DE102016014935A1

DE102016014935A1 - Längsregelung eines Fahrzeugs in einem Verband

Info

Publication number: DE102016014935A1
Application number: DE102016014935.3A
Authority: DE
Inventors: Martin Huber; Stefan Jerg; Peter Drimml
Original assignee: MAN Truck and Bus SE
Current assignee: MAN Truck and Bus SE
Priority date: 2016-12-15
Filing date: 2016-12-15
Publication date: 2018-06-21

Abstract

Eine Technik zur Längsregelung eines Fahrzeugs in einem Verband hintereinanderfahrender Straßenfahrzeuge wird beschrieben. Ein erstes Geschwindigkeitsprofil (203) auf einer vorausliegenden Fahrstrecke für die Regelung der Geschwindigkeit zumindest eines im Verband vorausfahrenden Straßenfahrzeugs wird in einem Schritt (202) erhalten. Ein Höhenprofilmuster (205) wird aufgrund eines Höhenprofils (302) der vorausliegenden Fahrstrecke in einem Schritt (204) bestimmt. Ein zweites Geschwindigkeitsprofil (207) auf der vorausliegenden Fahrstrecke für die Geschwindigkeit des geregelten Fahrzeugs wird abhängig vom Höhenprofilmuster (205), Eigenschaften des geregelten Fahrzeugs und dem ersten Geschwindigkeitsprofil (203) in einem Schritt (206) vorausberechnet. Weiterhin wird ein Abstandsprofil (213) in einem Schritt (212) berechnet. Die Längsbewegung des geregelten Fahrzeugs wird auf der vorausliegenden Fahrstrecke gemäß dem zweiten Geschwindigkeitsprofil (207) und dem Abstandsprofil (213) in einem Schritt (216) geregelt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Technik zur Längsregelung eines Fahrzeugs, beispielsweise eines Nutzfahrzeugs, in einem Fahrzeugverband. Insbesondere betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Längsregelung und ein damit ausgestattetes Straßenfahrzeug.
Das Fahren mehrerer Fahrzeuge in einem Fahrzeugverband ist heute nicht mehr die Ausnahme, sondern die Regel. Das Fahren im Fahrzeugverband ermöglicht beispielsweise eine Abstandsregelung zum vorausfahrenden Fahrzeug zur Entlastung des Fahrers bei stockendem Verkehr und Autobahnfahrten oder ein teilautonomes Fahren, bei dem das vorausfahrende Fahrzeug die Fahrstrecke vorgibt.
Ferner werden Kraftstoffverbrauch und CO₂-Emissionen bei Fahrzeugen, die beispielsweise im Fernverkehr im Einsatz sind, zu einem überwiegenden Anteil durch den Luftwiderstand verursacht. Hinreichend dicht hintereinanderfahrende Fahrzeuge können ihren Verbrauch und ihre Emissionen erheblich reduzieren, da der Luftwiderstand nur am ersten Fahrzeug des Fahrzeugverbands (der auch als „Platoon“ bezeichnet wird) in vollem Umfang zum Tragen kommt. Trotz der dicht aufeinanderfolgenden Fahrzeuge im Fahrzeugverband kann eine hohe Sicherheit gegen Auffahrunfälle erreicht werden, indem die Fahrzeuge miteinander kommunizieren (d.h. „vernetzt“) sind, beispielsweise zum automatisierten und zeitgleichen Abbremsen der Fahrzeuge.
Aufgrund der Masse des Fahrzeugs kann dessen Kraftstoffverbrauch durch eine an die Fahrstrecke angepasste Fahrweise erheblich verringert werden. Jedoch steht die herkömmliche Abstandsregelung im Fahrzeugverband einer solchen kraftstoffsparenden, fahrzeugindividuellen Fahrweise entgegen.
Somit besteht eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, eine Technik zur Längsdynamikregelung anzugeben, welche eine kraftstoffsparende Fahrweise der Fahrzeuge in einem Fahrzeugverband ermöglicht. Eine weitere oder alternative Aufgabe besteht darin, allen Fahrzeugen im Fahrzeugverband eine an die Fahrstrecke individuell angepasste Fahrweise zu ermöglichen.
Diese Aufgabe oder Aufgaben werden durch eine Vorrichtung bzw. ein Fahrzeug mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen und Anwendungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche und werden in der folgenden Beschreibung unter teilweiser Bezugnahme auf die Figuren näher erläutert.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung ist eine Vorrichtung zur Längsregelung eines Fahrzeugs in einem Verband hintereinanderfahrender Straßenfahrzeuge bereitgestellt. Die Vorrichtung umfasst eine Steuerung, die dazu ausgebildet ist, folgende Schritte auszuführen oder zu steuern: Erhalten eines ersten Geschwindigkeitsprofils auf einer vorausliegenden Fahrstrecke für die Regelung der Geschwindigkeit zumindest eines im Verband vorausfahrenden Straßenfahrzeugs; Bestimmen eines Höhenprofilmusters aufgrund eines Höhenprofils der vorausliegenden Fahrstrecke; Vorausberechnen eines zweiten Geschwindigkeitsprofils auf der vorausliegenden Fahrstrecke für die Geschwindigkeit des geregelten Fahrzeugs abhängig vom Höhenprofilmuster, Eigenschaften des geregelten Fahrzeugs und dem ersten Geschwindigkeitsprofil; und Regeln der Längsbewegung des geregelten Fahrzeugs auf der vorausliegenden Fahrstrecke gemäß dem zweiten Geschwindigkeitsprofil.
Eines, mehrere oder jedes der genannten Profile können jeweils einen ortsbezogenen Verlauf umfassen. Der Ortsbezug kann ein Bezug zu einer Weglänge oder Orten entlang der vorausliegenden Fahrstrecke sein. Beispielsweise können das erste Geschwindigkeitsprofil und/oder das zweite Geschwindigkeitsprofil einen ortsbezogenen Verlauf der Geschwindigkeit, insbesondere eines Soll-Werts oder einer Führungsgröße der Geschwindigkeit (Soll-Geschwindigkeit) umfassen. Alternativ oder ergänzend kann das Höhenprofil ein ortsbezogener Verlauf der Höhe der Fahrbahn des Streckenabschnitts sein, insbesondere ein Verlauf einer Längsneigung. Beispielsweise kann das Höhenprofil einen ortsbezogener Verlauf einer Steigung, eines Gefälles (auch: negative Steigung) und/oder eines Plateaus (beispielsweise eine im Wesentlichen horizontalen Ebene) der vorausliegenden Fahrstrecke umfassen.
Die Vorrichtung kann ferner eine Funkschnittstelle zur Fahrzeugkommunikation umfassen. Das Höhenprofil und/oder das erste Geschwindigkeitsprofil kann über die Funkschnittstelle erhalten werden. Beispielsweise kann das Höhenprofil und/oder das erste Geschwindigkeitsprofil von einem zentralen Server über die Funkschnittstelle erhalten werden. Alternativ oder ergänzend kann das Höhenprofil und/oder das erste Geschwindigkeitsprofil über die Funkschnittstelle von einem anderen Straßenfahrzeug im Verband erhalten werden, beispielsweise vom im Verband vorausfahrenden Straßenfahrzeug oder vom ersten Straßenfahrzeug im Verband.
Das Höhenprofilmuster kann eine Abfolge von Streckenabschnitten (die auch als Phasen bezeichnet werden können) unterschiedlicher Betriebszustände des geregelten Fahrzeugs umfassen. Das Regeln der Längsbewegung kann die unterschiedlichen Betriebszustände umsetzen. Die Betriebszustände können Antreiben (auch: Antriebsbetrieb), Rollen (auch: Rollbetrieb) und/oder Bremsen (auch: Bremsbetrieb) umfassen. Die Steuerung kann ferner dazu ausgebildet sein, den Schritt des Bestimmens des Höhenprofilmusters auszuführen oder zu steuern. Beispielsweise wird dem Höhenprofil ein Höhenprofilmuster zugeordnet aufgrund der Abfolge von Steigung, Gefälle und/oder Plateau.
Das erste Geschwindigkeitsprofil kann eine Soll-Geschwindigkeit für die Regelung der Geschwindigkeit des vorausfahrenden Fahrzeugs enthalten, beispielsweise bei einem Verband mit nur zwei oder drei Fahrzeugen. Alternativ oder ergänzend kann das erste Geschwindigkeitsprofil eine Soll-Geschwindigkeit für die Regelung der Geschwindigkeit mehrerer oder aller Fahrzeuge im Verband sein (das auch als einheitliches Geschwindigkeitsprofil für den Verband bezeichnet wird).
Das erste Geschwindigkeitsprofil kann durch Berechnen erhalten werden. Insbesondere kann das erste Geschwindigkeitsprofil dezentral vom geregelten Fahrzeug, vom ersten Straßenfahrzeug im Verband, vom vorausfahrenden Straßenfahrzeug und/oder zentral außerhalb des Verbands berechnet werden. Beispielsweise kann das erste Geschwindigkeitsprofil von dem zentralen Server oder einem weiteren Server berechnet werden. Alternativ oder ergänzend kann der Schritt des Erhaltens ein Auslesen aus einem Speicher der Vorrichtung des geregelten Fahrzeugs, ein Empfangen vom ersten Fahrzeug im Verband und/oder ein Empfangen von außerhalb des Verbands umfassen.
Das erste Geschwindigkeitsprofil kann für das dem geregelten Fahrzeug vorausfahrende Straßenfahrzeug oder alle Straßenfahrzeuge im Verband berechnet sein. Das erste Geschwindigkeitsprofil kann den Verbrauch aller Straßenfahrzeuge im Verband optimieren. Alternativ oder ergänzend kann das zweite Geschwindigkeitsprofil ausschließlich für das geregelte Fahrzeug berechnet sein, beispielsweise aufgrund der Eigenschaften des geregelten Fahrzeugs. Das zweite Geschwindigkeitsprofil kann den Verbrauch des Fahrzeugs auf der vorausliegenden Fahrstrecke fahrzeugindividuell optimieren, beispielsweise abhängig vom Höhenprofil der vorausliegenden Fahrstrecke und den Eigenschaften des geregelten Fahrzeugs.
Das Höhenprofilmuster kann einen Streckenabschnitt zum Rollbetrieb des geregelten Fahrzeugs auf der vorausliegenden Fahrstrecke umfassen. Das Höhenprofilmuster kann außerhalb des Streckenabschnitts zum Rollbetrieb einen angetriebenen Betrieb (Antriebsbetrieb) oder gebremsten Betrieb (Bremsbetrieb) des geregelten Fahrzeugs auf der vorausliegenden Fahrstrecke umfassen. Im Bremsbetrieb kann eine dissipative oder rekuperierende Bremse eingesetzt sein.
Das erste Geschwindigkeitsprofil und/oder das zweite Geschwindigkeitsprofil kann abhängig vom Höhenprofil, insbesondere vom ortsbezogenen Verlauf der (positiven oder negativen) Steigung, der vorausliegenden Fahrstrecke berechnet werden. Das zweite Geschwindigkeitsprofil kann für den Streckenabschnitt zum Rollbetrieb abhängig von den Eigenschaften des geregelten Fahrzeugs, dem Höhenprofil (insbesondere der positiven oder negativen Steigung) und/oder einem vom Abstand abhängigen Luftwiderstand berechnet werden.
Im Rollbetrieb kann eine Brennkraftmaschine des geregelten Fahrzeugs ausgekuppelt oder im Schleppbetrieb betrieben werden. Der Rollbetrieb kann auf dem Streckenabschnitt zum Rollbetrieb mindestens einen Umschaltpunkt zwischen Schleppbetrieb und ausgekuppeltem Betrieb umfassen. Der mindestens eine Umschaltpunkt zwischen Schleppbetrieb und ausgekuppeltem Betrieb kann zur Erfüllung der Geschwindigkeit des zweiten Geschwindigkeitsprofils, eines Abstands eines Abstandsprofils, zum Einhalten von Abstandsgrenzen und/oder zum Einhalten von Geschwindigkeitsgrenzen im Rollbetrieb vorausberechnet und/oder geregelt sein.
Die durch das zweite Geschwindigkeitsprofil vorgegebene Geschwindigkeit des geregelten Fahrzeugs kann von einer Durchschnittsgeschwindigkeit auf der vorausliegenden Fahrstrecke stärker abweichen im Streckenabschnitt zum Rollbetrieb als außerhalb des Streckenabschnitts zum Rollbetrieb. Das zweite Geschwindigkeitsprofil kann innerhalb des Streckenabschnitts zum Rollbetrieb mindestens ein Minimum der Geschwindigkeit und/oder ein Maximum der Geschwindigkeit aufweisen. Die Abweichung kann die Differenz zwischen Maximum und Durchschnittsgeschwindigkeit, die Differenz zwischen Durchschnittsgeschwindigkeit und Minimum und/oder die Differenz zwischen Maximum und Minimum umfassen.
Die Vorausberechnung des zweiten Geschwindigkeitsprofils und/oder die Regelung der Geschwindigkeit können auf Geschwindigkeiten in einem Regelungsbereich eingeschränkt sein. Der Regelungsbereich kann ortsabhängig oder streckenabschnittsabhängig (auch: phasenabhängig) sein. Beispielsweise kann der Regelungsbereich durch einen Mittelwert und eine Schwankungsbreite bestimmt sein. Alternativ oder ergänzend kann der Regelungsbereich durch eine Obergrenze und/oder eine Untergrenze der Geschwindigkeit bestimmt sein.
Innerhalb des Streckenabschnitts zum Rollbetrieb kann eine Breite des Regelungsbereichs der Geschwindigkeit (beispielsweise die Schwankungsbreite oder die Differenz zwischen der Obergrenze und der Untergrenze) größer sein als außerhalb des Streckenabschnitts zum Rollbetrieb. Der Streckenabschnitt zum Rollbetrieb kann als Rollphase bezeichnet werden. Beispielsweise kann am Anfang der Rollphase die Obergrenze vergrößert und/oder die Untergrenze verringert werden. Alternativ oder ergänzend kann am Ende der Rollphase die Obergrenze verringert und/oder die Untergrenze erhöht werden.
Der Schritt des Vorausberechnens kann ferner ein Vorausberechnen eines Anfangspunkts und/oder eines Endpunkts des Streckenabschnitts zum Rollbetrieb umfassen. Der Anfangspunkt und/oder der Endpunkt kann jeweils ein Ort oder eine Weglänge entlang der Fahrstrecke sein.
Das zweite Geschwindigkeitsprofil kann unter Einhaltung von Randbedingungen des Streckenabschnitts zum Rollbetrieb berechnet werden. Die Randbedingungen können durch das erste Geschwindigkeitsprofil (beispielsweise durch das für den Verband einheitliche Geschwindigkeitsprofil und/oder einheitliche Abstandsprofil) bestimmt sein. Beispielsweise bestimmt das erste Geschwindigkeitsprofil den Mittelwert des Regelungsbereichs. Alternativ oder ergänzend bestimmt der Streckenabschnitt des bestimmten Höhenprofilmusters die Breite des Regelungsbereichs.
Am Anfangspunkt und/oder am Endpunkt des Streckenabschnitts zum Rollbetrieb kann die Geschwindigkeit des zweiten Geschwindigkeitsprofils mit dem ersten Geschwindigkeitsprofil (insbesondere mit dem für den Verband einheitlichen Geschwindigkeitsprofil) übereinstimmen (beispielsweise im Rahmen des Regelungsbereichs). Alternativ oder ergänzend kann ein Abstand zum vorausfahrenden Straßenfahrzeug am Anfangspunkt und/oder am Endpunkt des Streckenabschnitts zum Rollbetrieb mit dem einheitlichen Abstandsprofil übereinstimmen. Das einheitliche Abstandsprofil kann auf Grundlage des einheitlichen Geschwindigkeitsprofils bestimmt sein, beispielsweise durch einen konstanten zeitlichen Abstand zum vorausfahrenden Straßenfahrzeug.
Die Steuerung kann ferner dazu ausgebildet sein, ein Abstandsprofil eines Abstands zum im Verband vorausfahrenden Straßenfahrzeug zu berechnen. Das zweite Geschwindigkeitsprofil und das Abstandsprofil können Führungsgrößen zur Regelung der Längsbewegung sein.
Das Abstandsprofil des Abstands kann aufgrund des ersten Geschwindigkeitsprofils in Verbindung mit einem zeitlichen Abstand berechnet werden. Beispielsweise kann der Abstand linear, insbesondere proportional, zur Geschwindigkeit des geregelten Fahrzeugs sein. Alternativ oder ergänzend kann das Abstandsprofil aufgrund des ersten Geschwindigkeitsprofils und des zweiten Geschwindigkeitsprofils berechnet werden. Beispielsweise kann der Abstand durch zeitliche Integration der Differenz zwischen dem ersten Geschwindigkeitsprofil und dem zweiten Geschwindigkeitsprofil sein.
Der Abstand kann ein Zwischenabstand für die Länge eines Raums zwischen den Straßenfahrzeugen sein, beispielsweise zwischen Fahrzeugfront und Fahrzeugheck. Alternativ kann der Abstand die Länge zwischen Referenzpunkten der aufeinanderfolgenden Straßenfahrzeuge sein, beispielsweise zwischen Fahrzeugfronten oder zwischen Fahrzeugschwerpunkten.
Der Abstand kann, vorzugsweise auf der gesamten Fahrstrecke, so klein sein, dass das geregelte Fahrzeug in aerodynamischer Wechselwirkung mit dem vorausfahrenden Straßenfahrzeug steht. Beispielsweise kann das geregelte Fahrzeug im Windschatten oder Sog des vorausfahrenden Straßenfahrzeugs sein. Der Zwischenabstand kann kleiner als 30 m sein.
Der Streckenabschnitt zum Rollbetrieb kann auch als Rollphase bezeichnet werden. Das zweite Geschwindigkeitsprofil kann abhängig vom ersten Geschwindigkeitsprofil so vorausberechnet werden, dass der Abstand am Anfang der Rollphase vom Abstand am Ende der Rollphase abweicht. Abhängig vom Betriebszustand nach der Rollphase kann die Änderung des Abstands gemäß dem Abstandsprofil über die Rollphase entweder zunehmend oder abnehmend sein. Beispielsweise nimmt der Abstand gemäß dem Abstandsprofil in der Rollphase ab, falls das Höhenprofil am Ende oder nach der Rollphase flach oder ansteigend ist. Alternativ oder ergänzend nimmt der Abstand gemäß dem Abstandsprofil in der Rollphase zu, falls das Höhenprofil am Ende oder nach der Rollphase fallend ist. Dadurch kann der Schritt des Regelns Störungen ohne Bremseingriff entgegenwirken, beispielsweise durch eine Verlängerung der Rollphase (d. h. einer Verschiebung des Endpunkts der Rollphase). Die Störungen können jeden Einfluss umfassen, der bei der Vorausberechnung unberücksichtigt ist, beispielsweise eine Windböe.
Das zweite Geschwindigkeitsprofil kann abhängig vom ersten Geschwindigkeitsprofil so bestimmt werden, dass der Abstand vor oder am Anfang der Rollphase zunimmt. Hierzu kann die Geschwindigkeit des zweiten Geschwindigkeitsprofils vor oder am Anfang der Rollphase kleiner sein als eine für denselben Ort bestimmte Geschwindigkeit des ersten Geschwindigkeitsprofils (insbesondere des einheitlichen Geschwindigkeitsprofils).
Alternativ oder ergänzend kann das zweite Geschwindigkeitsprofil abhängig vom ersten Geschwindigkeitsprofil so bestimmt werden, dass der Abstand nach oder am Ende der Rollphase abnimmt. Hierzu kann die Geschwindigkeit des zweiten Geschwindigkeitsprofils nach oder am Ende der Rollphase größer sein als eine für denselben Ort bestimmte Geschwindigkeit des ersten Geschwindigkeitsprofils (insbesondere des einheitlichen Geschwindigkeitsprofils).
Die Vorausberechnung des zweiten Geschwindigkeitsprofils kann mit einem geänderten Anfangspunkt und/oder einem geänderten Endpunkt des Streckenabschnitts zum Rollbetrieb wiederholt werden, beispielsweise falls der berechnete Abstand in der Rollphase eine vorgegebene Untergrenze unterschreitet und/oder eine vorgegebene Obergrenze überschreitet. Die vorgegebene Untergrenze des Abstands und/oder die vorgegebene Obergrenze des Abstands werden auch als Abstandsgrenzen bezeichnet. Die aerodynamische Wechselwirkung mit dem vorausfahrenden Straßenfahrzeug kann die Obergrenze des Abstands bestimmen.
Eine Brennkraftmaschine des geregelten Fahrzeugs kann vor und/oder nach der Rollphase in einem kraftstoffeffizienten Intervallbetrieb betrieben wird. Der Intervallbetrieb kann Umschaltpunkte zwischen Rollbetrieb und Antriebsbetrieb umfassen. Die Umschaltpunkte können zum Erreichen der Geschwindigkeit des zweiten Geschwindigkeitsprofils geregelt werden.
Die Steuerung kann ferner dazu ausgebildet sein, das Höhenprofilmuster unter einer Vielzahl von Höhenprofilmustern zu bestimmen. Die Vielzahl von Höhenprofilmuster kann einen Gefällebeginn, eine Kuppe, ein Gefälleende, eine Senke, eine Gefällestufe und/oder einen Gefälleabsatz umfassen. Ein Datensatz mit der Vielzahl von Höhenprofilmustern kann in der Steuerung gespeichert sein und/oder die Steuerung kann den Datensatz abrufen.
Die Vielzahl von Höhenprofilmustern kann jeweils mindestens ein Referenzhöhenprofil umfassen. Im Schritt des Bestimmens kann dem Höhenprofil der vorausliegenden Fahrstrecke das Höhenprofilmuster zugeordnet werden, beispielsweise aufgrund einer Übereinstimmung des Höhenprofils der vorausliegenden Fahrstrecke mit dem jeweiligen Referenzhöhenprofil. Unter der Vielzahl von Höhenprofilmustern kann dasjenige bestimmt werden, dessen Referenzhöhenprofil die größte Übereinstimmung mit dem Höhenprofil der vorausliegenden Fahrstrecke aufweist.
Das zweite Geschwindigkeitsprofil im Streckenabschnitt zum Rollbetrieb (d. h. in der Rollphase) des geregelten Fahrzeugs kann abhängig von den Eigenschaften des geregelten Fahrzeugs berechnet werden. Die Eigenschaften können Masse, Länge, Strömungswiderstandskoeffizient, Rollverzögerung (beispielsweise bezogen auf eine ebene Fahrbahn) und/oder Antriebsbeschleunigung (beispielsweise bezogen auf eine ebene Fahrbahn) des geregelten Fahrzeugs betreffen.
Die Steuerung kann ferner dazu ausgebildet sein, das vorausberechnete zweite Geschwindigkeitsprofil, das einheitliche Geschwindigkeitsprofil und/oder das einheitliche Abstandsprofil an das im Verband nachfahrende Straßenfahrzeug zu senden.
Die Vorausberechnung kann wiederholt werden, beispielsweise in Zeitabständen, die kleiner sind als eine Zeitdauer zum Durchfahren der vorausliegenden Fahrstrecke und/oder fortlaufend (beispielsweise während das Fahrzeug den Streckenabschnitt zum Rollbetrieb durchfährt). Das durch die wiederholte Vorausberechnung aktualisierte zweite Geschwindigkeitsprofil kann der Regelung zugrunde gelegt werden und/oder wiederholt an das im Verband nachfahrende Straßenfahrzeug gesendet werden.
Ferner betrifft die Erfindung ein Fahrzeug, insbesondere ein Nutzfahrzeug, das mit einer Vorrichtung zur Längsregelung gemäß einer Ausgestaltung des Vorrichtungsaspekts ausgestattet ist. Das Fahrzeug (beispielsweise das geregelte Fahrzeug oder jedes Fahrzeug des Verbands) kann ein Nutzfahrzeug sein, insbesondere ein Lastkraftwagen (LKW), ein Zugfahrzeug (beispielsweise der LKW in einem LKW-Gespann oder eine Sattelzugmaschine) oder ein Bus (beispielsweise für den Stadtverkehr, Nahverkehr oder Fernverkehr).
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung und/oder Konfiguration eines Fahrzeugs, insbesondere eines Nutzfahrzeugs. Das Verfahren umfasst die Installation und/oder Konfiguration einer Vorrichtung zur Längsdynamikregelung gemäß dem vorstehenden Aspekt. Das Verfahren kann ferner Schritte des Bereitstellens einer oder mehrerer Merkmale des vorgenannten Aspekts umfassen.
Die zuvor beschriebenen bevorzugten Ausführungsformen und Merkmale der Erfindung sind beliebig miteinander kombinierbar. Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden im Folgenden unter Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:

1 eine schematische Seitenansicht eines Fahrzeugverbands;
2 ein Flussdiagramm eines Verfahrens zur Längsregelung, das von einem Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zur Längsregelung ausführbar ist;
3a bis 3d Beispiele zur Höhenprofilmusterbestimmung und Geschwindigkeitsprofilvorausberechnung anhand schematischer Diagramme mit ortsbezogenen Verläufen der Höhe und der Geschwindigkeit entlang einer Fahrstrecke; und
4 bis 9 jeweils schematische Diagramme mit beispielhaften Verläufen von Führungsgrößen der Geschwindigkeit und des Abstands.

1 zeigt schematisch eine Darstellung eines beispielhaften und allgemein mit Bezugszeichen 100 bezeichneten Verbands von Fahrzeugen. Mindestens eines der Fahrzeuge kann ein Nutzfahrzeug sein. Der Verband 100 kann auch als eine Kolonne bezeichnet werden.
Der Fahrzeugverband 100 umfasst mindestens ein vorausfahrendes Fahrzeug 110 und ein Fahrzeug 120, dessen Längsbewegung geregelt ist. Optional umfasst der Fahrzeugverband 100 mindestens ein weiteres Fahrzeug 130, wobei in nachfolgender Beschreibung eine Technik zur Längsregelung ohne Beschränkung aus der Perspektive des Fahrzeugs 120 beschrieben wird. Ferner ist die nachfolgende Beschreibung anhand der drei Fahrzeuge 110, 120 und 130 beispielhaft. Der Fahrzeugverband 100 kann zwei oder mehr als drei Fahrzeuge umfassen.
Das Fahrzeug 120 umfasst in Fahrtrichtung messende Abstandsensoren, beispielsweise eine Stereokamera 122 und/oder einen Radarsensor 123. Das Fahrzeug 120 ist dazu ausgerüstet, einen Ist-Abstand 124 zum vorausfahrenden Fahrzeug 110 zu bestimmen. Im Folgenden bezieht sich der Abstandsbegriff auf den Abstand zwischen Schwerpunkten der Fahrzeuge. Alternativ kann sich der Abstand auf das Fahrzeugende jedes Fahrzeugs oder die Fahrzeugfront jedes Fahrzeugs beziehen, wie in 1 gezeigt. In allen Fällen kann der Abstand aus dem (beispielsweise mittels der Abstandssensoren 122 und 123 bestimmten) Zwischenabstand 125, d. h. dem Abstand zwischen den Fahrzeugen 110 und 120, bestimmt werden durch Addition der jeweiligen Fahrzeuglänge.
Ferner ist das Fahrzeug 120 dazu ausgerüstet, seine Ist-Geschwindigkeit 126 zu bestimmen. Im Folgenden bezieht sich der Geschwindigkeitsbegriff auf die Geschwindigkeit gegenüber der Fahrbahn.
Jedes Fahrzeug 110, 120 und 130 umfasst eine Kommunikationsantenne 118, 128 beziehungsweise 138. Diese kann Teil einer sicherheitsrelevanten Kommunikation für Fahrten mit reduzierten Zwischenabständen 125 sein (Platoon-Fahrten). Für miteinander über eine Funkverbindung vernetzte Fahrzeuge 110, 120 und 130 kann eine hohe Sicherheit erreicht werden, da dicht aufeinanderfolgende Fahrzeuge zeitgleich automatisiert abgebremst werden können. Die teilnehmenden Fahrzeuge erfüllen bestimmte Randbedingungen wie Vernetzung, automatisierte Längs- und/oder Querregelung und Sicherheitsnachweis für Platoon-Fahren mit reduziertem Zwischenabstand. Die Technik ist jedoch nicht auf Platoon-Fahrten beschränkt. Die Technik kann vielmehr eingesetzt werden bei jeder direkten Kommunikation (beispielsweise von Fahrzeug zu Fahrzeug) oder indirekten Kommunikation zwischen hintereinanderfahrenden Fahrzeugen, beispielsweise bei Fahrzeugen mit einem Zugang zu einem Mobilfunknetz.
Das geregelte Fahrzeug 120 umfasst eine Vorrichtung zur Längsregelung des Fahrzeugs 120 im Verband 100. Die Vorrichtung umfasst eine (oder ist identisch mit einer) Steuerung 121. Optional umfasst die Vorrichtung ferner die Sensoren 122 und 123.
2 zeigt ein Verfahren 200, das von der Steuerung 121 ausgeführt oder gesteuert wird. In einem Schritt 202 erhält die Steuerung 121 ein erstes Geschwindigkeitsprofil 203, das auf eine vorausliegende Fahrstrecke bezogen ist. Das erste Geschwindigkeitsprofil 203 (welches auch als Geschwindigkeitsprädiktion bezeichnet wird) gibt den ortsbezogenen Verlauf einer Soll-Geschwindigkeit an, die einer Regelung der Geschwindigkeit zumindest des im Verband 100 vorausfahrenden Straßenfahrzeugs 110 oder allen Fahrzeugen 110, 120 und 130 zugrunde liegt.
Das erste Geschwindigkeitsprofil 203 ist beispielsweise eine für den Verband 100 einheitliche Führungsgröße der Geschwindigkeit für alle Fahrzeuge 110, 120 und 130 im Verband 100, d. h. ohne eine Anpassung an spezifische Eigenschaften des jeweiligen Fahrzeugs. Das erste Geschwindigkeitsprofil 203 gibt beispielsweise Randwerte oder Randwertbereiche für einen fahrzeugindividuellen Rollbetrieb in einer Rollphase der vorausliegenden Fahrstrecke vor.
In einem Schritt 204 bestimmt die Steuerung 121 ein Höhenprofilmuster 205 aufgrund eines Höhenprofils der vorausliegenden Fahrstrecke. Das Höhenprofil der vorausliegenden Fahrstrecke kann einer Karte mit topographischen Daten oder mit Angaben zur Steigung der Fahrstrecke entnommen sein. Die Karte kann in einem Speicher der Steuerung 121 gespeichert sein oder von der Steuerung 121 (beispielsweise mittels der Kommunikationsantenne 128) abgerufen werden. Beispielsweise gibt das Höhenprofilmuster 205 Randstellen (d. h. Anfangspunkt und Endpunkt) des fahrzeugindividuellen Rollbetriebs in der Rollphase vor.
In einem Schritt 206 des Verfahrens 200 berechnet die Steuerung 121 ein zweites Geschwindigkeitsprofil 207 voraus. Das zweite Geschwindigkeitsprofil 207 ist vom Höhenprofilmuster 205, von Eigenschaften des geregelten Fahrzeugs 120 und dem ersten Geschwindigkeitsprofil 203 abhängig. Das zweite Geschwindigkeitsprofil 207 bezieht sich auch auf die vorausliegende Fahrstrecke. Das zweite Geschwindigkeitsprofil 207 (welches auch als Geschwindigkeitsprädiktion bezeichnet wird) gibt für jeden Ort entlang der vorausliegenden Fahrstrecke eine Soll-Geschwindigkeit des geregelten Fahrzeugs 120 an. Beispielsweise optimiert die Steuerung 121 im Schritt 206 das zweite Geschwindigkeitsprofil 207 für den fahrzeugindividuellen Rollbetrieb in der Rollphase, wobei das erste Geschwindigkeitsprofil 203 und das Höhenprofilmuster 205 die Randbedingungen 208 (d. h. Randwerte oder Randwertebereiche und Randstellen) der Rollphase vorgeben.
Ein Bereitstellen 210 der Geschwindigkeitsprofile 203 und 207 und des Höhenprofilmusters 205 kann regelmäßig wiederholt werden, beispielsweise vor Erreichen eines Endes der jeweiligen Fahrstrecke auf die sich die Verläufe 203, 205 und 207 beziehen. Beispielsweise wird das Geschwindigkeitsprofil 203 regelmäßig einer Geschwindigkeitsregelung des Fahrzeugs 120 bereitgestellt.
Optional berechnet die Steuerung 121 in einem Schritt 212 ein Abstandsprofil 213 voraus, d. h. einen ortsbezogenen Verlauf als Führungsgröße des Abstands 124, das auch als Abstandsprädikation bezeichnet wird. Beispielsweise umfasst der Schritt 212 eine zeitliche Integration der Differenz der Geschwindigkeitsprofile 203 und 207. Alternativ oder ergänzend wird im Schritt 212 die Führungsgröße des Abstands 124 gemäß einem bestimmten zeitlichen Abstand berechnet. Beispielsweise kann ein (im Allgemeinen nicht konstantes) Geschwindigkeitsprofil 203 für alle Fahrzeuge 110, 120 und 130 des Verbands 100 ortsbezogen identisch genutzt werden, indem die Fahrzeuge 120 und 130 ihren Abstand proportional zur Geschwindigkeit regeln.
Der Schritt 212 kann (beispielsweise zusammen mit dem Bereitstellen 210 oder dem Bereitstellen 210 nachgeordnet) regelmäßig wiederholt werden. Das Abstandsprofil 213 wird einer Abstandsregelung des Fahrzeugs 120 bereitgestellt.
Optional wird im Schritt 214 das erste Geschwindigkeitsprofil 203, das zweite Geschwindigkeitsprofil (wie in 2 gezeigt) und/oder das Abstandsprofil 213 an das im Verband 100 nachfahrende Fahrzeug 130 gesendet, beispielsweise mittels der Kommunikationsantenne 128.
Im Schritt 216 des Verfahrens 200 regelt die Steuerung 121 oder eine eigenständige Längsregelung die Längsbewegung des geregelten Fahrzeugs 120 auf der vorausliegenden Fahrstrecke gemäß dem zweiten Geschwindigkeitsprofil 207, und optional, dem Abstandsprofil 213. Die Längsregelung (als Funktion der Steuerung 121 oder als eigenständige Längsregelung) kann die Abstandsregelung und die Geschwindigkeitsregelung umfassen.
Das Fahrzeug 120, beispielsweise ein schweres Nutzfahrzeug, kann bereits bei leichtem Gefälle seinen Schwung (beispielsweise Impuls und kinetische Energie) nutzen um Kraftstoff zu sparen. An Kuppen oder bei Gefällebeginn wird hierzu die Geschwindigkeit 126 zuerst reduziert, indem frühzeitig das Antriebsmoment abgeschaltet oder reduziert wird. Im anschließenden Gefälle rollt das Fahrzeug bergab mit zunehmender Geschwindigkeit, ohne dass Antriebsleistung erforderlich wäre. Ein Verfahren zur Berechnung einer Rollphase eines einzelnen Fahrzeugs ist beispielsweise in der Druckschrift DE 10 2008 023 135 beschrieben und kann beispielsweise zur Berechnung des ersten Geschwindigkeitsprofils angewandt werden, also beispielsweise zur Berechnung des Geschwindigkeitsprofils des ersten Fahrzeugs im Verband eingesetzt werden oder auf die Berechnung des für den Verband einheitlichen Geschwindigkeitsprofils übertragen werden (beispielsweise indem die Eigenschaften der Fahrzeuge im Verband gemittelt werden und die gemittelten Eigenschaften in das Verfahren eingesetzt werden). Alternativ oder ergänzend kann das Verfahren auch unter Einhaltung der Randbedingungen 208 zur fahrzeugindividuellen Optimierung des zweiten Geschwindigkeitsprofils im Schritt 206 angewandt werden. Derartige automatisch arbeitende Systeme sind in Serienfahrzeugen unter dem Begriff GPS-Tempomat verfügbar. Diese Systeme sind in der Lage, eine Kraftstoffeinsparung für unterschiedliche Situationen zu erreichen.
Eine beispielhafte Einteilung einer Vielzahl von Höhenprofilmustern ist in den 3a bis 3d gezeigt. Aus der Vielzahl von Höhenprofilmustern wird das Höhenprofilmuster 205 im Schritt 204 bestimmt. Die 3a bis 3d zeigen (vier beispielhafte) Grundtypen für erweiterte Rollsituationen aus der Vielzahl der möglichen Höhenprofilmuster. Die Höhenprofilmuster, auf deren Grundlage der Schritt 204 des Bestimmens ausgeführt wird, können Grundtypen einer erweiterten Rollsituation sein.
Alle Höhenprofilmuster 205 umfassen eine Rollphase. Beispielsweise gibt das Höhenprofilmuster 205, wie in den 3a bis 3d jeweils gezeigt, den Anfangspunkt und den Endpunkt der Rollphase an.
Aus der Vielzahl der Höhenprofilmuster kann das Höhenprofilmuster 205 im Schritt 204 durch Abgleich des Höhenprofils der vorausliegenden Fahrstrecke mit einem Referenzhöhenprofil 302 bestimmt werden. Das im Schritt 204 bestimmte Höhenprofilmuster 205 kann einem der Grundtypen entsprechen. Dazu kann jedes der Höhenprofilmuster das jeweilige Referenzhöhenprofil 302 umfassen.
Die 3a bis 3d zeigen jeweils mehrere schematische Beispiele für das Geschwindigkeitsprofil 207. Das im Schritt 206 vorausberechnete zweite Geschwindigkeitsprofil 207 hängt von den Eigenschaften des Fahrzeugs 120 ab. Eine Obergrenze 304 und eine Untergrenze 306 der Geschwindigkeit, die bei der Vorausberechnung 206 des Geschwindigkeitsprofils 207 (d. h. der fahrzeugspezifischen Führungsgröße für die Fahrzeuggeschwindigkeit 126) eingehalten wird, weichen in der Rollphase stärker vom ersten Geschwindigkeitsprofil 203 (d. h. der fahrzeugunspezifischen Führungsgröße für die Fahrzeuggeschwindigkeit) ab als außerhalb der Rollphase (beispielsweise in der Antriebsphase und/oder der Bremsphase). In der Rollphase nimmt die Geschwindigkeit allein aufgrund des Gefälles zu.
Der Schritt 216 des Regelns prüft das Erreichen oder Unterschreiten einer Untergrenze des Ist-Abstands 124 (oder entsprechend des Zwischenabstands 125), bei dem ein Bremseingriff ausgeführt wird. Der Schritt 206 berücksichtigt (beispielsweise iterativ mit dem Schritt 212) die Untergrenze des Abstands, indem das abhängig vom zweiten Geschwindigkeitsprofil 207 berechnete Abstandsprofil 213 die Untergrenze des Abstands nicht erreicht.
Optional ist eine Obergrenze des Abstands 124 (bzw. des Zwischenabstands 125) bestimmt, die bei einer iterativen Bereitstellung 210 des zweiten Geschwindigkeitsprofils 207 und Vorausberechnung 212 des Abstandsprofils 213 eingehalten wird. Die Obergrenze für den Abstand ist so bestimmt, dass die Antriebsleistung des geregelten Fahrzeugs 120 ausreicht trotz des mit dem Abstand zunehmenden Luftwiderstand, beispielsweise um eine durch das erste Geschwindigkeitsprofil 203 oder die Randbedingungen 208 vorgegebene Geschwindigkeit nach der Rollphase zu erreichen. Alternativ oder ergänzend kann die Obergrenze des Abstands 124 so bestimmt sein, dass der auf das geregelte Fahrzeug 120 wirkende Luftwiderstand einen bestimmten Bruchteil (beispielsweise 50%) des Luftwiderstands bei gleicher Geschwindigkeit ohne Windschatten nicht überschreitet. Dadurch kann ein Auseinanderreißen des Fahrzeugverbands 100 verhindert werden.
Das auf Grundlage des Höhenprofilmusters 205 der 3b und 3c berechnete zweite Geschwindigkeitsprofil 207 führt in einer vorteilhaften Ausführung zu einem in der Rollphase zunehmenden Abstand 124. Die 3b zeigt schematisch das Referenzhöhenprofil 302 einer Senke. Die 3c zeigt schematisch das Referenzhöhenprofil 302 einer Gefällestufe. Gemäß dem Höhenprofilmuster 205 folgt auf die Rollphase jeweils eine Antriebsphase. Die geringe Abstandszunahme während der Rollphase ermöglicht eine energieeffiziente und robuste Regelung im Schritt 216. So wird eine gegenüber Störeinflüssen robuste Abstandsregelung erreicht, die eine kraftstoffsparende Fahrweise bei geringem Abstand möglichst ohne verbrauchsnachteilige Bremseingriffe ermöglicht. Beispielsweise ist der Umschaltpunkt von der Rollphase zur Antriebsphase für einen Abstand bestimmt oder vorausberechnet, der größer als die Untergrenze des Abstands 124 (oder entsprechend des Zwischenabstands 125) ist.
In dem Streckenabschnitt mit Rollphase sind für die Längsregelung die Einflussmöglichkeiten gering, sobald die Rollphase begonnen hat. Deshalb ist im zweiten Geschwindigkeitsprofil 207 für den Verlauf des Rollens eine geringfügige Abstandszunahme eingeplant. Störeinflüssen, die zu einem kleineren Ist-Abstand 124 als dem gemäß dem Abstandsprofil 213 geplanten Abstand führen, können (beispielsweise im Ausmaß der geplanten Abstandszunahme) ohne Unterschreiten der Untergrenze des Abstands bzw. ohne Bremseingriff kompensiert werden.
Das auf Grundlage des Höhenprofilmusters 205 der 3a und 3d berechnete zweite Geschwindigkeitsprofil 207 führt in einer vorteilhaften Ausführung zu einem in der Rollphase abnehmenden Abstand 124. Die 3a zeigt schematisch das Referenzhöhenprofil 302 einer Kuppe. Die 3d zeigt schematisch das Referenzhöhenprofil 302 eines Plateaus. An die Rollphase schließt sich gemäß dem Höhenprofilmuster 205 eine Bremsphase an. Die gemäß den vorausberechneten Profilen 207 und 213 geplante Abstandsabnahme während der Rollphase ermöglicht eine energieeffiziente und robuste Regelung im Schritt 216, da dadurch möglichst viel Schwung in die Rollphase eingebracht wird und ein geringer Abstand am Ende der Rollphase für den Schritt 216 des Regelns der Längsbewegung unproblematisch ist. Beispielsweise wird im Schritt 216 früher als geplant die Bremse angesteuert im Falle von den Abstand verkleinernden Störeinflüssen. D. h. es wird lediglich der Endpunkt der Rollphase verändert.
Fahren mehrere Fahrzeuge 110, 120 und 130 im Verband 100 mit geringem Abstand hintereinander, so kann jedes individuelle Fahrzeug des Verbands 100 den kraftstoffsparenden Rollbetrieb an einer Kuppe, bei Gefällebeginn, oder ganz allgemein an einer geeigneten örtlich fixierten Situation nur dann optimal nutzen, wenn in dieser Situation eine Variation der Geschwindigkeit erlaubt ist, die sich alleine aufgrund der variablen Streckensteigung und der individuellen Rolleigenschaft des Fahrzeugs ergibt. D. h. das Rollen des Fahrzeugs soll möglichst lange nicht gestört werden (beispielsweise durch Bremseingriffe), sofern weitere Randbedingungen eingehalten werden (z. B. sollte an einer Kuppe die Geschwindigkeit nicht zu lange zu klein sein).
Dies wird durch die das Verfahren 200 umsetzende Steuerung 121 erreicht. Im Vordergrund steht die individuelle Ausgestaltung der Rollphase für einen einzelnen Teilnehmer (beispielhaft das Fahrzeug 120) des Verbands 100 im Schritt 206, wobei das Zusammenwirken aller Fahrzeuge 110, 120 und 130 im Verband 100 (beispielsweise zur verbesserten Aerodynamik und/oder teilautonomen Längsregelung) durch das erste Geschwindigkeitsprofil 203 festgelegt ist.
Ein Implementierungsbeispiel des Verfahrens 200 für lange Verbände 100, beispielsweise mit mindestens 3 teilnehmenden Fahrzeugen, wird beschrieben. Das erste Geschwindigkeitsprofil 203 gibt für alle teilnehmenden Fahrzeuge eine ortsbezogene Soll-Geschwindigkeit vor. Aus dem ersten Geschwindigkeitsprofil 203 kann ein variables und für den Verband einheitliches, ortsbezogenes Abstandsprofil festgelegt werden, beispielsweise indem das Geschwindigkeitsprofil 203 von einem Fahrzeug zum anderen mit einer festen zeitlichen Differenz angenommen wird. Das erste Geschwindigkeitsprofil 203 ist vorab unter Berücksichtigung der Eigenschaften (insbesondere einem Rollvermögen und einem Antriebsvermögen) der im Verband 100 teilnehmenden Fahrzeuge abgestimmt. Durch eine Abstimmung innerhalb der teilnehmenden Fahrzeuge und unter Berücksichtigung des Antriebsvermögens und des Rollvermögens jedes einzelnen Fahrzeugs ist sichergestellt, dass z. B. an einer Steigung der Verband nicht auseinanderreißt, weil etwa die Antriebsleistung bei einem teilnehmenden Fahrzeug nicht ausreicht zum Erreichen der durch das erste Geschwindigkeitsprofil 203 vorgegebenen Geschwindigkeit.
Bezogen auf die vorausliegende Fahrstrecke werden in jedem teilnehmenden Fahrzeug folgende Schritte durchgeführt. Im Schritt 204 wird geprüft, ob eine Rollsituation gemäß einem Höhenprofilmuster 205 vorliegt, und falls ja, werden Anfangspunkt und Endpunkt der Rollphase bestimmt. Für die Rollsituation wird im Schritt 206 eine Geschwindigkeitsprädiktion durchgeführt, d. h. das zweite Geschwindigkeitsprofil 207 wird vorausberechnet. Das zweite Geschwindigkeitsprofil 207 wird soweit adaptiert, dass die Randbedingungen 208 der Rollphase erfüllt sind.
Die Randbedingungen 208 fordern, dass am Anfangspunkt und am Endpunkt der Rollphase sowohl der Geschwindigkeitswert als auch der zurückgelegte Weg mit dem ersten Geschwindigkeitsprofil 203 bzw. dem (beispielsweise empfangenen oder aus dem ersten Geschwindigkeitsprofil 203 abgeleiteten) Abstandsprofil übereinstimmen, die einheitlich für den Verband 100 vorgegeben sind (d. h. die für den Verband 100 einheitlich vorgegebenen Führungsgrößen der Längsregelung).
Das zweite Geschwindigkeitsprofil 207 wird unter Beachtung der Randbedingungen 208 (beispielsweise einmalig oder iterativ) variiert und/oder optimiert, so dass das individuell geregelte Fahrzeug 120 eine möglichst verbrauchssparende Rollphase nutzen kann. Die Vorausberechnung des für das geregelte Fahrzeug 120 optimierten zweiten Geschwindigkeitsprofils 207 hängt vom Höhenprofilmuster 205, den Eigenschaften des geregelten Fahrzeugs 120 und dem ersten Geschwindigkeitsprofil 203 ab. Dieses fahrzeugindividuelle Vorausberechnen 206 des zweiten Geschwindigkeitsprofils 207 setzt eine oder mehrere Maßnahmen ein, ohne darauf beschränkt zu sein, beispielsweise eine der nachstehend genannten Maßnahmen.
Aus der Kenntnis des ersten Geschwindigkeitsprofils 203, das der Längsregelung des vorderen Fahrzeugs zugrunde liegt, und dem zweiten Geschwindigkeitsprofil 207 für die eigene Regelung 216 der Längsbewegung wird im Schritt 212 das Abstandsprofil 213 vorausberechnet. Beispielsweise stimmt das im Schritt 202 erhaltene erste Geschwindigkeitsprofil 203 überein sowohl mit dem einheitlichen Geschwindigkeitsprofil des Verbands 100 als auch dem der Längsregelung des vorausfahrenden Fahrzeugs 110 zugrundliegenden Geschwindigkeitsprofil. Alternativ oder ergänzend gibt das im Schritt 202 erhaltene erste Geschwindigkeitsprofil 203 sowohl das einheitliche Geschwindigkeitsprofil des Verbands 100 als auch das der Längsregelung des vorausfahrenden Fahrzeugs zugrundliegenden Geschwindigkeitsprofil an (beispielsweise ohne dass diese identisch sein müssen).
Die mindestens eine Maßnahme und mindestens ein Zeitpunkt zur Anwendung der jeweiligen Maßnahme wird auch abhängig vom prädizierten Abstandsverlauf 213 bestimmt, beispielsweise in einem der Schritte 204, 206 und 212, oder einem separaten Maßnahmen-Schritt. Vorzugsweise werden hierzu die Schritte 204, 206 und 212, und ggf. der separate Maßnahmen-Schritt, wiederholt.
Im optionalen Schritt 214 wird die optimierte Geschwindigkeitsprädiktion 207 für die vorausliegende Rollsituation an das nachfolgende Fahrzeug 130 weitergegeben, z. B. über eine Funkverbindung zwischen den Kommunikationsantennen 128 und 138. Im Schritt 216 werden die Führungsgrößen der Profile 207 und 213 mithilfe eines Geschwindigkeitsreglers bzw. eines Abstandsreglers eingeregelt.
Ein Implementierungsbeispiel des Verfahrens 200 für kurze Verbände 100, z. B. für Verbände 100 mit zwei oder drei teilnehmenden Fahrzeugen, kann dem vorgenannten Implementierungsbeispiel entsprechen. Das Erhalten und Verwenden eines für den Verband 100 einheitlichen, ortsbezogenen Geschwindigkeitsprofils ist nicht zwingend erforderlich. Es wird (beispielsweise in den Schritten 204, 206 und 212) das im Schritt 202 vom vorausfahrenden Fahrzeug 110 für seine Längsregelung ermittelte und über Funk mitgeteilte erste Geschwindigkeitsprofil 203 verwendet.
In jeder der vorstehenden Implementierungen kann der Schritt 204 auf einer Einteilung der erweiterten Rollsituationen mittels Höhenprofilmustern basieren. Die Grundtypen der erweiterten Rollsituationen, in denen die Rollphase Verbrauchsvorteile bieten kann, umfassen Referenzhöhenprofile 302 mit zugeordneten Anfangs- und Endpunkten zur Erkennung mindestens einer der folgenden Situationen: Gefällebeginn oder Kuppe (schematisch gezeigt in 3a), Gefälleende oder Senke (schematisch gezeigt in 3b), Gefällestufe oder kurze Gefällestrecke (schematisch gezeigt in 3c) und Gefälleabsatz, Plateau oder kurze Unterbrechung der Gefällestrecke (schematisch gezeigt in 3d).
Die Obergrenze 304 und die Untergrenze 306 der Geschwindigkeit definieren einen Regelungsbereich, der auch als Geschwindigkeitsband bezeichnet wird und in den 3a bis 3d gestrichelt gezeichnet ist. In der Antriebsphase der erweiterten Rollsituation, d. h. im Streckenabschnitt „Antrieb“ der vorausliegenden Fahrstrecke (vor oder nach der Rollphase), ist ein Betrieb mit kontinuierlichem Antrieb, ein Intervall-Betrieb des Antriebs oder eine kurze Rollphase, bei der die Geschwindigkeit innerhalb des Geschwindigkeitsbandes bleibt, möglich. Die vorliegende Technik ist, unabhängig vom Betriebsmodus vor der Rollphase, bei jedem Übergang von der Antriebsphase in die Rollphase einsetzbar. Eine Entscheidung zwischen kontinuierlichem Antrieb, Intervall-Betrieb und Rollen innerhalb des Geschwindigkeitsbandes in der Antriebsphase kann gemäß dem nachveröffentlichten Dokument DE 10 2015 006 445 implementiert sein. Beispielsweise kommen der kontinuierliche Antrieb bei leichter Steigung und der Intervall-Betrieb bei ebener oder leicht abfallender Strecke zur Anwendung.
In der Bremsphase der erweiterten Rollsituation, d. h. im Streckenabschnitt „Bremsen“ der vorausliegenden Fahrstrecke (nach oder vor der Rollphase, beispielsweise für Bergabfahrten), wird im Schritt 206 die Obergrenze 304 der Geschwindigkeit als Führungsgröße im zweiten Geschwindigkeitsprofil 207 festgelegt und/oder im Schritt 216 die Geschwindigkeit des geregelte Fahrzeug 120 auf die Obergrenze 304 einregeln, soweit diese mit dem ersten Geschwindigkeitsprofil 203 und der Untergrenze des Abstands vereinbar ist. In der Bremsphase besteht für jedes Fahrzeug 120 und 130 im Verband 100 Potential zur verbrauchsfreien Anpassung des jeweiligen Abstands.
In der Rollphase der erweiterten Rollsituation, d. h. im Streckenabschnitt „Rollen“ der vorausliegenden Fahrstrecke, ist das Geschwindigkeitsband 304, 306 erweitert gegenüber der Antriebsphase und der Bremsphase. Innerhalb der Rollphase sind verschiedene Betriebsarten möglich, insbesondere Motor im Schleppbetrieb, Motor abgekuppelt im Leerlauf oder Motor abgekuppelt und abgeschaltet.
Das fahrzeugindividuell optimierte Geschwindigkeitsprofil 207 kann zur Beeinflussung des Verlaufs der Geschwindigkeit und/oder zur kraftstoffsparenden Nutzung der Rollphase die Maßnahmen vorausbestimmen und/oder durch die Maßnahmen umgesetzt werden. Die Maßnahmen umfassen eine Änderung des Anfangs- und/oder Endpunkts der Rollphase, eine Wahl der Betriebsart innerhalb der Rollphase, einen Abstandsaufbau vor der Rollphase und/oder ein Aufholen nach der Rollphase. Die Maßnahmen können jeweils im Schritt 206 oder dem separaten Maßnahmen-Schritt vorausberechnet und/oder vorbestimmt werden. Alternativ oder ergänzend können die Maßnahmen im Schritt 216 angewandt werden.
4 zeigt schematisch ein Ausführungsbeispiel M1a der allgemein mit M1 bezeichneten Maßnahme zur Änderung des Anfangspunkts und/oder des Endpunkts der Rollphase. Die Wirkung des Ausführungsbeispiels M1a der Maßnahme M1 zur Erreichung des fahrzeugindividuell optimierten zweiten Geschwindigkeitsprofils 207 und des zugehörigen Abstandsprofils 213 ist schematisch gezeigt. Das Ausführungsbeispiel M1a der Maßnahme M1 ermöglicht eine variable Ausdehnung der Rollphase. Dies ist durch die unterschiedlichen mittels der Maßnahme M1a erreichbaren zweiten Geschwindigkeitsprofile 207 in 4 schematisch dargestellt.
In 4 sind Varianten für das zweite Geschwindigkeitsprofil 207 (das auch als vorausberechneter Geschwindigkeitsverlauf oder Geschwindigkeitsprädiktion bezeichnet wird) und den jeweiligen vorausberechneten Abstand 213 mit dünnen Linien eingezeichnet. Zur leichteren Zuordnung der jeweiligen Wirkung des Ausführungsbeispiels M1a der Maßnahme M1 auf Geschwindigkeit und Abstand sind die durch das Ausführungsbeispiel M1a der Maßnahme M1 verursachten Abweichungen bei zunehmender Intensität (d. h. zeitlicher Versatz zu früherem Anfangspunkt der Rollphase) des Ausführungsbeispiels M1a der Maßnahme M1 in Richtung eines weißen Pfeils gezeigt.
In 4 ist das Ausführungsbeispiel M1a der Maßnahme M1 im Zeitverlauf dargestellt. Der mit v_A bezeichnet Geschwindigkeitsverlauf entspricht dem einheitlich vorgegebene Geschwindigkeitsprofil 203 oder dem Geschwindigkeitsprofil 203 des vorausfahrenden Fahrzeugs 110. Der mit v_B bezeichnet Geschwindigkeitsverlauf entspricht dem zweiten Geschwindigkeitsprofil 207 des geregelten Fahrzeugs 120. Im unteren Diagramm für den Abstand 124 zwischen den Fahrzeugen 110 und 120 sind die vorgegebenen Anfangspunkte und Endpunkte der Rollphase (beispielsweise der Betrag des Abstands gemäß dem verbandseinheitlichen Geschwindigkeitsprofil 203 und/oder der Ort oder Zeitpunkt gemäß dem im Schritt 204 bestimmten Höhenprofilmuster 205) mit d_SollStart bzw. d_SollEnde eingetragen. Es ist ersichtlich, dass allein durch Anwendung des Ausführungsbeispiels M1a der Maßnahme M1 ein Abstandsfehler insgesamt ausgeglichen werden kann. Die Differenz zwischen d_SollEnde und d_SollStart wird auch als Abstandsbedarf oder benötigter Abstand bezeichnet. Hierbei kann die Dauer der Rollphase ein erster Parameter der fahrzeugindividuellen Optimierung im Schritt 206 sein. Für die durch den ersten Parameter gegebene Dauer der Rollphase wird der Anfangspunkt der Rollphase so festgelegt, dass am Endpunkt der Rollphase der Abstand d_SollEnde erreicht ist (dicke Linie). Hierbei kann entweder der Anfangspunkt oder der Endpunkt ein zweiter Parameter der fahrzeugindividuellen Optimierung im Schritt 206 sein. Der Minimalwert im Abstand d_Min ist dann (gleichzeitig) nicht beeinflussbar. Aus Sicherheitsgründen ist immer die Untergrenze des Abstands einzuhalten. Sollte d_Min (beispielsweise in der Abstandsprädiktion 213) kleiner als die Untergrenze des Abstands werden, so können weitere Maßnahmen (z. B. die Maßnahme des Abstandsaufbaus) angewandt werden, beispielsweise in einer weiteren Iteration des Bereitstellens 210 und der Abstandsprädikation 212.
Beim Ausführungsbeispiel M1a der Maßnahme M1 beginnt die Rollphase an der Kuppe (die beispielsweise gemäß dem Höhenprofilmuster der 3a bestimmt ist) früher. Bei einem Ausführungsbeispiel M1b der Maßnahme M1 beginnt die Rollphase an der Senke (die beispielsweise gemäß dem Höhenprofilmuster der 3b bestimmt ist) früher. Bei einem Ausführungsbeispiel M1c der Maßnahme M1 beginnt die Rollphase an der Gefällestufe (die beispielsweise gemäß dem Höhenprofilmuster der 3c bestimmt ist) später. Bei einem Ausführungsbeispiel M1d der Maßnahme M1 beginnt die Rollphase am Gefälleabsatz (der beispielsweise gemäß dem Höhenprofilmuster der 3d bestimmt ist) früher. Der zugehörige Endpunkt der Rollphase kann bei jedem Ausführungsbeispiel durch den Schnittpunkt des Geschwindigkeitsverlaufs der Rollphase (welcher abhängig von den Fahrzeugeigenschaften vorausberechnet wird) mit der für den Verband 100 einheitlich vorgegebenen Soll-Geschwindigkeit für das Ende der Rollphase vorausberechnet werden.
Durch die Anwendung der Maßnahme M1 im Fahrzeugverband 100 kann der Anfangspunkt der Rollphase gerade so festgelegt werden, dass der eigene Abstand übereinstimmt mit der Führungsgröße des Abstands gemäß dem Abstandsprofil 213, das beispielsweise aus der für den Verband 100 einheitlichen Geschwindigkeitsprädiktion 203 oder mit der Geschwindigkeitsprädiktion 203 des jeweils vorausfahrenden Fahrzeugs berechnet ist.
Die Ausführungsbeispiele M1c und M1d der Maßnahme M1 verringern (durch das bis zur Obergrenze 304 reichende Geschwindigkeitsprofil 207) oder vergrößern (durch das bis zur Untergrenze 306 reichende Geschwindigkeitsprofil 207) den Abstand über die gesamte erweiterte Rollsituation. Damit kann (beispielsweise im Schritt 206 oder im separaten Maßnahmen-Schritt) eine Anpassung an das verbandseinheitliche Abstandsprofil oder an die Abstandsprädiktion 213 (beispielsweise berechnet aus dem ersten Geschwindigkeitsprofil 203, insbesondere aus der Geschwindigkeitsprädikation des vorausfahrenden Fahrzeugs 110 oder aus dem verbandseinheitlichen Geschwindigkeitsprofil) vorgenommen werden.
5 zeigt anhand schematischer Verläufe der Geschwindigkeit und des Abstands die allgemein mit M2 bezeichnete Maßnahme zur Wahl der Betriebsart innerhalb der Rollphase. Die Rollphase kann im Motorschleppbetrieb, im Freilauf mit Motor im Leerlaufbetrieb oder mit abgeschaltetem Motor durchgeführt werden. Die Wirkung der Maßnahme M2 entspricht einem Fahrzeug mit verändertem Rollverhalten. Die Wirkung des verschlechterten Rollverhaltens durch den geschlossenen Triebstrang ist in 5 strichliert gezeigt.
Besitzt beispielsweise das geregelte Fahrzeug 120 bessere Rolleigenschaften als die anderen am Verband 100 teilnehmenden Fahrzeuge, ist es vorteilhaft, wenn das geregelte Fahrzeug 120 in der Rollphase die Betriebsart mit Motor im Schleppbetrieb nutzt, während die anderen Fahrzeuge (insbesondere das vorausfahrende Fahrzeug 110) jeweils ihre Rollphase ausgekuppelt durchfahren. Dieses Beispiel ist in 5 mit gestrichelter Linie für die Geschwindigkeit v_B dargestellt. Die Veränderung des Abstandes 124 während der Rollphase kann somit klein gehalten werden.
Die Maßnahme M2 kann auch abschnittsweise innerhalb der Rollphase genutzt werden. Wird beispielsweise in der Situation einer Kuppe (d. h. bei dem bestimmten Höhenprofilmuster der Kuppe, beispielsweise gemäß 3a) zuerst mit Motorschleppen gerollt, so wird die Geschwindigkeit (beispielsweise in der Ebene) zuerst mehr abnehmen oder (beispielsweise bei Gefälle) weniger zunehmen. Am Ende der Rollphase kann mit geöffnetem Triebstrang gerollt werden, um eine höhere Geschwindigkeitszunahme zu bewirken und damit eine weitere Abstandszunahme zu vermeiden oder rückgängig zu machen. Dieses Beispiel ist in 5 mit durchgezogener Linie für die Geschwindigkeit v_B dargestellt.
Die Maßnahmen ermöglichen, eine Bremsung innerhalb der Rollphase zu vermeiden. Indem die Maßnahmen im Vorfeld, d. h. bei der Prädiktion in mindestens einem der Schritte 204, 206 und 212 bestimmt und ggf. kombiniert werden, können nicht nur Randwerte sondern auch Verläufe (beispielsweise zur Erfüllung der Untergrenze des Abstands) vorausberechnet und im Schritt 216 umgesetzt werden. Ferner ist im Schritt 216 jederzeit bei einem über den Regelungsbereich hinausgehenden Störeinfluss, beispielsweise bei einer Unterschreitung der Untergrenze des Abstands, eine Bremsung durch die Abstandsregelung möglich.
Die 6 bis 8 zeigen Ausführungsbeispiele der allgemein mit M3 bezeichneten Maßnahme zum Abstandsaufbau vor der Rollphase. Die Rollphase wird vollständig vorausberechnet im Schritt 206 (hinsichtlich des Geschwindigkeitsprofils 207) und optional im Schritt 212 (hinsichtlich des Abstandsprofils 213). Eine lange Rollphase garantiert auch eine große Kraftstoffeinsparung. Um einen möglicherweise zu geringen Abstand in der Rollphase bereits im Vorfeld zu vermeiden, kann vor Beginn der Rollphase Abstand aufgebaut werden. In Abhängigkeit von der der Rollphase vorausgehenden Betriebsart werden folgende Ausführungsbeispiele der Maßnahme M3 angewandt.
Das in der 6 (beispielhaft und ohne Beschränkung anhand der Situation der Kuppe) beschriebene Ausführungsbeispiel M3a der Maßnahme M3 bewirkt den Abstandsaufbau durch Geschwindigkeitsreduzierung in der vorausgehenden kontinuierlichen Antriebsphase. Das Ausführungsbeispiel M3a der Maßnahme M3 kann insbesondere bei erweiterten Rollsituationen mit Gefällebeginn, Kuppe und/oder Gefällestufe angewandt werden. Hierbei ist der Abstandsbedarf (beispielsweise nach dem Schritt 212) bekannt. Der benötigte Abstand wird gezielt vor dem Anfangspunkt der Rollphase durch eine gegenüber dem vorausfahrenden Fahrzeug 110 reduzierte Geschwindigkeit aufgebaut werden, wie in 6 schematisch dargestellt. D. h. das zweite Geschwindigkeitsprofil 207 hängt im Schritt 206 insofern vom ersten Geschwindigkeitsprofil 203 ab, als das zweite Geschwindigkeitsprofil 207 um einen vom Verhältnis aus dem Abstandsbedarf und der Zeit des Abstandsaufbaus bestimmten Betrag kleiner ist.
Das in der 7 (beispielhaft und ohne Beschränkung anhand der Situation der Kuppe) beschriebene Ausführungsbeispiel M3b der Maßnahme M3 bewirkt einen Abstandsaufbau durch Verschiebung der Umschaltpunkte in einem der Rollphase vorausgehenden Intervallbetrieb. Das Ausführungsbeispiel M3b der Maßnahme M3 kann insbesondere bei erweiterten Rollsituationen mit Gefällebeginn, Kuppe und/oder Gefällestufe angewandt werden. Vor der Rollphase kann das Fahrzeug 120 innerhalb des Verbands 100 vorteilhaft im Intervallbetrieb fahren. Die Umschaltpunkte zwischen der Antriebsphase und der Rollphase (des Intervallbetriebs vor der Rollphase des Höhenprofilmusters) kann dahingehend angepasst werden, dass das Fahrzeug 120 (auch bei vom vorausfahrenden Fahrzeug 110 abweichenden Antriebs- und/oder Rolleigenschaften) verbrauchsgünstig im Verband 100, also mit geringem Abstand, fahren kann.
Gemäß der Maßnahme M3b werden der letzte oder die letzten Umschaltpunkte des Intervallbetriebs vor der Rollphase so variiert, dass ein Abstandsaufbau für die nachfolgende Rollsituation erreicht wird. 7 stellt die Maßnahme M3b schematisch dar. Durch Verschieben des letzten Umschaltpunkts von Roll- zur Antriebsphase des Intervallbetriebs zu späteren Zeiten wird eine kleinere Geschwindigkeit am Anfangspunkt der Rollphase des Höhenprofilmusters 205 erreicht. Der weiße Pfeil in 7 zeigt die Wirkung der Maßnahme M3b bei zunehmender Verschiebung. Der Endpunkt der Antriebsphase, d. h. der Anfangspunkt der Rollphase, kann durch den Schnittpunkt des Geschwindigkeitsverlaufs in der Rollphase mit dem Geschwindigkeitsverlauf der Antriebsphase berechnet werden.
Das in der 8 (beispielhaft und ohne Beschränkung anhand der Situation der Senke) beschriebene Ausführungsbeispiel M3c der Maßnahme M3 bewirkt einen Abstandsaufbau durch Geschwindigkeitsreduzierung bergab in der vorausgehenden Bremsphase. Das Ausführungsbeispiel M3c der Maßnahme M3 kann insbesondere bei erweiterten Rollsituationen mit Gefälleende, Senke, Gefälleabsatz und/oder Plateau angewandt werden. Am Gefälleende wird eine große Kraftstoffeinsparung erzielt, indem eine möglichst hohe Geschwindigkeit möglichst spät am Gefälleende ausgenutzt wird. Optional wird im Schritt 206 und/oder 212 eine möglichst lange anschließende Rollphase geplant, um die Antriebsphase nach der Rollphase zu einem möglichst späten Endpunkt der Rollphase zu beginnen. Ist das Rollverhalten des eigenen Fahrzeugs wesentlich besser als das des Vorausfahrenden, kann durch Bremsung vor der Rollphase Abstand aufgebaut werden und dann die lange Rollphase vorteilhaft genutzt werden. 8 stellt die Maßnahme M3c schematisch dar.
9 zeigt schematisch eine Maßnahme M4 (beispielhaft und ohne Beschränkung anhand der Situation der Kuppe) zur Abstandsreduzierung (d. h. zum Aufholen) nach der Rollphase. Um einen (beispielsweise im Vergleich zum für den Endpunkt der Rollphase durch das Abstandsprofil 203 vorgebebenen Abstand) zu großen Abstand, der möglicherweise in der Rollphase entsteht, auszugleichen, kann am Ende der Rollphase und/oder nach der Rollphase eine erhöhte Geschwindigkeit gegenüber dem vorausfahrenden Fahrzeug 110 durch das zweite Geschwindigkeitsprofil bestimmt sein. Eindeutig positiv im Sinne der Kraftstoffeinsparung ist diese Maßnahme insbesondere bei erweiterten Rollsituationen mit Gefällebeginn, Kuppe, Gefälleabsatz und/oder Plateau, falls die erhöhte Geschwindigkeit am Endpunkt der Rollphase durch eine verlängerte Rollphase, also ohne zusätzlichen Kraftstoffverbrauch, erzielt wird. Die anschließende Bremsung setzt dann erst später ein. 9 zeigt schematisch die Maßnahme M4.
Ein Ausführungsbeispiel, das mit jedem vorstehend genannten Ausführungsbeispiel oder Implementierung kompatibel ist, wird anhand eines Verbands 100 als Gesamtsystem beschrieben. Alle Fahrzeuge 110, 120 und 130 des Verbands 100 ermitteln die eigenen Fahrzeugeigenschaften, also Antriebsvermögen und Rollvermögen. Dies ist bei Kenntnis des Steigungsverlaufes z. B. auch mittels Schätzung im Fahrbetrieb möglich. Alle Fahrzeuge 110, 120 und 130 des Verbands 100 übertragen diese Informationen an mindestens eines der Fahrzeuge im Verband 100 oder an einen zentralen Server, das bzw. der daraus das global verwendbare (d. h. einheitliche) Geschwindigkeitsprofil 203 und das einheitliche Abstandsprofil ermittelt und an alle Fahrzeuge im Verband 100 verteilt im Schritt 202.
Jedes am Verband 100 teilnehmende Fahrzeug (insbesondere das Fahrzeug 120) berechnet mittels der jeweiligen Steuerung (insbesondere der Steuerung 121) seine individuelle Geschwindigkeitsprädikation 207 im Schritt 206 und Abstandsprädiktion 213 im Schritt 212 jeweils für die kommende oder gerade aktive Rollphase als Teil der vorausliegenden Fahrstrecke. Dabei stellt die Steuerung 121 sicher, dass an den Rändern (d. h. am Anfang und am Ende) der Rollphase die vorausberechneten Soll-Werte für die Geschwindigkeit 126 und den Abstand 124 übereinstimmen mit dem globalen Sollprofil (d. h. dem einheitlichen Geschwindigkeitsprofil und dem einheitlichen Abstandsprofil, beispielsweise d_SollStart und d_SollEnde in 4), das beispielsweise im Schritt 202 als Teil des ersten Geschwindigkeitsprofils 203 erhalten wird.
Bei der individuellen Geschwindigkeitsprädiktion 207 im Schritt 206 wird die (beispielsweise als Teil des ersten Geschwindigkeitsprofils 203) bekannte Geschwindigkeitsprädiktion des vorausfahrenden Fahrzeugs 110 berücksichtigt, der Abstandsverlauf 213 im Schritt 212 ermittelt und mithilfe einzelner oder einer Kombination der Maßnahmen M1 bis M4 eine fahrzeugindividuell günstige Rollphase geplant (d. h. im Schritt 206 und 212, ggf. iterativ, vorausberechnet).
Die individuelle Geschwindigkeitsprädikation 207 und individuelle Abstandsprädiktion 213 wird optional im Schritt 214 an das nachfolgende Fahrzeug übermittelt. Die individuelle Geschwindigkeits- und Abstandsprädiktion wird im Schritt 216 für die Längsregelung herangezogen.
Die Technik kann als Verfahren 200 und als Vorrichtung, beispielsweise in der Steuerung 121, zur Fahrzeuglängsführung von Straßenfahrzeugen realisiert sein, die in geringem Abstand im Fahrzeugverband 100 hintereinander fahren, um eine kraftstoffverbrauchsgünstige Betriebsweise zu erreichen. Die teilnehmenden Fahrzeuge 110, 120, 130 nutzen für bestimmte, vom Steigungsverlauf der Strecke abhängige Situationen (beispielsweise Gefällebeginn, Gefälleende, Gefällestufe, Gefälleabsatz), einen kraftstoffsparenden Rollbetrieb aus. Dazu werden Obergrenzen 304 und Untergrenzen 306 der Geschwindigkeit zugelassen, die gegenüber einer üblichen Geschwindigkeitsregelung außerhalb der Rollphase erweitert sind. Das individuelle Fahrzeug 120 im Fahrzeugverband 100 nutzt die Rollsituation einerseits möglichst kraftstoffverbrauchsgünstig aus, variiert aber andererseits den Abstand 124 im Verband 100 nur temporär und nicht zu stark, indem die Schritte des Verfahrens 200 ausgeführt werden.
Die Berechnungsschritte 206, und optional 212, werden bereits vor Auftreten der Rollphase durchgeführt und auch danach (beispielsweise während der Rollphase) zyklisch wiederholt, um eine für das jeweilige Fahrzeug verbesserte Prädiktion 207 und ggf. 213 für die Längsregelung 216 bereitzustellen.
Im Schritt 202 wird der voraussichtliche Geschwindigkeitsverlauf des vorausfahrenden Fahrzeugs 110 (beispielsweise als Teil des ersten Geschwindigkeitsprofils 203) von diesem Fahrzeug ermittelt und über Funk mitgeteilt oder aus einzelnen übermittelten Kenngrößen im eigenen Fahrzeug 120 rekonstruiert. Hierzu werden der Steigungsverlauf der vorausliegenden Strecke und die eigene Fahrzeugposition in allen Fahrzeugen 110, 120 und 130 als bekannt vorausgesetzt.
Im Schritt 206 wird der eigene Geschwindigkeitsverlauf 207 vorausberechnet unter der Annahme eines Rollbetriebs im eigenen Fahrzeug 120. Optional wird im Schritt 212 der voraussichtliche ortsbezogene Verlauf 213 des Abstandes zum vorausfahrenden Fahrzeug 110 (d.h. das Abstandsprofil 213) vorausberechnet. Das Abstandsprofil 213 kann aus dem ersten Geschwindigkeitsprofil 203, dem zweiten Geschwindigkeitsprofil 207 und dem sensorisch gemessenen Ist-Abstand 124 zum vorausfahrenden Fahrzeug 110 berechnet werden. Die Vorausberechnungen 206 und ggf., 212 werden (bspw. iterativ) korrigiert, falls der Abstand 124 vorgegebene Kriterien, beispielsweise eine Unter- und Obergrenze des Abstands, nicht einhält, indem der Startzeitpunkt der Rollphase verändert wird. Die korrigierten Vorausberechnungen 206 und 212 für Geschwindigkeit 207 und Abstand 213 werden für die eigene Längsregelung 216 verwendet.
Die korrigierten Vorausberechnungen 206 und 212 für Geschwindigkeit (Geschwindigkeitsprofil 207) und für Abstand (Abstandsprofil 213) werden an das nachfolgende Fahrzeug 130 übermittelt. Das Erhalten eines Profils im Schritt 202 und/oder das Übermitteln eines Profils im Schritt 214 kann durch die Übertragung von Kenngrößen realisiert werden. Anhand der Kenngrößen rekonstruiert das im Verband 100 nachfolgende Fahrzeug (also das Fahrzeug 120 im Schritt 202 bzw. das Fahrzeug 130 im Schritt 214) die Vorausberechnungen.
Zur Korrektur der Vorausberechnung kann der Streckenabschnitt vor der eigentlichen Rollphase verwendet werden. Durch gleichmäßig, geringfügig reduzierte Geschwindigkeit gegenüber dem vorausfahrenden Fahrzeug 110 wird ein vergrößerter Abstand 124 erzielt, um damit die Rollphase ohne Bremseingriff (und damit kraftstoffsparend) zu durchfahren. Das Ausmaß und die Dauer der Geschwindigkeitsreduktion werden dabei so bemessen, dass der in der Rollphase zu erwartende minimale Abstand ausreichend groß bleibt, d. h. größer als die Untergrenze des Abstands ist.
Insbesondere falls das vorausfahrende Fahrzeug 110 vor seiner Rollphase einen kraftstoffsparenden Intervallbetrieb nutzt, können die Umschaltpunkte des eigenen Intervallbetriebes variiert werden, um die Korrektur der Geschwindigkeits- und Abstandsvorausberechnung zu erreichen.
Die Rollphase kann in ihrer Gesamtheit oder in Teilabschnitten mit unterschiedlichem Rollverhalten befahren werden. Z. B. wird der Motor nur abschnittsweise im Schleppbetrieb mitbewegt, oder das Fahrzeug 120 rollt nur abschnittweise mit geöffnetem Antriebsstrang. Diese Teilabschnitte und die Betriebsart werden bereits in der Vorausberechnung 207 (und ggf. 213) des Schritts 206 (und ggf. des Schritts 212) so gewählt, dass die Abstandsvariation in der gesamten Rollsituation gering bleibt, bzw. dass der Abstand obere und untere Grenzen einhält.
Nach dem Ende der Rollsituation kann eine höhere Geschwindigkeit als die durch das einheitliche Geschwindigkeitsprofil (beispielsweise das erste Geschwindigkeitsprofil 203) bestimmte Soll-Geschwindigkeit im zweiten Geschwindigkeitsprofil 207 vorausberechnet sein, um einen während der Rollphase vergrößerten Abstand wieder aufzuholen. Die Strecke mit erhöhter Geschwindigkeit wird dabei bereits in der Vorausberechnung 206 (und ggf. 212), optional iterativ, berücksichtigt.
Bei einer iterativen Vorausberechnung mit den Schritten 206 und 212 kann ferner der Luftwiderstand aufgrund der Kenntnis des Abstands bei der Berechnung der Geschwindigkeitsprädiktionen 206 des eigenen Fahrzeugs 120 berücksichtigt werden. Beispielsweise wird bei der fahrzeugindividuellen Vorausberechnung 206 in den Fahrzeugeigenschaften (im Rollvermögen und im Antriebsvermögen) berücksichtigt, dass der Luftwiderstand abhängig ist vom Abstand 124 zum vorausfahrenden Fahrzeug 110. Das Antriebsvermögen und Rollvermögen kann in Abhängigkeit vom Abstand geschätzt werden.
Die Vorausberechnungen 206 und 212 können für eine robuste Regelung 216 in der Rollphase ausgelegt sein zur Vermeidung ungeplanter Bremseingriffe. Beispielsweise kann ein Grenzwert für das Minimum des Abstands (d_Min) im Abstandsprofil 213 mit der Länge der Strecke bis zum Erreichen des Minimums des Abstands streng monoton zunehmen.
Das Profile 207 und ggf. 212 kann in Teilabschnitten der vorausliegenden Fahrstrecke erfolgen. Beispielsweise können für die Teilabschnitte unterschiedliche Gewichtungen des Kraftstoffverbrauches für die einzelne Teilabschnitte bei der Vorausberechnung berücksichtigt werden. Die Vorausberechnungen können durch iterative Verbesserung der Prädiktionen 207 und ggf. 212 im Sinne eines iterativen Optimierungsverfahrens ausgeführt werden.
Die Vorausberechnung 212 des Abstandsprofils 213 kann den Abstand proportional zum einheitlichen Geschwindigkeitsprofil bestimmen, um einen zeitlich konstanten Abstand zu erreichen. Zwischen Abschnitten der Rollphase kann der Abstand entgegen der konstanten Zeitlücke variiert, und insbesondere auch verkleinert, werden, um z. B. den dadurch reduzierten Luftwiderstand zur Kraftstoffeinsparung zu nutzen.
Wie anhand vorstehender Ausführungsbeispiele erläutert, kann mit der Technik eine möglichst kraftstoffsparende Fahrweise innerhalb eines Verbands erreicht werden. Insbesondere kann durch Ausführungsbeispiele das Fahrzeug im Verband die Rollsituation möglichst vollständig nutzen, auch für Fahrzeuge mit unterschiedlichen Rolleigenschaften. Alternativ oder ergänzend kann die Rollsituation möglichst vollständig genutzt werden, sowohl für Fahrzeuge zu Beginn eines längeren Verbands, als auch für Fahrzeuge am Ende eines längeren Verbands.
Der geringe Abstand in der Kolonne kann eingehalten (d. h. eingeregelt) werden, ohne eine Rollphase durch Bremseingriffe zu unterbrechen. Durch einen ungeplanten Bremseingriff wird an anderer Stelle mehr Kraftstoff benötigt, was durch die Technik verhindert werden kann.
In Abschnitten vor und nach der Rollphase kann ein Intervallbetrieb angewandt werden, wodurch auch außerhalb der Rollphase Vorteile beim Kraftstoffverbrauch erreicht werden.
Obwohl die Erfindung in Bezug auf exemplarische Ausführungsbeispiele beschrieben worden ist, ist es für einen Fachmann ersichtlich, dass verschiedene Änderungen vorgenommen werden können und Äquivalente als Ersatz verwendet werden können. Ferner können viele Modifikationen vorgenommen werden, um eine bestimmte Situation oder einen bestimmten Antrieb an die Lehre der Erfindung anzupassen. Folglich ist die Erfindung nicht auf die offenbarten Ausführungsbeispiele und Implementierungen beschränkt, sondern umfasst alle Ausführungsbeispiele, die in den Bereich der beigefügten Patentansprüche fallen.
Bezugszeichenliste

100: Fahrzeugverband
110: Vorausfahrendes Fahrzeug
118: Kommunikationsantenne des vorausfahrenden Fahrzeugs
120: Geregeltes Fahrzeug
121: Steuerung
122, 123: Abstandssensoren
124: Ist-Wert des Abstands
125: Ist-Wert des Zwischenabstands
126: Ist-Wert der Geschwindigkeit
128: Kommunikationsantenne des geregelten Fahrzeugs
130: Nachfahrendes Fahrzeug
138: Kommunikationsantenne des nachfahrenden Fahrzeugs
200: Verfahren zur Längsregelung
202: Schritt des Erhaltens eines ersten Geschwindigkeitsprofils
203: Erstes Geschwindigkeitsprofil
204: Schritt des Bestimmens eines Höhenprofilmusters
205: Höhenprofilmuster
206: Schritt des Vorausberechnens eines zweiten Geschwindigkeitsprofils
207: Zweites Geschwindigkeitsprofil
208: Randbedingungen an Rollphase
210: Schritt des Bereitstellens der Geschwindigkeitsprofile
212: Schritt des Vorausberechnens eines Abstandsprofils
213: Abstandsprofil
214: Schritt des Sendens des zweiten Geschwindigkeitsprofils
216: Schritt des Regelns der Längsbewegung
302: Referenzhöhenprofil
304: Obergrenze der Geschwindigkeit
306: Untergrenze der Geschwindigkeit

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102008023135 [0055]
DE 102015006445 [0076]

Claims

Vorrichtung zur Längsregelung eines Fahrzeugs (120) in einem Verband (100) hintereinanderfahrender Straßenfahrzeuge (110, 120, 130), umfassend eine Steuerung (121), die dazu ausgebildet ist, folgende Schritte auszuführen oder zu steuern: Erhalten (202) eines ersten Geschwindigkeitsprofils (203) auf einer vorausliegenden Fahrstrecke für die Regelung der Geschwindigkeit zumindest eines im Verband (100) vorausfahrenden Straßenfahrzeugs (110); Bestimmen (204) eines Höhenprofilmusters (205) aufgrund eines Höhenprofils (302) der vorausliegenden Fahrstrecke; Vorausberechnen (206) eines zweiten Geschwindigkeitsprofils (207) auf der vorausliegenden Fahrstrecke für die Geschwindigkeit (126) des geregelten Fahrzeugs (120) abhängig vom Höhenprofilmuster (205), Eigenschaften des geregelten Fahrzeugs (120) und dem ersten Geschwindigkeitsprofil (203); und Regeln (216) der Längsbewegung des geregelten Fahrzeugs (120) auf der vorausliegenden Fahrstrecke gemäß dem zweiten Geschwindigkeitsprofil (207).
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Höhenprofilmuster (205) einen Streckenabschnitt zum Rollbetrieb des Fahrzeugs (120) auf der vorausliegenden Fahrstrecke umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei im Rollbetrieb eine Brennkraftmaschine des geregelten Fahrzeugs (120) ausgekuppelt oder im Schleppbetrieb betrieben wird.
Vorrichtung nach Anspruch 3, wobei der Rollbetrieb auf dem Streckenabschnitt mindestens einen Umschaltpunkt zwischen Schleppbetrieb und ausgekuppeltem Betrieb umfasst.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, wobei die durch das zweite Geschwindigkeitsprofil vorgegebene Geschwindigkeit des geregelten Fahrzeugs (120) von einer Durchschnittsgeschwindigkeit auf der vorausliegenden Fahrstrecke stärker abweicht im Streckenabschnitt zum Rollbetrieb als außerhalb des Streckenabschnitts zum Rollbetrieb.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, wobei der Schritt des Vorausberechnens (206) ferner ein Vorausberechnen eines Anfangspunkts und/oder eines Endpunkts des Streckenabschnitts zum Rollbetrieb umfasst.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 6, wobei das zweite Geschwindigkeitsprofil (207) unter Einhaltung von Randbedingungen des Streckenabschnitts zum Rollbetrieb berechnet wird, die durch das erste Geschwindigkeitsprofil (203), insbesondere ein für den Verband (100) einheitliches Geschwindigkeitsprofil, und/oder ein einheitliches Abstandsprofil (213) bestimmt sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 7, wobei die Steuerung (121) ferner dazu ausgebildet ist, ein Abstandsprofil (213) eines Abstands (124) zum im Verband (100) vorausfahrenden Straßenfahrzeug (110) zu berechnen.
Vorrichtung nach Anspruch 8, wobei das zweite Geschwindigkeitsprofil (207) abhängig vom ersten Geschwindigkeitsprofil (203) so vorausberechnet (206) wird, dass der Abstand am Anfang des Streckenabschnitts zum Rollbetrieb vom Abstand am Ende des Streckenabschnitts zum Rollbetrieb abweicht.
Vorrichtung nach 8 oder 9, wobei die Vorausberechnung (206) des zweiten Geschwindigkeitsprofils (207) mit einem geänderten Anfangspunkt und/oder einem geänderten Endpunkt des Streckenabschnitts zum Rollbetrieb wiederholt wird, falls der berechnete Abstand im Streckenabschnitt zum Rollbetrieb ein vorgegebenes Minimum unterschreitet und/oder ein vorgegebenes Maximum überschreitet.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 10, wobei eine Brennkraftmaschine des geregelten Fahrzeugs (120) vor und/oder nach dem Streckenabschnitt zum Rollbetrieb in einem kraftstoffeffizienten Intervallbetrieb betrieben wird, dessen Umschaltpunkte zum Erreichen der Geschwindigkeit des zweiten Geschwindigkeitsprofils geregelt werden.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei die Steuerung (121) ferner dazu ausgebildet ist, das Höhenprofilmuster (205) unter einer Vielzahl von Höhenprofilmustern zu bestimmen.
Vorrichtung nach 12, wobei die Vielzahl von Höhenprofilmuster (205) einen Gefällebeginn, eine Kuppe, ein Gefälleende, eine Senke, eine Gefällestufe und/oder einen Gefälleabsatz umfasst.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei die Steuerung (121) ferner dazu ausgebildet ist, das vorausberechnete (206) zweite Geschwindigkeitsprofil (207) an das im Verband (100) nachfahrende Straßenfahrzeug (130) zu senden.
Fahrzeug (120), insbesondere Nutzfahrzeug, umfassend eine Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 14.