche Fahrer kann den Leitfahrzeugweg ohne spezielles definiertes Ziel manuell steuern. Die Leitfahrzeugsysteme müssen in der Lage sein, die menschlichen Fahreingaben oder die geplante Navigationsroute in detaillierte Weg- und Bewegungsbefehle umzusetzen, die verwendet werden, um die Gesamtbewegung der Nachfolgefahrzeuge zu koordinieren. Das Leitfahrzeug muss in der Lage sein, die Fahrformationsdefinition und Positionszuweisungen zu den Nachfolgefahrzeugen zu senden, und muss Formationsmanagementprotokolle mit anderen Fahrzeugen implementieren, um Änderungen an der Formationsteilnahme (Formationsmitgliedschaft) zu koordinieren.
Potentielle Leitfahrzeuge haben ein definiertes Ambitionsniveau, das steuert, wie schnell das potentielle Leitfahrzeug versucht, die Leitung in Situationen zu beanspruchen, die ein neues Leitfahrzeug erfordern. Wenn ein Fahrzeug für die Leitungsrolle nicht zweckmäßig ausgestattet ist, wird das Ambitionsniveau auf null gesetzt. Wenn das Fahrzeug von einem weniger qualifizierten menschlichen Fahrer/Insassen oder von einer Person, die es vorzieht, nicht als Leitfahrzeug zu dienen, verwendet wird, kann das Ambitionsniveau niedrig konfiguriert werden. Wenn zwei oder mehr potentielle Leitfahrzeuge gleiche Ambitionsniveaus aufweisen, wird die Leitung auf einer Basis ”zuerst darum gebeten” bewilligt, obwohl die Verwendung von kleinen zufälligen zusätzlichen Wartezeiten (ähnlich den zufälligen Zurücksetzungsperioden in Netzmedien-Zugangssteuerprotokollen) implementiert werden kann, um die Leitungskonflikte weiter zu verringern.
Ein beispielhaftes Verfahren zur autonomen oder halbautonomen Kolonnenbildung wird im Einzelnen beschrieben. Fahrzeuge beginnen in einem Einzelfahrmodus, obwohl das Einzelfahren sowohl manuelle Navigation (vom Menschen gefahren) als auch autonome Navigation (z. B. autonomer ”Diener”-Modus) umfasst. Das Fahrzeug kann dazu konfiguriert sein, seine Bereitschaft, als Leitfahrzeug eine Formation zu erzeugen und/oder sich einer Formation als Nachfolgefahrzeug anzuschließen, anzukündigen. Diese Bereitschaft kann hinsichtlich spezifischer anderer Fahrzeuge; einer definierten Gruppierung von Fahrzeugen wie z. B. einer Gruppe für eine spezielle menschliche Familie; oder Klassen von Formationen spezifiziert werden. Klassen von Formationen können virtuelle Schulbusformationen und allgemeine Pendelformationen umfassen. Jedes Fahrzeug in einem Einzelfahrmodus hört auf eine Formationsankündigungsmeldung von anderen Fahrzeugen und antwortet gegebenenfalls.
Wenn ein potentielles Leitfahrzeug eine Ankündigung von einem potentiellen Nachfolgefahrzeug empfängt und dieses potentielle Nachfolgefahrzeug kein höheres Niveau der Leitungsambition angibt, und andere Bedingungen dies nicht verhindern, überträgt das Leitfahrzeug eine Meldung ”Formation erzeugen”. Alle potentiellen Nachfolgefahrzeuge können dann mit einer Meldung ”Formation annehmen” antworten. Wenn mindestens ein potentielles Nachfolgefahrzeug mit der Meldung ”Formation annehmen” antwortet, übernimmt das potentielle Leitfahrzeug die Leitungsrolle und beginnt, für die neue Formation als Leitfahrzeug zu dienen. Die potentiellen Nachfolgefahrzeuge können beginnen, darum zu bitten, sich der Formation anzuschließen, wie nachstehend definiert.
Die Steuerung einer Kolonne kann ein statisches Steuerschema sein, wobei die Formation feste Positionen umfasst und die Kolonne auf die Umgebung um die Kolonne reagiert, wobei die Kolonne als feste Entität handelt. Eine solche statische Kolonne kann am Beginn einer geplanten Fahrtroute gebildet werden und nach Bedarf aufgelöst werden, beispielsweise am Ende der geplanten Fahrtroute. Als Alternative kann die Kolonnensteuerung dynamische Kolonnenformationen umfassen, wobei die Kolonne auf sich ändernde Bedingungen um die Kolonne reagiert. Ebenso können die Kolonnenformationen, -formen, -positionen innerhalb der Formation und Rollen innerhalb der Formation alle dynamisch sein. Mitglieder der Kolonne können beispielsweise in der Mitte einer geplanten Fahrtroute entweder als Teil eines vorbestimmten Plans oder als Reaktion auf sich ändernde Befehle des Fahrzeuginsassen zur Kolonne hinzugefügt oder aus dieser entfernt werden. Ein Fahrzeug kann darum bitten, die Position innerhalb der Formation zu wechseln, beispielsweise auf der Basis eines geplanten Manövers, um die Formation zu verlassen, auf der Basis eines gewünschten Blicks aus dem Fahrzeug oder auf der Basis von Vorlieben wie z. B. Klaustrophobie. In einem anderen Beispiel kann ein Fahrzeug über einen ersten Abschnitt einer geplanten Fahrtroute ein Leitfahrzeug sein und an einem gewissen Punkt kann ein anderes Mitglied einen Wunsch übermitteln, die Leitungsrolle zu übernehmen, um das aktuelle Leitfahrzeug (von einem langen Abschnitt mit manuellem Fahren) zu entlasten oder um die Kenntnis des Fahrzeuginsassen hinsichtlich der durchfahrenen Örtlichkeit zu nutzen. Eine Anzahl von Änderungen an einer Kolonnenform, an Fahrzeugpositionen und an Fahrzeugrollen wird in Erwägung gezogen und die Offenbarung soll nicht auf die hierin beschriebenen speziellen beispielhaften Ausführungsformen begrenzt sein.
20 stellt beispielhafte Entscheidungen, die beim Erzeugen einer Kolonne getroffen werden, gemäß der vorliegenden Offenbarung dar. Gemäß dem beispielhaften Prozess kündigt ein potentielles Leitfahrzeug anderen Fahrzeugen einen Wunsch, eine Kolonne zu bilden, an. Eine solche Ankündigung ist vom potentiellen Leitfahrzeug zu einem anderen potentiellen Leitfahrzeug oder Nachfolgefahrzeug und mindestens einem potentiellen Nachfolgefahrzeug dargestellt. Die Ankündigung ist von einem Leitungsambitionswert begleitet. Das andere potentielle Leitfahrzeug und potentielle Nachfolgefahrzeuge können antworten, wobei sie die Ankündigung annehmen oder ablehnen. Außerdem können die antwortenden Fahrzeuge mit einem eigenen Leitungsambitionswert antworten. Auf der Basis von Annahmen und Vergleichen der Leitungsambition wird eine Formation um ein Leitfahrzeug gebildet und eine Kommunikation zwischen dem Leitfahrzeug und den verschiedenen Nachfolgefahrzeugen wird gemanagt. Eine solche Formation ist dargestellt, einschließlich der Erzeugung einer Formation durch das Leitfahrzeug, der Annahme der Formation durch die Nachfolgefahrzeuge, der Benennung des Leitfahrzeugs und anschließenden Austauschvorgängen von Leiter- und Nachfolger-Extensionen oder -Kommunikationen.
Ein Fahrzeug, das gegenwärtig kein Mitglied einer Formation ist, kann eine ”Anschlussbitte”-Meldung senden, um anzugeben, dass es sich anschließen will. 28 stellt einen beispielhaften Prozess für ein Fahrzeug zum Anschließen an eine Kolonne gemäß der vorliegenden Offenbarung dar. Wenn mindestens eine verfügbare offene Position vorhanden ist, kann das Leitfahrzeug die Anschlussbitte mit einer Meldung ”Anschluss bewilligt” und der zugewiesenen Position des neuen Fahrzeugs bestätigen. Das Leitfahrzeug weist im Allgemeinen dem neuen Fahrzeug die offene Position mit höchster Bedeutung zu, deren Anforderungen das neue Fahrzeug erfüllt. Das Leitfahrzeug kann den Eintritt des bittenden Fahrzeugs einleiten, beispielsweise das Fahrzeug in eine Position kommandieren, in die der Eintritt in einer ordentlichen Weise durchgeführt werden kann. In einem beispielhaften Verfahren kann eine neue Position zu einer Formation hinzugefügt werden, um für das sich anschließende Fahrzeug Platz zu schaffen. In einem anderen beispielhaften Verfahren können mehrere ungenutzte Positionen vom Leitfahrzeug zu irgendeinem gegebenen Zeitpunkt aufrechterhalten werden, was Flexibilität ermöglicht, wenn Fahrzeuge Positionen wechseln oder neue Mitglieder hinzugefügt werden. Wenn eine nicht zugewiesene Position vorhanden ist, die in Anspruch genommen oder gesperrt ist, kann das Leitfahrzeug das neue Fahrzeug bitten, ”Anschluss später wieder versuchen”. In der Zwischenzeit kann das Leitfahrzeug die Formation umorganisieren, um die Zugänglichkeit für das neue Fahrzeug zu verbessern, durch Verhandeln mit den aktuellen Formationsteilnehmern, dass sie neue Positionen einnehmen. Wenn das Leitfahrzeug in der Lage und bereit ist, die Formation zu vergrößern, wird eine neue Formationsbeschreibung gesandt, bevor die Anschlussbitte-Annahmemeldung zum neuen Fahrzeug gesandt wird. Es ist zu beachten, dass jede Position minimale Verpflichtungsanforderungen aufweisen kann (z. B. erfordert die Position 1, dass die Insassen vollständig zugelassen sind, während die Position 2 dies nicht tut).
29 stellt einen beispielhaften Prozess, durch den Positionen innerhalb einer Formation neu zugewiesen werden können, gemäß der vorliegenden Offenbarung dar. Wenn das Leitfahrzeug eine Situation detektiert, in der ein neues Fahrzeug sich der Formation nicht anschließen kann, oder andere Bedingungen die Neuzuweisung von Fahrzeugen zu den Formationspositionen rechtfertigen, kann das Leitfahrzeug einfach die Formationspositions-Zuweisungsliste aktualisieren und jedes Nachfolgefahrzeug wäre dafür verantwortlich, in die neu zugewiesene Position zu manövrieren. Das Leitfahrzeug kann sich jedoch wahlweise mit dem Nachfolgefahrzeug beraten, indem es zuerst eine ”Positionsneuzuweisungsvorschlag”-Meldung sendet. Das Nachfolgefahrzeug kann mit ”Neuzuweisung der neu zugewiesenen Position annehmbar” oder ”Positionsneuzuweisung unerwünscht” antworten (vielleicht beabsichtigt das Nachfolgefahrzeug, den Konvoi in einer speziellen Richtung zu verlassen, und die neue Position würde stören). Wenn ein Nachfolgefahrzeug gegen die Neuzuweisung von Positionen einen Einwand erhebt, kann das Leitfahrzeug eine andere versuchen.
30 stellt einen beispielhaften Prozess, durch den ein Nachfolgefahrzeug um einen Positionswechsel bitten kann, gemäß der vorliegenden Offenbarung dar. Wenn ein Nachfolgefahrzeug die Plätze mit einem anderen Nachfolgefahrzeug vertauschen will, oder sich einfach in eine andere offene Position in der Formation bewegen will, stellt es eine ”Positionsneuzuweisungsbitte” an das Leitfahrzeug. Das Leitfahrzeug kann einen ”Positionsneuzuweisungsvorschlag” an irgendein Nachfolgefahrzeug ausgeben, das durch die vorgeschlagene Neuzuweisung verlagert werden könnte, und auf die Antwort warten, wie vorstehend beschrieben. Wenn das Leitfahrzeug irgendeinen Grund hat, die Bitte abzulehnen, gibt es eine Meldung ”Positionsneuzuweisungsbitte abgelehnt” an den Bittenden aus. Ansonsten kann das Leitfahrzeug einfach die Zuweisungen im Segment der Positionszuweisungen und Rollen der V2V-Sendungen aktualisieren.
31 stellt einen beispielhaften Prozess, durch den ein Nachfolgefahrzeug darum bitten kann, eine Kolonne zu verlassen, gemäß der vorliegenden Offenbarung dar. Wenn ein Nachfolgefahrzeug die Formation verlassen will, benachrichtigt es das Leitfahrzeug durch Senden einer ”Austrittsbenachrichtigungs”-Meldung. Das Leitfahrzeug sendet eine Bestätigungsmeldung. Die Position wird dann als ”freigegeben” betrachtet, bis sich das austretende Fahrzeug physikalisch von der definierten Position weg bewegt hat, zu welchem Zeitpunkt sie als offen, gesperrt oder in Anspruch genommen betrachtet werden kann, wie für die existierenden Bedingungen geeignet. Das Leitfahrzeug kann dann andere Fahrzeuge umpositionieren, um die freigegebene Position zu füllen. Das Leitfahrzeug kann auch das bittende Fahrzeug umpositionieren, um den Austritt des Fahrzeugs zu erleichtern oder einzuleiten. Später könnte der ehemalige Formationsteilnehmer als ”Eindringling” betrachtet werden, wenn er versucht, sich wieder in die Formation zu bewegen, ohne darum zu bitten und eine Bewilligung zu erhalten, sich der Formation anzuschließen.
32 stellt einen beispielhaften Prozess, durch den ein Leitfahrzeug die Leitung einer Kolonne aufgeben und einen Nachfolgefahrzeugzustand [engl.: flowing vehicle status] annehmen kann, gemäß der vorliegenden Offenbarung dar. Wenn das Leitfahrzeug beabsichtigt, die Formation zu verlassen, oder einfach wünscht, dass ein anderes Fahrzeug die Leitung übernimmt, prüft das Leitfahrzeug auf irgendeine spezifische neue Leitfahrzeugauswahl von dem menschlichen Fahrer, und wenn keiner vorhanden ist, durchsuchen die Leitfahrzeugsysteme die aktuellen Formationsteilnehmer nach einem anderen Fahrzeug, das in der Lage ist, die Leitungsrolle zu übernehmen, wobei die Bedeutung der aktuellen Position, aber auch Eigenschaften des menschlichen Insassen und die konfigurierten Fahrzeugeinstellungen berücksichtigt werden. Wenn so oder so ein neues Leitfahrzeug identifiziert wird, sendet das Leitfahrzeug eine Meldung ”Ernennung eines neuen Leiters” zur Formation. Das ernannte Leitfahrzeug antwortet mit einer ”Leitungsernennungsannahme”-Meldung, die angibt, ob es die Ernennung annimmt oder ablehnt, und wenn es bereit ist anzunehmen, definiert es auch die vorläufige Formation, die es verwendet, wenn es zum Leitfahrzeug wird (es kann dieselbe sein oder es kann neue relative Positionen definieren, so dass kein physikalisches Manövrieren des aktuellen und des neuen Leitfahrzeugs erforderlich ist, zumindest zuerst). Wenn das aktuelle Leitfahrzeug die Ernennung empfängt, sendet es eine ”Rücktritt”-Meldung und tauscht die Positionszuweisungen mit dem neuen Leitfahrzeug. Dann beginnt das neue Leitfahrzeug, die Bewegungskoordinations- und Formationsmanagementrollen durchzuführen, die vom Leitfahrzeug erwartet werden.
33 und 34 stellen einen beispielhaften Prozess, durch den ein Nachfolgefahrzeug um einen Wechsel der Formationsleitung bitten kann, und Reaktionen, die auf der Basis der Antwort des Leitfahrzeugs auftreten können, gemäß der vorliegenden Offenbarung dar. 33 beschreibt eine beispielhafte Reaktion, wenn die Bitte abgelehnt wird. 34 beschreibt eine beispielhafte Reaktion, wenn die Bitte bewilligt wird. Wenn es vom menschlichen Fahrer gelenkt wird, kann ein Nachfolgefahrzeug in der Formation eine Meldung ”Bitte um Leitung” zum aktuellen Leitfahrzeug und zu allen anderen Formationsteilnehmern senden. Wenn das aktuelle Leitfahrzeug diese empfangt, kann es ”Bitte um Leitung abgelehnt” senden und weiterhin als Leitfahrzeug arbeiten. Das aktuelle Leitfahrzeug kann auch mit dem Leiterrücktrittprotokoll antworten, wie vorstehend beschrieben, um einen reibungslosen Übergang der Leitung zu implementieren.
35 stellt eine beispielhafte Reaktion, wenn Kommunikationen zwischen einem Leitfahrzeug und Nachfolgefahrzeugen in einer Formation verloren gehen, gemäß der vorliegenden Offenbarung dar. Im Fall einer Kommunikationsanomalie zwischen dem aktuellen Leitfahrzeug und dem Rest der Formation (wie nachstehend beschrieben) kann eines der anderen Fahrzeuge nach einer Warteperiode, die eine Funktion des aktuellen Ambitionsniveaus dieses Fahrzeugs ist, versuchen, die Leitungsposition zu übernehmen. Dazu sendet es eine Meldung ”Bitte um Leitung”. Wenn das bittende Fahrzeug innerhalb einer Zeitüberschreitungsperiode (z. B. 100 ms) keine Antwort vom Leitfahrzeug empfängt, kann eine beispielhafte Anforderung erfordern, dass der Bittende die Bittmeldung wiederholt und zwei weitere Male auf eine Antwort wartet. Wenn an diesem Punkt immer noch keine Antwort besteht, muss das Fahrzeug, das um die Leitung bittet, eine ”Selbsternennungs”-Meldung zur Formation senden. Wenn ein Teilnehmerfahrzeug mindestens zwei ”Leitungsbittemeldungen”, gefolgt von einer ”Selbsternennungs”-Meldung empfängt, sollte es eine ”Billigungs”-Meldung senden. Wenn alle anderen Fahrzeuge neben dem aktuellen Leitfahrzeug und dem Fahrzeug, das um die Leitung bittet, mit einer Billigungsmeldung antworten, übernimmt das bittende Fahrzeug die Leitungsrolle und beginnt, als Leitfahrzeug für den Rest der Formation zu dienen. Das neue Leitfahrzeug vermerkt seine neue Leitungsstartzeit.
Wenn irgendein Fahrzeug in der aktuellen Formation eine ”Bitte um Leitung” von einem anderen Teilnehmer hört, versucht es für eine kleine festgelegte Zeitdauer plus einer Wartezeit, die eine Funktion seines Ambitionsniveaus ist, nicht selbst, um die Leitungsrolle zu bitten. Wenn das ehemalige Leitfahrzeug plötzlich wieder Kommunikationsfähigkeit erlangt und eine Meldung vom neuen Leitfahrzeug empfangt, vergleicht es die Leitungsstartzeit des anderen mit seiner eigenen. Wenn die Startzeit des anderen jünger ist, wechselt das ehemalige Leitfahrzeug unmittelbar in die Nachfolgerrolle und nimmt die Position an, die ihm vom neuen Leitfahrzeug zugewiesen wird. Wenn die Startzeit nicht jünger ist, muss ein ernstes Zeitsynchronisationsproblem bestehen, so dass fehlersichere Prozeduren eingeleitet werden würden.
36 stellt eine beispielhafte Reaktion, wenn sich ein Leitfahrzeug entscheidet, eine Kolonne aufzulösen, gemäß der vorliegenden Offenbarung dar. Das Leitfahrzeug kann die Formation zu jedem Zeitpunkt auflösen, obwohl erwartet wird, dass es die Formationsteilnehmer durch eine der Eigenschaften der übertragenen Formationsdefinition ”warnt”, dass die Formation bald endet (ein Element der Formationsdaten sollte eine ”Formationsablaufzeit”-Zeit sein). Der typische Grund dafür, dass ein Leitfahrzeug die Formation auflösen würde, besteht darin, dass die Formation ein Ziel erreicht hat und die individuellen Fahrzeuge einen geeigneten Parkplatz finden müssen. Wenn die Formation während der normalen Navigation aufgelöst wird, könnte ein anderes Fahrzeug versuchen, aus den Teilnehmern der alten Formation eine neue Formation zu erzeugen, und diese zum Ziel weiterführen. Gegenüber diesem Szenario wäre es jedoch bevorzugt, dass das vorherige Leitfahrzeug die Leitung abtritt, wie vorstehend beschrieben, so dass ein reibungsloser Übergang möglich ist.
Wenn das Leitfahrzeug lang dauernde Situationen von unbefahrbaren und/oder eingedrungenen Positionen detektiert oder der Leitfahrzeugfahrer es anfordert, kann das Leitfahrzeug eine neue Formation befehlen und jedem teilnehmenden Fahrzeug eine Position in dieser zuweisen und die neuen Positionszuweisungen senden. Wenn beispielsweise die aktuelle Formation ein ”Block”-Muster ist, aber die befahrbare Straße sich beträchtlich verschmälert, kann das Leitfahrzeug eine ”Einzelreihen”-Formation befehlen.
Für weniger dramatische Änderungen der Bedingungen stellt das Leitfahrzeug das existierende Formationsmuster ein, anstatt auf ein neues Muster zu wechseln. Das Leitfahrzeug kann beispielsweise die Nachfolgeabstände innerhalb der Formation vergrößern, wenn sich die Kolonnengeschwindigkeit erhöht, um angemessene Bremswege zu ermöglichen. Durch Kurven wird auch der Formationsabstand für die Position in Richtung der Mitte der Krümmung verringert, während er auf der entgegengesetzten Seite erweitert wird. Wenn zwei Fahrzeuge die Positionen vertauschen, könnte ein zusätzlicher Raum um sie eröffnet werden, indem die anderen Fahrzeugpositionen innerhalb der Formation eingestellt werden, dann könnten die zwei Fahrzeuge langsam durch Zwischenpositionen geführt werden, bevor ihnen die neuen Positionszuweisungs-IDs gegeben werden.
Ein Leitfahrzeug einer Formation muss eine für alle Mitglieder der Formation annehmbare Geschwindigkeit festlegen. Das Leitfahrzeug prüft die Geschwindigkeitsfähigkeiten eines neuen Fahrzeugs, das sich der Formation anschließt, und prüft periodisch die Geschwindigkeitsfähigkeit jedes teilnehmenden Fahrzeugs und bestimmt die schnellste Geschwindigkeit, die alle Fahrzeuge erreichen können. Das Leitfahrzeug kann auch die Bremsfähigkeiten des sich anschließenden Fahrzeugs prüfen und überprüft eine leistungskritische Fahrzeugdiagnose, bevor es dem neuen Mitglied gestattet, sich der Kolonne anzuschließen. Diese Bestimmung umfasst auch die Analyse der Bewegungsrückkopplungsdaten, einschließlich der Geschwindigkeitsfehlerterme, so dass ein Teilnehmer, der immer weiter zurückfällt, trotz seiner Meldungen, dass er zu zusätzlicher Geschwindigkeit fähig ist, nicht durch den Rest der Formation zurückgelassen wird. Diese Formationsgeschwindigkeitseinschränkung wird als Obergrenze für die ganze Navigationsplanung verwendet.
Die beispielhafte Fahrzeug-Fahrzeug-Kommunikation kann auf periodisch gesandten ”V2V-Transportsicherheitsmeldungs-Paketen über den Äther (OTA)” basieren. An diese Basisinformationen kann das Leitfahrzeug der Formation Informationen, einschließlich der Folgenden, anhängen: Wegverlauf (in Standard-V2V-OTA-Form), Formationsdefinition (FD), Positionszuweisungen und zusätzliche Rollenzuweisungen (PA), Navigationsziele (NG), detaillierte Bewegungskoordinationsführung (MC), eine Liste ”gehört von” und irgendwelche erforderlichen Formationsmanagementprotokoll-Meldungen. Die Formationsteilnehmer können durch Anhängen von Informationen antworten, einschließlich der Folgenden: Bewegungskoordinations-Rückkopplungsinformationen, Liste ”gehört von” und irgendwelchen erforderlichen Formationsmanagementprotokoll-Meldungen.
37 stellt eine beispielhafte Konnektivitätsabbildung, die Verfahren beschreibt, um eine erweiterte Konnektivität zwischen Mitgliedern einer Kolonne zu bewerkstelligen, gemäß der vorliegenden Offenbarung dar. Die Formationsteilnehmer melden eine Liste der anderen Teilnehmer, von denen sie im drahtlosen Kommunikationskanal innerhalb eines jüngsten Zeitfensters ”gehört haben”. Wenn das Leitfahrzeug keine zuverlässigen Kommunikationen von einem oder mehreren der Formationsteilnehmer empfängt, tastet das Leitfahrzeug die Listen ”gehört von” ab, um zu versuchen, einen oder mehrere Teilnehmer zu identifizieren, die sie hören können. Das Leitfahrzeug weist dann ”Übertragungs”-Rollen zu so vielen Formationsteilnehmern zu, wie erforderlich ist, um die Konnektivität herzustellen.
Wie vorstehend beschrieben, können Verfahren zum Managen von Kommunikationsproblemen zwischen Mitgliedern einer Formation beschrieben werden. 38 stellt einen beispielhaften Prozess zum Managen von Kommunikationsproblemen innerhalb einer Kolonne gemäß der vorliegenden Offenbarung dar. Wenn das Leitfahrzeug für eine Schwellenzeit nicht von einem Formationsteilnehmer hört und die obige ”Übertragungs”-Methode nicht funktioniert, wird der Teilnehmer als ”verloren” betrachtet. Während der Teilnehmer verloren ist, weist das Leitfahrzeug die Formationsposition des verlorenen Fahrzeugs keinem anderen Fahrzeug neu zu. Da sich der Kommunikationsverlust auf die Übertragungen vom Nachfolger zum Leiter auswirken kann, kann das Leitfahrzeug versuchen, die Formationsgeometrie zu ändern, um die Formationsposition des verlorenen Fahrzeugs näher an das Leitfahrzeug zu bringen, um die Kommunikationen zu bereinigen (unter der Annahme, dass das Nachfolgefahrzeug immer noch zumindest einige der Sendungen vom Leiter zum Nachfolger empfangen kann).
Wenn das Leitfahrzeug die Kommunikation mit allen Nachfolgefahrzeugen für eine Schwellenzeit verliert, nimmt es an, dass die Formation aufgelöst wurde oder dass ein anderes Fahrzeug die Leitung übernommen hat. Daher wechselt es in einen ”Einzelfahr”-Modus, überwacht jedoch die Kommunikationsverbindung auf Meldungen von seinen ehemaligen Nachfolgefahrzeugen. Nachfolgefahrzeuge müssen darauf vorbereitet sein, die Rollen zu wechseln, wenn das Leitfahrzeug aus irgendeinem Grund unerreichbar wird.
Selbst wenn ein Nachfolgefahrzeug während einer kurzfristigen Autonomieperiode (beispielsweise 0,8 Sekunden oder irgendeiner definierten ”Vorgriffs”-Periode) nicht vom Leitfahrzeug hört (entweder direkt oder über ein ”Übertragungs”-Fahrzeug), fährt das Nachfolgefahrzeug kurzfristig weiterhin entlang des zuletzt empfangenen Bewegungskoordinations-Führungswegs und versucht, die spezifizierten Positions-, Geschwindigkeits- und Fahrtrichtungsziele zu den entsprechenden Zeiten zu erfüllen.
Mittelfristig extrapoliert jedes Fahrzeug die jüngste Bewegungssteuerführung für eine zusätzliche mittelfristige Autonomieperiode, die vielleicht durch die definierte Navigationsroute (falls sie existiert) und den Bedarf, Kollisionen mit anderen Formationsteilnehmern zu vermeiden, eingeschränkt ist. Während dieser Periode leitet ein Fahrzeug in der Formation, das dazu qualifiziert ist, in der Leitungsrolle zu dienen, den Prozess ”Bitte um Leitung” ein, wie vorstehend beschrieben. Um einen Machtkampf zu vermeiden, warten potentielle Leitfahrzeuge eine variable Menge an Zeit damit, die Bitte um Leitung einzuleiten, in Abhängigkeit von ihrem konfigurierten ”Ambitions”-Niveau. Wenn das selbsternannte Leitfahrzeug die Leitungsrolle übernimmt, kann die Formation wie vorher fortfahren, obwohl das vorherige Leitfahrzeug als verloren betrachtet wird.
Im Fall eines langfristigen Problems in der Kommunikation zwischen Formationsfahrzeugen oder ebenso im Fall einer Störung in Bordkommunikationssystemen wie z. B. eines überlasteten Controllerbereichsnetzes (CAN) kann eine Geschwindigkeitsprofildefinition in einem Steuermodul verwendet werden, um ein gewünschtes Stoppmanöverprofil zu verwenden. Wenn die mittelfristige Autonomieperiode verstrichen ist und das Nachfolgefahrzeug immer noch nicht vom Leitfahrzeug gehört hat, versucht das Nachfolgefahrzeug als Alternative die folgenden fehlersicheren Prozeduren, beispielsweise einschließlich der Folgenden: Ausrichten der Fahrtrichtung des Fahrzeugs auf die aktuelle Laufrichtung der Straße unter Verwendung einer mäßigen Wenderate (falls erforderlich), Umschalten auf den ”Einzelfahr”-Modus und autonome Navigation, falls möglich, oder wenn eine autonome Navigation nicht möglich ist (z. B. keine Route definiert ist), dann Beginnen einer Abbremsung mit 0,05 g und dem Fahrer signalisieren, einen manuellen Fahrmodus zu übernehmen.
Mit Rückkehr zu 30 wird ein beispielhafter Prozess dargestellt, der bei 800 beginnt, woraufhin ein Kommunikationsausfall überwacht wird. In Schritt 802 wird ein Leitfahrzeug-Kommunikationsausfall mit einer kurzfristigen Autonomieperiode verglichen. Eine solche kurzfristige Autonomieperiode kann als ausgewählte Zeitspanne beschrieben werden, in der ein Fahrzeug innerhalb einer Kolonnenformation ohne übertragene Befehle vom Leitfahrzeug arbeiten kann. Eine solche Zeitspanne kann kalibriert werden oder kann eine Funktionsbeziehung sein, die beispielsweise durch die Geschwindigkeit des Fahrzeugs bestimmbar ist. Wenn der Ausfall geringer als die kurzfristige Autonomieperiode ist, geht der Prozess zu Schritt 806 weiter. Wenn der Ausfall nicht geringer als die kurzfristige Autonomieperiode ist, dann geht der Prozess zu Schritt 804 weiter. In Schritt 806 werden Führungspunkte, die verwendet werden, um das Fahrzeug durch einen gesteuerten Weg zu bewegen, und vorher durch das Leitfahrzeug zum Fahrzeug übertragen wurden, verwendet, um Bewegungssteuerbefehle zu berechnen. In Schritt 808 werden diese Befehle ausgegeben, um das Fahrzeug zu steuern. In Schritt 810 werden Rückkopplungsdaten, die den Betrieb und die Fahrt des Fahrzeugs beschreiben, gesammelt, und in Schritt 812 werden diese Rückkopplungsdaten Ausgangskommunikationen für den Empfang durch den Rest der Kolonne oder andere nahe gelegene Fahrzeuge beigefügt und der Prozess kehrt zu Schritt 802 zurück, in dem der Kommunikationsausfall weiterhin überwacht wird. In Schritt 804 wird der Kommunikationsausfall mit einer mittelfristigen Autonomieperiode verglichen. Eine solche mittelfristige Autonomieperiode kann kalibriert werden oder kann eine Funktionsbeziehung sein. Wenn der Ausfall größer ist als die mittelfristige Autonomieperiode, geht der Prozess zu Schritt 822 weiter. Wenn der Ausfall nicht größer ist als die mittelfristige Autonomieperiode, dann geht der Prozess zu Schritt 814 weiter. In Schritt 814 werden extrapolierte Führungspunkte auf der Basis von verfügbaren Informationen berechnet, beispielsweise einschließlich der Führungspunkte, die vorher existierten, und irgendwelcher verfügbarer Informationen hinsichtlich der aktuellen Fahrspurgeometrie und anderer Fahrzeuge, die das Fahrzeug umgeben. In Schritt 816 wird die Leitungsambition des vorliegenden Fahrzeugs berechnet. Wenn die Leitungsambition hoch ist, kann das Fahrzeug schnell um die Leitung für den Rest der Kolonne, die immer noch mit dem Fahrzeug in Kommunikation steht, bitten. Wenn die Leitungsambition niedrig ist, kann das Fahrzeug eine weitere Zeit warten, um festzustellen, ob das Leitfahrzeug die Kommunikation wieder herstellt oder irgendein anderes Fahrzeug in der Kolonne um die Leitung bittet. Wenn in Schritt 818 die Leitungsambition derart ist, dass es Zeit ist, dass das Fahrzeug um die Leitung bittet, dann geht der Prozess zu Schritt 820 weiter, in dem das Fahrzeug eine Bitte um Leitung gemäß den hierin beschriebenen Verfahren überträgt, und die Bitte um Leitung kann dazu führen, dass das Fahrzeug als neues Leitfahrzeug benannt wird, oder nicht. Wenn Schritt 818 feststellt, dass es nicht Zeit ist, eine Bitte um Leitung auszugeben, oder eine ausgegebene Bitte um Leitung vom Rest der Kolonne nicht angenommen wird, dann geht der Prozess zu Schritt 806 weiter, in dem kurzfristige Maßnahmen ergriffen werden, um das Fahrzeug zu steuern, wie vorstehend beschrieben. Wenn der Prozess zu Schritt 822 weiter geht, wird ein Übergang zum Einzelfahren außerhalb der Kolonne eingeleitet. In Schritt 824 wird festgestellt, ob eine Navigationsroute eingegeben wurde, wobei das Fahrzeug hinsichtlich zu erzeugenden Bewegungsbefehlen angewiesen wird. Wenn eine solche Navigationsroute vorhanden ist, geht der Prozess zu Schritt 826 weiter, in dem die Bewegungsbefehle erzeugt werden, und zu Schritt 828, in dem Informationen, die einen Einzelfahrzustand beschreiben, den Ausgangskommunikationen beigefügt werden. Wenn eine solche Navigationsroute nicht vorhanden ist, dann geht der Prozess zu Schritt 830 weiter, in dem ein Umschalten auf den manuellen Modus eingeleitet wird. In Schritt 832 werden Befehle beispielsweise von einer HID-Vorrichtung oder -Steuerung gesammelt, die zu erzeugende Bewegungsbefehle beschreiben. In Schritt 834 werden Informationen, die einen Einzelfahrzustand beschreiben, den Ausgangskommunikationen beigefügt. In dieser Weise kann ein Fahrzeug innerhalb einer Kolonne, wie hierin beschrieben, über einen Verlust der Kommunikation mit einem Leitfahrzeug gesteuert werden.
Eine wesentliche Rolle des Leitfahrzeugs besteht darin, einen Weg zu definieren, dem die Formation folgen soll, und dann zu helfen, jeden Teilnehmer entlang des Weges zu führen. 39 stellt eine beispielhafte Projektion eines Weges, dem eine Kolonne folgen soll, gemäß der vorliegenden Offenbarung dar. Das Leitfahrzeug muss einen Weg für jede Position in der Formation projizieren und dann kurzfristige Ziele entlang der projizierten Wege für jedes Fahrzeug, das diesen Positionen zugewiesen ist, definieren. Die Ziele werden durch einen Satz von zunehmenden ”Vorgriffs”-Perioden definiert. Jedem Fahrzeug kann beispielsweise ein Positionsziel, ein Geschwindigkeitsziel und ein Fahrtrichtungsziel für die folgenden Zeitpunkte gegeben werden: 0,1 Sekunden von jetzt, 0,2 Sekunden von jetzt, 0,4 Sekunden von jetzt und 0,8 Sekunden von jetzt.
Jedes Nachfolgefahrzeug empfängt die Bewegungsführungsinformationen und gibt sein Bestes, um die Ziele zu erreichen, während es einen wünschenswerten Pufferabstand zwischen sich und allen anderen Fahrzeugen, die an der Formation teilnehmen, und anderen Objekten aufrechterhält und gleichzeitig versucht, eine komfortable Fahrt für die Insassen und Energieeffizienz aufrechtzuerhalten. Die Bewegungssteuerprozesse vergleichen die aktuelle Position des Fahrzeugs mit zukünftigen projizierten Positionszielen und bestimmen die grundlegenden Geschwindigkeits- und Wenderatenbefehle für das Antriebs- und Lenksystem des Fahrzeugs, um die Positionsziele und andere Optimierungsziele am besten zu erfüllen. Die Nachfolgefahrzeuge melden ihre grundlegenden Positions-, Fahrtrichtungs- und Geschwindigkeitsinformationen als Teil der Standard-V2V-OTA-Meldung und fügen zu dieser eine zusätzliche Rückkopplung hinzu, einschließlich verschiedener Fehlerterme für die Position, Geschwindigkeit und Fahrtrichtung.
Das Leitfahrzeug kann den Abstand von Positionen auf der Basis der Bewertung der Positionsaufrechterhaltungsleistung von jedem Teilnehmerfahrzeug einstellen. Wenn beispielsweise ein Nachfolgefahrzeug seine zugewiesene relative Position sehr gut aufrechterhalten kann, d. h. mit sehr kleinen Divergenzen, kann das Leitfahrzeug es so führen, dass es in einem kleineren Abstand folgt. Dagegen kann das Leitfahrzeug zusätzlichen Raum in der Formation um einen Teilnehmer eröffnen, dessen Bewegung größere als erwartete Divergenzen umfasst. Die Positionsaufrechterhaltungsbewegung umfasst die Auswertung in allen folgenden Leistungsmetriken: Positionsfehler (RMS) während jedes der Folgenden: Fahren mit konstanter Geschwindigkeit, Fahren um eine Kurve, Vollenden eines Kreuzungsabbiegens, Beschleunigung aus einem Stopp, und Abbremsen auf einen Stopp; Geschwindigkeitsnachführungsfehler (RMS); und Fahrtrichtungsnachführungsfehler (RMS).
Verfahren, wie in 12 beschrieben, verbessern die Fahrerfahrung, einschließlich Verfahren, um das Fahrzeug in Gegenwart von wahrscheinlichen Kollisionsbedingungen automatisch zu steuern, und die Fahrerbequemlichkeit. Da Steuerverfahren, einschließlich Verfahren zum Bestimmen einer Position des Fahrzeugs, genauer werden und Berechnungen zu einem Echtzeitbetrieb in eng gebildeten Kolonnen in der Lage sind, werden jedoch zusätzliche Vorteile möglich. Das Windschattenfahren ist beispielsweise ein bekanntes Verfahren, in dem enge Entfernungen zwischen Fahrzeugen aufrechterhalten werden, um aerodynamische Vorteile zu erlangen, wodurch die Kraftstoffsparsamkeit oder die Energieeffizienz für einige oder alle der beteiligten Fahrzeuge erhöht wird. Außerdem kann die Kraftstoffeffizienz erhöht werden und Emissionen können verringert werden, indem eine Fahrzeugfahrt entlang einer Route geplant wird, wobei beispielsweise die Fahrzeugfahrt geplant wird und der Fahrzeugbetrieb über eine Kreuzung mit einer Ampel moduliert wird, der Zyklus zeitlich gesteuert wird und ein Fahrzeugstopp vermieden wird. Ein Bedarf an einem Fahrer in einem Fahrzeug wird außerdem teilweise oder vollständig beseitigt, erhöhter Stress und verlorene Produktivität, die mit der Belastung des Fahrens verbunden sind, beispielsweise auf langen täglichen Pendelstrecken, werden verringert oder beseitigt. Wenn ein Bedarf an einem Fahrer in einem Fahrzeug vollständig beseitigt wird, können außerdem Alterseinschränkungen beim Fahrzeugbetrieb gelockert werden, wobei beispielsweise einem Elternteil ermöglicht wird, Kinder in einem autonomen Fahrzeug ohne Anwesenheit des Elternteils im Fahrzeug zur Schule zu schicken. Da der städtische Verkehrsstau schlimmer wird, mit Verkehrsstaus und zugehöriger gehemmter Bewegung und Verzögerungen, können außerdem Verfahren zum automatischen Steuern einer Fahrzeugpositionierung die Verkehrsdichte auf den Straßen erhöhen, was einen automatischen, ordentlichen Verkehrsfluss mit potentiell verringerten Entfernungen zwischen Fahrzeugen ermöglicht. Die gesamte Transportkapazität einer Straße kann erhöht werden, indem die Fahrzeugdichte erhöht wird und Verkehrsverlangsamungen vermieden werden. Außerdem kann die Fahrerfahrung verbessert werden, beispielsweise indem Fußgängerüberwachungsverfahren mit Fahrzeugsteuerverfahren integriert werden, indem minimale erwünschte Entfernungen vollzogen werden, indem Fahrzeugreaktionen, die derzeit von der Fahrererkennung und -reaktion abhängen, automatisiert werden, und indem der Fahrerwille, hastige oder ungeduldige Verkehrsentscheidungen zu treffen, beseitigt wird. Außerdem können autonome Fahrverfahren verwendet werden, um ein Fahrzeug automatisch zu parken und wiederzugewinnen, ein Fahrzeug neu aufzuladen oder aufzutanken, das Fahrzeug zur Wartung zu schicken, Pakete abzuholen, oder irgendwelche anderen ähnlichen Aufgaben durchzuführen, während die ehemaligen Insassen des Fahrzeugs unabhängig ein anderes Geschäft in Angriff nehmen, wobei das Fahrzeug dazu programmiert ist, zu einer festgelegten Zeit oder auf Befehl zurückzukehren. Außerdem erhöhen die hierin beschriebenen Verfahren die Zuverlässigkeit von Verfahren zum automatischen Steuern von Fahrzeugen, was höhere Fahrzeugfahrgeschwindigkeiten ermöglicht als gegenwärtig verwendet werden können.
Spezifische Anwendungen einer automatisierten Steuerung und von Kolonnenfahren werden in Erwägung gezogen. Stadtgebiete können beispielsweise Fahrzeuge in einer Kolonne verwenden, um einen Massentransit in Gebieten ohne den ungeheuren Aufwand und die ungeheure Standfläche, die erforderlich sind, um ein Zug- oder U-Bahn-System zu installieren, zu implementieren. Eine automatisierte Kolonne oder eine durch ein gefahrenes Fahrzeug geleitete Kolonne, wobei ein Fahrer wie ein Busfahrer handelt, kann weitschweifige Routen in einem Stadtgebiet machen, wobei sie geplante Stopps oder Vorbeifahrten durchführt, um individuelle Fahrzeuge in die Kolonne zu laden und aus dieser abzuladen. Ebenso können Fuhrunternehmen und Bergbautransportlastwagen-Operationen auch Kolonnen von automatisierten Lastwagen als virtuellen Zug verwenden, was die Arbeitskraft verringert, die erforderlich ist, um die Lastwagen zu bemannen, was den Effekt von ermüdeten Fahrern auf der Straße verringert und die Effizienzen wie z. B. Windschattenfahren ausnutzt, um Güter ohne die für eine Bahnlinie erforderliche Investition effizienter zu transportieren. Militäranwendungen sind möglich, die beispielsweise Kolonnen von unbemannten oder leicht bemannten Fahrzeugen erzeugen, um gefährliche Gebiete zu durchqueren. Strafverfolgungsanwendungen sind möglich, wobei beispielsweise Personen in Haft in separate und vollständig verriegelte Nachfolgefahrzeuge gesetzt werden, was den Kontakt zwischen potentiell gefährlichen Verdächtigen und Vollzugsbeamten minimiert.
Diese Offenbarung beschreibt einen Satz von dynamischen Kolonnenformations- und Kolonnenmanagementprotokollen, der ein effizientes autonomes Fahren von mehreren Fahrzeugen unter Verwendung einer kostengünstigen drahtlosen V2V-Kommunikation ermöglicht, insbesondere für eingeschränkte Umgebungen, die vorwiegend mit autonomen Fahrzeugen bestückt sind. Die Programmierfunktionalität kann eine fehlersichere dynamische Kolonnenformation und ein fehlersicheres dynamisches Kolonnenmanagement ermöglichen. Außerdem ermöglicht die beschriebene Programmierung das Formationsmanagement und eine sich ändernde Leiter-Nachfolger-Kolonnenformation für verschiedene Fahrszenarios, beispielhafte Verfahren zum Zuweisen eines neuen Fahrzeugs zur Formation, vom Leitfahrzeug eingeleitete Positionsneuzuweisungen innerhalb der Formation, vom Nachfolgefahrzeug eingeleitete Positionsneuzuweisungen innerhalb der Formation, eine Programmierung, um zu ermöglichen, dass Fahrzeuge die Formation verlassen, und die Neuzuweisung der Leitfahrzeugposition, um sie an verschiedene Fahrszenarios anzupassen. Zusätzliche Szenarios umfassen ein Nachfolgefahrzeug, das um eine Leitungsrolle bittet, die Programmierung, um eine Formation aufzulösen, das Managen eines Kommunikationsverlusts zwischen den Fahrzeugen oder zwischen einem Fahrzeug und einem Infrastruktursystem und Szenarios, die eine Bewegungskoordinationsführung erfordern.
Viele Steuerverfahren werden unter Verwendung von Informationen hinsichtlich der Betriebsumgebung des Fahrzeugs in Erwägung gezogen. Viele Steuerverfahren umfassen das Bestimmen einer gewünschten Entfernung, die ein Fahrzeug von Umgebungsobjekten oder -zielen aufrechterhalten soll. Erwünschte Entfernungen können um ein Fahrzeug definiert werden, um eine erwünschte Hülle zu beschreiben, in der andere Objekte nicht zugelassen sind. 13 stellt ein beispielhaftes Fahrzeug und eine erwünschte Hülle um das Fahrzeug gemäß der vorliegenden Offenbarung dar. Beispielhafte minimale erwünschte Entfernungen sind in vier Richtungen um das Fahrzeug definiert und sind nützlich, um eine beispielhafte erwünschte Hülle um das Fahrzeug zu definieren. Eine solche erwünschte Hülle kann verwendet werden, um das Fahrzeug durch Überwachen von Objektbahnen und einer sich ändernden Fahrzeuggeschwindigkeit und eines sich ändernden Fahrzeugkurses zu steuern, um zu vermeiden, dass andere Objekte in die Hülle eindringen. Außerdem kann eine Kommunikation mit anderen Fahrzeugen verwendet werden, um zwischen den Fahrzeugen zu koordinieren, wobei beide Fahrzeuge beispielsweise die Geschwindigkeit und/oder den Kurs ändern, um zu vermeiden, dass in die erwünschten Hüllen beider Fahrzeuge eingedrungen wird.
Minimale erwünschte Entfernungen für ein Fahrzeug sind beim Steuern des Fahrzeugs erwünscht, wie in den obigen Verfahren beschrieben. Eine Anzahl von Verfahren zum Definieren von minimalen erwünschten Entfernungen ist bekannt. 14 beschreibt ein beispielhaftes Verfahren zum Formulieren einer minimalen erwünschten Entfernung vor einem Fahrzeug gemäß der vorliegenden Offenbarung. Eine minimale Anhaltezeit wird so beschrieben, dass sie eine Zeit, die durch eine minimale Zeit zum Bremsen definiert ist, eine Steuerreaktionszeit und zusätzliche Faktoren, die sich auf die Zeit zum Anhalten auswirken, umfasst. Eine minimale Zeit zum Bremsen beschreibt eine Bremskapazität des Fahrzeugs bei der gegenwärtigen Geschwindigkeit. Eine solche Bremskapazität kann für ein spezielles Fahrzeug durch viele Verfahren bestimmt werden, beispielsweise durch Testen des Fahrzeugs bei verschiedenen Geschwindigkeiten.
Es ist zu erkennen, dass die Bremskapazität für verschiedene Fahrzeuge verschiedene Werte sind, wobei beispielsweise ein großer Lastwagen eine größere Zeit zum Anhalten benötigt als ein kleineres Fahrzeug. Eine Steuerreaktionszeit umfasst sowohl mechanische Reaktionen im Fahrzeug auf einen Fahrer oder ein Steuermodul, der/das einen Stopp befiehlt, als auch eine Reaktionszeit des Fahrers oder des Steuermoduls auf einen Impuls, der einen Bedarf zum Anhalten beschreibt. Faktoren, die sich auf eine Zeit zum Anhalten auswirken, umfassen Straßenzustände; Wetterbedingungen; Fahrzeugwartungszustände, einschließlich Zuständen der Bremsvorrichtungen im Fahrzeug und Reifenprofil; Betriebsfähigkeit von Fahrzeugsteuersystemen wie z. B. ABS-Bremsen und Seitenstabilitätskontrolle. Die Faktoren können einen auswählbaren oder sich automatisch kalibrierenden Faktor für die Insassen im Fahrzeug umfassen, beispielsweise spezielle Fahrerreaktionszeiten und Komfort der Insassen des Fahrzeugs mit engen Entfernungen zwischen den Fahrzeugen. Werte für die Zeit zum Anhalten können von einem Fachmann auf dem Gebiet leicht in minimale erwünschte Entfernungen umgesetzt werden.
15 stellt den Betrieb einer beispielhaften Kolonne gemäß der vorliegenden Offenbarung dar. Ein Leitfahrzeug 360 und zwei Nachfolgefahrzeuge 370 und 380 sind dargestellt, die innerhalb einer Fahrspur 350 fahren, die durch Fahrspurmarkierungen 355A und 355B definiert ist. Die drei Fahrzeuge ermöglichen gemeinsam eine Kolonnendefinition, die die Formation und die Grenzen der Kolonne beschreibt. Das Leitfahrzeug kann unter manueller Steuerung arbeiten oder Steuerverfahren zum Fahren in der Fahrspur verwenden, und die Nachfolgefahrzeuge können durch verschiedene Verfahren gesteuert werden. 15 definiert beispielsweise eine Kolonnenfahrspurhaltebegrenzung, die durch Fahrspurhaltebegrenzungen 395A und 395B definiert ist, auf der Basis von Steuerverfahren, die im Leitfahrzeug verwendet werden, und die Nachfolgefahrzeuge werden so gesteuert, dass sie innerhalb der Kolonnenfahrspurhaltebegrenzungen bleiben, wenn die Nachfolgefahrzeuge dem Leitfahrzeug nachfahren.
Die hierin beschriebenen Steuerverfahren können vom Betreiben einer Gruppe von Fahrzeugen als Kolonne profitieren. Die Steuerung von anderen Fahrzeugen in einer Gruppe oder Kolonne kann gemäß den Entfernungen zwischen den Fahrzeugen, beispielsweise durch Steuerverfahren in jedem der Fahrzeuge, die Entfernungen im Vergleich zu Umgebungsfahrzeugen aufrechterhalten, und durch Zuordnung vom Leitfahrzeug durchgeführt werden. In einem anderen beispielhaften Steuerverfahren kann das Leitfahrzeug Fahrzeuge in der Kolonne überwachen und Befehle an jedes der Fahrzeuge ausgeben, um gewünschte Positionen von jedem Fahrzeug innerhalb der Kolonne zu steuern. In einem solchen System ist die Überwachung der relativen Positionen von Fahrzeugen innerhalb der Kolonne beim Aufrechterhalten von erwünschten Positionen von jedem der Fahrzeuge in Bezug aufeinander erwünscht. Außerdem ist die Überwachung von Positionen von Fahrzeugen innerhalb der Kolonne beim Steuern der Kolonne in Bezug auf die Straße und Objekte außerhalb der Kolonne erwünscht. Die Überwachung von Positionen innerhalb der Kolonne kann gemäß dem vorstehend beschriebenen Verfahren, beispielsweise unter Verwendung von Informationen, die von Radar- und Sichtsystemen in verschiedenen Fahrzeugen innerhalb der Kolonne erfasst werden, und durch Verarbeiten der Informationen zum Beschreiben eines komplexen Modells der verschiedenen Positionen der Fahrzeuge und erforderliche Berechnungen, die erforderlich sind, um die Kolonne zu navigieren, durchgeführt werden. Obwohl ein solches Verfahren zum Steuern von Fahrzeugen innerhalb einer Kolonne wirksam ist, können Radar- und Sichtsysteme in jedem Fahrzeug unerschwinglich sein. Außerdem kann eine fast konstante Übertragung von komplexen Analysen von Entfernungen und relativen Beziehungen der Fahrzeuge zwischen den Fahrzeugen untragbar sein, was Signale mit großer Bandbreite erfordert und einen nahezu fehlerfreien Empfang von komplizierten Signalen erfordert. In irgendeinem gegebenen Kommunikationszyklus blockiert der Verlust von irgendeinem Term, der für die Berechnung einer Entfernung eines Fahrzeugs zum Trägerfahrzeug erforderlich ist, die Berechnung der erforderlichen Entfernung. Außerdem kann die Rechenlast innerhalb des Leitfahrzeugs zum Steuern von zahlreichen Fahrzeugen in der Kolonne durch solche Steuerverfahren untragbar sein.
Ein effizientes Verfahren zum Steuern von Fahrzeugen innerhalb einer Kolonne durch ein Leitfahrzeug wird offenbart, wobei die Kommunikation auf GPS-Koordinaten basiert und bestimmte einfache Werte wie z. B. Entfernungen und Beziehungen zwischen den Fahrzeugen, wie z. B. die Fahrzeuggeschwindigkeit, verwendet werden. Da das offenbarte Verfahren die Bestimmung des Fahrzeugorts auf der Basis von einfachen GPS-Koordinaten, die in Bezug auf jedes der Fahrzeuge innerhalb der Kolonne überwacht werden, die Bestimmung von erforderlichen Berechnungen innerhalb eines Leitfahrzeugs und die Übertragung von einfachen Steuertermen vom Leitfahrzeug zu den Nachfolgefahrzeugen ermöglicht, erfordert die Kommunikation zwischen den Fahrzeugen, dass weniger Informationen pro Kommunikationszyklus ausgetauscht werden. Außerdem ist das Verfahren robuster als Kommunikationsverfahren, die erfordern, dass große Mengen von fehlerfreien Informationen in jedem Zyklus ausgetauscht werden. Während vorherige Verfahren für einen Kommunikationszyklus durch den Verlust von individuellen Informationswerten blockiert werden können, kann das offenbarte Verfahren eine einfache Redundanz umfassen. Wenn beispielsweise eine Entfernung von einem Nachfolgefahrzeug zu einem anderen Fahrzeug in der Kolonne zerstört oder anderweitig nicht empfangen wird, kann eine korrekt empfangene Geschwindigkeit des Nachfolgefahrzeugs als redundante Information wirken, die eine Bestimmung der wahrscheinlichen Entfernung des Nachfolgefahrzeugs für diesen Kommunikationszyklus ermöglicht. Außerdem kann ein Nachfolgefahrzeug eine tatsächliche Position, eine tatsächliche Entfernung, eine tatsächliche Geschwindigkeit oder andere Terme melden, um eine Korrektur von bestimmten Werten im Leitfahrzeug zu ermöglichen.
Ein beispielhaftes Verfahren zum Erreichen einer Kommunikation zwischen Fahrzeugen besteht darin, Funksignale in einem zweckgebundenen Kurzstrecken-Kommunikationsformat (DSRC) zu verwenden. DSRC-Signale können in einer Anzahl von Weisen verwendet werden. In einem beispielhaften Format wird ein zweiteiliges Signal übertragen. Ein erster Teil des zweiteiligen Signals ist für Kommunikationen, die eine minimale erwünschte Entfernung oder eine erwünschte Hülle für Fahrzeuge unter einer unabhängigen Steuerung vom Leitfahrzeug, das in DSRC überträgt, beschreiben, zweckgebunden. Ein zweiter Teil des zweiteiligen Signals kann für andere Informationen verwendet werden, beispielsweise zum Steuern von Fahrzeugen innerhalb einer Kolonne. Unter einem in Erwägung gezogenen Signalschema können die zwei Teile des Signals mit unterschiedlichen Signalstärken übertragen werden, wobei der erste Teil mit einer größeren Signalstärke übertragen wird, um mit anderen Fahrzeugen und anderen Kolonnen, die sich nicht innerhalb der Steuerung der Kolonne des Leitfahrzeugs befinden, am effektivsten zu kommunizieren; und wobei der zweite Teil mit einer geringeren Signalstärke übertragen wird, wobei nur mit Fahrzeugen innerhalb der Kolonne des Leitfahrzeugs kommuniziert wird. Verschiedene Verfahren zum Kommunizieren zwischen den Fahrzeugen umfassen beispielsweise eine Kommunikation über ein drahtloses Netz. Obwohl eine bekannte Kommunikation über solche Netze nicht schnell genug sein kann, um eine Echtzeitsteuerung von Fahrzeugen zu ermöglichen, die in engen Entfernungen in einer Kolonne arbeiten, die sich mit Geschwindigkeit bewegt, kann eine solche Kommunikation verwendet werden, um zusätzliche Informationen zu übertragen, beispielsweise das Vorkommen eines erwarteten Stopps vorn oder eingehende Informationen hinsichtlich einer bevorstehenden Verkehrsampel. Da sich drahtlose Netze verbessern und die Kommunikation über solche Netze zeitgerechter wird, können außerdem die hierin verwendeten Verfahren über ein solches Netz verwendet werden. Außerdem oder alternativ können Laserabtastsignale oder andere Formen einer Datenübertragung verwendet werden, um zwischen Fahrzeugen zu kommunizieren, beispielsweise als Verfahren, um der Kolonne einen zwingenden Stopp vom Leitfahrzeug anzuzeigen. Viele Formen der Kommunikation zwischen Fahrzeugen innerhalb einer Kolonne werden in Erwägung gezogen und die Offenbarung soll nicht auf die hierin beschriebenen speziellen Verfahren begrenzt sein.
GPS-Systeme, wie vorstehend beschrieben, ermöglichen eine gute Genauigkeit beim Orten einer Gruppe von Fahrzeugen in unmittelbarer Nähe in Bezug aufeinander. Durch genaues Orten eines Fahrzeugs in der Kolonne können GPS-Informationen in den restlichen Fahrzeugen verwendet werden, um andere Fahrzeuge in der Kolonne im Vergleich zum Ort des genau georteten Fahrzeugs präzise relativ zu orten. Außerdem sind GPS-Informationen mit einer Koordinate, die einen Ort eines Fahrzeugs beschreibt, viel einfacher zwischen Fahrzeugen zu übertragen und erfordern viel weniger Rechenlast als Beziehungen, die durch andere Verfahren bestimmbar sind, beispielsweise Berechnungen auf der Basis von Radar- und Sichtinformationen in jedem Nachfolgefahrzeug. Da GPS-Daten in und für jedes der Nachfolgefahrzeuge zur Verfügung stehen, können außerdem Befehle an die Nachfolgefahrzeuge, die das Aufrechterhalten von Positionen innerhalb der Kolonne bewerkstelligen, erheblich vereinfacht werden, wobei die Nachfolgefahrzeugen gemäß der Position oder Entfernung kommandiert werden, anstelle einer detaillierten Steuerung des Fahrzeugs durch das Kommunikationssignal. Durch Steuern eines Leitfahrzeugs und unter Verwendung von GPS-Informationen, die relative Orte von verschiedenen Nachfolgefahrzeugen beschreiben, kann die Steuerung der Nachfolgefahrzeuge mit minimaler Kommunikation zwischen den Fahrzeugen erreicht werden.
Der Betrieb einer Kolonne von Fahrzeugen erfordert eine Fähigkeit, jedes der Fahrzeuge gemäß einer ausgewählten Kolonnenformation zu steuern. Außerdem erfordert der Betrieb der Kolonne eine Fähigkeit, die Kolonne über Straßen und im Zusammenhang mit anderen Fahrzeugen, Verkehrsampeln und anderen Objekten und Hindernissen zu navigieren, die erforderlich ist, um alle Fahrzeuge in der Kolonne zu bewegen. Wie vorstehend beschrieben, ermöglicht die Kommunikation zwischen den Fahrzeugen oder die V2V-Kommunikation ein Verfahren zum Steuern von Fahrzeugen innerhalb der Formation und ermöglicht eine Kommunikation der Kolonne mit anderen Fahrzeugen auf der Straße. Außerdem ermöglicht eine Fahrzeug-Infrastruktur-Kommunikation (V2I-Kommunikation), dass die Kolonne Informationen von Systemen außerhalb der Kolonne erfasst und mit diesen kommuniziert. Wie vorstehend beschrieben, kann der Ort eines Fahrzeugs durch die Verwendung von aufwändigen und rechenintensiven Verfahren unter Verwendung von Kombinationen von fahrzeuginternen Systemen wie z. B. GPS, Radar, Kameras, Ultraschallentfernungsmessung und anderen Vorrichtungen bestimmt werden. Bekannte Verfahren zum Integrieren von Sensoreingaben umfassen Protokolle, wie z. B. die gut bekannte gleichzeitige Ortung und Kartierung (SLAM) – ein intelligenter Einzelfahrzeug-Navigationsprozess. Obwohl solche Protokolle oder eine solche Programmierung beim Steuern eines Fahrzeugs unter gewissen Umständen wirksam sein können, können sie rechenintensiv und kostspielig in einer großen Anzahl von Fahrzeugen zu implementieren sein. Eine beispielhafte Begrenzung bei einer solchen Programmierung umfasst die Anwesenheit von beträchtlichen Wartezeiten beim Bestimmen und Initialisieren von geeigneten autonomen Fahrzeugreaktionen, wenn andere Fahrzeuge oder Objekte an Kreuzungen angetroffen werden oder in den Weg des gesteuerten Fahrzeugs eintreten. Steuersysteme auf Sensorbasis müssen Objekte und ihre Dynamik mit gewisser Sicherheit gemeinsam detektieren und klassifizieren, bevor sie auf solche sich ständig ändernden Umgebungen reagieren, was zur Verzögerung beiträgt. Durch die Verwendung von V2V- und V2I-Kommunikationen können jedoch Verfahren zum Orten und Steuern des Fahrzeugs auf der Basis des bestimmten Orts weniger aufwändig und weniger rechenintensiv gemacht werden. Eine Vorgehensweise auf Kommunikationsbasis teilt die Informationen und den dynamischen Zustand jedes Fahrzeugs im Voraus mit allen verbundenen Fahrzeugen, wodurch viel Zeit gelassen wird, damit Steuermodule die Fahrzeugbewegung planen und an dynamische Verkehrsumgebungen anpassen. Diese Eigenschaft der Vorgehensweise auf V2V- und V2I-Kommunikationsbasis macht die Fahrzeugformations- und Kolonnenmanagementaufgaben handhabbar. Außerdem kann die Verringerung der Anzahl von Komponenten, die erforderlich sind, um ein Fahrzeug in einer Kolonne zu betreiben, die Verfügbarkeit der Systeme erhöhen, so dass die Verfahren in allen Fahrzeugen gemeinsam verwendet werden können, anstatt dass sie ein auserlesenes teures Merkmal sind.
Die vorstehend beschriebenen Verfahren ermöglichen die Steuerung einer Kolonne von automatisierten Fahrzeugen. Es ist jedoch zu erkennen, dass manuell gesteuerte Fahrzeuge eine Kolonnenformation verwenden können. Anstelle der vollautomatisierten Steuerung kann jedoch der Fahrer eine gewisse oder die ganze Steuerung des Fahrzeugs beibehalten. Ein Nachfolgefahrzeug in einer Kolonne kann beispielsweise ähnlich einem Fahrzeug, das ACC, ein vorstehend beschriebenes Verfahren, verwendet, arbeiten, wobei eine automatische Fahrzeuggeschwindigkeitssteuerung eine Entfernung vom gesteuerten Fahrzeug zu einem Fahrzeug vor dem gesteuerten Fahrzeug aufrechterhält. In einer solchen Anwendung kann der Fahrer die Steuerung der seitlichen Lenkung des Fahrzeugs beibehalten. In einem vollständig manuellen Betrieb kann eine Anzeige, beispielsweise ein Satz von Lichtern, eine Anzeige auf dem Armaturenbrett oder eine Warnanzeige verwendet werden, um dem Fahrer eine gewünschte Entfernung anzugeben, um Entfernungen, die für die Kolonne erforderlich sind, beizubehalten. In einer solchen Anwendung kann der Fahrer die Steuerung der Geschwindigkeit und die seitliche Steuerung des Fahrzeugs aufrechterhalten, aber ein Bremsunterstützungsmodul, das die manuelle Steuerung außer Kraft setzt, wenn es erforderlich ist, das Fahrzeug zu bremsen, kann verwendet werden, um engere Entfernungen zwischen dem Fahrzeug zu erlauben, als es normalerweise beim manuellen Betrieb ratsam wäre.
Die hierin beschriebenen Verfahren ermöglichen die automatisierte Steuerung von Fahrzeugen in einer Kolonne. Eine gewisse minimale Ausrüstung ist jedoch erforderlich, um ein Fahrzeug innerhalb der Kolonne zu steuern. Die V2V-Kommunikation ist beispielsweise erforderlich, um die Definition von erwünschten, aber wünschenswerten Entfernungen innerhalb der Kolonne zu ermöglichen. Fahrzeuge ohne jegliche Fähigkeit, die Entfernung und Position innerhalb der Kolonne zu überwachen, können nicht als Nachfolgefahrzeug innerhalb der Kolonne arbeiten.
Die automatisierte Steuerung eines Fahrzeugs ermöglicht, dass ein Fahrzeug als individuell betreibbares Fahrzeug oder als Mitglied einer Kolonne arbeitet, was dem Fahrer oder Insassen des Fahrzeugs ermöglicht, die Aufmerksamkeit von der Straße zu entfernen, und dem Steuersystem er möglicht, das Fahrzeug zu betreiben. Es wird jedoch erkannt, dass die automatisierte Steuerung des Fahrzeugs unabhängig von der Anwesenheit des Insassen im Fahrzeug erreicht werden kann. Ein Fahrzeug kann beispielsweise einen Insassen zur Arbeit transportieren; automatisch parken und durch einen V2I-Austausch beispielsweise unter Verwendung eines festgelegten Kreditkontos irgendwelche Gebühren bezahlen; zu einem festgelegten Zeitpunkt zu einer Wartungswerkstatt, einer Autowaschanlage, einem Lebensmittelgeschäft, einem Restaurant oder irgendeiner anderen Einrichtung fahren und irgendeine Aufgabe durchführen, die vom Eigentümer oder vorherigen Insassen des Fahrzeugs ermöglicht wird; und zu einer festgelegten Position zu einem festgelegten Zeitpunkt zurückkehren, um den Insassen am Ende des Arbeitstages aufzunehmen. Als Alternative könnte ein unbemanntes Fahrzeug, das als Taxidienst arbeitet, durch eine Gemeinde betrieben werden. In einem anderen Beispiel könnten Parkeinrichtungen mit hoher Dichte betrieben werden, wobei beispielsweise Fahrzeuge eng innerhalb der Einrichtung angeordnet werden und ein Labyrinth innerhalb der Einrichtung durchfahren, wobei sie zu einer erforderlichen Zeit, die vom Fahrer oder Insassen eingegeben wird, aus der Einrichtung herausfahren. In irgendeiner Parkanwendung könnte das Fahrzeug einiges der geparkten Zeit in einer Wiederaufladeeinrichtung verbringen, wobei die Energiespeichervorrichtung des Fahrzeugs wieder aufgefüllt wird. Ein automatisierter Betrieb von Fahrzeugen könnte ermöglichen, dass einige Wiederaufladestationen innerhalb einer Parkeinrichtung die verschiedenen Fahrzeuge innerhalb der Einrichtung wiederaufladen, wobei sich die Fahrzeuge an den Wiederaufladestationen abwechseln. Diese sind beispielhafte Beschreibungen dessen, wie ein solches automatisiertes Fahrzeug verwendet werden könnte. Eine große Anzahl von solchen Verwendungen wird in Erwägung gezogen und die Offenbarung soll nicht auf die hierin beschriebenen speziellen Ausführungsformen begrenzt sein.
Die automatisierte Steuerung eines Fahrzeugs ermöglicht eine einfache Eingabe eines Ziels oder von anderen Befehlen als Verfahren zum Betreiben des Fahrzeugs. Die Benennung von Zielen, Zwischenstationen oder Aufgaben für ein automatisiertes Fahrzeug kann durch eine beliebige Anzahl von Verfahren eingegeben werden. Ein Insasse kann beispielsweise im Besitz einer Mensch-Maschine-Schnittstellenvorrichtung (HMI) sein, um die Steuerung des Fahrzeugs zu behalten. Eine solche Vorrichtung könnte eine zweckmäßige Form umfassen mit einer Vorrichtung, die üblichen in der Hand gehaltenen Vorrichtungen ähnelt und/oder mit diesen einheitlich ist, wie z. B. ein Mobiltelephon, eine Navigationsvorrichtung oder ein digitaler Assistent/Taschencomputer. Eine solche Vorrichtung könnte eine Schlüsseleingabe von Befehlen; Sprachbefehle; Touch-Screen-Befehle; von einem Beschleunigungsmesser aktivierte Befehle; einen GPS-Ort der Vorrichtung, beispielsweise um den Ort des Insassen mit dem nicht besetzten Fahrzeug auf der Basis nur des Orts der Vorrichtung zu koordinieren; eine periodische Synchronisation oder alternative Steuerung durch eine Standard-Computerschnittstelle; eine Steuerung durch mehrere ähnliche Vorrichtungen, wobei beispielsweise ein Kind und ein Elternteil beide Controller mit geeigneter Autorität und Überwachungsfähigkeit im Controller des Elternteils haben; oder irgendeine andere Form von Steuervorrichtung verwenden.
Die Interaktivität eines automatisierten Fahrzeugs oder einer Kolonne von Fahrzeugen mit Infrastrukturvorrichtungen ermöglicht eine Anzahl von günstigen Vorteilen für den Fahrzeugbetrieb. Kreuzungen, die Verkehrsampeln verwenden, können beispielsweise gesendete Zeitpläne umfassen, die beschreiben, wann das Licht grün oder rot ist. Eine solche Sendung kann ermöglichen, dass Fahrzeuge, die sich der Kreuzung nähern, die Geschwindigkeit modulieren, beispielsweise das Fahrzeug verlangsamen, so dass das Fahrzeug die Kreuzung überquert, wenn das Licht grün wird, wodurch der Bedarf umgangen wird, zu stoppen und sich alle Ineffizienzen zuzuziehen, die mit dem Stoppen und anschließenden Beschleunigen des Fahrzeugs verbunden sind. Kolonnen können ebenso Lichtzyklen überwachen, um zu ermöglichen, dass die gesamte Kolonne zur nächsten Grünlichtperiode navigiert, ohne die Kolonne aufzulösen. Die Kommunikation mit einer Verkehrsampel kann eine Zweiweg-Kommunikation sein, die beispielsweise ermöglicht, dass eine lokale Verkehrsbehörde Grünlichtperioden auf die angemessene Anforderung einer Kolonne verlängert, wodurch höhere Kraftstoffeffizienzen ermöglicht werden. In einem anderen Beispiel können Verkehrsampeln in Gebieten deaktiviert oder nicht verwendet werden, in denen nur automatisierte Fahrzeuge verwendet werden, wobei jedes Fahrzeug den Verkehr, der sich über die Kreuzung bewegt, überwacht und einen Weg und eine Durchfahrtgeschwindigkeit durch die Kreuzung mit den anderen Fahrzeugen aushandelt. Ein solches System könnte ermöglicht werden, indem die Steuerung von anderen Fahrzeugen beispielsweise dem Fahrzeug am nächsten zur Kreuzung gegeben wird. Ein alternatives Steuerschema könnte verwendet werden, das das Wechselspiel von Leuten, die über einen überfüllten Platz laufen, oder eines Fischs, der in einer Schule läuft, modelliert. Als Alternative könnte eine virtuelle Kolonne beispielsweise mit minimalem Management von einer Infrastrukturvorrichtung aufgebaut werden, mit Grenzen in einem gewissen festgelegten Abstand von der Kreuzung in jeder Richtung und Befehlen an jedes Fahrzeug, die eine sich verwandelnde Kolonnenformation modellieren, mit Positionszuweisungen, wie in 19 beschrieben, die hier gänzlich verwendet werden, um die Fahrzeuge über die Kreuzung zu führen.
Fahrzeuge, die V2V- und V2I-Kommunikationsverfahren verwenden, sind notwendigerweise stark verbindende Vorrichtungen. Die Verwendung einer drahtlosen Verbindung, um die Navigation und Steuerung zu verbessern, verbessert beispielsweise wahrscheinlich die Verwendung der beschriebenen Fahrzeuge. Die soziale Vernetzung und eine andere Wechselwirkung sind bekannt und über das Internet und drahtlose Vorrichtungen weit verbreitet. Die automatisierte Steuerung eines Fahrzeugs in Kombination mit der in einer verbindenden und mobilen Vorrichtung verbrachten Zeit ermöglicht, dass ein Insasse an sozialen Aktivitäten innerhalb des Fahrzeugs teilnimmt. Eine Person könnte beispielsweise die Formation einer Kolonne jeden Tag mit einer Gruppe von sozialen Bekannten koordinieren. Die Konnektivität zwischen den Fahrzeugen könnte Lesegruppen, computergestützte Spiele oder irgendeine andere soziale Aktivität über Monitore in den verschiedenen Fahrzeugen ermöglichen. Als Alternative könnte ein Fahrer nach einer Gruppe von potentiell unbekannten Personen suchen, die entlang einer ähnlichen Route fahren, und die Bildung einer Kolonne vorschlagen. Außerdem könnten solche Suchen nach potentiellen Mitgliedern einer Kolonne nach Fahrvorlieben selektiert werden, wobei beispielsweise gemäß der bevorzugten Fahrzeuggeschwindigkeit, bevorzugten Abständen zwischen den Fahrzeugen und einer bevorzugten Kolonnenformation unterschieden wird. In einem anderen Beispiel könnte eine Person an verschiedenen Örtlichkeiten innerhalb eines Stadtgebiets identifizieren, wenn Freunde fahren, was eine Echtzeit-Kommunikation zwischen der Person und den Freunden ermöglicht. Eine solche Echtzeit-Kommunikation könnte spontane soziale Gelegenheiten ermöglichen, die vor der Konversation nicht in Betracht gezogen wurden. Solche Gelegenheiten könnten verbessert werden, Routen geplant werden und der Plan unter Verwendung von Karten und Internetinhalt innerhalb der Fahrzeuge koordiniert werden. Routen könnten umfassen, dass sich die Fahrzeuge an irgendeinem Punkt treffen und eine Kolonne erzeugen, bevor sie ein beabsichtigtes Ziel erreichen.
Befehle vom Leitfahrzeug an die Nachfolgefahrzeuge sind für eine effektive Steuerung und ein effektives Management der Kolonne erforderlich. Kolonnen müssen sich, um den verschiedenen Insassen der Fahrzeuge effektiv zu nutzen, einen gemeinsamen Fahrplan teilen. Zahlreiche Verfahren können in Erwägung gezogen werden, um einen gemeinsamen Fahrplan zu erstellen. Kolonnen können am Beginn einer Route mit einem Satz von bekannten Fahrzeugen gebildet werden und alle Fahrzeuge können gemäß einem einzigen Fahrplan fahren. Als Alternative können sich Fahrzeuge der Kolonne auf der Route anschließen und diese verlassen, wobei der gemeinsame Fahrplan einen effizienten oder auswählbaren gemeinsamen Fahrplan berücksichtigt, wobei sich Kolonnenmitglieder treffen, gemeinsam fahren und Mitglieder an Punkten auf der gemeinsamen Fahrtroute ausscheiden. Gemeinsame Fahrpläne können spontan auf der Fahrt entwickelt werden, wobei beispielsweise drei verschiedene Fahrzeuge, die auf derselben Straße fahren, einen gemeinsamen Satz von Zwischenstationen bestimmen, durch die eine Kolonne vorteilhaft wäre. Das Bilden und Managen von Kolonnen kann vollständig automatisch sein, wobei der Insasse niemals eine Kolonne auswählt, und ein computergestütztes Managementprogramm nach annehmbaren Kolonnen sucht, um sich anzuschließen, oder Kolonnenmitglieder auf der Durchfahrt zu einem gemeinsamen Fahrplan einladen. Fahrzeuge können direkt mit anderen Fahrzeugen auf einer Straße kommunizieren, um nach wahrscheinlichen Kolonnenoptionen zu suchen. Außerdem oder alternativ können Infrastruktursysteme verwendet werden, beispielsweise durch Internetzugang, um Fahrzeuge auf einer gegebenen Straße zu suchen, oder die später geplant sind, um auf einem Straßenabschnitt zu fahren, um vorgeschlagene Kolonnen zu bilden, die sich einen gemeinsamen Fahrplan teilen. Viele Verwendungen von gemeinsamen Fahrplänen werden in Erwägung gezogen und die Offenbarung soll nicht auf die hierin beschriebenen speziellen Ausführungsformen begrenzt sein.
Die Kolonnenformationen werden beispielsweise durch Befehle vom Leitfahrzeug an jedes der Nachfolgefahrzeuge gesteuert. 16 stellt schematisch ein beispielhaftes fahrzeuginternes Kolonnenfahrsteuersystem gemäß der vorliegenden Offenbarung dar. Das Kolonnenfahrsteuersystem 400 umfasst einen autonomen Controller 410, eine HMI-Vorrichtung 420, einen Motorcontroller 430, eine GPS-Vorrichtung 135 und ein DSRC-System 440. Der autonome Controller 410 mit einem Prozessor kann in einem Leitfahrzeug betrieben werden, das Daten von jedem der Nachfolgefahrzeuge über das DSRC-System 440, GPS-Daten von der GPS-Vorrichtung 135 und irgendwelche anderen erforderlichen Informationen empfängt, und der Controller 410 führt die erforderlichen Berechnungen durch, um geeignete Steuerbefehle für jedes der Nachfolgefahrzeuge zu bestimmen. Diese Befehle können dann durch die DSRC-Vorrichtung 440 zu den Nachfolgefahrzeugen gesandt werden. Ebenso kann der autonome Controller 410 in einem Nachfolgefahrzeug betrieben werden, das Befehle von einem Leitfahrzeug durch das DSRC-System 440 empfängt und Befehle an Fahrzeugsteuersysteme gemäß den empfangenen Befehlen ausgibt. Die HMI-Vorrichtung 420 ist eine Schnittstellenvorrichtung, die einem Fahrer ermöglicht, Befehle auszugeben, Navigationsinformationen einzugeben oder anderweitig eine Eingabe in das System vorzusehen. Der Motorcontroller 430 empfängt Steuermeldungen vom autonomen Controller 410 und von der HMI-Vorrichtung 420 und gibt Befehle an Elektromotoren aus, die eine Bewegungskraft und eine Lenksteuerung für das Fahrzeug vorsehen. Der Motorcontroller 430 ist ein beispielhafter Antriebsstrang-Controller und es ist zu erkennen, dass der Motorcontroller 430 gegen Controller ausgetauscht werden könnte, um irgendeines oder mehrere der Antriebsstrang-, Lenk- und Bremssysteme zu betreiben, einschließlich hydraulischer oder elektrischer Lenkung, Brennkraftmaschinen, Elektromotoren, Brennstoffzellen, Hybridantriebssteuerungen, Nutz- oder Reibungsbremsen oder irgendeines anderen ähnlichen Systems. Solche Controller können hierin im Allgemeinen als Antriebscontroller bezeichnet werden. Steuermodul, Modul, Steuereinheit, Controller, Prozessor und ähnliche Begriffe bedeuten irgendeine geeignete oder verschiedene Kombinationen von einer oder mehreren anwendungsspezifischen Schaltungen (ASIC), elektronischen Schaltungen, Zentraleinheiten (vorzugsweise Mikroprozessoren) und eines zugehörigen Speichers und einer zugehörigen Ablage (Festwertspeicher, programmierbarer Festwertspeicher, Direktzugriffspeicher, Festplatte usw.), die ein oder mehrere Software- oder Firmwareprogramme ausführen, kombinatorischen Logikschaltungen, Eingabe/Ausgabe-Schaltungen und -Vorrichtungen, einer geeigneten Signalformungs- und Pufferschaltungsanordnung und anderer geeigneter Komponenten, um die beschriebene Funktionalität bereitzustellen. Ein Controller kann einen Satz von Steueralgorithmen aufweisen, einschließlich residenter Softwareprogrammbefehle und Kalibrierungen, die im Speicher gespeichert werden und ausgeführt werden, um die beschriebenen Funktionen bereitzustellen. Die Algorithmen werden vorzugsweise während vorgegebener Schleifenzyklen ausgeführt. Algorithmen werden ausgeführt, wie z. B. durch eine Zentraleinheit, und sind betriebsfähig, um Eingaben von Erfassungsvorrichtungen und anderen vernetzten Steuermodulen zu überwachen und Steuer- und Diagnoseroutinen auszuführen, um den Betrieb von Aktuatoren zu steuern. Schleifenzyklen können in regelmäßigen Intervallen, beispielsweise alle 3,125, 6,25, 12,5, 25 und 100 Millisekunden, während des fortlaufenden Fahrzeugbetriebs ausgeführt werden. Alternativ können die Algorithmen in Ansprechen auf das Eintreten eines Ereignisses ausgeführt werden.
Ein Verfahren zum Überwachen von Fahrzeugpositionen innerhalb der Kolonne umfasst das Übertragen einer relativ kleinen Mengen an Informationen von den Nachfolgefahrzeugen zum Leitfahrzeug, das Bestimmen von Befehlen, einschließlich gewünschter Fahrzeugpositionen innerhalb der Kolonne, und die Verwendung dieser bestimmten Befehle, um die Nachfolgefahrzeuge zu betreiben. Das Bestimmen von Befehlen umfasst das Bestimmen von Entfernungen oder Abständen, die erforderlich sind, um die Kolonne effektiv zu betreiben. Diese Abstände können Abstände zwischen Fahrzeugen innerhalb der Kolonne umfassen und können auch die Bestimmung eines Bereichs, den die Kolonne benötigt, um effektiv zu arbeiten, oder einer gewünschten Kolonnenhülle umfassen.
Enge autonome Leiter-Nachfolger-Fahrzeugformationen können Reihen- und Nebeneinanderpositionen in einer Formation verwenden. 17 stellt eine beispielhafte Kolonnenformation gemäß der vorliegenden Offenbarung dar. Wie vorstehend beschrieben, ist die V2V-Kommunikation im offenbarten System gegenüber bekannten Systemen insofern vorteilhaft, als Kommunikationen zwischen den Fahrzeugen auf einfache Terme begrenzt sein können, die Entfernungen und Beziehungen zwischen den Fahrzeugen beschreiben. Alle Fahrzeuge sind in der Lage, einen Satz von kritischen Daten über die ganze Kolonne auszutauschen, insbesondere Befehle vom Leitfahrzeug zu einem Nachfolgefahrzeug zu übermitteln oder tatsächliche Werte vom Nachfolgefahrzeug zum Leitfahrzeug zu melden. Kritische Daten können einige oder alle der folgenden beispielhaften Liste umfassen: Position, Breitengrad, Längengrad, Höhenlage, Fahrtrichtung, Geschwindigkeit, Längs- und Querbeschleunigung, Bremszustand, Wegverlauf, Fahrplan, Fahrzeuggröße, Fahrzeugtyp, aktuelle Betriebsart (autonom oder manuell), und andere Kolonnensteuerdaten. Fahrzeuge können außerdem Verkehrsampelinformationen, Kartendaten und GPS-Verbesserungssignale von Infrastrukturvorrichtungen empfangen und gegebenenfalls solche Informationen zwischen Fahrzeugen übertragen. Fahrzeuge können außerdem erweiterte Informationen hinsichtlich bevorstehender Manöver, beispielsweise einen detektierten Verkehrsstopp in einem gewissen Abstand vorn oder eine gesperrte Fahrspur, senden.
In 17 sind ein Leitfahrzeug L und Nachfolgefahrzeuge F₁, F₂, ... F_r, ... F_n dargestellt. Zwischen L und F₁ ist ein Abstand oder Zwischenraum zwischen zwei Fahrzeugen der Kolonne D₁ definiert. Ähnliche Abstände sind zwischen verschiedenen der Länge nach beabstandeten Fahrzeugen definiert. Jedes Fahrzeug empfängt Befehle vom Leitfahrzeug L und jedes Fahrzeug wird in Bezug auf ein Leitfahrzeug oder ein Fahrzeug direkt vor diesem Fahrzeug gesteuert. Das Fahrzeug F₄ empfängt beispielsweise Befehle vom Leitfahrzeug L und wird in eine Position auf der Basis eines Abstandes D₄ zu seinem Leitfahrzeug F₃ kommandiert. Außerdem ist D_LAT1 definiert, das einen seitlichen Abstand zwischen verschiedenen nebeneinander positionierten Fahrzeugen beschreibt. Durch Definieren dieser Terme können Basisorte von Positionen innerhalb der Kolonne definiert und gesteuert werden.
Beim Steuern von Kolonnenformationen ist das Bestimmen von gewünschten Abständen oder Zwischenräumen zwischen Fahrzeugen in Echtzeit gemäß erhöhten Kraftstoffeinsparungen und von Insassenvorlieben eine Aufgabe für den autonomen Fahrzeugkolonnenfahrbetrieb. Das System muss die folgenden Abstände, Positionen und gewünschten Fahrgeschwindigkeiten für verbesserte Fahrerfahrungen und verbesserte Kraftstoffeffizienz für alle Fahrzeuge in der Kolonne bestimmen. Bei der automatisierten Steuerung von Fahrzeugen können diese Werte direkt vom Leitfahrzeug zu den gesteuerten Nachfolgefahrzeugen übermittelt werden. Bei manuell bedienten Nachfolgefahrzeugen kann ein grüner Bereich definiert werden, der den Fahrer anweist oder dabei unterstützt, das Fahrzeug auf der Basis solcher Kriterien wie Kraftstoffsparsamkeit in der gewünschten Positionsbeziehung zu einem Leitfahrzeug zu halten.
Bei der automatisierten Steuerung von Fahrzeugen in einer Kolonne durch ein Leitfahrzeug ist zu erkennen, dass jedes Nachfolgefahrzeug auf der Basis eines gewünschten Verhaltens oder einer gewünschten Position des Nachfolgefahrzeugs kommandiert werden muss. Die tatsächlichen Abstände zwischen den Fahrzeugen sind eine Erwägung beim Betrieb der Kolonne. Beispielsweise in 17 kann ein Leitfahrzeug L dem Nachfolgefahrzeug F1 eine Position auf der Basis des GPS-Orts des Leitfahrzeugs L befehlen. Wie vorstehend beschrieben, ist die Genauigkeit von GPS-Orten innerhalb einer Gruppe von Fahrzeugen, die in der Nähe angeordnet sind, hoch. Daher kann eine befohlene Position für ein Nachfolgefahrzeug F1 auf der Basis des Abstandes D1 und des GPS-Orts des Leitfahrzeugs L verwendet werden, um das Nachfolgefahrzeug F1 zu steuern. Eine befohlene Position für das Nachfolgefahrzeug F2 kann jedoch nicht auf der befohlenen Position für das Nachfolgefahrzeug F1 basieren, sondern muss statt dessen auf der tatsächlichen Position seines Leitfahrzeugs, des Nachfolgefahrzeugs F1, direkt vor dem Nachfolgefahrzeug F2 basieren, da die tatsächliche Position durch das Nachfolgefahrzeug F1 an das Leitfahrzeug L gemeldet wird. Ebenso muss eine befohlene Position für das Nachfolgefahrzeug Fr auf einer tatsächlichen Position seines Leitfahrzeugs, des Nachfolgefahrzeugs F2, basieren, da die tatsächliche Position durch das Nachfolgefahrzeug F2 an das Leitfahrzeug L gemeldet wird.
Um diese Steuerfunktionen durchzuführen, berechnet das Kolonnenleitfahrzeug relative Echtzeit-Kolonnenpositionsvektoren und -geschwindigkeiten für jedes Nachfolgefahrzeug in der Gruppe, die die bestmöglichen Kraftstoffeinsparungen und den erwünschten Betrieb sicherstellen. Beispielhafte Berechnungen umfassen das Auswählen des bestmöglichen Abstandes zwischen Fahrzeugen (D_g) für eine bekannte Kolonnenposition, beispielsweise auf der Basis des Fahrzeugstyps, das Berechnen eines minimalen erwünschten Abstandes (D_s) zwischen einem Nachfolgefahrzeug und einem vorausfahrenden Fahrzeug direkt vor dem Nachfolgefahrzeug und das Bestimmen eines Maximums von D_g und D_s als gewünschten Kolonnenabstand (D) zwischen dem vorausfahrenden Fahrzeug direkt vor dem Nachfolgefahrzeug und dem Nachfolgefahrzeug. D_s kann unter Berücksichtigung des Folgenden berechnet werden: der aktuellen drahtlosen V2V-Kommunikationsqualität (z. B. Kanalstau, Paketfehlerrate); der aktuellen Fahrzeugpositionierungs- und Sensordatengenauigkeit; von Fahrzeuggrößen- und Fahrzeugformparametern, wie z. B. Länge, Querschnittsfläche, Stoßfängerhöhe; der aktuellen und vorhergesagten Fahrzeuggeschwindigkeiten; der dynamischen Fähigkeit von individuellen Fahrzeugen in der Kolonne (z. B. Bremsen, Beschleunigung, Steuerfehler, Latenz); der aktuellen Straßengeometrie; der Straßenoberfläche; der Wetterbedingungen; und des aktuellen Fahrmodus (manuell oder autonom. Die beispielhafte Berechnung von D_s wird nachstehend genauer beschrieben.
Sobald D für ein spezielles Nachfolgefahrzeug berechnet ist, berechnet das Leitfahrzeug eine befohlen Position zur Übertragung zum Nachfolgefahrzeug, beispielsweise, wie vorstehend beschrieben, auf der Basis der tatsächlichen Position des Leitfahrzeugs des speziellen Nachfolgefahrzeugs, D, und anderer Faktoren, wie z. B. Fahrspurgeometrie und der Formation der Kolonne. Das Leitfahrzeug kann eine drahtlose Kommunikation wie z. B. das vorstehend beschriebene DSRC-System, verwenden, um periodisch diese Informationen zu den Nachfolgefahrzeugen zu übertragen. Jedes Nachfolgefahrzeug empfängt den relativen Positionsvektor und die Geschwindigkeit vom Kolonnenleitfahrzeug und verwendet diese Informationen als Ziele oder Sollpunkte für die Lenkungs-, Positions- und Geschwindigkeitssteuerwerte zur Verwendung von jedem der Steuersysteme des Fahrzeugs.
Es ist zu erkennen, dass das obige System, das beschreibt, dass das Leitfahrzeug alle Berechnungen für die Nachfolgefahrzeuge durchführt, eine beispielhafte Form ist, die das offenbarte System annehmen kann. Alternativ können die individuellen Nachfolgefahrzeuge beispielsweise individuelle Kolonnenabstände für sich auf der Basis des Fahrplans, des Fahrzeugs und der Steuerbefehle, die vom Kolonnenleitfahrzeug empfangen werden, berechnen, wobei das Nachfolgefahrzeug Abweichungen von einer bevorzugten Kolonnenkonfiguration auf der Basis von anderen Eingaben, wie z. B. Fahrspurverfügbarkeit oder Eingaben vom Insassen, bestimmt.
Wie vorstehend beschrieben, können die Nachfolgefahrzeuge die tatsächliche Position, die tatsächlichen Geschwindigkeiten, die tatsächlichen Kolonnenabstände und andere Informationen zum Leitfahrzeug und anderen Mitgliedern der Kolonne in jedem Steuer- oder Kommunikationszyklus zurückmelden. In einem beispielhaften System wird ein Steuerzyklus mit ungefähr 20 Hz betrieben.
Es ist zu erkennen, dass eine Systembegrenzung, wobei Nachfolgefahrzeuge ihre eigenen Befehle berechnen, ein Potential umfasst, dass ein Nachfolgefahrzeug in einer engen Formation mit einem Leitfahrzeug nicht rechtzeitig auf abrupte Änderungen des Betriebs des Leitfahrzeugs reagieren kann. Durch Bestimmen von Kolonnensteuerbefehlen im Leitfahrzeug kann der Betrieb des Leitfahrzeugs direkt berücksichtigt werden, so dass die an die Nachfolgefahrzeuge ausgegebenen Befehle eine angemessene Zeit umfassen, damit die Nachfolgefahrzeuge auf das Leitfahrzeug reagieren. Durch Bestimmen von Befehlen für jedes der Nachfolgefahrzeuge im Leitfahrzeug kann ebenso eine Unvorhersagbarkeit in jedem der Nachfolgefahrzeuge minimiert werden, was die Auswirkung auf die restlichen Nachfolgefahrzeuge verringert und einen engeren Abstand zwischen den Fahrzeugen ermöglicht, als es ansonsten zulässig wäre.
Kraftstoffeinsparungsvorteile in Fahrzeugkolonnen, was auch als Windschattenfahren hinter Fahrzeugen bekannt ist, ist ein gut erforschtes Gebiet. Alle Fahrzeuge (nicht nur nachfolgende) in eng folgenden Kolonnen teilen sich diesen Nutzen. Die Forschung hat gezeigt, dass Fahrzeuge innerhalb einer Formation den meisten Nutzen aus dem Kolonnenfahren erlangen und 10% weniger Kraftstoff beim engsten Abstand verbrauchen, und das am weitesten hinten nachfahrende Fahrzeug etwa 7% beim engsten Abstand spart. Für Kolonnenlücken von weniger 1,5–2 Meter verbraucht ein Leitfahrzeug auch weniger Kraftstoff als sein nachfahrendes Fahrzeug. Diese Einsparung im Kraftstoffverbrauch ergibt sich aus einem verringerten Luftwiderstand in einem Betrieb hintereinander im Vergleich zu einem isolierten Betrieb.
21 stellt graphisch beispielhafte Kraftstoffeffizienzeinsparungen, die beim Windschattenfahren verwirklicht werden, als Funktion des Trennabstandes gemäß der vorliegenden Offenbarung dar. 22 stellt graphisch beispielhafte Kraftstoffverbrauchsraten als Funktion der Position innerhalb einer Kolonne und der Fahrzeugtrennabstände gemäß der vorliegenden Offenbarung dar. 23 stellt graphisch den beispielhaften Kraftstoffverbrauch als Funktion eines Bruchteils der Quadratwurzel der Frontfläche gemäß der vorliegenden Offenbarung dar. 24 stellt graphisch den Kraftstoffverbrauch als Funktion des Fahrzeugabstandes im Vergleich zur Fahrzeuglänge gemäß der vorliegenden Offenbarung dar. 21–24 stellen deutlich dar, dass Kraftstoffeinsparungen durch Betreiben von Fahrzeugen in einer engen Formation und in Kolonnen verwirklicht werden können. Beispielhafte Gleichungen, die die hochgerechnete Kraftstoffeffizienz für den Betrieb hintereinander beschreiben, können in den folgenden Beziehungen ausgedrückt werden:
Der Ausdruck
beschreibt die prozentuale Verbesserung des Luftwiderstandkoeffizienten, gemessen für den Betrieb hintereinander. Der Term ξ beschreibt den Effizienzfaktor. Der Term C_D beschreibt einen Luftwiderstandskoeffizienten. Der Term A beschreibt eine Querschnittsfläche. Der Term M beschreibt die Luftmasse und 0,031r₀ beschreibt den Rollwiderstand.
Steuerbefehle vom Leitfahrzeug geben Anweisungen an Nachfolgefahrzeuge hinsichtlich Formationsabständen, Formationspositionen und andere Befehle in Bezug auf das Managen der Kolonne. Die lokale Steuerung eines Fahrzeugs kann jedoch verwendet werden, um Befehle vom Leitfahrzeug zu verbessern oder die Steuerung des Nachfolgefahrzeugs im Fall einer dringlichen Situation zu übernehmen. Wenn beispielsweise der Insasse eines speziellen Fahrzeugs das Gefühl hat, dass die Entfernung zu einem anderen Fahrzeug zu eng ist, kann ein Befehl vom Insassen beobachtet werden, um Entfernungsbefehle vom Leitfahrzeug zu modifizieren. Wenn der Insasse eines Nachfolgefahrzeugs eine dringliche Situation beobachtet und einen Lenk- oder Bremsbefehl eingibt, kann dem Nachfolgefahrzeug befohlen werden, in Ansprechen auf die dringliche Situation die Formation zu unterbrechen. Unter beiden Umständen kann das DSRC-System verwendet werden, um simultan die Änderung der Befehle im Nachfolgefahrzeug zum Rest der Kolonne zu übertragen, so dass geeignete Reaktionen stattfinden können.
Jedes Nachfolgefahrzeug empfängt den relativen Positionsvektor und die Geschwindigkeit vom Kolonnenleitfahrzeug und verwendet diese Informationen als Ziele (Sollpunkte) für die Lenk-, Positions- und Geschwindigkeitssteuerprozesse. Alternativ können die individuellen Nachfolgefahrzeuge individuelle Kolonnenabstände für sich selbst auf der Basis des Fahrplans, des Fahrzeugs und der von der Kolonnenleitung empfangenen Steuerbefehle berechnen.
25 stellt graphisch ein Verfahren zum Auswählen einer gewünschten Entfernung von einem Nachfolgefahrzeug zu einem vorausfahrenden Fahrzeug direkt vor dem Nachfolgefahrzeug gemäß der vorliegenden Offenbarung dar. Die in 25 dargestellten Daten wurden von einer beispielhaften Windkanalprüfung gesammelt. Ein grüner Bereich von annehmbaren Entfernungswerten ist definiert, die gemäß den vorstehend beschriebenen Formationsvorlieben ausgewählt werden. Der Betrieb innerhalb eines solchen grünen Bereichs kann vom Fahrer des Fahrzeugs auswählbar sein, automatisch durch in einen Controller eingegebene Vorlieben oder durch andere Verfahren ausgewählt werden. Ein grüner Bereich kann in einer Anzahl von Weisen in Abhängigkeit von den Prioritäten der Kolonne oder des beteiligten Fahrzeugs definiert werden. In einer beispielhaften Ausführungsform kann ein grüner Bereich durch einen minimalen Abstand bei D_s und einen maximalen Abstand identifiziert werden, der zu Kraftstoffeinsparungen von 5% führt. In einer anderen beispielhaften Ausführungsform kann der minimale Abstand durch D_s multipliziert mit einem gewissen Faktor auf der Basis des Fahrerkomfortniveaus mit kurzen Folgeabständen oder auf der Basis des Wetters, der Sicht oder der Straßenbedingungen definiert werden. In einer Ausführungsform kann der grüne Bereich verwendet werden, um einen zweckmäßigen Folgeabstand einem Fahrer anzuzeigen, der das Fahrzeug, das dem anderen Fahrzeug folgt, manuell bedient. In einer solchen Ausführungsform kann ein beispielhafter minimaler Abstand durch D_s mal einen Reaktionszeitfaktor definiert werden. Innerhalb dieses grünen Bereichs ein Verfahren zum Auswählen von D_g für eine bekannte Kolonnenposition und ein bekanntes Fahrzeug. In einem beispielhaften Verfahren kann auf Kalibrierungskurven sowohl der Fahrzeuglänge als Funktion von Kraftstoffeinsparungen als auch des Querschnitts als Funktion der Kraftstoffeinsparung Bezug genommen werden, auf die durch Nachschlagetabellen zugegriffen wird, die Informationen darstellen, wie z. B. in 22–25 enthalten. Die Nachschlagetabellen und Kalibrierungskurven zum Bestimmen von D_g können experimentell, empirisch, vorhersagend, durch Modellierung oder andere Verfahren, die angemessen sind, um den Fahrzeugbetrieb genau zu bestimmen, entwickelt werden und eine Vielzahl von Nachschlagetabellen und Kalibrierungskurven könnte vom gleichen Fahrzeug für verschiedene Antriebsstrangeinstellungen, Umgebungsbedingungen oder Betriebsbereiche verwendet werden. 25 stellt graphisch die beispielhafte Auswahl von D_g in Bezug auf einen Bereich von potentiellen Wahlen innerhalb eines definierten grünen Bereichs gemäß der vorliegenden Offenbarung dar.
D_s ist der minimale Abstand zwischen einem vorausfahrenden Fahrzeug direkt vor einem Nachfolgefahrzeug und dem Nachfolgefahrzeug auf der Basis des minimalen erwünschten Abstandes, der durch Betrachten von Echtzeitdaten wie nachstehend berechnet wird. Eine Anzahl von Faktoren, die sich auf einen Nachfolgeabstand auswirken, kann beschrieben werden, einschließlich Faktoren, die sich auf die Übertragung von Befehlen innerhalb der Kolonne auswirken, Faktoren, die sich auf die genaue Überwachung der Positionen von Fahrzeugen innerhalb der Kolonne auswirken, Geschwindigkeiten von Fahrzeugen innerhalb der Kolonne, Betriebseigenschaften von Fahrzeugen, einschließlich Beschleunigung und Bremsen, Wetter und Straßenbedingungen. Außerdem kann eine Insassenvorliebe als Faktor für die Festlegung von D_s verwendet werden, was ermöglicht, dass ein Insasse mehr Abstand zu D_s addiert. D_s kann aus der folgenden beispielhaften Gleichung bestimmt werden: D_s = (N·V)/f + δD + δ1·V + δ2 + δ3 + β [3]
Der Term f beschreibt eine Häufigkeit der V2V-Kommunikation. Es ist zu erkennen, dass f für die Festlegung von D_s insofern wichtig ist, als ein kleineres f eine größere Kommunikationsverzögerung beschreibt, die ein vergrößertes D_s erfordert, um einen bevorzugten Abstand zwischen den Fahrzeugen aufrechtzuerhalten. Der Term V beschreibt Kolonnenfahrzeug-Geschwindigkeitsdifferenzen oder die Differenz zwischen Geschwindigkeiten von verschiedenen Fahrzeugen innerhalb der Kolonne. Kleine Werte von V bedeuten, dass die relativen Geschwindigkeiten der verschiedenen Fahrzeuge klein sind, was auf einen gesteuerten Betrieb der Kolonne und kleinere zulässige D_s-Werte hinweist. Größere Werte von V geben an, dass die Formation der Kolonne nicht stabil ist und dass größere Werte von D_s auf der Basis der Instabilität ratsam sind. Der Term N kann eine ganze Zahl sein und beschreibt eine Wahrscheinlichkeit, dass ein Fahrzeug in der Kolonne ein übertragenes Paket vom Leitfahrzeug empfängt. Der Term δD beschreibt eine Differenz von minimalen Bremswegen zwischen Nachfolgefahrzeugen und einem entsprechenden vorausfahrenden Fahrzeug direkt vor dem Nachfolgefahrzeug. Der Term δ1 beschreibt eine abgeschätzte Rechenlatenz. Der Term δ2 beschreibt eine Summe von Steuer- und relativen Positionsfehlerdifferenzen. Der Term δ3 beschreibt eine zusätzliche Toleranz, die für schlechtes Wetter oder schwierige Straßenbedingungen implementiert werden kann. Wie hierin offenbart, können die hierin beschriebenen Verfahren verwendet werden, um die Fahrzeuge der Kolonne automatisch zu steuern. Es wird jedoch auch beschrieben, dass die offenbarten Verfahren bei manuell bedienten Fahrzeugen verwendet werden können. Der Term β kann verwendet werden, um eine Fahrerreaktionszeit zu beschreiben. β kann ein kalibrierter Wert sein, kann durch einen Fahrer ausgewählt werden, kann ein automatisch auf der Basis von gemessenen Reaktionszeiten des Fahrers des Fahrzeugs festgelegter Wert sein oder kann durch irgendein anderes Verfahren, das Fahrerreaktionszeiten in Betracht zieht, festgelegt werden. Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform ist für eine DSRC-Paketfehlerrate (PER) von 30% in einer Entfernung von 300 m die Anzahl von aufeinander folgenden Paketübertragungen (N), die erforderlich ist, um die Paketempfangswahrscheinlichkeit P an den Fahrzeugen zu erreichen, durch die folgende Beziehung gegeben. P = 1 – PER^N [4] z. B. N = 4 für 99,2% Empfangswahrscheinlichkeit, und
N = 3 für 97,3% Empfangswahrscheinlichkeit.
Aus D_g und D_s kann eine ausgewählte Entfernung zum Steuern eines Fahrzeugs gemäß der folgenden Gleichung bestimmt werden. D = Maximum (Dg, Ds) [5]
Durch Auswählen eines Maximums von D_g und D_s wird D_g ausgewählt, wenn es nicht den minimalen gewünschten Abstand verletzt.
Mehrere Verfahren zum Steuern einer Kolonne in Bezug auf Umgebungsbedingungen auf einer Straße werden in Erwägung gezogen. 13 zeigt ein Verfahren zum Steuern eines Fahrzeugs in Bezug auf Umgebungsbedingungen auf einer Straße unter Verwendung einer erwünschten Hülle. Ein ähnliches Verfahren kann bei einer Kolonne von Fahrzeugen verwendet werden. Durch Auswerten von Positionen von Fahrzeugen innerhalb einer Kolonne und Anwenden von minimalen erwünschten Entfernungen von allen der aktuellen Fahrzeugpositionen kann eine erwünschte Hülle definiert werden. Durch Steuern der Kolonne gemäß einer erwünschten Hülle kann die Kolonne navigiert werden.
27 stellt die Funktion einer beispielhaften erwünschten Hülle um eine Kolonne von Fahrzeugen gemäß der vorliegenden Offenbarung dar. Ein Leitfahrzeug 510 und Nachfolgefahrzeuge 522, 524, 526, 528 und 530 sind in einer Formation auf der Straße 500 fahrend dargestellt. Minimale erwünschte Entfernungen können für jedes der Fahrzeuge bestimmt werden. Wie vorstehend beschrieben, sind minimale erwünschte Entfernungen zwischen den Fahrzeugen der Kolonne nützlich, um die innerhalb der Formation aufrechterhaltenen Abstände zu definieren. Minimale erwünschte Abstände für Fahrzeuge mit einer Seite, die von der Formation nach außen gewandt ist, können jedoch verwendet werden, um die gewünschte Hülle für die Kolonne zu beschreiben. Minimale erwünschte Entfernungen für die Fahrzeuge mit einer Seite, die von der Formation von 27 nach außen gewandt ist, sind als Abstände 540A bis 540N dargestellt. Diese Abstände werden verwendet, um die erwünschte Kolonnehülle 545 zu formulieren. In dieser Weise können Details hinsichtlich des erwünschten Betriebs der vielen Fahrzeuge innerhalb einer Kolonne verwendet werden, um die ganze Kolonne zu navigieren.
Die minimalen erwünschten Abstände um eine Kolonne, wie durch die Abstände 540 in 27 dargestellt, können gemäß einer Anzahl von beispielhaften Verfahren gehandhabt werden. Gemäß einem beispielhaften Verfahren kann eine erwünschte Kolonnenhülle (PSE) bestimmt werden und auf identifizierte oder drohende Verletzungen der PSE (z. B. Nicht-Kolonnen-Fahrzeuge innerhalb der PSE) kann aufmerksam gemacht werden.
Ein beispielhaftes Verfahren, um die Abmessungen einer PSE festzulegen, wird offenbart. 42 stellt ein beispielhaftes Verfahren zum Festlegen der Länge einer gewünschten Kolonnenhülle gemäß der vorliegenden Offenbarung dar. Die Kolonne 1000 umfasst Fahrzeuge 1010, 1020, 1030, 1040 und 1050. Fahrzeugorte 1012, 1022, 1032, 1042 und 1052 sind für jedes der Fahrzeuge 1010, 1020, 1030, 1040 und 1050 vorgesehen. Die Fahrzeugorte 1012, 1022, 1032, 1042 und 1052 beschreiben einen punktdefinierten Ort jedes Fahrzeugs, wobei sie beispielsweise den GPS-Ort beschreiben, den jedes Fahrzeug dem Leitfahrzeug meldet. Beispielhafte Abstände zwischen Fahrzeugen sind als zwischen den Fahrzeugorten definiert dargestellt. Außerdem sind eine Vorwärtstoleranz FM und eine Rückwärtstoleranz RM dargestellt, die bestimmte Abstände beschreiben, die erforderlich sind, damit die Kolonne auf Verletzungen der PSE reagieren kann. Die PSE 1005 ist mit einer PSE-Länge 1060 dargestellt. Die Länge dieser beispielhaften Kolonne kann als Summe der Abstände zwischen den Fahrzeugorten plus der Vorwärts- und Rückwärtstoleranzen beschrieben werden. Bei verschiedenen Formationen ist jedoch zu erkennen, dass eine Anzahl von anderen Verfahren verwendet werden kann, um die PSE-Länge festzulegen. Für Formationen, die über einer Anzahl von Fahrspuren vorkommen, kann eine PSE-Länge für jede belegte Fahrspur bestimmt werden, oder eine PSE-Länge kann über Fahrspuren auf der Basis der Gesamtform der Formation angewendet werden. Außerdem ist eine SM oder eine Seitentoleranz dargestellt, die einen minimalen Abstand beschreibt, auf dem sich die PSE wünschenswerterweise seitlich von den Seiten der Fahrzeuge in der Kolonne erstreckt.
Eine Breite einer PSE kann gemäß den hierin beschriebenen Verfahren ausgewählt werden. 43 stellt ein beispielhaftes Verfahren zum Festlegen der Breite einer wünschenswerten Kolonnehülle gemäß der vorliegenden Offenbarung dar. Die Kolonne 1100 umfasst Fahrzeuge 1110, 1120, 1130 und 1140. Die Kolonne 1100 ist entlang einer Straße mit der Fahrspurmarkierung 1102 fahrend dargestellt. Es ist zu erkennen, dass Positionsbeziehungen der verschiedenen Fahrzeuge innerhalb einer Kolonne durch das Leitfahrzeug gemanagt werden können, das beispielsweise tatsächliche, zugewiesene Nachfolgerpositionen und/oder befohlene Positionen der verschiedenen Fahrzeuge analysiert und eine Formationsbreite auf der Basis der Positionen bestimmt. Jedes Fahrzeug kann durch eine drahtlose Kommunikation mit einem Wr- oder Breitenwert beschrieben werden. Diese Werte können verglichen werden und ein breitester Wert kann bestimmt werden. 43 zeigt vier Fahrzeuge, einschließlich eines Lastwagens, eines Fahrzeugs 1130, mit einer bestimmten maximalen Breite der Fahrzeuge in der Kolonne, W_max. Eine Anzahl von beispielhaften Verfahren kann in Erwägung gezogen werden, um die Breite einer resultierenden PSE für die dargestellte Kolonne festzulegen. Die Breite der Kolonne muss mindestens die Breite für Spalten von Fahrzeugen in einer Reihe, einen Abstand D_LAT zwischen den Spalten von Fahrzeugen und zwei Seitentoleranzen 2·SM für die Außenseiten der Kolonne umfassen. Eine beispielhafte Gleichung kann ausgedrückt werden, die eine Formationsbreite folgendermaßen beschreibt: Breite der PSE = (n·W_max + (n – 1)·(D_LAT)_max + 2·SM) [6]
Der Wert n beschreibt eine Anzahl von Spalten von Fahrzeugen oder Fahrzeugfahrspuren innerhalb der Kolonnenformation. Gemäß dieser beispielhaften Gleichung sind alle Spaltenbreiten innerhalb der Kolonne auf W_max gesetzt. Es ist zu erkennen, dass D_LAT verschiedene Werte umfassen kann, beispielsweise für verschiedene Fahrzeuge mit verschiedenen Betriebseigenschaften. In einer Ausführungsform können SM und D_LAT derart ausgewählt werden, dass die Werte gleich sind (SM = D_LAT). In einer solchen Ausführungsform kann die Gleichung 6 als folgende ausgedrückt werden: Breite von PSE = (n·W_max + (n + 1)·SM) [7]
43 stellt eine PSE dar, die gemäß der Gleichung 7 konfiguriert ist. W_max, die maximale Breite der dargestellten Fahrzeuge, wird verwendet, um die Breite beider Spalten zu definieren, in denen die Fahrzeuge angeordnet sein können. Der Einfachheit halber sind die Fahrzeuge 1130 und 1140 als im Abstand D_LAT voneinander dargestellt. Es ist jedoch zu erkennen, dass in Bezug auf die PSE D_LAT einen minimalen Abstand zwischen den Spalten von Fahrzeugen beschreibt und die Fahrzeuge 1120 und 1140 irgendwo in dem durch W_max definierten Bereich für diese Spalte angeordnet sein können und immer noch die PSE eine gültige Hülle für die Kolonne ist. Da D_LAT in diesem Beispiel als gleich SM definiert ist, ist die Gesamtbreite der PSE 1150 gleich dreimal SM plus zweimal W_max. In anderen beispielhaften Ausführungsformen kann die PSE Fahrspurdefinitionen auf der Basis von Fahrspuren, in denen Fahrzeuge fahren müssen, berücksichtigen, wie beispielsweise gemäß den hierin beschriebenen Verfahren detektiert. Eine Anzahl von Verfahren zum Festlegen der Breite einer PSE wird in Erwägung gezogen und die Offenbarung soll nicht auf die hierin beschriebenen speziellen beispielhaften Ausführungsformen begrenzt sein.
Es ist zu erkennen, dass die Form und Größe der PSE statisch festgelegt werden können. In einer anderen Ausführungsform können die Form und die Größe der PSE sich auf der Basis einer Anzahl von Faktoren, die sich auf den Kolonnenbetrieb auswirken, dynamisch ändern. Diese Faktoren können eine Anzahl von Fahrzeugen in der Kolonne; eine Geschwindigkeit der Kolonne; Kolonnenfahrzeug-Geschwindigkeitsdifferenzen; eine bestimmte Genauigkeit der Fahrzeugpositionierung, beispielsweise Quantifizieren der Veränderlichkeit in den GPS-Positionen; eine Qualität der drahtlosen Übertragung; dynamische Fähigkeiten der Fahrzeuge innerhalb der Kolonne, beispielsweise einschließlich Beschleunigung, Bremsen und Steuerbarkeit; einen aktuellen Fahrplan; eine Geometrie der aktuellen Straße, einschließlich einer Krümmung der Straße; einen Zustand der Straßenoberfläche; und Wetterbedingungen umfassen. Außerdem können die erwünschten Hüllen für die Kolonne dynamisch sein, wobei sie sich auf Änderungen der Formationen einstellen. Eine Position eines speziellen Fahrzeugs und zugehörige Entfernungen können auf der Basis eines geplanten Manövers innerhalb der Formation oder Änderungen an der Form der Gesamtformation vergrößert werden.
Vorteile sind aus der Verwendung eines Navigationsverfahrens wie z. B. einer erwünschten Kolonnenhülle ersichtlich. Beispielsweise können verbesserte kolonnenweite Fahrerfahrungen durch Detektieren von Wechselwirkungen mit Fahrzeugen und Objekten außerhalb des Kolonnenumfangs mit einer begrenzten Anzahl von Sensoren, die um den Umfang der Kolonne verwendet werden, erreicht werden, wodurch nicht kommunizierende Sensoren in individuellen Fahrzeugen innerhalb der Formation verringert werden. Die Verwendung einer erwünschten Kolonnenhülle in der Standard-V2V-Meldung verringert die Kollisionsvermeidungs-Programmkomplexität und die Rechenlast für alle mit V2X (d. h. V2V und V2I) ausgestatteten Fahrzeuge. Die verringerte Komplexität der verwendeten Sensoren und die Verringerungen der Kollisionsvermeidungsprogramme ermöglichen, dass die Kolonne Kommunikationsnetzressourcen (d. h. drahtlose Bandbreite) effizient nutzt. Kolonnenweite Rundfunk-V2V-Meldungen können beispielsweise pro Gruppe von Fahrzeugen übertragen werden, was folglich die Stauprobleme des drahtlosen Kanals verringert. Außerdem kann eine dynamische erwünschte Blasengröße verwendet werden, um die Übertragungsleistung für Pakete, die innerhalb der Kolonne übertragen werden sollen, und außerhalb separat zu regeln, was die Stauprobleme des drahtlosen Kanals weiter verringert. Die Verwendung einer einzelnen erwünschten Kolonnenhülle in der Standard-V2V-Meldung und einschließlich der Kolonnengrößenparameter in dieser Meldung anstelle der Aufnahme individueller Fahrzeuggrößen wirkt zum Verringern der Rechenlatenz und der Last an mit V2X ausgestatteten Fahrzeugen und zum Sparen von drahtloser Bandbreite. In dieser Weise verringert die Verwendung einer erwünschten Kolonnenhülle in der Standard-V2V-Meldung die Kollisionsvermeidungs-Prozesskomplexität und Rechenlast für alle mit V2X ausgestatteten Fahrzeuge.
Die Verwendung einer erwünschten Kolonnehülle kann eine Anzahl von Navigationsfunktionen der Kolonne erleichtern. Die erwünschte Hülle kann beispielsweise innerhalb eines automatischen Verkehrsampel-Kreuzungs-Navigatorprogramms berücksichtigt werden, das auf der Basis von erwünschten minimalen Abständen für die Fahrzeuge der Kolonne den Kolonnenbetrieb moduliert oder Anforderungen an eine Verkehrsampel stellt. Ebenso kann ein Vierwege-Stoppzeichen-Verkehrskreuzungs-Navigator die erwünschte Kolonnenhülle verwenden, um die Navigation der Kolonne mit maximaler Effizienz zu steuern. Hindernisdetektions- und -umgehungsprogramme können eine erwünschte Hülle in einer Anzahl von Weisen verwenden. Wenn beispielsweise ein Hindernis in einer speziellen Fahrspur detektiert wird, das einen gewissen Abschnitt der Kolonne stört, kann die Formation eingestellt werden, um sicherzustellen, dass die gewünschte Hülle durch das Hindernis nicht verletzt wird. Im Fall, dass ein Hindernis dynamisch ist, beispielsweise ein Fahrzeug vor der Kolonne, das sich verlangsamt und ein Abbiegen aus dem Weg der Kolonne anzeigt, müssen nur Fahrzeuge, die minimale erwünschte Entfernungen aufweisen, die voraussichtlich durch das dynamische Hindernis beeinträchtigt werden, eingestellt werden. Wenn eine Spalte von fünf Fahrzeugen in der speziellen Fahrspur existiert, aber eine Vorhersage gemacht wird, dass nur die ersten zwei Fahrzeuge in der Spalte durch das sich dynamisch ändernde Hindernis betroffen sind, kann in der Formation für die zwei Fahrzeuge Raum geschaffen werden, um die Fahrspuren zu wechseln, während die restlichen drei Fahrzeuge in der Spalte in ihren aktuellen Positionen in der Formation gehalten werden können. Bei dem Wechsel kann die erwünschte Kolonnenhülle umformuliert werden und Reaktionen können gemacht werden, wenn das sich dynamisch ändernde Hindernis nicht dem vorhergesagten Verhalten folgt.
Ebenso können Programme für die Handhabung von dringlichen Situationen innerhalb der Kolonne erwünschte Hüllen verwenden, um Reaktionen innerhalb der Kolonne zu managen. Wenn beispielsweise ein Fahrzeug in einer anderen Fahrspur einen Fahrspurwechsel durchführt, und wenn die erwünschte Hülle verletzt wird oder bei einer beginnenden Verletzung, kann eine geeignete Ausweichreaktion eingeleitet werden, wie z. B. ein Stoppbefehl oder unmittelbare Rückgabe der Sensorpflichten und der Steuerung der betroffenen Fahrzeuge an die Fahrzeugsteuerungen.
Ein Leitfahrzeug kann eine Anzahl von Verfahren verwenden, um die Positionen zu definieren, die Nachfolgefahrzeuge verwenden sollen. Ein beispielhaftes Verfahren umfasst die Nachrichtenübertragung unter Verwendung des Wegverlaufs des Leitfahrzeugs und das Definieren von Positionen als relativ zum Wegverlauf. Unter Verwendung des Wegverlaufs der Kolonnenleitung als ”Zustandsbefehle” für die Nachfolgefahrzeuge können die für die verschiedenen Nachfolgefahrzeuge definierten Kurse leicht definiert und innerhalb eines definierten klaren Weges oder definierten klaren Wegen gehalten werden, während komplexe Berechnungen vermieden werden, die zum ständigen Überwachen der Position jedes Fahrzeugs im freien Raum und zum individuellen Steuern jedes Weges erforderlich sind.
Ein Verfahren zum Managen von Kommunikationen innerhalb eines Fahrzeugs umfasst das Managen von Kommunikationen in einem CAN, das zwischen verschiedenen Komponenten des Steuersystems eines Fahrzeugs arbeitet, insbesondere Kommunikationen von Steuermeldungen vom autonomen Controller zum Motorcontroller. Eine Steuermeldung umfasst ein Geschwindigkeitsprofil, das verwendet wird, um den Antrieb des Fahrzeugs zu steuern. Das Geschwindigkeitsprofil umfasst sowohl einen aktuellen Geschwindigkeitsbefehl, der eine momentane gewünschte Geschwindigkeit des Fahrzeugs darstellt, zur Verwendung bei Abwesenheit einer Kommunikationsanomalie (z. B. normale Kommunikation) als auch gesteuerte zukünftige Geschwindigkeitsbefehle zum steuerbaren Verringern der Geschwindigkeit über eine Geschwindigkeitsprofilperiode zur Verwendung im Fall einer detektierten Kommunikationsanomalie (z. B. vollständige, teilweise, verzögerte, fehlerhafte usw. Steuermeldung). Die gesteuerten zukünftigen Geschwindigkeitsbefehle werden auf der Basis einer Anzahl von Faktoren in Abwesenheit einer weiteren Kommunikation vom autonomen Controller zum Motorcontrollersystem erzeugt. Beispielhafte Faktoren, die verwendet werden können, um die gesteuerten zukünftigen Geschwindigkeitsbefehle zu erzeugen, umfassen eine aktuelle Position des Fahrzeugs, eine aktuelle Geschwindigkeit des Fahrzeugs, eine aktuelle Beschleunigung des Fahrzeugs, eine Bremsfähigkeit des Fahrzeugs, einen bevorzugten Vorausfahrabstand des Fahrzeugs und eine bevorzugte Vorausfahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs. Eine Länge des Geschwindigkeitsprofils oder eine Geschwindigkeitsprofilperiode, über die das Geschwindigkeitsprofil wirken kann, kann in einer beispielhaften Ausführungsform auf der Basis des bevorzugten Vorausfahrabstandes ausgewählt werden, durch den die gewünschte Bewegung des Fahrzeugs vorhergesagt werden kann und wie durch die Systemsensoren und die V2X-Kommunikation bestimmt. Die Geschwindigkeitsprofile werden beispielsweise auf dem CAN-Bus übertragen, und wenn sie von Motorcontrollern empfangen werden, weisen sie eine ausreichende Anzahl von zukünftigen Geschwindigkeitsbefehlen auf, um das Fahrzeug zu fahren, selbst wenn eine Kommunikationsanomalie besteht.
Ein solches fehlersicheres System unter Verwendung von Geschwindigkeitsprofilen, um Kommunikationsanomalien zu vertreten, kann die Kraftstoffsparsamkeit durch eine reibungslose Regelung der Fahrzeuggeschwindigkeit und die Verringerung von Fahrzeugstopps erhöhen, einen erwünschten autonomen Betrieb während Zeiten aufrechterhalten, in denen die CAN-Kommunikation verzögert, vorübergehend verloren ist oder der CAN-Bus besetzt ist, die Fahrzeugfahrbarkeit durch Verringern der Geschwindigkeitsveränderung im autonomen Betrieb erhöhen und die Fahrzeit durch Verringern der Anzahl von Fahrzeugstopps aufgrund von Datenübertragungsverzögerungen verbessern. 24 stellt graphisch beispielhafte Geschwindigkeitsprofile, die im Fall von Kommunikationsanomalien verwendet werden können, gemäß der vorliegenden Offenbarung dar.
Der Datenaustausch zwischen einem autonomen Controller und einem Motorcontrollersystem umfasst das vorherige Senden oder Übertragen einer Steuermeldung, einschließlich gewünschter Geschwindigkeiten und Lenkbefehle, periodisch zum letzteren und das letztere führt diese Befehle in seinen eigenen Steuerschleifen aus. Diese Anordnung nimmt ein zuverlässiges Kommunikationsmedium zwischen den zwei Untersystemen (häufig CAN, Profibus, FlexRay, Feldbus, Ethernet, seriell usw.) an. Verringerte Fahrzeuggeschwindigkeiten (z. B. prozentuale Verringerung der gewünschten Fahrzeuggeschwindigkeit) können als Milderungsmaßnahme durch den Plattformmotorcontroller für Situationen verwendet werden, in denen diese Kommunikation nicht zuverlässig ist. Solche Situationen können schließlich zu einem ”Kommunikationsanomalie”-Zustand für das System nach einer vorbestimmten Zeitüberschreitungsperiode führen und zu diesem Zeitpunkt wäre die einzige Option, das Fahrzeug zu stoppen, um das Risiko für Kollisionen zu mildern. Dies kann zu häufigen, aber vorübergehenden Systemstilllegungszeiten während des autonomen Betriebs führen, ein Zustand, der durch Aufrechterhalten von größeren Kommunikationszeitüberschreitungs-Schwellenperioden gehandhabt werden kann.
40 stellt schematisch die Funktion eines Diagramms einer autonomen Systemarchitektur, einschließlich des Betriebs einer fernbedienten tragbaren Navigationsvorrichtung, die Befehle zu den Fahrzeugsteuersystemen überträgt, gemäß der vorliegenden Offenbarung dar. Die dargestellte autonome Systemarchitektur 600 verbessert den Betrieb des in 16 beschriebenen beispielhaften Systems, einschließlich eines autonomen Controllers 410, eines Motorcontrollers 430, einer GPS-Vorrichtung 135 und eines DSRC-Systems 440, wobei zusätzliche beschriebene Komponenten ein manuelles Fahrsystem 610, das dem Fahrer die Steuerung des Fahrzeugs ermöglicht; ein Fahrzeugschnittstellenmodul 620, einschließlich Kommunikationsvorrichtungen; und eine tragbare Navigationsvorrichtung 630 in Kommunikation mit dem Fahrzeugschnittstellenmodul 620 umfassen. Außerdem werden Befehle zwischen verschiedenen Komponenten des Systems über ein CAN bewerkstelligt. Ein Fachmann auf dem Gebiet wird erkennen, dass Signale, die üblicherweise über das CAN vorkommen, Bewegungsbefehle: Geschwindigkeitsprofile, Lenk-/Gierrate; Fahrzeugsignale: aktuelle Geschwindigkeit, Längsbeschleunigung, Querbeschleunigung, Gierrate, Bremszustand, Radgeschwindigkeiten, Radpositionen und Batteriespannung; und Systemsignale, einschließlich Kommunikations-Heartbeats, umfassen. Außerdem ist eine Ethernet-Verbindung zwischen dem Fahrzeugschnittstellenmodul 620 und dem autonomen Controller 410 beschrieben. Es gibt zwei Hauptsteuerbefehle, die durch das autonome Steuersystem erzeugt werden, nämlich den ”Geschwindigkeitsprofil”-Befehl für die Fahrzeuglängsgeschwindigkeitssteuerung und den ”Lenk-/Gierraten”-Befehl für die Fahrzeugquerlenksteuerung. Diese zwei CAN-Befehle senden periodisch als CAN-Meldungen vom autonomen Controller 410 alle 50 Millisekunden (oder mit einer höheren Rate) zum Motorcontroller 430.
”Geschwindigkeits”- und ”Gierraten”-Befehle werden für die Geschwindigkeits- und Lenksteuerung von autonomen Fahrzeugen verwendet. Wenn die CAN-Buskommunikation zuverlässig ist, kann die Fahrzeugplattform unter Verwendung dieser Befehle zuverlässig gesteuert werden. Wenn aus irgendeinem Grund die CAN-Kommunikation verzögert ist (Busabschaltsituation) oder aufgrund von Paketkollisionen auf dem CAN-Bus verloren ist, kann es Zeitdauern im Motorcontroller 430 geben, in denen keine gültigen Geschwindigkeitsbefehle auszuführen sind. Eine gewisse verringerte Geschwindigkeit (z. B. prozentuale Verringerung der Fahrzeuggeschwindigkeit) kann als Milderungsmaßnahme durch den Plattformmotorcontroller in solchen Situationen verwendet werden. Dies kann schließlich zu einem ”CAN-Bus-Kommunikationsfehler” nach einer vorbestimmten Zeitüberschreitungsperiode führen, und zu diesem Zeitpunkt sollte das Fahrzeug gestoppt werden, um das Risiko für Kollisionen zu mildern. Wie vorstehend beschrieben, kann eine solche Kommunikationsanomalie unter Verwendung von Geschwindigkeitsbefehlen und Geschwindigkeitsprofilen gemäß den hierin beschriebenen Verfahren gesteuert werden.
41 stellt beispielhafte Geschwindigkeitsprofildaten, die verwendet werden können, um ein gewünschtes Verlangsamungs- oder Stoppmanöver auszuführen, gemäß der vorliegenden Offenbarung dar. Die Geschwindigkeitsprofildaten in der CAN-Steuermeldung sollen einen Satz von Geschwindigkeiten bereitstellen, die das Plattformmotorsteuersystem ausführt, während die ”CAN-Meldungsdatenverzögerung” (Heartbeat-Verzögerung) detektiert wird. Das Feld ”Länge des Geschwindigkeitsprofils” enthält einen Abstandswert, den das autonome Steueruntersystem als frei zu durchfahren bestätigt hat (gemäß allen seiner verfügbaren Informationen). Die in den Feldern ”Geschwindigkeits-Delta_1” bis ”Geschwindigkeits-Delta_4” definierten Geschwindigkeitsänderungen, die normalerweise in einer Weise definiert werden, die das Fahrzeug wünschenswerterweise an irgendeinem Punkt in der Bewegung des Fahrzeugs zum Stillstand bringt, sollen unter der Heartbeat-Verzögerungszeit ausgeführt werden. Die verschiedenen Geschwindigkeits-Deltawerte könnten von den Plattformmotorcontrollern wie nachstehend interpretiert werden (nicht nur auf folgende numerische Zahlen begrenzt). Die CAN-Geschwindigkeitsprofil-Steuermeldung kann irgendwelche Werte angeben, die als geeignet bestimmt werden. Beispielhafte Werte werden in den folgenden Beispielen beschrieben:

”Befehlsgeschwindigkeit”=: 10,0 m/s;
”Längedes Geschwindigkeitsprofils”=: 50 m;
”Geschwindigkeits-Delta_1”=: –1,5 m/s (die gewünschte Fahrzeuggeschwindigkeit in einem Abstand von 12,5 m ist 8,5 m/s);
”Geschwindigkeits-Delta_2”=: –3,0 m/s (die gewünschte Fahrzeuggeschwindigkeit in einem Abstand von 25,0 m ist 7,0 m/s);
”Geschwindigkeits-Delta 3”=: –7,0 m/s (die gewünschte Fahrzeuggeschwindigkeit in einem Abstand von 37,5 m ist 3,0 m/s); und
”Geschwindigkeits-Delta 4”=: –10,0 m/s (die gewünschte Fahrzeuggeschwindigkeit in einem Abstand von 50,0 m ist 0,0 m/s).

Die hierin beschriebenen Verfahren können in Bereichen arbeiten, in denen manuell bediente Fahrzeuge, die nicht in Kolonnen gesteuert werden, und automatisch bediente Fahrzeuge, die in Kolonnen gesteuert werden, zusammen auf derselben Straße in denselben Fahrspuren gefahren werden. Es ist jedoch zu erkennen, dass eine Anzahl von Vorteilen vorliegt, wenn der Verkehr auf der Straße auf automatisierte Fahrzeuge begrenzt werden kann, da Reaktionen auf unvorhersagbare Fahrerreaktionen den effizienten Betrieb von automatisch gesteuerten Fahrzeugen stören können. Entfernungen in gemischtem Verkehr werden wünschenswerterweise erweitert, um verbesserte Fahrerfahrungen angesichts des unvorhersagbaren Verhaltens auf der Straße durch manuell bediente Fahrzeuge aufrechtzuerhalten.
Die vorstehend beschriebenen Formationen beschreiben ein Leitfahrzeug zur Steuerung der Erzeugung und des Betriebs einer Kolonne. Dieses Fahrzeug ist an einem vordersten Ort der Formation dargestellt, um die Vorteile dessen, dass ein einziges Fahrzeug Wahrnehmungen hinsichtlich der Navigation der Kolonne durchführt und einfach an die anderen Fahrzeuge in der Kolonne Navigationsbefehle überträgt, um in einer gewünschten Formation zu bleiben, vollständig auszunutzen. Es ist jedoch zu erkennen, dass das Leitfahrzeug sich nicht am vordersten Punkt in der Formation befinden muss. In einem solchen Fall könnten Sensoreingaben von einem Fahrzeug in der vordersten Position in der Kolonne mit entweder keiner oder minimaler Verarbeitung zum Leitfahrzeug übertragen werden. Als Alternative könnte dem vordersten Fahrzeug eine gewisse Verantwortung für das Bestimmen eines erwünschten Weges durch das Leitfahrzeug übertragen werden, wodurch eine Komplexität der Kommunikation zwischen dem vordersten Fahrzeug und dem Leitfahrzeug verringert wird, wobei das Leitfahrzeug immer noch die Steuerung über die Formation und Entfernungen, die erforderlich sind, um den gewünschten Betrieb der Formation aufrechtzuerhalten, hält. Ein solches System könnte von einem manuell bedienten vordersten Fahrzeug mit detaillierten Befehlen vom Leitfahrzeug, die an den Fahrer des vordersten Fahrzeugs gehen, verwendet werden. Als Alternative könnten Aufgaben, die gewöhnlich vom Leitfahrzeug durchgeführt werden, aufgeteilt werden, wobei beispielsweise Sensoreingaben und das Formationsmanagement an ein vorderstes Fahrzeug gehen, wobei die Routenplanung, das Zwischenstationsmanagement und ähnliche Funktionen von irgendeinem anderen Fahrzeug in der Formation beibehalten werden. Eine Anzahl von alternativen Verfahren zum Managen von Rollen innerhalb der Formation wird in Erwägung gezogen und die Offenbarung soll nicht auf die hierin beschriebenen speziellen beispielhaften Ausführungsformen begrenzt sein.
Diese Offenbarung hat neue Steuerverfahren beschrieben, die bei bekannten Fahrzeugkonfigurationen mit Standardradkonfigurationen verwendet werden können. Es ist jedoch zu erkennen, dass insbesondere in städtischen Situationen kleinere Fahrzeuge mit nicht herkömmlichen, verkürzten Radständen, insbesondere in zweckgebundenen Fahrspuren, die das Fahren von nur ähnlichen Fahrzeugen erlauben, für die Verkehrsdichte und die vorstehend beschriebenen nicht herkömmlichen Energiespeicherlösungen vorteilhaft sein können. Es ist zu erkennen, dass die hierin beschriebenen Verfahren und Systeme zur Verwendung bei kleineren, wendigeren Fahrzeugen mit anderen Antriebssträngen, anderen Radkonfigurationen und anderen Fahrzeugsteuerverfahren optimiert werden können.
Das Obige beschreibt ein Verfahren für eine Kolonne unter Verwendung einer PSE, um potentielle Verletzungen der PSE zu bestimmen und die Fahrzeuge der Kolonne so zu manövrieren, dass Kollisionen vermieden werden. Es ist zu erkennen, dass die hierin beschriebene Kommunikation zwischen Fahrzeugen zwischen einer Kolonne und einem Fahrzeug außerhalb der Kolonne verwendet werden kann, beispielsweise einem Einzelfahrzeug oder einem Fahrzeug in einer anderen Kolonne. Diese Kommunikationen können verwendet werden, um Kollisionen zwischen den kommunizierenden Fahrzeugen zu vermeiden. In Anbetracht von zwei Fahrspuren, die in derselben Richtung verlaufen, belegt beispielsweise eine erste, schnellere Kolonne beide Fahrspuren und überholt eine zweite, langsamere Kolonne, die auch beide Fahrspuren belegt. Auf der Basis der vorhersehbaren oder tatsächlichen Verletzung der PSE von einer oder beiden Kolonnen können die Leiter jeder Kolonne die Formation ändern, wobei sie befohlene Positionen für jedes der Fahrzeuge erzeugen, so dass beide Kolonnen in eine einzelne Spalte wechseln. In dieser Weise kann die schnellere Kolonne an der langsameren Kolonne vorbeifahren und eine Kollision zwischen den Fahrzeugen der Kolonnen kann vermieden werden. In anderen Beispielen können die Geschwindigkeiten der Kolonnen oder der Fahrzeuge innerhalb der Kolonnen geändert werden, um eine Kollision zu vermeiden. Eine Anzahl von beispielhaften Reaktionen auf bestimmte Verletzungen von PSEs zwischen Fahrzeugen und Kolonnen werden in Erwägung gezogen und die Offenbarung soll nicht auf die hierin beschriebenen Beispiele begrenzt sein.
Die Offenbarung hat bestimmte bevorzugte Ausführungsformen und Modifikationen daran beschrieben. Weitere Modifikationen und Änderungen können anderen beim Lesen und Verstehen der Patentbeschreibung in den Sinn kommen. Daher ist vorgesehen, dass die Offenbarung nicht auf die spezielle(n) Ausführungsformen) begrenzt ist, die als beste Art offenbart wurde(n), die zur Ausführung dieser Offenbarung in Erwägung gezogen wird, sondern dass die Offenbarung alle Ausführungsformen umfasst, die in den Schutzbereich der beigefügten Ansprüche fallen.
Legende zu den Fig. 31, Fig. 32 und Fig. 38

Legende zu Fig. 31

Leader	Leiter
Existing Follower(s)	Existierende(r) Nachfolger
Follower(s)	Nachfolger
Leader Extensions	Leiter-Extensionen
Follower Extensions	Nachfolger-Extensionen
Leaving Notification	Austrittsbenachrichtigung
Updated Position Assignments	Aktualisierte Positionszuweisungen
V2V Updates	V2V-Aktualisierungen
Leaving vehicle's position considered ”vacating”	Position des austretenden Fahrzeugs als ”freigegeben” betrachtet
Leaving Vehicle has cleared, position could be reused for a new vehicle, or filled by current follower	Austretendes Fahrzeug hat frei gemacht, Position könnte für ein neues Fahrzeug wieder verwendet werden oder durch aktuellen Nachfolger gefüllt werden
Former Follower	Ehemaliger Nachfolger

Legende zu Fig. 32

Current Leader	Aktueller Leiter
Potential New Leader	Potentieller neuer Leiter
Follower(s)	Nachfolger
Leader Extensions	Leiter-Extensionen
Follower Extensions	Nachfolger-Extensionen
New Leader Nomination	Ernennung des neuen Leiters
Leader Nomination Acceptance	Leiterernennungsannahme
Provisional Formation	Vorläufige Formation
Resignation	Rücktritt
Former Leader, Now Follower	Ehemaliger Leiter, nun Nachfolger
New Leader	Neuer Leiter
New formation and assignments	Neue Formation und Zuweisungen
New leadership takes effect	Neue Leitung tritt in Kraft

Legende zu Fig. 38

Leader comm. outage < short-term autonomy period?	Leiterkommunikationsausfall < kurzfristige Autonomieperiode?
806	Bewegungssteuerbefehle für sich selbst aus Führungspunkten berechnen
808	Befehle ausgeben
810	Rückkopplungsdaten sammeln
812	Rückkopplung dem Ausgang beifügen
814	Extrapolierte Führungspunkte berechnen
816	Ambitionsverzögerung berechnen
Time to req.?	Zeit zu bitten?
820	Um Leitung bitten
Leader comm. outage > mediumterm autonomy period?	Leiterkommunikationsausfall > mittelfristige Autonomieperiode?
822	Übergang zu Einzelfahren
826	Bewegungsbefehle aus Route berechnen
828	Einzelinfo der Ausgangsmeldung beifügen
Have navigation route?	Navigationsroute vorhanden?
830	Auf manuellen Modus umschalten
832	Bewegungsbefehl sammeln
834	Einzelinfo dem Ausgang beifügen

Claims

Verfahren zum Steuern von mehreren Fahrzeugen, um die mehreren Fahrzeuge in einer Kolonne zu betreiben, wobei das Verfahren umfasst: innerhalb eines Leitfahrzeugs, das aus den mehreren Fahrzeugen ausgewählt ist: Überwachen einer jeweiligen tatsächlichen Position von jedem der mehreren Fahrzeuge, das nicht das Leitfahrzeug ist, durch eine Fahrzeug-Fahrzeug-Kommunikation auf der Basis von Daten von einer jeweiligen globalen Positionsbestimmungsvorrichtung in jedem der mehreren Fahrzeuge, das nicht das Leitfahrzeug ist; Bestimmen von Abständen, um die mehreren Fahrzeuge in der Kolonne zu betreiben, auf der Basis der jeweiligen tatsächlichen Positionen von jedem der mehreren Fahrzeuge; und Auswählen einer jeweiligen befohlenen Fahrzeugposition mit einer jeweiligen globalen Positionsbestimmungskoordinate für jedes der mehreren Fahrzeuge auf der Basis der bestimmten Abstände; Übertragen jeder entsprechenden befohlenen Fahrzeugposition zum jeweiligen der mehreren Fahrzeuge, das nicht das Leitfahrzeug ist; und Betreiben jedes entsprechenden der mehreren Fahrzeuge, das nicht das Leitfahrzeug ist, auf der Basis der jeweiligen befohlenen Fahrzeugsposition.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Bestimmen der Abstände zum Betreiben der Fahrzeuge ferner auf einem minimalen erwünschten Abstand zwischen den Fahrzeugen und einem maximal kraftstoffeffizienten Abstand zwischen den Fahrzeugen basiert.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Bestimmen der Abstände zum Betreiben der Fahrzeuge das Bestimmen einer erwünschten Kolonnenhülle mit einem Bereich, in dem eine Verletzung der Kolonnenhülle bestimmt werden kann, umfasst; das ferner das Hinweisen auf eine Verletzung der Kolonnenhülle umfasst; und wobei das Bestimmen der erwünschten Kolonnenhülle umfasst: Überwachen einer Geschwindigkeit der Kolonne; Bestimmen einer Vorwärtstoleranz, einer Rückwärtstoleranz und von Seitwärtstoleranzen der erwünschten Kolonnenhülle auf der Basis der Geschwindigkeit der Kolonne; und Definieren der erwünschten Kolonnenhülle auf der Basis der jeweiligen tatsächlichen Position von jedem der mehreren Fahrzeuge, der Vorwärtstoleranz, der Rückwärtstoleranz und der Seitwärtstoleranzen.
Verfahren zum Steuern von mehreren Fahrzeugen, um die mehreren Fahrzeuge in einer Kolonne zu betreiben, wobei das Verfahren umfasst: innerhalb eines Leitfahrzeugs, das aus den mehreren Fahrzeugen ausgewählt ist: Überwachen einer jeweiligen tatsächlichen Position von jedem der mehreren Fahrzeuge, das nicht das Leitfahrzeug ist, durch eine Fahrzeug-Fahrzeug-Kommunikation auf der Basis von Daten von einer jeweiligen globalen Positionsbestimmungsvorrichtung in jedem der mehreren Fahrzeuge, das nicht das Leitfahrzeug ist; Bestimmen eines jeweiligen minimalen erwünschten Abstandes zwischen den Fahrzeugen auf der Basis der tatsächlichen Position von jedem der mehreren Fahrzeuge für jedes der mehreren Fahrzeuge; Bestimmen eines maximal kraftstoffeffizienten Abstandes zwischen den Fahrzeugen auf der Basis der tatsächlichen Position von jedem der Fahrzeuge für jedes der mehreren Fahrzeuge; und Auswählen einer jeweiligen befohlenen Fahrzeugposition für jedes der mehreren Fahrzeuge auf der Basis des maximalen der minimalen erwünschten Abstände zwischen den Fahrzeugen für alle der mehreren Fahrzeuge und des jeweiligen maximal kraftstoffeffizienten Abstandes zwischen den Fahrzeugen; Übertragen jeder entsprechenden befohlenen Fahrzeugposition zum jeweiligen der mehreren Fahrzeuge, das nicht das Leitfahrzeug ist; und Betreiben von jedem entsprechenden der mehreren Fahrzeuge, das nicht das Leitfahrzeug ist, auf der Basis der jeweiligen befohlenen Fahrzeugposition.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei das Bestimmen des jeweiligen minimalen erwünschten Abstandes zwischen den Fahrzeugen für jedes der mehreren Fahrzeuge dynamisch durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei das Bestimmen des jeweiligen minimalen erwünschten Abstandes zwischen den Fahrzeugen für jedes der mehreren Fahrzeuge das Bestimmen des jeweiligen minimalen erwünschten Abstandes zwischen den Fahrzeugen auf der Basis von mindestens einem der Folgenden umfasst: Geschwindigkeiten der mehreren Fahrzeuge; Bremseigenschaften von jedem der mehreren Fahrzeuge; einer vorliegenden Wetterbedingung; und eines Straßenzustandes.
Verfahren nach Anspruch 4, 5 oder 6, wobei das Bestimmen des maximal kraftstoffeffizienten Abstandes zwischen den Fahrzeugen für jedes der mehreren Fahrzeuge das Bestimmen des maximal kraftstoffeffizienten Abstandes zwischen den Fahrzeugen auf der Basis einer Leitposition, einer inneren Position oder einer nachfahrenden Position für jedes der mehreren Fahrzeuge umfasst.
Verfahren zum Steuern von mehreren Fahrzeugen, um die mehreren Fahrzeuge in einer Kolonne zu betreiben, wobei das Verfahren umfasst: innerhalb eines Leitfahrzeugs, das aus den mehreren Fahrzeugen ausgewählt ist: Überwachen einer jeweiligen tatsächlichen Position von jedem der mehreren Fahrzeuge, das nicht das Leitfahrzeug ist, durch eine Fahrzeug-Fahrzeug-Kommunikation auf der Basis von Daten von einer jeweiligen globalen Positionsbestimmungsvorrichtung in jedem der mehreren Fahrzeuge, das nicht das Leitfahrzeug ist; Überwachen des Betriebs der Kolonne mit einer Geschwindigkeit der Kolonne; Bestimmen einer Vorwärtstoleranz einer erwünschten Kolonnenhülle auf der Basis des überwachten Betriebs der Kolonne; Definieren der erwünschten Kolonnenhülle auf der Basis der jeweiligen tatsächlichen Position von jedem der mehreren Fahrzeuge, das nicht das Leitfahrzeug ist, und der Vorwärtstoleranz; Überwachen einer Betriebsumgebung um die Kolonne; Bestimmen einer Verletzung der erwünschten Kolonnenhülle auf der Basis der Betriebsumgebung; und Auswählen einer jeweiligen befohlenen Fahrzeugposition für jedes der mehreren Fahrzeuge auf der Basis der Verletzung der erwünschten Kolonnenhülle; Übertragen jeder entsprechenden befohlenen Fahrzeugposition zum jeweiligen der mehreren Fahrzeuge, das nicht das Leitfahrzeug ist; und Betreiben von jedem entsprechenden der mehreren Fahrzeuge, das nicht das Leitfahrzeug ist, auf der Basis der jeweiligen befohlenen Fahrzeugposition.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei das Betreiben von jedem entsprechenden der mehreren Fahrzeuge, das nicht das Leitfahrzeug ist, auf der Basis der jeweiligen befohlenen Fahrzeugposition das Andern einer Formation der Kolonne auf der Basis der Verletzung der erwünschten Kolonnenhülle umfasst.
Verfahren nach Anspruch 8, das ferner das Überwachen einer Fahrzeug-Infrastruktur-Kommunikation umfasst; und wobei das Definieren der erwünschten Kolonnenhülle ferner auf der Fahrzeug-Infrastruktur-Kommunikation basiert.