-
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur adaptiven Geschwindigkeitsregelung eines Fahrzeugs, ein System zur Datenverarbeitung, ein Computerprogrammprodukt und einen computerlesbaren Datenträger.
-
Derzeitige Systeme zur adaptiven Geschwindigkeitsregelung regeln die Geschwindigkeit des mit einem solchen System ausgestatteten Fahrzeugs, d. h. die Geschwindigkeit wird an die Fahrzeugumgebung, z. B. weitere Fahrzeuge in der Nähe und an die Fahrwegbedingungen, z. B. zulässige Höchstgeschwindigkeit, Verkehrsaufkommen, Art des Fahrwegs etc. angepasst.
-
Allerdings erfolgt eine Anpassung der Geschwindigkeit nicht an Kurven, die noch nicht befahren werden, im Folgenden als vorausliegende Kurve bezeichnet. Mit Informationen, die in digitalen Karten enthalten sind, kann zwar der Radius der vorausliegenden Kurve bestimmt und die Geschwindigkeit des Fahrzeugs entsprechend an den Radius angepasst werden. Hierbei besteht jedoch das Problem, dass die verfügbaren digitalen Karten Kurven nicht als solche beschreiben. Vielmehr werden die Kurven in der Karte nur „punktuell“ durch Krümmungsinformationen beschrieben. D. h., die Karte beschreibt lediglich die Krümmung an festgelegten „abgetasteten“ Punkten. Die Krümmung zwischen diesen Punkten kann sich jedoch ändern.
-
Im Ergebnis wird der Fahrwegabschnitt also in Segmente unterteilt. Ein Segment kann entweder gerade verlaufen, leicht gekrümmt, z. B. am Beginn einer Kurve, oder stark gekrümmt, z. B. am Scheitelpunkt einer Kurve. Da pro Segment nur eine Krümmungsinformation angegeben wird, entspricht dies der Beschreibung von Kurven (konstante Krümmung) und Geraden (unendliche Krümmung). Mit anderen Worten beschreibt das Segment nicht die gesamte Kurve, sondern nur einen Teilabschnitt davon und auch diesen nur angenähert durch einen konstanten Krümmungsverlauf.
-
Aus der
US 8 359 149 B2 ist ein Verfahren zur Geschwindigkeitsregelung bekannt, bei dem die aktuelle Krümmung und die nächste Krümmung herangezogen werden, um eine Sollgeschwindigkeit und daran anschließend eine Sollbeschleunigung zu ermitteln. Dies ist jedoch häufig nicht ausreichend, da die aktuelle oder die nächste Krümmung nicht zwangsläufig die kritischste Krümmung umfassen. Erlauben beispielsweise die aktuelle und die nächste Krümmung eine Geschwindigkeit von 70 km/h, die dahinter liegende übernächste Krümmung aber nur eine Geschwindigkeit von 30 km/h, kann eine Berücksichtigung lediglich der aktuellen und der nächsten Krümmung zu einer mangelhaften Geschwindigkeitsanpassung führen. So würde das Fahrzeug gemäß der
US 8 359 149 B2 die Geschwindigkeit zunächst nur auf 70 km/h reduzieren. Beträgt der Abstand zwischen der nächsten und der übernächsten Krümmung beispielhaft lediglich 10 m, würde das Fahrzeug erst nach dem Passieren der nächsten Krümmung versuchen, die Geschwindigkeit innerhalb von 10 m auf 30 km/h zu reduzieren. Dies ist nicht nur unkomfortabel, sondern kann auch das Bremsvermögen des Fahrzeuges übersteigen.
-
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, Möglichkeiten anzugeben, mit denen die genannten Nachteile verringert oder sogar behoben werden können.
-
Gelöst wird diese Aufgabe durch die Gegenstände des Hauptanspruchs sowie der nebengeordneten Ansprüche. Vorteilhafte Weiterbildungen beanspruchen die Unteransprüche.
-
Grundgedanke der Erfindung ist es, nicht nur das aktuelle und das nächste Segment und deren Krümmungen bei der Ermittlung der Sollbeschleunigung zu berücksichtigen, sondern auch weiter vorausliegende Segmente. Mit anderen Worten verlässt sich das System zur adaptiven Geschwindigkeitsregelung nicht nur auf die Informationen über das nächste Segment, sondern es werden mehrere Segmente mit ihren Krümmungsinformationen berücksichtigt. Darauf basierend wird die Geschwindigkeit bzw. Beschleunigung geregelt. Die besondere Herausforderung besteht dabei darin, mehrere Informationen sinnvoll in ein Signal zu überführen.
-
Folglich kann ein System zur adaptiven Geschwindigkeitsregelung weiter vorausschauend reagieren, so dass abrupte Bremsmanöver vermieden und die Sicherheit erhöht werden können. Zudem zeichnet sich die Erfindung durch einfache Berechnungsalgorithmen aus, die kostengünstig implementiert und schnell durchgeführt werden können, so dass die transferierten Datenmengen gering sind. Folglich kann die Erfindung auch mit einer externen Datenverarbeitungseinheit unter geringen Datenübertragungsraten realisiert werden. Zudem kann das Verfahren ausreichend schnell durchgeführt werden, was in Hinblick auf das sich bewegende Fahrzeug von großer Bedeutung ist.
-
Ein erfindungsgemäßes Verfahren zur adaptiven Geschwindigkeitsregelung eines Fahrzeugs weist die folgenden Schritte auf: Ermitteln von Krümmungsinformationen für jedes Segment eines in mehrere Segmente aufgeteilten vorausliegenden Fahrwegabschnitts, Ermitteln einer Sollgeschwindigkeit für jedes Segment, Ermitteln der Entfernungen zwischen einer derzeitigen Position des Fahrzeugs und eines jeden Segments, Ermitteln einer Längsbeschleunigung zum Erreichen der Sollgeschwindigkeit für jedes Segment unter Berücksichtigung einer derzeitigen Geschwindigkeit des Fahrzeugs und der Entfernung zwischen der derzeitigen Position des Fahrzeugs und dem jeweiligen Segment, Ermitteln der niedrigsten Längsbeschleunigung und Vergleichen der niedrigsten Längsbeschleunigung mit einem aktuellen Längsbeschleunigungssollwert.
-
Falls die niedrigste Längsbeschleunigung kleiner als der aktuelle Längsbeschleunigungssollwert ist, wird der aktuelle Längsbeschleunigungssollwert verringert, z. B. indem die niedrigste Längsbeschleunigung als neuer Längsbeschleunigungssollwert gesetzt wird.
-
Falls hingegen die niedrigste Längsbeschleunigung gleich oder größer als der aktuelle Längsbeschleunigungssollwert ist, kann der aktuelle Längsbeschleunigungssollwert beibehalten werden.
-
Anschließend kann die Geschwindigkeit des Fahrzeugs unter Berücksichtigung des neuen Längsbeschleunigungssollwerts geregelt werden. Mit anderen Worten kann das Verfahren im Rahmen einer adaptiven Geschwindigkeitsregelung eines Fahrzeugs genutzt werden.
-
Sobald das Fahrzeug das Segment passiert hat, was zur geringsten Beschleunigung geführt hat, geht das Segment nicht mehr in die Berechnung ein und es resultiert automatisch eine höhere Beschleunigung aus der Berechnung, wenn vor dem Fahrzeug keine engen Kurven mehr vorhanden sind.
-
Die genannten Schritte des Verfahrens können in der Reihenfolge ihrer Nennung, je nach Bedarf jedoch auch gleichzeitig, zeitlich überlappend oder in einer abweichenden Reihenfolge durchgeführt werden.
-
Bevorzugt kann das Verfahren computerimplementiert durchgeführt werden, d. h. die Verfahrensschritte können durch einen Computer durchgeführt werden. Ein solcher Computer kann im Fahrzeug, dessen Geschwindigkeit geregelt werden soll, selbst oder extern angeordnet sein.
-
Die Aufteilung des vorausliegenden Fahrwegabschnitts kann entweder im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgen oder es können Segmente aus einer bereits vorhandenen Karte übernommen werden.
-
Durch das Aufteilen des vorausliegenden Fahrwegabschnitts in mehrere Segmente, beispielsweise in zwei, drei, vier oder mehr Segmente, und das Ermitteln von Krümmungsinformationen für jedes Segment werden nicht nur das aktuelle Segment und das nächste Segment, sondern zumindest auch das übernächste Segment berücksichtigt. Der vorausliegende Fahrwegabschnitt kann beispielsweise eine Länge von mindestens 150 m, bevorzugt von mindestens 200 m und besonders bevorzugt von mindestens 250 m aufweist, so dass für die adaptive Geschwindigkeitsregelung zumindest eine Entfernung von 150 m, bevorzugt von 200 m und besonders bevorzugt von 250 m berücksichtigt werden kann.
-
Der vorausliegende Fahrwegabschnitt kann direkt an die derzeitige Position des Fahrzeugs anschließen, aber auch weiter entfernt liegen, so dass eine Lücke zwischen der derzeitigen Position des Fahrzeugs und dem vorausliegenden Fahrwegabschnitt vorhanden ist.
-
Die Krümmungsinformationen der Segmente umfassen zumindest den Radius des jeweiligen Segments am Beginn des Segments. Unter dem Radius ist der Abstand zwischen dem Mittelpunkt eines Kreises, auf dessen Kreislinie die zu befahrende Trajektorie liegt, und der Trajektorie selbst zu verstehen. Mit anderen Worten stellt die Trajektorie einen Kreisbogen des Kreises, dessen Radius angegeben wird, dar.
-
Für jedes Segment wird eine Sollgeschwindigkeit ermittelt, d. h. eine Geschwindigkeit, mit der das Segment befahren werden soll. Dabei kann es sich um eine maximale Geschwindigkeit handeln, bei der das Segment sicher befahren werden kann. Die Sollgeschwindigkeit kann jedoch auch unter der maximalen Geschwindigkeit liegen, um z. B. den Fahrkomfort zu erhöhen.
-
Zur Ermittlung der Sollgeschwindigkeit kann die Querbeschleunigung berücksichtigt werden. Beispielsweise kann eine maximale Querbeschleunigung festgelegt sein, die nicht überschritten werden darf, wenn das Segment mit der Sollgeschwindigkeit durchfahren wird. Mit anderen Worten kann die Sollgeschwindigkeit so festgelegt werden, dass beim Passieren des Segments mit dieser Sollgeschwindigkeit eine maximale Querbeschleunigung nicht überschritten wird.
-
Außerdem werden die Entfernungen zwischen der derzeitigen Position des Fahrzeugs und eines jeden Segments ermittelt.
-
Unter der Entfernung zwischen der derzeitigen Position des Fahrzeugs und eines jeden Segments ist die Wegstrecke zu verstehen, die das Fahrzeug bis zum Erreichen des jeweiligen Segments, also dessen Beginn, entlang der für das Absolvieren der Wegstrecke vorgesehenen Trajektorie zurücklegen würde.
-
Die derzeitige Position des Fahrzeugs kann mittels eines globalen Navigationssatellitensystems, wie z. B. NAVSTAR GPS, GLONASS, Galileo oder Beidou, ermittelt werden.
-
In einem nächsten Schritt wird für jedes Segment diejenige Längsbeschleunigung ermittelt, die zum Erreichen der Sollgeschwindigkeit benötigt wird. Hierbei werden die derzeitige Geschwindigkeit des Fahrzeugs sowie die Entfernung zwischen der derzeitigen Position des Fahrzeugs und dem jeweiligen Segment berücksichtigt. Die Längsbeschleunigung kann auch negativ sein, falls das Fahrzeug zum Erreichen der Sollgeschwindigkeit abgebremst werden muss.
-
In einem weiteren Schritt wird die niedrigste Längsbeschleunigung ermittelt. Diese ist am kritischsten, da - falls die aktuelle Geschwindigkeit höher ist als die Sollgeschwindigkeit - das stärkste Abbremsen erforderlich ist, um sicherzustellen, dass beim Erreichen des Segments das Fahrzeug mit der Sollgeschwindigkeit fährt und die maximale Querbeschleunigung nicht überschritten wird. Bei Einhaltung der niedrigsten Längsbeschleunigung werden zudem auch die Längsbeschleunigungen der anderen Segmente eingehalten.
-
Anschließend wird die niedrigste Längsbeschleunigung mit dem aktuellen Längsbeschleunigungssollwert, z. B. dem aktuellen Längsbeschleunigungssollwert, der in einem System zur adaptiven Geschwindigkeitsregelung des Fahrzeugs hinterlegt ist, verglichen.
-
Ergibt der Vergleich, dass die niedrigste Längsbeschleunigung kleiner als der aktuelle Längsbeschleunigungssollwert ist, so wird der aktuelle Längsbeschleunigungssollwert verringert, da ansonsten die Geschwindigkeit des Fahrzeugs beim Erreichen des kritischsten Segments, d. h. des Segments mit der niedrigsten Längsbeschleunigung, die Sollgeschwindigkeit dieses Segments übersteigen würde. Folglich können die Fahrsicherheit und der Fahrkomfort verbessert werden.
-
Ergibt der Vergleich, dass die niedrigste Längsbeschleunigung gleich oder größer als der aktuelle Längsbeschleunigungssollwert ist, so kann der aktuelle Längsbeschleunigungssollwert beibehalten werden, da die Geschwindigkeit des Fahrzeugs beim Erreichen des kritischsten Segments geringer als die Sollgeschwindigkeit sein wird.
-
Mittels des Verfahrens wird also das kritischste Segment des vorausliegenden Fahrwegabschnitts identifiziert, indem die Längsbeschleunigungen der Segmente miteinander verglichen werden. Indem hierbei die Entfernung zwischen der derzeitigen Position des Fahrzeugs und dem jeweiligen Segment berücksichtigt wird, kann das Fahrzeug rechtzeitig reagieren und es ist ein weniger starkes Abbremsen erforderlich, um ein Überschreiten der niedrigsten Längsbeschleunigung zu verhindern. Neben einer Erhöhung der Fahrsicherheit und des Fahrkomforts kann dadurch auch der Energieverbrauch des Fahrzeugs gesenkt werden.
-
Gemäß verschiedenen Ausführungsvarianten können die Krümmungsinformationen und die Entfernungen zwischen der derzeitigen Position des Fahrzeugs und den Segmenten mittels mindestens einer digitalen Karte ermittelt werden.
-
Hierdurch kann auf bereits hinterlegte Daten zurückgegriffen werden, so dass die Ermittlung der Sollgeschwindigkeit und der Längsbeschleunigung weiter vereinfacht wird.
-
Ein erfindungsgemäßes System zur Datenverarbeitung umfasst Mittel zur Ausführung eines der vorstehend beschriebenen Verfahren. Die Vorteile des erfindungsgemäßen Systems entsprechen folglich denen des entsprechenden Verfahrens.
-
Ein erfindungsgemäßes Computerprogrammprodukt umfasst Befehle, die bei der Ausführung des Programms durch einen Computer diesen veranlassen, eines der vorstehend beschriebenen Verfahren auszuführen. Die Vorteile des erfindungsgemäßen Computerprogrammprodukts entsprechen folglich denen des entsprechenden Verfahrens.
-
Unter einem Computerprogrammprodukt ist ein auf einem geeigneten Medium gespeicherter und/oder über ein geeignetes Medium abrufbarer Programmcode zu verstehen. Zum Speichern des Programmcodes kann jedes zum Speichern von Software geeignete Medium, beispielsweise ein in einem Steuergerät verbauter nichtflüchtiger Speicher, eine DVD, ein USB-Stick, eine Flashcard oder dergleichen, Verwendung finden. Das Abrufen des Programmcodes kann beispielsweise über das Internet oder ein Intranet erfolgen oder über ein anderes geeignetes drahtloses oder kabelgebundenes Netzwerk.
-
Auf einem erfindungsgemäßen computerlesbaren Datenträger ist ein solches Computerprogrammprodukt gespeichert. Die Vorteile des erfindungsgemäßen computerlesbaren Datenträgers entsprechen folglich denen des erfindungsgemäßen Computerprogrammprodukts.
-
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Abbildungen und der zugehörigen Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
- 1 eine schematische Darstellung von Verfahrensparametern eines beispielhaften Verfahrens;
- 2 eine schematische Darstellung von Verfahrensparametern eines weiteren beispielhaften Verfahrens; und
- 3 ein Ablaufschema eines beispielhaften Verfahrens.
-
1 zeigt schematisch wichtige Parameter, die für die Durchführung des Verfahrens zur adaptiven Geschwindigkeitsregelung eines Fahrzeugs F benötigt werden.
-
Gezeigt ist das Fahrzeug F, das die Trajektorie T befährt und dessen Geschwindigkeit adaptiv geregelt werden soll. Die Trajektorie T weist eine Biegung auf, d. h. das Fahrzeug F wird eine Kurve durchfahren.
-
Das Fahrzeug F befindet sich unmittelbar am Beginn eine vorausliegenden Fahrwegabschnitts A, der in vier Segmente x1, x2, x3, x4 aufgeteilt ist. Folglich geht die Entfernung zwischen dem Fahrzeug F und dem ersten Segment x1 gegen Null. Der vorausliegende Fahrwegabschnitt A kann beispielsweise derart in die vier Segmente x1, x2, x3, x4 aufgeteilt, dass der Radius R1, R2, R3, R4 innerhalb eines jeden Segments x1, x2, x3, x4 näherungsweise konstant ist und dem Radius am Beginn des Segments entspricht. Folglich ist die Länge der vier Segmente x1, x2, x3, x4 verschieden.
-
In 1 werden außerdem die Entfernungen d2, d3, d4 zwischen der derzeitigen Position des Fahrzeugs und den Segmenten x2, x3, x4 durch Pfeile repräsentiert. Die Entfernungen d2, d3, d4 werden entlang der Trajektorie gemessen.
-
2 zeigt eine weitere schematische Darstellung, bei der im Unterschied zur Darstellung der 1 der zu betrachtende vorausliegende Fahrwegabschnitt A vom Fahrzeug F entfernt liegt. Folglich ist die Entfernung d1 größer Null. Im Übrigen wird auf die Ausführungen zu 1 verwiesen.
-
Ausgehend von den in 1 und 2 dargestellten Situationen kann ein Verfahren zur adaptiven Geschwindigkeitsregelung des Fahrzeugs F beispielsweise wie nachfolgend bezugnehmend auf 3 beschrieben durchgeführt werden.
-
Basierend auf Informationen, die aus einer digitalen Karte erhalten werden, wird in einem ersten Verfahrensschritt S1 der vorausliegende Fahrwegabschnitt A, der z. B. 200 m lang sein kann, in mehrere Segmente x1, x2, x3, x4 aufgeteilt. In einem Schritt S2 wird für jedes Segment x1, x2, x3, x4 dessen Radius R1, R2, R3, R4 als Krümmungsinformation ermittelt. Basierend auf dem jeweiligen Radius R1, R2, R3, R4 wird im Schritt S3 für jedes Segment eine Sollgeschwindigkeit ermittelt, wobei dies so erfolgt, dass eine maximale Querbeschleunigung nicht überschritten wird.
-
Außerdem werden in einem Schritt S4 die Entfernungen d1, d2, d3, d4 zwischen der derzeitigen Position des Fahrzeugs F und den Segmenten x1, x2, x3, x4 ermittelt, so dass im Ergebnis für jedes Segment eine Entfernung d1, d2, d3, d4 und eine Sollgeschwindigkeit vorliegen.
-
Anhand dieser Informationen sowie der derzeitigen Geschwindigkeit des Fahrzeugs F wird im Schritt S5 für jedes Segment x1, x2, x3, x4 eine Längsbeschleunigung ermittelt, die zum Erreichen der jeweiligen Sollgeschwindigkeit erforderlich ist.
-
Im Schritt S6 wird die niedrigste Längsbeschleunigung ermittelt.
-
Im Schritt S7 wird die niedrigste Längsbeschleunigung mit dem aktuellen Längsbeschleunigungssollwert verglichen und es wird geprüft, ob die niedrigste Längsbeschleunigung kleiner ist als der aktuelle Längsbeschleunigungssollwert.
-
Ist dies nicht der Fall, geht das Verfahren weiter zu Schritt S8 und der aktuelle Längsbeschleunigungssollwert wird beibehalten. Ist hingegen die niedrigste Längsbeschleunigung kleiner ist als der aktuelle Längsbeschleunigungssollwert, geht das Verfahren weiter zu Schritt S9 und der aktuelle Längsbeschleunigungssollwert wird verringert. Beispielsweise kann die niedrigste Längsbeschleunigung als neuer Längsbeschleunigungssollwert gesetzt werden.
-
Bezugszeichenliste
-
- A
- vorausliegender Fahrwegabschnitt
- F
- Fahrzeug
- T
- Trajektorie
- x1...xn
- Segment 1, ...., Segment n
- R1...Rn
- Radius des Segments 1, ..., Radius des Segments n
- d1...dn
- Entfernung zwischen der derzeitigen Position des Fahrzeugs und dem Segment 1, ..., Entfernung zwischen der derzeitigen Position des Fahrzeugs und dem Segment n
- S1...S9
- Verfahrensschritte
-
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
-
