DE102016107938B4

DE102016107938B4 - Vorausschauendes fahrzeuggeschwindigkeitsregelungssystem und verfahren zur vorausschauenden geschwindigkeitsregelung

Info

Publication number: DE102016107938B4
Application number: DE102016107938.3A
Authority: DE
Inventors: Jin-woo Lee
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2015-04-30
Filing date: 2016-04-28
Publication date: 2022-04-21
Anticipated expiration: 2036-04-29
Also published as: CN106080598A; DE102016107938A1; CN106080598B; US20160318513A1; US9650043B2

Abstract

Vorausschauendes Fahrzeuggeschwindigkeitsregelungssystem, umfassend:einen Fahrzeuggeschwindigkeitsprofilgenerator, der ausgestaltet ist, um ein Geschwindigkeitsprofil gemäß einer vorhergesagten Querbeschleunigung einer Zielkurve (24), die zumindest teilweise aus Kartendaten (19) identifiziert wird, zu erzeugen; undeinen Geschwindigkeitscontroller (8), der ausgestaltet ist, um eine Fahrzeuggeschwindigkeitsverringerung gemäß dem Geschwindigkeitsprofil zu starten,wobei die vorhergesagte Querbeschleunigung berechnet wird gemäß[v˙yw˙]=[−Cƒ+CrmvxbCr−aCƒmvx−vxbCr−aCƒIvxa2Cƒ+b2CrIvx]⋅[vyw]+[CƒmaCƒI]⋅δpred+[−g0]⋅θbankwobei v̇ydie vorhergesagte Querbeschleunigung ist, δpredder vorhergesagte Lenkwinkel ist, m die Fahrzeugmasse ist, I die Fahrzeugträgheit ist, Cfund Crdie vordere bzw. hintere Kurvensteifigkeit des Fahrzeugs (5) sind, vxdie Fahrzeuglängsgeschwindigkeit (37) ist, a und b Distanzen zwischen einem Fahrzeugschwerpunkt und einer Vorder- bzw. Hinterachse sind, v̇ydie Fahrzeugquergeschwindigkeit (33) ist, w die Gierrate (31) ist, w die zeitliche Ableitung der Gierrate (31) ist, g die Erdbeschleunigungskonstante ist und θbankein Querneigungswinkel relativ zur Horizontalen ist.

Description

HINTERGRUND
Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf eine vorausschauende Geschwindigkeitsplanung für eine Fahrzeuggeschwindigkeitsregelung, und bezieht sich im Speziellen auf eine Echtzeit-Geschwindigkeitsprofilerzeugung in Ansprechen auf sich ändernde Straßenattribute.
DE 10 2013 216 705 A1 offenbart einen vorausschauenden Tempomaten, der ausgestaltet ist, um in Ansprechen auf bevorstehende Änderungen von Straßenbedingungen die Fahrgeschwindigkeit auf eine sichere und komfortable Weise automatisch anzupassen. Weiterer Stand der Technik ist aus DE 10 2013 221 662 A1 bekannt.
ZUSAMMENFASSUNG
Aufgabe der Erfindung ist es, ein verbessertes vorausschauendes Fahrzeuggeschwindigkeitsregelungssystem und ein verbessertes Verfahren zur vorausschauenden Geschwindigkeitsregelung bereitzustellen.
Zur Lösung der Aufgabe sind ein vorausschauendes Fahrzeuggeschwindigkeitsregelungssystem mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und ein Verfahren zur vorausschauenden Geschwindigkeitsregelung mit den Merkmalen des Anspruchs 10 vorgesehen. Vorteilhafte Ausbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen zu entnehmen.
Figurenliste
Der als die Erfindung betrachtete Gegenstand wird in dem abschließenden Teil der Beschreibung speziell hervorgehoben und deutlich beansprucht. Die Merkmale und deren Interaktion, Betrieb und Vorteile werden am besten angesichts der folgenden detaillierten Beschreibung und der Zeichnungen verstanden, in denen:

1 eine schematische, perspektivische Ansicht eines Fahrzeugs, das mit einer vorausschauenden Geschwindigkeitsregelung ausgestattet ist, gemäß einem Beispiel ist;
2 ein schematisches Blockdiagramm des vorausschauenden Geschwindigkeitsregelungssystems gemäß einem Beispiel ist;
3 eine schematische Draufsicht des Fahrzeugs von 1 während einer automatischen Geschwindigkeitsverringerung in Erwartung einer elektronisch detektierten bevorstehenden Kurve gemäß einem Beispiel ist;
4 ein Vektordiagramm des Fahrzeugs von 1, das die Kurve von 3 passiert, gemäß einem Beispiel ist; und
5 ein Flussdiagramm, das die Betriebsschritte zeigt, die an der vorausschauenden Geschwindigkeitsregelung beteiligt sind, gemäß einem Beispiel ist.

Es sei angemerkt, dass aus Gründen der Klarheit Figurenelemente nicht maßstabgetreu dargestellt sein müssen und analoge Elemente identische Bezugszeichen teilen können.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Die folgende Beschreibung umfasst Details, die notwendig sind, um ein gründliches Verständnis der Erfindung bereitzustellen, und es sei angemerkt, dass die Beispiele ohne diese spezifischen Details ausgeführt werden können. Ferner wurden weithin bekannte Verfahren, Prozeduren und Komponenten weggelassen, um Merkmale der Beispiele hervorzuheben.
Das vorliegende Beispiel bezieht sich allgemein auf eine vorausschauende Geschwindigkeitsregelung für eine Fahrzeuggeschwindigkeitsregelung, und bezieht sich im Speziellen auf eine Echtzeit-Geschwindigkeitsprofilerzeugung, die auf sich ändernde Straßenattribute anspricht wie oben erwähnt.
Die folgenden Begriffe werden in der gesamten Druckschrift verwendet.
„Straßenattribute“ beziehen sich auf straßenbezogene Eigenschaften wie unter anderem Krümmung, Neigung und Querneigungswinkel.
„Fahrzeugparameter“ beziehen sich auf fahrzeugbezogene Eigenschaften wie unter anderem Fahrzeugmasse, Fahrzeugträgheit, Distanz, die sich von dem Schwerpunkt zu jeder Achse erstreckt, sowie vordere und hintere Kurvensteifigkeit.
„Dynamische Fahrzeugvariablen“ beziehen sich auf sich ändernde Zustandsvariablen wie unter anderem Fahrzeugort, Längs- und Quergeschwindigkeit, Längs- und Querbeschleunigung, Lenkwinkel, Änderung des Lenkwinkels und Winkelfahrtrichtung.
„Kurve" bezieht sich gemäß einem Beispiel auf einen Satz von Punkten, die einen im Wesentlichen identischen Krümmungsradius in einem Straßensegment aufweisen.
Nun auf 1 und 2 Bezug nehmend ist Fig. gemäß einem Beispiel eine allgemeine schematische, perspektivische Ansicht eines Kraftfahrzeugs 5, das mit einem vorausschauenden Geschwindigkeitsregelungssystem 1 ausgestattet ist, das wirksam mit einem oder mehreren Empfängern 9 eines globalen Positionsbestimmungssystems (GPS von Global Positioning System), einer nach vorn gewandten Kamera 11, einem Objektdetektionssensor 13 zur Detektion bevorstehender Objekte und Fahrzeuge gekoppelt ist.
2 ist ein schematisches Blockdiagramm, das Komponenten des vorausschauenden Geschwindigkeitsregelungssystems 1 von 1 gemäß einem Beispiel zeigt.
Im Allgemeinen umfasst das vorausschauende Geschwindigkeitsregelungssystem 1 gemäß einem Beispiel einen Geschwindigkeitsprofilgenerator 12, der ausgestaltet ist, um Kartendaten in Verbindung mit Kamera- und Objektsensordaten zu verarbeiten, um ein Geschwindigkeitsprofil zu erzeugen, eine Ortsverfolgungseinheit 2, die ausgestaltet ist, um einen Fahrzeugort zu identifizieren, und einen Geschwindigkeitscontroller 8, der ausgestaltet ist, um Änderungen der Geschwindigkeit gemäß dem Geschwindigkeitsprofil über eine Kopplung mit dem Fahrzeugmotor zu realisieren oder zu initiieren.
Im Speziellen umfasst der Geschwindigkeitsprofilgenerator 12 gemäß einem Beispiel einen oder mehrere Prozessoren oder Controller 14, einen Speicher 15, einen nicht transitorischen Langzeitspeicher 16, der eine Datenbank mit Kartendaten 19 enthält, einen Objektdetektionssensor 13, eine nach vorn gerichtete Kamera 11, eine Mensch-Maschine-Schnittstelle (HMI von Human Machine Interface) 7 mit sowohl Eingabeeinrichtungen 17 als auch Ausgabeeinrichtungen 18.
Der Prozessor 14 kann beispielsweise als zentrale Verarbeitungseinheit (CPU von central processing unit), als Mikrochip oder als Recheneinrichtung mit analoger Funktionalität realisiert sein; welche alle ausgestaltet sind, um Code oder Anweisungen, die in dem Speicher 15 oder Langzeitspeicher 16 gespeichert sind, auszuführen.
Der Speicher 15 kann als Direktzugriffsspeicher (RAM von Random Access Memory), Nur-Lese-Speicher (ROM von read only memory), dynamischer RAM (DRAM von Dynamic RAM), synchroner DRAM (SD-RAM von Synchronous DRAM), Speicherchip mit doppelter Datenrate (DDR von double data rate), Flash- oder nicht flüchtiger Speicher, flüchtiger Speicher, Cache- oder Pufferspeicher oder andere geeignete Speichereinheiten oder Speicherungseinheiten realisiert sein.
Der nicht transitorische Langzeitspeicher 16 kann zum Beispiel als Festplattenlaufwerk, als Diskettenlaufwerk, als Compact Disk-Laufwerk (CD-Laufwerk), als CD-Recordable-Laufwerk (CD-R-Laufwerk), als Flash-Speichereinrichtung realisiert sein. Es sei angemerkt, dass auch verschiedene Kombinationen der obigen Speicher- und Speicherungseinrichtungen im Schutzumfang der vorliegenden Erfindung umfasst sind, und dass Bilddaten, Code und andere relevante Datenstrukturen in den oben angegebenen Speicher- und/oder Speicherungseinrichtungen gespeichert sind.
Die nach vorn gewandte Kamera oder die nach vorn gewandten Kameras 11 sind ausgestaltet, um eine Information einer bevorstehenden Straßengeometrie zu erfassen, entweder als mehrere Standbilder oder als Video oder als Kombination von beidem. Bei einem bestimmten Beispiel werden Kameradaten mit Kartendaten 19 oder GPS-Daten oder beidem vereinigt, wenn schlechte Wetterbedingungen die Zuverlässigkeit der Kameradaten und Sensordaten von dem Objektsensor 13 verringern wie oben erwähnt. Wie es Fachleuten bekannt ist, können verschiedene Datenvereinigungstechniken eingesetzt werden. Ein solches Beispiel ist in der Patentanmeldungsveröffentlichung US 2012 / 0 290 146 A1 beschrieben, deren Offenbarungsgehalt hierin durch Bezugnahme vollständig mit eingeschlossen ist. Die nach vorn gerichtete Kamera 11 kann gemäß einem Beispiel zur Erweiterung solcher Kartendatenunzulänglichkeiten bis zu einem Bereich [engl.: „rage“] von etwa 120 Metern wirksam sein.
Ein einzelner Objektdetektionssensor oder eine Vielzahl von derartigen Sensoren 13 ist oder sind ausgestaltet, um Fahrzeuge und ein Objekt vor dem Fahrzeug 5 zu detektieren, und können unter anderem als Radar, Light Detection and Ranging (LIDAR), inertiale Messeinheit (IMU von Inertial Measurement Unit) oder verschiedene Kombinationen davon realisiert sein. Gemäß einem Beispiel können Vorwärtskameradaten mit Objektsensordaten für eine verbesserte Genauigkeit bei der Objektdetektion vereinigt werden. Ferner können IMU-Daten kombiniert mit Daten einer relativen Bewegung durch den Objektdetektionssensor 13 bereitgestellt werden, um Daten einer absoluten Bewegung eines Objekts zu erhalten.
Die Eingabeeinrichtungen 17 umfassen unter anderem Mikrofone, Touchscreens, Tastenfelder, Videokameras, und die Ausgabeeinrichtungen 18 umfassen unter anderem einen Monitor, Leuchten, Lautsprecher und haptische Einrichtungen und verschiedene Kombinationen davon.
Gemäß einem Beispiel ist die Ortsverfolgungseinheit 2 ausgestaltet, um den Fahrzeugort entweder basierend auf von dem GPS-Empfänger 9 erhaltenen GPS-Daten oder einer Koppelnavigation, die Geschwindigkeits- und Kilometerleistungsdaten von dem Geschwindigkeitsmesser 3 und dem Entfernungsmesser 4 einsetzt, zu verfolgen.
3 ist eine schematische Draufsicht auf das Kraftfahrzeug oder Fahrzeug 5, das auf einer Fahrspur 20 mit geraden und gekrümmten Segmenten 21 bzw. 22 fährt. Wie es gezeigt ist, wird gemäß einem Beispiel ein Koordinatensystem in Bezug auf den Schwerpunkt des Fahrzeugs 5 (am Fahrzeug zentriertes Koordinatensystem) eingesetzt, sodass die Längsrichtung als die „x“ -Achse bezeichnet wird und die seitliche Richtung als die „y“ -Achse bezeichnet wird. Das gekrümmte Segment 22 umfasst mehrere Segmente; wobei jedes einen anderen Krümmungsradius 23, 24 und 25 aufweist. Der Ort 20A ist beispielsweise ein Ort, an dem die Analyse des bevorstehenden gekrümmten Segments 22 hinsichtlich der Suche nach einer maximalen Krümmung 24 unter seiner Vielzahl von Radien 23, 24 und 25 initiiert wird. Der Eintrittspunkt in den Satz von Punkten maximaler Krümmung 24 ist der Punkt auf einem Fahrpfad, für den die vorhergesagte Querbeschleunigung als erste Komfortmetrik zur Herstellung eines Geschwindigkeitsprofils und Fahrzeugfahrverhaltensmetriken wie Lenkwinkel und Lenkwinkeländerung zu verwenden ist, wie es weiter erläutert wird
Es sind ein vorläufiger Fahrpfad 29, der der aus den Kartendaten identifizierten Spurmitte zugehörig ist, und die identifizierte maximale Krümmung bei Punkt 24 gezeigt. Die nach vorn gewandte Kamera 11 (gezeigt in 1) weist ein Sichtfeld 27A auf, in dem festgestellte bevorstehende Straßenattribute verwendet werden, um den vorläufigen Fahrpfad 29, der aus den Kartendaten erhalten wird, entweder zu erweitern oder zu modifizieren, wie es weiter erläutert wird.
Der am Fahrzeug zentrierte Fahrpfad 27 wird durch Lenkkrümmungen δt₁ - δt₅ gemäß dem Objektsensor und Kameradaten, die verwendet werden, um den Fahrpfad 29 zu modifizieren, definiert, wie es weiter erläutert wird.
Bei einem bestimmten Beispiel werden Straßenattribute bevorstehender Straßensegmente in einer Distanz im Bereich zwischen 200 m und 400 m im Voraus überprüft, gemäß einem Beispiel für Geschwindigkeiten bis zu etwa 145 km/h bzw. 90 mph.
4 ist gemäß einem Beispiel ein Fahrzeugvektordiagramm des Fahrzeugs 10, das das Kurvensegment 22 der Spur während der Fahrt entlang des am Fahrzeug zentrierten Pfads 27 passiert.
Gezeigt sind gemäß einem Beispiel ein vorderer und ein hinterer Reifen 30, die mit Längsdistanzen „a“ bzw. „b“ von dem Schwerpunkt 32 des Fahrzeugs, einer seitlichen Distanz „y“ 35 von der Spurmitte 29, einem Fahrzeugfahrtrichtungswinkel „φ“ 36, einer Fahrzeugquergeschwindigkeit „v_y“ 33, einer Fahrzeuglängsgeschwindigkeit „v_x“ 37, einer Gierrate „w“ 31 und einem Lenkwinkel „δ“ 34 angeordnet sind.
5 ist ein Flussdiagramm gemäß einem Beispiel, das Schritte zeigt, die eingesetzt werden, um ein Geschwindigkeitsprofil zu erzeugen, das für jedes zukünftige Zeitinkrement berechnet wird und sich über die erwartete Fahrtzeit von dem Fahrzeugort 20A zu der Zielkurve 24 erstreckt, und wird im Hinblick auf 1 - 4 beschrieben.
In Verarbeitungsschritt 41 tastet die vorausschauende Geschwindigkeitsregelung 12 während der Fahrt eine Kartendatenbank 19 ab und identifiziert eine bevorstehende Ziel- oder Destinationskurve mit dem größten Krümmungsradius unter den Krümmungsradien 23, 24 und 25 wie oben erwähnt. Alternativ kann die maximale Krümmung 24 von der nach vorn gewandten Kamera 11 oder Straßenprofildaten, die durch den GPS-Empfänger 9 empfangen werden, und dem Objektsensor 13 oder einer Kombination aus diesen identifiziert werden, wie es dem Fachmann bekannt ist.
Geeignete Kartendaten sind bei NAVTEQ Corporation; 425 West Randolph Street; Chicago, Illinois 60606 USA; und online unter http://corporate.navteq.com/products_data_whatis.htm erhältlich. Zusätzliche Kartenanbieter umfassen Google Map, Microsoft Map, Open Street Map, Garmin und Magellan.
In Schritt 42 wird der an der Spur zentrierte Fahrpfad 29 auf der Grundlage der identifizierten Zielkurve 24 identifiziert.
In Verarbeitungsschritt 43 wird unter Verwendung von Daten, die von der nach vorn gewandten Kamera 11 geliefert werden, ein außermittiger am Fahrzeug zentrierter Fahrpfad (VCP von Vehicle-Centered Travel Path) 27 identifiziert. Das System 1 ist ausgestaltet, um anzunehmen, dass ein Fahrer die Fahrt auf dem an der Spur zentrierten Fahrpfad 29 gemäß der folgenden Pfadgleichung lenkt: $y_{n} (x_{n}) = a_{0} + a_{1} x_{n} + a_{2} x_{n}^{2} + a_{3} x_{n}^{3} + a_{4} x_{n}^{4} + a_{5} x_{n}^{5}$
$0 \leq x_{n} = \frac{x}{v_{x} Δ T} \leq 1, y_{n} = \frac{y}{L}$
wobei „ΔT“ die Zeitdauer ist, innerhalb der der VCP-Pfad 27 in den an der Spur zentrierten Fahrpfad 29 übergeht, und „L“ die Spurbreite ist. „ΔT“ kann aus der Quer„v_y“ wie nachstehend berechnet ermittelt werden. Aus dieser ermittelten ΔT und der durch die nach vorn gerichtete Kamera 11 erfassten Straßengeometrieinformation können Koeffizienten ao bis a₅ aus bekannten Positionen „x“ und „y“ gemäß der folgenden beispielhaften Matrixgleichung berechnet werden: $[\begin{matrix} a_{0} \\ a_{1} \\ a_{2} \\ a_{3} \\ a_{4} \\ a_{5} \end{matrix}] = {[\begin{matrix} 1 & x (0) & x^{2} & x^{3} (0) & x^{4} (0) & x^{5} (0) \\ 0 & 1 & 2 x (0) & 3 x^{2} (0) & {4x}^{3} (0) & 5 x^{4} (0) \\ 0 & 0 & 2 & 6 x (0) & 12 x^{2} (0) & 20 x^{3} (0) \\ 1 & x (t_{Δ T}) & x^{2} (t_{Δ T}) & x^{3} (t_{Δ T}) & x^{4} (t_{Δ T}) & x^{5} (t_{Δ T}) \\ 0 & 1 & 2 x (t_{Δ T}) & {4x}^{3} (t_{Δ T}) & 4 x^{3} (t_{Δ T}) & {5x}^{4} (t_{Δ T}) \\ 0 & 0 & 0 & 6x (t_{Δ T}) & 12 x^{2} (t_{Δ T}) & {20x}^{3} (t_{Δ T}) \end{matrix}]}^{- 1} [\begin{matrix} y (x (0)) \\ y' (x (0)) \\ y'' (x (0)) \\ y (x (t_{Δ T})) \\ y' (x (t_{Δ T})) \\ y'' (x (t_{Δ T})) \end{matrix}]$
Eine weitere Erläuterung der Berechnungen in Bezug auf die obige Pfadgleichung ist in der US-Patentanmeldungsveröffentlichung US 2009 / 0 319 113 A1 zu finden, deren Offenbarungsgehalt hierin durch Bezugnahme vollständig mit eingeschlossen ist.
In Verarbeitungsschritt 44 werden vorhergesagte Fahrzeugbewegungsvariablen v_x, v_y, w, a_y und w aus der oben erwähnten Pfadgleichung berechnet.
In der ersten Iteration überprüft das System 1 den aktuellen Geschwindigkeitsmesserwert hinsichtlich einer Konformität mit Sicherheits- und Komfortmetrikbeschränkungen, und wenn keine Konformität vorliegt, berechnet es iterativ vorgeschlagene reduzierte Geschwindigkeiten, bis eine konforme Geschwindigkeit gefunden wird.
Wie erwähnt wird v_x zuerst als Geschwindigkeit mit konstantem Wert während der gesamten Fahrtzeit zur Zielkurve, die von einem Geschwindigkeitsmesser zerlegt wird, angenommen. Entsprechende Fahrzeugbewegungsvariablen werden gemäß Folgendem berechnet: $v_{y} = \dot{y} - v_{x} φ,$
wobei $\dot{y} \equiv dy/ d t = y' v_{x},$
und aus dem gewünschten Pfad $y' = 5 a_{5} x^{4} + 4 a_{4} x^{3} + 3 a_{3} x^{2} + 2 a_{3} x + a_{1}$
${\dot{v}}_{y} = a_{y} = \ddot{y} = d^{2} y / {dt}^{2} = y'' v_{x}^{2} + y' a,$
wobei $y'' = 20 a_{5} x^{3} + 12 a_{4} x^{2} + 6 a_{3} x + 2 a_{2} w = d (y') / {dt=y''v}_{x};$
$\dot{w} = d (w) / dt = y''' v_{x} + y'' v_{x}^{2},$
wobei gemäß einem Beispiel ẏ eine zeitliche Ableitung der Querverschiebung von der x-Achse ist, und y'= dy/dx.
In Verarbeitungsschritt 45 werden der vorhergesagte Lenkwinkel „δ_pred“ und ein entsprechender Änderungslenkwinkel „Δδ“ aus den Werten der Fahrzeugbewegungsvariablen v_x, v_y, w, a_y und w berechnet, die für das vorherige Zeitintervall ermittelt wurden, gemäß: $[\begin{matrix} {\dot{v}}_{y} \\ \dot{w} \end{matrix}] = [\begin{matrix} - \frac{C_{ƒ} + C_{r}}{m v_{x}} & \frac{b C_{r} - a C_{ƒ}}{m v_{x}} - v_{x} \\ \frac{b C_{r} - a C_{ƒ}}{I v_{x}} & \frac{a^{2} C_{ƒ} + b^{2} C_{r}}{I v_{x}} \end{matrix}] \cdot [\begin{matrix} v_{y} \\ w \end{matrix}] + [\begin{matrix} \frac{C_{ƒ}}{m} \\ \frac{a C_{ƒ}}{I} \end{matrix}] \cdot δ_{p r e d} + [\begin{matrix} - g \\ 0 \end{matrix}] \cdot θ_{b a n k}$

Wobei „g“ die Erdbeschleunigungskonstante ist.
„θ_bank“ ein Querneigungswinkel relativ zur Horizontalen ist.
„I“ die Fahrzeugträgheit ist und ein bekannter Fahrzeugparameter ist.
„m“ die Fahrzeugmasse ist und ein bekannter Fahrzeugparameter ist.
„a“ und „b“ Distanzen zwischen dem Fahrzeugschwerpunkt und der Vorder- bzw. Hinterachse sind und bekannte Fahrzeugparameter sind.
„Cf“ und „C_r“ Faktoren einer vorderen und hinteren Kurvensteifigkeit sind und bekannte Fahrzeugparameter sind.

Der Änderungslenkwinkel „Δδ“ ist gemäß einer Ausführungsform für jeden vorhergesagten Lenkwinkel „δ_pred“ jeweils einfach die Differenz zwischen dem vorhergesagten Lenkwinkel und seinem vorherigen Wert bei dem vorherigen Zeitinkrement.
In dem Verarbeitungsschritt 46 wird die Querbeschleunigung „a_y, _predicted“ gemäß der in Absatz [044] dargelegten obigen Bewegungsgleichung berechnet.
Wie erwähnt werden diese Berechnungen gemäß einem Beispiel während der gesamten berechneten Fahrtzeit zur Zielkurve 24 in Zeitinkrementen von 0,1 Sekunden-Schritten ständig wiederholt. Es sei angemerkt, dass auch andere Zeitinkremente, die die notwendige Systemfunktionalität bereitstellen, eingesetzt werden können. Die Fahrtzeit zur Zielkurve 24 wird aus Distanzdaten ermittelt oder von der Datenkarte in Verbindung mit dem Geschwindigkeitsmesser oder von GPS-Geschwindigkeitsdaten oder einer Kombination aus diesen empfangen.
In Verarbeitungsschritt 47 wird der vorhergesagte Lenkwinkel δ_pred mit der Sicherheitsbeschränkung δ_limit verglichen, und wenn der Vergleich angibt, dass die vorhergesagte Lenkkurve δ_pred geringer ist als die Sicherheitsbeschränkung, fährt die Verarbeitung mit Schritt 48 fort. Die Lenkwinkelbeschränkung ist ein geschwindigkeitsabhängiger Wert, der sich für jedes Fahrzeug unterscheidet, und wird gemäß einem Beispiel aus einer Nachschlagetabelle erhalten.
In Verarbeitungsschritt 48 wird die vorhergesagte Änderung Δδ_pred des Lenkwinkels mit der Sicherheitsbeschränkung Δδ_limit verglichen, und wenn der Vergleich angibt, dass die vorhergesagte Änderung Δδ_pred der Lenkkurve geringer ist als die Sicherheitsbeschränkung, fährt die Verarbeitung mit Schritt 49 fort. Die Sicherheitsbeschränkung Δδ_limit ist gemäß einem Beispiel auch ein geschwindigkeitsabhängiger Wert, der sich für jedes Fahrzeug unterscheidet, und wird aus einer Nachschlagetabelle erhalten.
Gemäß einem Beispiel wird in Verarbeitungsschritt 49 der Absolutwert der aktualisierten Querbeschleunigung a_y, _predicted mit der Sicherheitsbeschränkung a_y,limit verglichen, und wenn der Vergleich angibt, dass die vorhergesagte Querbeschleunigung innerhalb der Sicherheitsbeschränkungen liegt, wird keine Korrekturmaßnahme durchgeführt, und das System 1 überwacht weiterhin die Straßenbedingungen.
Wenn jedoch einer der obigen Vergleiche in den Schritten 47, 48 und 49 angibt, dass entweder der vorhergesagte Lenkwinkel δ_pred oder die Änderung Δ5_pred des Lenkwinkels oder die Querbeschleunigung a_y, _predicted seinen bzw. ihren jeweiligen Beschränkungswert übersteigt, fährt die Verarbeitung mit Schritt 50 fort, in dem jedem Parameter über seinen Schwellenwert hinaus sein jeweiliger Beschränkungswert zugeordnet wird und ein entsprechender Wert der horizontalen Geschwindigkeit v_x an dem aktuellen Ort des Fahrzeugs gemäß der oben erwähnten Dynamikgleichung von Absatz [44] berechnet wird.
In Verarbeitungsschritt 50 erfolgt eine Bewertung in Bezug auf die in den Schritten 47 - 49 erfüllten Bedingungen bezüglich einer oder keiner reduzierten Geschwindigkeit. Wenn sie sich nicht auf eine reduzierte Geschwindigkeit beziehen, fährt die Verarbeitung mit Schritt 41 fort, in dem das System 1 das Abtasten von Kartendaten 19 und Kameradaten oder der Kombination dieser hinsichtlich bevorstehender Änderungen der Straßengeometrie fortsetzt. Wenn ermittelt wird, dass sich die in den Schritten 47 - 49 erfüllten Bedingungen auf eine reduzierte Geschwindigkeit beziehen, fährt die Verarbeitung mit Schritt 53 fort.
In Verarbeitungsschritt 53 wird der Geschwindigkeitsverringerungsort 20B auf der Grundlage der vorgeschlagenen Geschwindigkeit, nun als Zielgeschwindigkeit „v_{des_curve}“ bezeichnet, und einer Längsbeschleunigungsbeschränkung „a_x, _lim“, die gemäß einem Beispiel in einem Bereich zwischen etwa 0,12 g ∼ 0,15 g liegt, identifiziert.
Eine Geschwindigkeitsverringerungsdistanz „s _{dest_curve}“, die sich von der Zielkurve 24 zu dem Geschwindigkeitsverringerungsort 20B erstreckt, wird aus der folgenden Gleichung erhalten: $s_{curve} = (v_{curve}^{2} - v_{x}^{2}) / (2 a_{x, lim})$
Wobei gemäß einem Beispiel „v_curve“ die Zielgeschwindigkeit in die Zielkurve 24 ist wie erwähnt, und „v_x“ die aktuelle Längsgeschwindigkeit ist. Es sei angemerkt, dass nach „v_x“ aus der vorgeschlagenen Geschwindigkeit aufgelöst werden kann, oder die vorgeschlagene Geschwindigkeit als eine Längsgeschwindigkeit realisiert sein kann.
System 1 initiiert die Geschwindigkeitsverringerung an Ort 20B mit einer Distanz von s_curve von der engsten Zielkurve 24 mit einer Rate von „a_x,lim“. Bei einem bestimmten Beispiel wird eine Geschwindigkeitsverringerungsrate kleiner als „a_x,lim“ realisiert.
Ähnlich ist das System 1 auch ausgestaltet, um eine komfortable Geschwindigkeitsverringerung an einem identifizierten Geschwindigkeitsverringerungsort zu initiieren, wobei sichergestellt wird, dass die Fahrzeugfahrgeschwindigkeit mit einer bevorstehenden Geschwindigkeitsbeschränkungsänderung konform ist. Die Straßengeschwindigkeitsbeschränkung „v_{spd_limit}“ wird aus der Kartendatenbank 19 erhalten, und die Distanz zur neuen Geschwindigkeitsbeschränkung „s_des__autoset“ wird berechnet gemäß: $s_{des_autoset} = \frac{v_{{spd}_{limit}}^{2} - v_{x}^{2}}{2 a_{x, lim}}$
Wenn sich das Fahrzeug 5 innerhalb der Distanz „s_des__autoset" zu einer neuen Geschwindigkeitsbeschränkung „v_spd__limit“ befindet, initiiert das Geschwindigkeitsregelungssystem 1 eine Geschwindigkeitsverringerung mit einer Rate von „a_x,lim“.
Die Fahrzeugortsdaten, die benötigt werden, um an dem Geschwindigkeitsverringerungsort 20B eine Geschwindigkeitsverringerung zu initiieren, werden von der Ortsverfolgungseinheit 2 erhalten.
In Schritt 54 bewertet die Ortsverfolgungseinheit 2, ob die verfügbaren GPS-Daten ausreichen, um den Geschwindigkeitsverringerungsort 20B in Bezug auf die aktuelle Position des Fahrzeugs 1 zu identifizieren. Wenn dies nicht der Fall ist, fährt die Verarbeitung mit Schritt 55 fort, in dem ein Koppelnavigationsalgorithmus eingesetzt wird, wie es weiter erläutert wird.
Gemäß einem Beispiel informiert die HMI 7 des vorausschauenden Geschwindigkeitsregelungssystems 1 in Schritt 56 einen Fahrer hinsichtlich einer vorgeschlagenen Geschwindigkeitsverringerung, deren Beginn an dem Geschwindigkeitsverringerungsort 20B geplant ist, und fordert den Fahrer auf, anzugeben, dass er an der Aufhebung der geplanten Geschwindigkeitsverringerung interessiert ist. Die Form der Ausgabe und Eingabe wird durch eine beliebige oder eine Kombination von Modalitäten realisiert; visuell, akustisch und haptisch.
In Schritt 57wird ein Nichtvorhandensein einer Verwendungsreaktion als eine stillschweigende Zustimmung angenommen, und der Geschwindigkeitscontroller 8 fährt damit fort, die sicherheitsorientierte Geschwindigkeitsverringerung wie in Schritt 58 gezeigt zu initiieren. Wenn eine Fahrerrückmeldung empfangen wird, wird die geplante Geschwindigkeitsverringerung gemäß einem Beispiel wie in Schritt 59 gezeigt aufgehoben. Die Rückmeldung kann auch in einer beliebigen oder einer Kombination von Modalitäten bereitgestellt werden; gemäß den eingesetzten Eingabeeinrichtungen verbal, visuell oder taktil. Es sei angemerkt, dass innerhalb des Schutzumfangs der vorliegenden Erfindung auch Beispiele mit einer Geschwindigkeitsverringerung, die nur basierend auf einem Empfang einer Benutzerbestätigung realisiert wird, umfasst sind.
Wie oben erwähnt setzt die Ortsverfolgungseinheit 8 gemäß einem Beispiel, wenn GPS-Daten nicht verfügbar oder unzureichend sind, eine Koppelnavigation ein, um aktuelle Ortsdaten zu erzeugen.
Bei einem bestimmten Beispiel wird die Koppelnavigation in Verbindung mit einem Kalman-Filter realisiert, um die Genauigkeit und Zuverlässigkeit der Ortsdaten zu verbessern, um den Geschwindigkeitsverringerungsort 20A zu identifizieren.
Der Koppelnavigationsalgorithmus verwendet Fahrzeugentfernungsmesser- und -geschwindigkeitsmesserzustandsdaten mit der letzten bekannten GPS-Fahrzeugposition gemäß den folgenden Zustandsgleichungen:
Die zurückgelegte Distanz s_m(k) stellt die zurückgelegte Distanz wie durch den Entfernungsmesser gemessen dar, und v_m stellt die Geschwindigkeit wie durch den Geschwindigkeitsmesser gemessen dar.
Der Längspositionsvektor ist gegeben durch: $x (k + 1) = A x (k) + B u (k) + w (k)$
Der Querpositionsvektor ist gegeben durch: $y (k) = H x (k) + v (k)$
Wobei „k“ die Zeitvariable ist, sodass die Längsposition gegeben ist durch:

x(k) = [s(k) ṡ(k)]^T, und die Querposition gegeben ist durch: $y (k) = {[\begin{matrix} s_{m} (k) & v_{m} (k) \end{matrix}]}^{T}$
wobei u(k) = a(k), die Fahrzeugbeschleunigung ist und w(k) und v(k) Verarbeitungsrauschen bzw. Sensorrauschen sind. Ihre Rauscheigenschaften sind w(k) ~N(0, Q), v(k) ~N(0,R), wobei N eine Normalverteilung darstellt und Q und R die Rauschvarianz sind und s(k) und s(k) interne Zustandsvariablen darstellen. $A = [\begin{matrix} 1 & Δ t \\ 0 & 1 \end{matrix}], B = [\begin{matrix} \frac{1}{2 Δ t^{2}} \\ Δ t \end{matrix}], H = [\begin{matrix} γ (k) & 0 \\ 0 & 1 \end{matrix}]$

γ (k) = {\begin{matrix} 1, falls k = iN \\ 0, falls k \neq iN \end{matrix}, und N = \frac{Δ T}{Δ t},

• x(k) = [s(k) ṡ(k)]^T wird über die Zeit als x̂^-(k + 1) mit den folgenden Gleichungen vorhergesagt.
• Aktualisierung der Kalman-Filterzeit (Vorhersage) ${\hat{x}}^{-} (k + 1) = A {\hat{x}}^{+} (k) + B u (k)$
$P^{-} (k + 1) = A P^{+} (k) A^{T} + Q$
• Aktualisierung der Kalman-Filtermessung (Korrektur) $K (k + 1) = P^{-} (k + 1) H^{T} (k + 1) {[H (k + 1) P^{+} (k + 1) H^{T} (k + 1) + R]}^{- 1}$
${\hat{x}}^{+} (k + 1) = {\hat{x}}^{-} (k + 1) + K (k + 1) [y (k + 1) - H (k + 1) {\hat{x}}^{-} (k + 1)]$
$P^{+} (k + 1) = [I - K (k + 1) H (k + 1)] P^{-} (k + 1)$
Sodass ŝ^-(k + 1) die geschätzte Distanz ist, die dem Zielpunkt unmittelbar vorausgeht, und vollständig auf der Grundlage des Fahrzeugentfernungsmessers und der Geschwindigkeitssensordaten ohne GPS-Eingang berechnet wird.

Der oben offenbarte Algorithmus beseitigt vorteilhaft eine erhebliche Offline-Berechnung und einen großen Speicher, die normalerweise für eine Tabellenspeicherung eines neuronalen Netzes oder eine Offline-Maschinenlernberechnung für eine Erzeugung einer Nachschlagetabelle erforderlich sind.
Es sei angemerkt, dass nicht explizite Kombinationen von Merkmalen, die in verschiedenen Ausführungsformen dargelegt sind, auch innerhalb des Schutzumfangs der Erfindung umfasst sind.
Während hierin bestimmte Merkmale der Erfindung veranschaulicht und beschrieben wurden, werden nun für den Fachmann viele Abwandlungen, Ersetzungen, Änderungen und Äquivalente ersichtlich werden. Es ist daher zu verstehen, dass die beigefügten Ansprüche alle solchen Abwandlungen und Änderungen abdecken sollen, da sie innerhalb des Gedankens der Erfindung liegen.

Claims

Vorausschauendes Fahrzeuggeschwindigkeitsregelungssystem, umfassend: einen Fahrzeuggeschwindigkeitsprofilgenerator, der ausgestaltet ist, um ein Geschwindigkeitsprofil gemäß einer vorhergesagten Querbeschleunigung einer Zielkurve (24), die zumindest teilweise aus Kartendaten (19) identifiziert wird, zu erzeugen; und einen Geschwindigkeitscontroller (8), der ausgestaltet ist, um eine Fahrzeuggeschwindigkeitsverringerung gemäß dem Geschwindigkeitsprofil zu starten, wobei die vorhergesagte Querbeschleunigung berechnet wird gemäß $[\begin{matrix} {\dot{v}}_{y} \\ \dot{w} \end{matrix}] = [\begin{matrix} - \frac{C_{ƒ} + C_{r}}{m v_{x}} & \frac{b C_{r} - a C_{ƒ}}{m v_{x}} - v_{x} \\ \frac{b C_{r} - a C_{ƒ}}{I v_{x}} & \frac{a^{2} C_{ƒ} + b^{2} C_{r}}{I v_{x}} \end{matrix}] \cdot [\begin{matrix} v_{y} \\ w \end{matrix}] + [\begin{matrix} \frac{C_{ƒ}}{m} \\ \frac{a C_{ƒ}}{I} \end{matrix}] \cdot δ_{p r e d} + [\begin{matrix} - g \\ 0 \end{matrix}] \cdot θ_{b a n k}$
wobei v̇_y die vorhergesagte Querbeschleunigung ist, δ_pred der vorhergesagte Lenkwinkel ist, m die Fahrzeugmasse ist, I die Fahrzeugträgheit ist, C_f und C_r die vordere bzw. hintere Kurvensteifigkeit des Fahrzeugs (5) sind, v_x die Fahrzeuglängsgeschwindigkeit (37) ist, a und b Distanzen zwischen einem Fahrzeugschwerpunkt und einer Vorder- bzw. Hinterachse sind, v̇_y die Fahrzeugquergeschwindigkeit (33) ist, w die Gierrate (31) ist, w die zeitliche Ableitung der Gierrate (31) ist, g die Erdbeschleunigungskonstante ist und θ_bank ein Querneigungswinkel relativ zur Horizontalen ist.
Vorausschauendes Fahrzeuggeschwindigkeitsregelungssystem nach Anspruch 1, wobei der Fahrzeuggeschwindigkeitsprofilgenerator ferner ausgestaltet ist, um das Geschwindigkeitsprofil gemäß der vorhergesagten Querbeschleunigung an der Zielkurve (24) zu erzeugen.
Vorausschauendes Fahrzeuggeschwindigkeitsregelungssystem nach Anspruch 2, wobei der Fahrzeuggeschwindigkeitsprofilgenerator ferner ausgestaltet ist, um das Geschwindigkeitsprofil gemäß einer Änderung des Lenkwinkels zu erzeugen.
Vorausschauendes Fahrzeuggeschwindigkeitsregelungssystem nach Anspruch 1, wobei der Fahrzeuggeschwindigkeitsprofilgenerator ferner ausgestaltet ist, um einen Fahrpfad als am Fahrzeug (5) zentrierten Pfad (VCP) (27) gemäß einer Polynomgleichung 5. Grades zu modellieren.
Vorausschauendes Fahrzeuggeschwindigkeitsregelungssystem nach Anspruch 2, wobei der Geschwindigkeitsprofilgenerator ferner ausgestaltet ist, um einen Geschwindigkeitsverringerungsort (20B) „S_curve“ gemäß „S_curve“ =(V_x,pred ²-v_x,cur-rent ²)/ 2a_x,lim zu berechnen, wobei „S_curve“ eine Distanz ist, die sich über einen aktuellen Fahrzeugort (20A) und die Zielkurve (24) erstreckt, und „a_x,lim“ eine Längsgeschwindigkeitsverringerungsbeschränkung ist, „v_x,pred“ eine vorhergesagte Längsgeschwindigkeit ist und „v_x,current ^2“ eine aktuelle Längsgeschwindigkeit ist.
Vorausschauendes Fahrzeuggeschwindigkeitsregelungssystem nach Anspruch 5, wobei der Fahrzeuggeschwindigkeitsprofilgenerator eine Positionsverfolgungseinheit umfasst, die einen Empfänger (9) eines globalen Positionsbestimmungssystems (GPS) umfasst.
Vorausschauendes Fahrzeuggeschwindigkeitsregelungssystem nach Anspruch 5, wobei die Positionsverfolgungseinheit ausgestaltet ist, um die Fahrzeugposition gemäß einem Koppelnavigationsalgorithmus zu verfolgen, der auf einen Verlust eines GPS-Signals reagiert, wobei der Koppelnavigationsalgorithmus eine Kalman-Filterung umfasst.
Vorausschauendes Fahrzeuggeschwindigkeitsregelungssystem nach Anspruch 2, ferner umfassend eine Mensch-Maschine-Schnittstelle (HMI), die ausgestaltet ist, um einen Fahrer hinsichtlich einer geplanten Geschwindigkeitsverringerung zu informieren.
Vorausschauendes Fahrzeuggeschwindigkeitsregelungssystem nach Anspruch 8, wobei die HMI ferner ausgestaltet ist, um einen Fahrer aufzufordern, die geplante Geschwindigkeitsverringerung zu überschreiben.
Verfahren zur vorausschauenden Geschwindigkeitsregelung, umfassend: Bereitstellen eines Fahrzeuggeschwindigkeitsbefehlsgenerators, der ausgestaltet ist, um ein Geschwindigkeitsprofil gemäß einer vorhergesagten Querbeschleunigung über eine Zielkurve (24), die zumindest teilweise aus Kartendaten (19) identifiziert wird, zu erzeugen; und Verringern der Geschwindigkeit des Fahrzeugs (5) in Ansprechen auf edine Geschwindigkeitsverringerung gemäß dem Geschwindigkeitsprofil, wobei die vorhergesagte Querbeschleunigung v̇_y pred berechnet wird gemäß $[\begin{matrix} {\dot{v}}_{y} \\ \dot{w} \end{matrix}] = [\begin{matrix} - \frac{C_{ƒ} + C_{r}}{m v_{x}} & \frac{b C_{r} - a C_{ƒ}}{m v_{x}} - v_{x} \\ \frac{b C_{r} - a C_{ƒ}}{I v_{x}} & \frac{a^{2} C_{ƒ} + b^{2} C_{r}}{I v_{x}} \end{matrix}] \cdot [\begin{matrix} v_{y} \\ w \end{matrix}] + [\begin{matrix} \frac{C_{ƒ}}{m} \\ \frac{a C_{ƒ}}{I} \end{matrix}] \cdot δ_{p r e d} + [\begin{matrix} - g \\ 0 \end{matrix}] \cdot θ_{b a n k}$
wobei v̇_y die vorhergesagte Querbeschleunigung ist, δ_pred der vorhergesagte Lenkwinkel ist, m die Fahrzeugmasse ist, I die Fahrzeugträgheit ist, C_f und C_r die vordere bzw. hintere Kurvensteifigkeit des Fahrzeugs (5) sind, v_x die Fahrzeuglängsgeschwindigkeit (37) ist, a und b Distanzen zwischen einem Fahrzeugschwerpunkt und einer Vorder- bzw. Hinterachse sind, v̇_y die Fahrzeugquergeschwindigkeit (33) ist, w die Gierrate (31) ist, w die zeitliche Ableitung der Gierrate (31) ist, g die Erdbeschleunigungskonstante ist und θ_bank ein Querneigungswinkel relativ zur Horizontalen ist.
Verfahren nach Anspruch 10, wobei der Geschwindigkeitsprofilgenerator ferner ausgestaltet ist, um einen Geschwindigkeitsverringerungsort (20B) „S_curve“ gemäß „S_curve“ =(v_x,pred ²-v_x,cur-rent²)/ 2a_x,lim zu berechnen, wobei „S_curve“ eine Distanz ist, die sich über einen aktuellen Fahrzeugort (20A) und die Zielkurve (24) erstreckt, und „a_x,lim“ eine Längsgeschwindigkeitsverringerungsbeschränkung ist, „v_x,pred“ eine vorhergesagte Längsgeschwindigkeit ist und „v_x,current²“ eine aktuelle Längsgeschwindigkeit ist.
Verfahren nach Anspruch 10, wobei die Längsgeschwindigkeitsverringerungsbeschränkung „a_x,lim“ mit einem Wert kleiner oder gleich 0,15g realisiert wird.
Verfahren nach Anspruch 10, wobei der Fahrzeuggeschwindigkeitsbefehlsgenerator ferner ausgestaltet ist, um das Geschwindigkeitsprofil gemäß dem vorhergesagten Lenkwinkel, der der Zielkurve (24) zugehörig ist, zu erzeugen.
Verfahren nach Anspruch 13, wobei der Fahrzeuggeschwindigkeitsbefehlsgenerator ferner ausgestaltet ist, um das Geschwindigkeitsprofil gemäß der vorhergesagten Änderung des Lenkwinkels, die der Zielkurve (24) zugehörig ist, zu erzeugen.
Verfahren nach Anspruch 14, wobei der Geschwindigkeitsprofilgenerator eine Positionsverfolgungseinheit umfasst, die ausgestaltet ist, um eine Fahrzeugposition zu verfolgen, wobei die Positionsverfolgungseinheit einen Empfänger (9) eines globalen Positionsbestimmungssystems (GPS) umfasst.