DE102019134499A1 - Method and device for determining the driving behavior of a vehicle within a platoon, as well as a vehicle with such a device - Google Patents
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Abstract
Ein Verfahren zur Bestimmung eines Fahrverhaltens eines Fahrzeugs (LV, FV1, FV2) innerhalb eines Platoons (1) mit mindestens einem Führungsfahrzeug (LV) und mindestens einem oder mehreren dem Führungsfahrzeug (LV) folgenden Folgefahrzeugen (FV1, FV2), wobei sich das Führungsfahrzeug (LV) und die Folgefahrzeuge (FV1, FV2) einer jeweiligen Trajektorie (L) folgend bewegen, umfasst die folgenden Schritte: Erfassen, durch eine Verarbeitungseinrichtung (30), von fahrdynamischen Parametern des Fahrzeugs (LV, FV1, FV2), welche eine momentane Geschwindigkeit (vx) und eine momentane Beschleunigung (ax) des Fahrzeugs beinhalten, Erfassen, durch die Verarbeitungseinrichtung (30), von Fahrzeugdaten des Fahrzeugs (LV, FV1, FV2), welche eine momentane Motordrehzahl (nMo) und Daten bezeichnend für einen momentan eingelegten Gang (G) des Getriebes aufweisen, und Prädiktion, durch die Verarbeitungseinrichtung (30), wenigstens eines Schaltvorgangs des Fahrzeugs (LV, FV1, FV2) in der Zukunft auf Grundlage der erfassten fahrdynamischen Parameter und Fahrzeugdaten zur Bestimmung einer Trajektorie (L) wenigstens eines der Fahrzeuge (LV, FV1, FV2) des Platoons (1). Somit wird ermöglicht, dass Regelziele und Eigenschaften des Platoonings im Hinblick auf Komfort und Sicherheit besser eingehalten und auch die Trajektorie angepasst und optimiert werden können.A method for determining the driving behavior of a vehicle (LV, FV1, FV2) within a platoon (1) with at least one leading vehicle (LV) and at least one or more following vehicles (FV1, FV2) following the leading vehicle (LV), the leading vehicle (LV) and the following vehicles (FV1, FV2) move following a respective trajectory (L), comprises the following steps: Acquisition, by a processing device (30), of driving dynamics parameters of the vehicle (LV, FV1, FV2), which are a current Speed (vx) and a current acceleration (ax) of the vehicle include, detection, by the processing device (30), of vehicle data of the vehicle (LV, FV1, FV2), which a current engine speed (nMo) and data indicative of a currently inserted Have gear (G) of the transmission, and prediction, by the processing device (30), at least one shift operation of the vehicle (LV, FV1, FV2) in the future on the basis the detected driving dynamics parameters and vehicle data for determining a trajectory (L) of at least one of the vehicles (LV, FV1, FV2) of the platoon (1). This enables control objectives and properties of platooning with regard to comfort and safety to be adhered to better and also to adapt and optimize the trajectory.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Einrichtung zur Bestimmung eines Fahrverhaltens eines Fahrzeugs innerhalb eines Platoons mit mindestens einem Führungsfahrzeug und mindestens einem oder mehreren dem Führungsfahrzeug folgenden Folgefahrzeugen, wobei sich das Führungsfahrzeug und die Folgefahrzeuge einer jeweiligen Trajektorie folgend bewegen. Darüber hinaus betrifft die Erfindung ein Fahrzeug, insbesondere Nutzfahrzeug, das eine solche Einrichtung aufweist oder wenigstens damit koppelbar ist.The present invention relates to a method and a device for determining a driving behavior of a vehicle within a platoon with at least one leading vehicle and at least one or more following vehicles following the leading vehicle, the leading vehicle and the following vehicles moving following a respective trajectory. In addition, the invention relates to a vehicle, in particular a utility vehicle, which has such a device or can at least be coupled to it.
Ein Platoon aus Fahrzeugen, wie beispielsweise Nutzfahrzeugen, setzt sich typischerweise aus einem vorausfahrenden Führungsfahrzeug (auch als „Leading Vehicle“ bezeichnet), das einen longitudinalen Bewegungsverlauf, wie etwa einen Geschwindigkeitsverlauf und/oder Beschleunigungsverlauf vorgibt, und einem oder mehreren, mit relativ geringem Abstand folgenden Folgefahrzeugen (auch als „Following Vehicle“ oder kurz „Follower“ bezeichnet) zusammen, wobei sich ein Folgefahrzeug am jeweils vorausfahrenden Vorderfahrzeug orientiert. Bei einem Platoon handelt es sich somit um eine Kolonnenfahrt von Fahrzeugen mit relativ geringen Abständen von beispielsweise ca. 10 Metern, wodurch mit Windschattenfahren sowohl eine Kraftstoffeinsparung mit entsprechender Reduzierung der CO2-Emission als auch eine effizientere Nutzung der Verkehrsinfrastruktur bei erhöhter Verkehrssicherheit erreicht werden soll. Beim sogenannten Platooning, bei dem mehrere Fahrzeuge mit Hilfe eines technischen Steuerungssystems in sehr geringem Abstand hintereinander fahren können, erlauben hochentwickelte Techniken, wie lokale drahtlose Netze (sog. WLAN-Netze), Radar und Kamerasysteme, drahtlos miteinander vernetzten Fahrzeugen in kurzem Abstand hintereinander zu fahren. Durch Nutzung der Fahrinformationen des jeweils vorausfahrenden Fahrzeugs im Platoon können die nachfolgenden Fahrzeuge automatisch beschleunigen, bremsen und/oder lenken.A platoon of vehicles, such as commercial vehicles, typically consists of a leading vehicle driving ahead (also referred to as a "leading vehicle"), which specifies a longitudinal movement path, such as a speed profile and / or acceleration profile, and one or more, with a relatively small distance following vehicles (also referred to as “Following Vehicle” or “Follower” for short), whereby a following vehicle is based on the vehicle ahead. A platoon is therefore a convoy of vehicles with relatively short distances of, for example, approx. 10 meters, which is intended to achieve both fuel savings with a corresponding reduction in CO 2 emissions and more efficient use of the traffic infrastructure with increased traffic safety . In so-called platooning, in which several vehicles can drive one behind the other at a very short distance with the help of a technical control system, highly developed technologies such as local wireless networks (so-called WLAN networks), radar and camera systems allow vehicles to be wirelessly networked with one another at short intervals drive. By using the driving information of the vehicle ahead in the platoon, the following vehicles can automatically accelerate, brake and / or steer.
Eine technische Herausforderung ist das Schätzen der eigenen Trajektorie bzw. das Planen und Abfahren einer gewünschten Trajektorie. Eine Trajektorie bezeichnet im Allgemeinen eine Bewegungsbahn oder einen Teil einer Bewegungsbahn, entlang welcher sich das betreffende Fahrzeug bewegt. Sie kann ein- oder mehrdimensional sein. Eine geschätzte oder reale Trajektorie eines Fahrzeugs innerhalb des Platoons kann als Zusatzinformation für nachfolgende Fahrzeuge dienen, mit der sie ihre eigene Trajektorie besser planen können und so z.B. Abstände besser einhalten können.A technical challenge is estimating your own trajectory or planning and following a desired trajectory. A trajectory generally designates a movement path or a part of a movement path along which the vehicle in question moves. It can be one or more dimensional. An estimated or real trajectory of a vehicle within the platoon can serve as additional information for following vehicles, with which they can better plan their own trajectory and thus, for example, better maintain distances.
Insbesondere bei Beschleunigungsvorgängen können sich durch Schaltvorgänge des Getriebes, welche eine kurzzeitige Antriebsunterbrechung des Fahrzeugs nach sich ziehen, jedoch relativ starke Abweichungen der realen Trajektorie von der geschätzten bzw. gewünschten Trajektorie des Fahrzeugs ergeben. Diese resultiert aus der in der Regel unbekannten Schaltlogik des Getriebes und daraus, dass im Voraus nicht bekannt ist, wann der nächste Schaltvorgang auftritt. Die eigenen Regelziele des Fahrzeugs können somit durch diese unvorhersehbaren Abweichungen nur schwer erreicht werden.Particularly during acceleration processes, however, shifting processes of the transmission, which result in a brief drive interruption of the vehicle, can result in relatively large deviations of the real trajectory from the estimated or desired trajectory of the vehicle. This results from the usually unknown shift logic of the transmission and from the fact that it is not known in advance when the next shift will occur. The vehicle's own control targets can therefore only be achieved with difficulty due to these unforeseeable deviations.
Während einer Folgefahrt, wie beim Platooning, kann die Information der Trajektorie des vorausfahrenden Fahrzeuges für die Planung der eigenen gewünschten Trajektorie genutzt werden, um ein gewünschtes Folgeverhalten einzustellen (z.B. konstanter Abstand, Folgefehler abbauen, Abstand nie unter Mindestabstand, komfortabel, kettenstabiles Kolonnenverhalten usw.). Ist die übermittelte Trajektorie jedoch nicht genau genug, da beide Fahrzeuge ihre Trajektorie jeweils mit zu großen Abweichungen abfahren, können der Mindestabstand unterschritten, der Abstand nicht konstant gehalten und/oder durch Reaktionen Störeinflüsse eingebracht werden, die sich negativ auf Regelziele, Komfort und Sicherheit auswirken.During a follow-up trip, such as in platooning, the information from the trajectory of the vehicle in front can be used to plan your own desired trajectory in order to set a desired follow-up behavior (e.g. constant distance, reduce follow-up errors, distance never below minimum distance, comfortable, chain-stable convoy behavior, etc. ). However, if the transmitted trajectory is not precise enough, as both vehicles travel their trajectories with too great deviations, the minimum distance may be fallen below, the distance may not be kept constant and / or reactions may introduce disruptive influences that have a negative effect on control objectives, comfort and safety .
In
In Byung-Kwan Shin et al.: „A Supervisor-Based Neural-Adaptive Shift Controller for Automatic Transmissions Considering Throttle Opening and Driving Load“, KSME International Journal, Vol. 14, No. 4, Seiten 418 - 425, 2000, wird ein auf einem neuronalen Netzwerk basierender Supervisor für eine Fahrzeugschaltsteuerung vorgestellt, der die Drosselklappenöffnung, Änderungen der Drosselklappenöffnung und die Fahrbelastung berücksichtigt. Zur Verwendung der Fahrlastinformation wird ein beobachterbasierter Fahrlastschätzalgorithmus vorgeschlagen. Eine Proportional-Integral-Differential-Steuerung zusammen mit einer Steuerung mit offenem Regelkreis wird als eine Niedrigpegelsteuerung zum Steuern der Gangschaltungen verwendet, und eine Überwachungssteuerung zum richtigen Anpassen der Schaltsteuerparameter der Niedrigpegel-Schaltsteuerung wird unter Verwendung von ANFIS entworfen.In Byung-Kwan Shin et al .: "A Supervisor-Based Neural-Adaptive Shift Controller for Automatic Transmissions Considering Throttle Opening and Driving Load", KSME International Journal, Vol. 14, No. 4, pages 418-425, 2000, a supervisor based on a neural network for a vehicle switching control is presented, which takes into account the throttle valve opening, changes in the throttle valve opening and the driving load. To use the traffic load information, an observer-based traffic load estimation algorithm is proposed. A proportional-integral-derivative control together with an open loop control is used as a low level control for controlling the gear shifts, and a supervisory control for properly adjusting the shift control parameters of the low level shift control is designed using ANFIS.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Einrichtung zur Bestimmung eines Fahrverhaltens eines Fahrzeugs innerhalb eines Platoons der eingangs genannten Art anzugeben, die es erlauben, Regelziele und Eigenschaften des Platoonings im Hinblick auf Komfort und Sicherheit besser einzuhalten.The present invention is based on the object of specifying a method and a device for determining the driving behavior of a vehicle within a platoon of the type mentioned at the outset, which allow control objectives and properties of platooning to be better adhered to with regard to comfort and safety.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Einrichtung zur Bestimmung eines Fahrverhaltens eines Fahrzeugs innerhalb eines Platoons gemäß den beigefügten Patentansprüchen. Vorteilhafte Aus- und Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben.The invention relates to a method and a device for determining a driving behavior of a vehicle within a platoon according to the attached claims. Advantageous training and further developments are specified in the subclaims.
Insbesondere betrifft ein Aspekt der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zur Bestimmung eines Fahrverhaltens eines Fahrzeugs innerhalb eines Platoons mit mindestens einem Führungsfahrzeug und mehreren dem Führungsfahrzeug folgenden Folgefahrzeugen, wobei sich das Führungsfahrzeug und die Folgefahrzeuge einer jeweiligen Trajektorie folgend bewegen, und das Fahrzeug einen Motor und ein mit dem Motor gekoppeltes Getriebe zum Antrieb des Fahrzeugs aufweist. Das Verfahren weist die folgenden Schritte auf:
- Erfassen, durch eine Verarbeitungseinrichtung, von fahrdynamischen Parametern des Fahrzeugs, welche eine momentane Geschwindigkeit und eine momentane Beschleunigung des Fahrzeugs beinhalten,
- Erfassen, durch die Verarbeitungseinrichtung, von Fahrzeugdaten des Fahrzeugs, welche eine momentane Motordrehzahl und Daten bezeichnend für einen momentan eingelegten Gang des Getriebes aufweisen, und
- Prädiktion, durch die Verarbeitungseinrichtung, wenigstens eines Schaltvorgangs des Fahrzeugs in der Zukunft auf Grundlage der erfassten fahrdynamischen Parameter und Fahrzeugdaten zur Bestimmung einer Trajektorie wenigstens eines der Fahrzeuge des Platoons.
- Detection, by a processing device, of driving dynamics parameters of the vehicle, which include a current speed and a current acceleration of the vehicle,
- Detecting, by the processing device, vehicle data of the vehicle which have a current engine speed and data indicative of a currently engaged gear of the transmission, and
- Prediction, by the processing device, of at least one switching process of the vehicle in the future on the basis of the detected driving dynamics parameters and vehicle data to determine a trajectory of at least one of the vehicles in the platoon.
Ein anderer Aspekt der Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Bestimmung eines Fahrverhaltens eines Fahrzeugs innerhalb eines Platoons mit mindestens einem Führungsfahrzeug und mehreren dem Führungsfahrzeug folgenden Folgefahrzeugen, wobei sich das Führungsfahrzeug und die Folgefahrzeuge einer jeweiligen Trajektorie folgend bewegen, und das Fahrzeug einen Motor und ein mit dem Motor gekoppeltes Getriebe zum Antrieb des Fahrzeugs aufweist, wobei die Einrichtung eine Verarbeitungseinrichtung aufweist, welche eingerichtet ist zum:
- Erfassen von fahrdynamischen Parametern des Fahrzeugs, welche eine momentane Geschwindigkeit und eine momentane Beschleunigung des Fahrzeugs beinhalten,
- Erfassen von Fahrzeugdaten des Fahrzeugs, welche eine momentane Motordrehzahl und Daten bezeichnend für einen momentan eingelegten Gang des Getriebes aufweisen, und
- zur Prädiktion wenigstens eines Schaltvorgangs des Fahrzeugs in der Zukunft auf Grundlage der erfassten fahrdynamischen Parameter und Fahrzeugdaten zur Bestimmung einer Trajektorie wenigstens eines der Fahrzeuge des Platoons.
- Acquisition of driving dynamics parameters of the vehicle, which include a current speed and a current acceleration of the vehicle,
- Acquisition of vehicle data of the vehicle, which have a current engine speed and data indicative of a currently engaged gear of the transmission, and
- for the prediction of at least one switching process of the vehicle in the future on the basis of the recorded driving dynamics parameters and vehicle data for determining a trajectory of at least one of the vehicles in the platoon.
Darüber hinaus betrifft die Erfindung ein Fahrzeug, insbesondere Nutzfahrzeug, das eine solche Einrichtung gemäß der Erfindung aufweist oder wenigstens damit koppelbar ist zur Bestimmung eines Schaltvorgangs des Fahrzeugs innerhalb des Platoons. In addition, the invention relates to a vehicle, in particular a utility vehicle, which has such a device according to the invention or can at least be coupled to it for determining a switching process of the vehicle within the platoon.
Auch betrifft die Erfindung ein Computerprogrammprodukt bzw. Computerprogramm mit Softwarecodeabschnitten, welche eingerichtet sind, ein erfindungsgemäßes Verfahren auszuführen, wenn diese in einen internen Speicher wenigstens einer Prozessoreinrichtung der Verarbeitungsseinrichtung geladen sind.The invention also relates to a computer program product or computer program with software code sections which are set up to carry out a method according to the invention when these are loaded into an internal memory of at least one processor device of the processing device.
Mit der Erfindung kann somit ein Fahrverhalten eines Fahrzeugs innerhalb eines Platoons, insbesondere eine Prädiktion wenigstens eines Schaltvorgangs in der Zukunft, bestimmt werden derart, dass Regelziele und Eigenschaften des Platoonings im Hinblick auf Komfort und Sicherheit besser eingehalten und auch eine Trajektorie wenigstens eines der Fahrzeuge des Platoons angepasst und optimiert werden können. Insbesondere kann mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens, insbesondere mittels der Verarbeitungseinrichtung, eine Trajektorie wenigstens eines der Fahrzeuge des Platoons auf Grundlage der Prädiktion des wenigstens einen Schaltvorgangs in der Zukunft bestimmt werden.With the invention, a driving behavior of a vehicle within a platoon, in particular a prediction of at least one shift in the future, can thus be determined in such a way that control objectives and properties of the platooning with regard to comfort and safety are better adhered to and also a trajectory of at least one of the vehicles of the Platoons can be adjusted and tweaked. In particular, by means of the method according to the invention, in particular by means of the processing device, a trajectory of at least one of the vehicles of the platoon can be determined on the basis of the prediction of the at least one shift operation in the future.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung beinhaltet die Prädiktion wenigstens eines Schaltvorgangs in der Zukunft eine Schätzung des Schaltvorgangs in einer vordefinierten oder dynamischen Zeit in der Zukunft. Gemäß einer Ausführungsform beinhaltet die Prädiktion eine Schätzung, ob nach der Zeit ein Schaltvorgang auftritt.According to one embodiment of the invention, the prediction of at least one switching process in the future includes an estimate of the switching process in a predefined or dynamic time in the future. According to one embodiment, the prediction includes an estimate of whether a switching process will occur after the time.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung weist das Verfahren außerdem die folgenden Schritte auf: Bestimmen, durch die Verarbeitungseinrichtung, einer Trajektorie des Fahrzeugs auf Grundlage des wenigstens einen prädizierten Schaltvorgangs, und Verwenden, durch die Verarbeitungseinrichtung, der bestimmten Trajektorie und damit assoziierter fahrdynamischer Parameter und Fahrzeugdaten des Fahrzeugs zur Prädiktion wenigstens eines Schaltvorgangs des Fahrzeugs in der Zukunft.According to one embodiment of the invention, the method also has the following steps: determining, by the processing device, a trajectory of the vehicle on the basis of the at least one predicted shifting process, and using, by the processing device, the determined trajectory and associated driving dynamics parameters and vehicle data of the Vehicle to predict at least one shift of the vehicle in the future.
Gemäß einer Ausführungsform wird die bestimmte Trajektorie des Fahrzeugs mittels einer Abbildung einer Getriebelogik des Getriebes verwendet, um Schaltvorgänge in der Zukunft zu identifizieren.According to one embodiment, the specific trajectory of the vehicle is used by means of a mapping of a transmission logic of the transmission in order to identify shift processes in the future.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung können die fahrdynamischen Parameter des Fahrzeugs zusätzlich ein angefordertes Motormoment umfassen. Gemäß einer weiteren Ausführungsform können die Fahrzeugdaten des Fahrzeugs zusätzlich Motordrehzahländerung, Gaspedalwinkel des Fahrzeugs (beispielsweise im Falle des Führungsfahrzeuges), Gaspedalweg des Fahrzeugs (beispielsweise im Falle des Führungsfahrzeuges), Fahrweg-Steigung, Lenkradwinkel, Bremspedalstellung, und/oder Fahrzeugdaten aus der Vergangenheit umfassen.According to one embodiment of the invention, the driving dynamics parameters of the vehicle can additionally include a requested engine torque. According to a further embodiment, the vehicle data of the vehicle can additionally include engine speed change, accelerator pedal angle of the vehicle (for example in the case of the lead vehicle), accelerator pedal travel of the vehicle (for example in the case of the lead vehicle), travel path gradient, steering wheel angle, brake pedal position and / or vehicle data from the past .
Gemäß einer Ausführungsform beinhaltet wenigstens eine Ausgangsgröße der Prädiktion eine oder mehrere der folgenden Informationen: direkter Gang, Schalten oder Nicht-Schalten, Gang halten, Hochschalten, Herunterschalten. Wird insbesondere eine vorher berechnete Trajektorie auf Schaltvorgänge untersucht, kann auch die Zeit selbst, nach der dieser Schaltvorgang auftritt, als Ausgangsgröße verwendet werden.According to one embodiment, at least one output variable of the prediction contains one or more of the following information: direct gear, shifting or not shifting, holding gear, upshifting, downshifting. If, in particular, a previously calculated trajectory is examined for switching processes, the time itself after which this switching process occurs can also be used as the output variable.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung verwendet die Prädiktion ein Regelungsverfahren, das ein System eines Beobachters beinhaltet.According to one embodiment of the invention, the prediction uses a control method that includes an observer's system.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform verwendet die Prädiktion ein Regelungsverfahren, das eine Regressionsanalyse beinhaltet.According to a further embodiment, the prediction uses a control method that includes a regression analysis.
Vorteilhafterweise beinhaltet das Verfahren gemäß der Erfindung ein Optimierungsverfahren eines künstlichen neuronalen Netzes. Gemäß einer Ausführungsform weist das neuronale Netz eine oder mehrere Zwischenlagen (sogenannte „Hidden Layers“) zwischen einer Eingabeschicht (sogenannte „Input Layer“) und einer Ausgabeschicht (sogenannte „Output Layer“) auf. Als Eingänge der Eingabeschicht werden die fahrdynamischen Parameter und Fahrzeugdaten des Fahrzeugs verwendet. Einer oder mehrere Ausgänge der Ausgabeschicht beinhalten eine Information, die für die Prädiktion des Schaltvorgangs in der Zukunft bezeichnend ist.The method according to the invention advantageously includes an optimization method for an artificial neural network. According to one embodiment, the neural network has one or more intermediate layers (so-called “hidden layers”) between an input layer (so-called “input layer”) and an output layer (so-called “output layer”). The driving dynamics parameters and vehicle data of the vehicle are used as inputs to the input layer. One or more outputs of the output layer contain information which is indicative of the prediction of the switching process in the future.
Die verschiedenen Ausführungsformen können nebeneinander, beispielsweise als Alternativen, oder auch in beliebiger Kombination miteinander angewandt werden. The various embodiments can be used alongside one another, for example as alternatives, or in any combination with one another.
Gemäß einer Ausführungsform beinhaltet das Verfahren zur Bestimmung der Prädiktion ein Getriebeschaltmodell des Getriebes, und optional ein Fahrzeugmodell des Fahrzeugs.According to one embodiment, the method for determining the prediction includes a gear shift model of the transmission, and optionally a vehicle model of the vehicle.
Die Prädiktion kann in Verbindung mit wenigstens einer Fahrzeugkomponente eines oder mehrerer Fahrzeuge des Platoons, beispielsweise einem Antrieb des betreffenden Fahrzeugs, durch die Verarbeitungseinrichtung verwendet werden, um wenigstens eines oder mehrere von folgenden Regelzielen zu erreichen: Halten eines Abstands zwischen benachbarten Fahrzeugen, Einhalten eines Mindestabstandes zwischen benachbarten Fahrzeugen, Unterstützung der Kettenstabilität des Platoons, Komfortableres Fahrverhalten eines oder mehrerer Fahrzeuge des Platoons durch Verringerung von Beschleunigungs- und/oder Verzögerungsänderungen, und/oder Erhöhung eines Energieeinsparungspotentials eines oder mehrerer Fahrzeuge des Platoons.The prediction can be used by the processing device in connection with at least one vehicle component of one or more vehicles of the platoon, for example a drive of the relevant vehicle, in order to achieve at least one or more of the following control objectives: maintaining a distance between neighboring vehicles, maintaining a minimum distance between neighboring vehicles, support of the chain stability of the platoon, more comfortable driving behavior of one or more vehicles of the platoon by reducing acceleration and / or deceleration changes, and / or increasing the energy saving potential of one or more vehicles of the platoon.
Alle vorstehend und nachfolgend beschriebenen Ausführungsformen und Verfahrensmerkmale können entsprechend mittels geeigneter Hardware und/oder Software in der Verarbeitungseinrichtung und/oder in anderen Komponenten der beschriebenen Einrichtung zur Bestimmung eines Fahrverhaltens eines Fahrzeugs innerhalb eines Platoons implementiert werden, so dass die Verarbeitungseinrichtung (oder eine andere Komponente) eingerichtet ist, die entsprechende Funktion auszuführen. Somit sind alle vorteilhaften Ausführungsformen des Verfahrens auch entsprechende vorteilhafte Ausführungsformen der beschriebenen Einrichtung zur Bestimmung eines Fahrverhaltens eines Fahrzeugs innerhalb eines Platoons.All of the embodiments and method features described above and below can be implemented accordingly by means of suitable hardware and / or software in the processing device and / or in other components of the described device for determining a driving behavior of a vehicle within a platoon, so that the processing device (or another component ) is set up to perform the corresponding function. Thus, all advantageous embodiments of the method are also corresponding advantageous embodiments of the described device for determining driving behavior of a vehicle within a platoon.
Die Erfindung ist im Übrigen gleichermaßen auf ein manuell schaltbares Getriebe und ein automatisch schaltbares Getriebe (Automatikgetriebe) eines Fahrzeugs anwendbar. Bei beiden Getriebearten ist eine mehr oder weniger deutliche Antriebsunterbrechung in der Folge eines manuellen bzw. automatischen Schaltvorgangs von einem Gang in einen nächst höheren oder niedrigeren Gang feststellbar, die zu einer Abweichung der geschätzten Trajektorie von der realen Trajektorie führt.The invention can moreover be applied equally to a manually shiftable transmission and an automatically shiftable transmission (automatic transmission) of a vehicle. With both types of transmission, a more or less significant drive interruption as a result of a manual or automatic shift from one gear to the next higher or lower gear can be detected, which leads to a deviation of the estimated trajectory from the real trajectory.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der in der Zeichnung dargestellten Figuren näher erläutert. Es zeigen:
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1 eine schematische Darstellung einer Fahrzeugkolonne mit einem Führungsfahrzeug und mehreren Folgefahrzeugen, die eine Platoonformation oder kurz einen Platoon bilden, -
2A-C jeweilige Diagramme eines beispielhaften Verlaufs einer geschätzten und einer realen Trajektorie (2A) , der zugehörigen Geschwindigkeit (2B) und Beschleunigung (2C ) eines der Fahrzeuge des Platoons über eine bestimmte Zeitspanne, -
3A-B jeweilige Diagramme eines weiteren beispielhaften Verlaufs einer geschätzten und einer realen Trajektorie (3A) und der zugehörigen Beschleunigung (3B) eines der Fahrzeuge des Platoons über eine bestimmte Zeitspanne, -
4 ein schematisches Blockdiagramm eines Steuerungssystems zweier benachbarter FahrzeugeFV1 undFV2 eines Platoons gemäß1 und einen Signalverlauf innerhalb und zwischen den benachbarten Fahrzeugen mit einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Einrichtung zur Bestimmung eines Fahrverhaltens eines der Fahrzeuge, -
5-9 jeweilige schematische Darstellungen von Ausführungsformen eines zum Zwecke der Prädiktion wenigstens eines Schaltvorgangs eines Platoon-Fahrzeugs verwendeten Optimierungsverfahrens eines künstlichen neuronalen Netzes.
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1 a schematic representation of a column of vehicles with a lead vehicle and several following vehicles that form a platoon formation or, for short, a platoon, -
2A-C respective diagrams of an exemplary course of an estimated and a real trajectory (2A) , the associated speed (2 B) and acceleration (2C ) one of the vehicles of the platoon over a certain period of time, -
3A-B respective diagrams of a further exemplary course of an estimated and a real trajectory (3A) and the associated acceleration (3B) one of the platoon's vehicles for a certain period of time, -
4th a schematic block diagram of a control system for two adjacent vehiclesFV1 andFV2 according to aplatoon 1 and a signal curve within and between the neighboring vehicles with an embodiment of a device according to the invention for determining a driving behavior of one of the vehicles, -
5-9 respective schematic representations of embodiments of an optimization method of an artificial neural network used for the purpose of predicting at least one switching process of a platoon vehicle.
Jedes der Fahrzeuge
Eine technische Herausforderung ist das Schätzen der eigenen Trajektorie
Während einer Folgefahrt, wie beim Platooning, kann die Information der Trajektorie
Gemäß
Analoges gilt für einen weiteren beispielhaften Verlauf einer geschätzten Trajektorie
Das Fahrzeug
Das Fahrzeug
Das Fahrzeug
Insgesamt sind hinsichtlich Anordnung und Implementierung der Verarbeitungseinrichtung
Die Verarbeitungseinrichtung
Die Verarbeitungseinrichtung
Ziel ist die Prädiktion von Schaltvorgängen zur Verbesserung einer Trajektorie. Insbesondere ist es Ziel, im Voraus feststellen zu können, wann in der Zukunft bzw. ob in naher Zukunft ein Schaltvorgang stattfinden wird. Eine große Herausforderung stellt ein System mit einem menschlich geführten Fahrzeug
Gemäß einer Ausführungsform wird die Trajektorie
Ein Vorteil der Verbesserung der Schätzung im Führungsfahrzeug
Insgesamt können so die folgenden übergeordneten Regelziele besser erreicht werden:
- - Halten des Abstands zwischen benachbarten Fahrzeugen
- - Einhalten eines Mindestabstandes (Sicherheit)
- - Unterstützung der Kettenstabilität
- - Komfortableres Fahrverhalten durch weniger Beschleunigungs- und Verzögerungsänderungen
- - Energieeinsparungspotential
- - Keeping the distance between neighboring vehicles
- - Maintaining a minimum distance (safety)
- - Support of chain stability
- - More comfortable driving behavior due to fewer changes in acceleration and deceleration
- - Energy saving potential
Für die Prädiktion werden primär folgende Eingangsgrößen genutzt:
- - Fahrdynamische Größen (
v ,a ), gegebenenfalls angefordertes Motormoment - - Fahrzeugdaten (Motordrehzahl, Motordrehzahländerung, momentaner Gang, und/oder Gaspedalwinkel), und/oder Steigung (kann z.B. aus anderen Größen geschätzt werden)
- - Gegebenenfalls Lenkradwinkel, Bremspedal
- - Gegebenenfalls vergangene Größen
- - Driving dynamics variables (
v ,a ), possibly requested engine torque - - Vehicle data (engine speed, change in engine speed, current gear, and / or accelerator pedal angle), and / or gradient (can be estimated from other variables, for example)
- - If applicable, steering wheel angle, brake pedal
- - Past sizes, if applicable
Ausgangsgrößen der Prädiktion können sein:
- - Direkter Gang
- - Schalten / kein Schalten
- - Gang halten / Hochschalten / Runterschalten
- - Direct walk
- - Switching / no switching
- - Hold gear / upshift / downshift
Eine Ausgestaltung einer Prädiktion ist insbesondere in folgenden Varianten denkbar:
- In einer ersten Variante, Nutzung einer Prädiktion (insbesondere eines Beobachters oder einer Regressionsanalyse) zur Schätzung eines Schaltvorgangs in einer vordefinierten (gegebenenfalls auch dynamischen) Zeit in der Zukunft (z.B. ΔTSchätzung = 0...2000ms): Schauen mit einer bestimmten Blickweite in die Zukunft und Schätzung, ob nach der Zeit erfahrungsgemäß ein Schaltvorgang auftritt.
- In a first variant, use of a prediction (in particular an observer or a regression analysis) to estimate a switching process in a predefined (possibly also dynamic) time in the future (e.g. ΔTestimation = 0 ... 2000ms): look at the Future and estimation of whether, based on experience, a switching process will occur.
Entsprechend verwendet gemäß einer Ausführungsform die Prädiktion ein Regelungsverfahren, das ein System eines Beobachters beinhaltet. Ein Beobachter ist in der Regelungstechnik ein dem Fachmann bekanntes System, das aus bekannten Eingangsgrößen (z. B. Stellgrößen) und Ausgangsgrößen (Messgrößen) eines beobachteten Referenzsystems nicht messbare Größen (Zustände) rekonstruiert. Dazu bildet er das beobachtete Referenzsystem als Modell nach und führt mit einem Regler die messbaren, und deshalb mit dem Referenzsystem vergleichbaren, Zustandsgrößen nach.Correspondingly, according to one embodiment, the prediction uses a control method that includes an observer's system. In control engineering, an observer is a system known to those skilled in the art, which reconstructs non-measurable variables (states) from known input variables (e.g. manipulated variables) and output variables (measured variables) of an observed reference system. To do this, it simulates the observed reference system as a model and uses a controller to track the measurable state variables that are therefore comparable with the reference system.
Gemäß einer anderen Ausführungsform verwendet die Prädiktion ein Regelungsverfahren, das eine Regressionsanalyse beinhaltet. Eine Regression oder Regressionsanalyse in der Regelungstechnik ist ein dem Fachmann bekanntes Analyseverfahren, das zum Ziel hat, Beziehungen zwischen einer abhängigen und einer oder mehreren unabhängigen Variablen zu modellieren.According to another embodiment, the prediction uses a control method that includes regression analysis. A regression or regression analysis in control engineering is an analysis method known to the person skilled in the art, the aim of which is to model relationships between a dependent and one or more independent variables.
Eine andere Variante beinhaltet die Nutzung der berechneten Trajektorien und der damit verbundenen fahrdynamischen und Fahrzeuggrößen zur Überprüfung auf kommende Schaltvorgänge. Das vorhandene Wissen über den zukünftigen Verlauf wird genutzt und mittels einer Abbildung der Schaltgetriebelogik werden Schaltvorgänge identifiziert.Another variant includes the use of the calculated trajectories and the associated driving dynamics and vehicle variables to check for upcoming gear changes. The existing knowledge about the future course is used and shifting processes are identified by means of a mapping of the manual transmission logic.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung beinhaltet das Verfahren ein Optimierungsverfahren eines künstlichen neuronalen Netzes. Insbesondere kann eine mögliche Ausgestaltung mittels sogenannter Künstlich Neuronaler Netze (KNN) wie folgt erfolgen:
- - Neuronales Netz mit vielen Zwischenlagen
HL („hidden layers“) (Variante1 ) oder wenigen ZwischenlagenHL (Variante2 ) - - Eingänge der Eingabeschicht
IL („input layer“) bilden oben genannte Größen - - Ausgänge der Ausgabeschicht
OL („output layer“) bilden oben genannte Größen
- - Neural network with many intermediate layers
HL ("Hidden layers") (variant1 ) or a few intermediate layersHL (Variant2 ) - - Inputs of the input layer
IL (“Input layer”) form the sizes mentioned above - - Outputs of the output layer
OIL (“Output layer”) form the sizes mentioned above
Ziele der Nutzung eines KNN zur Prädiktion eines Gangwechsels in folgenden Formen sind:
- Eingänge des KNN werden genutzt, um Schaltvorgänge in einer definierten Zeitspanne in der Zukunft (50-2000ms) zu identifizieren (Netz wird genau darauf trainiert).
- Inputs of the ANN are used to identify switching processes in a defined time span in the future (50-2000ms) (network is trained precisely on this).
Schließlich weiß das System, ob im Vorhersagezeitpunkt tp = xx ms ein Schaltvorgang vorliegt oder nicht, und wenn, in welcher Richtung (
In einer anderen Variante gemäß
Ein weiterer Ansatz ist eine Variante, die nicht nur ein Getriebeschaltmodell beinhaltet, sondern auch ein komplettes Fahrzeugmodell, das voraussichtlich mehr Ein- und Ausgangsgrößen bedarf und außerdem ein tiefes Netz mit rekurrentem Anteil braucht.
Auch ist eine Ausführungsform denkbar, bei der am Eingang des KNN ein Signal aus der Vergangenheit anliegen kann, falls es die Prädiktion verbessert. In diesem Fall müsste das KNN zu einem rekurrenten Netz gestaltet werden. Dadurch kann eine Analyse und/oder Recherche zu Schaltstrategien gemacht werden, inwieweit Schaltvorgänge von vergangenen Zuständen abhängig sind.An embodiment is also conceivable in which a signal from the past can be present at the input of the ANN if it improves the prediction. In this case, the ANN would have to be designed as a recurrent network. In this way, an analysis and / or research can be carried out on switching strategies to determine the extent to which switching operations are dependent on previous states.
BezugszeichenlisteList of reference symbols
- LV, FV1, FV2LV, FV1, FV2
- Fahrzeugvehicle
- dd
- Abstanddistance
- L, GT, RTL, GT, RT
- TrajektorieTrajectory
- tt
- Zeittime
- v, vxv, vx
- Geschwindigkeitspeed
- a, axa, ax
- Beschleunigungacceleration
- ss
- Wegpath
- Δs9Δs9
- Abweichungdeviation
- tgdaily
- Zeitpunkttime
- tptp
- VorhersagezeitpunktPrediction time
- V2VxV2Vx
- TrajektoriendatenTrajectory data
- SDxSDx
- SensordatenSensor data
- nMonMo
- MotordrehzahlEngine speed
- n°Mon ° Mon
- MotordrehzahländerungEngine speed change
- GG
- eingelegter Gangengaged gear
- ILIL
- EingabeschichtInput layer
- OLOIL
- AusgabeschichtOutput layer
- HLHL
- ZwischenschichtIntermediate layer
- 11
- PlatoonPlatoon
- 22
- EinrichtungFacility
- 11,2111.21
- EmpfangsschaltungReceiving circuit
- 12, 2212, 22
- ControllereinheitController unit
- 13, 2313, 23
- dynamisches Systemdynamic system
- 14, 2414, 24
- Fahrzeug-zu-Fahrzeug-KommunikationseinrichtungVehicle-to-vehicle communication device
- 3030th
- VerarbeitungseinrichtungProcessing facility
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited
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