DE112014003989T5

DE112014003989T5 - Verfahren und System für eine gemeinsame Fahrstrategie für Fahrzeugzüge

Info

Publication number: DE112014003989T5
Application number: DE112014003989.6T
Authority: DE
Inventors: Kuo-Yun Liang; Henrik Pettersson; Jonas Martensson; Karl Henrik Johansson; Assad ALAM
Original assignee: Scania CV AB
Current assignee: Scania CV AB
Priority date: 2013-09-30
Filing date: 2014-09-26
Publication date: 2016-05-25
Also published as: SE537618C2; SE1351128A1; WO2015047177A1

Abstract

Verfahren und System zum Steuern eines Fahrzeugzugs, der mindestens ein Leitfahrzeug und ein weiteres Fahrzeug umfasst, wovon jedes eine Positionierungseinheit und eine Einheit zur drahtlosen Kommunikation aufweist. Das Verfahren umfasst das Bereitstellen eines Fahrprofils für mindestens ein Fahrzeug f_k in dem Fahrzeugzug entlang eines Straßensegments für die vor dem Fahrzeug liegende Straße, wobei das Fahrprofil Zielwerte b_i und zugehörige Positionen p_i für das Fahrzeug f_k entlang des Straßensegments enthält, um eine positionsbasierte Fahrstrategie für die Fahrzeuge in dem Fahrzeugzug basierend auf mindestens dem Fahrprofil für das Fahrzeug f_k zu bestimmen, wobei danach die Fahrzeuge in dem Fahrzeugzug gemäß der positionsbasierten Fahrstrategie gesteuert werden.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft ein System und ein Verfahren zum Steuern eines Fahrzeugzugs. Der Fahrzeugzug umfasst mindestens ein Leitfahrzeug und ein weiteres Fahrzeug, wovon jedes eine Positionierungseinheit und eine Einheit zur drahtlosen Kommunikation aufweist.
Hintergrund der Erfindung
Die Intensität des Verkehrs auf den Hauptverkehrswegen in Europa ist hoch, und es wird ein weiterer Anstieg erwartet. Der wachsende Transport von Menschen und Gütern verursacht nicht nur ein Anwachsen der Verkehrsprobleme in Form von Verkehrsschlangen, sondern erfordert auch ständig steigende Mengen an Energie, was schließlich Anlass für einen Anstieg der Emissionen von z. B. Treibhausgasen gibt. Ein möglicher Beitrag zum Lösen dieser Probleme besteht darin, zuzulassen, dass Fahrzeuge enger aneinander gefahren werden, was als „Fahrzeugzüge” bekannt ist. Der Begriff „Fahrzeugzüge” wird hierin verwendet, um eine Anzahl von Fahrzeugen zu bezeichnen, die zueinander kurze Abstände aufweisen, die als eine einzelne Einheit gefahren werden. Die kurzen Abstände führen dazu, dass es möglich ist, dass mehr Verkehr die Straße nutzt, und der Energieverbrauch für ein einzelnes Fahrzeug wird reduziert, da der Widerstand reduziert wird. Die Fahrzeuge in dem Fahrzeugzug werden mit mindestens einer automatisierten Steuerung der Geschwindigkeit des Fahrzeugs und einer automatisierten Steuerung seiner Fahrtrichtung gefahren. Das führt dazu, dass Fahrzeugfahrer wie z. B. Lkw-Fahrer einer reduzierten Belastung unterliegen, wobei auf fehlerhaften menschlichen Entscheidungen basierende Unfälle reduziert werden, und zur Ermöglichung der Reduktion des Kraftstoffverbrauchs. Studien zeigen, dass der Kraftstoffverbrauch des Leitfahrzeugs in dem Fahrzeugzug um 2 bis 10% reduziert werden kann, und derjenige des folgenden Fahrzeugs um 15 bis 20%, und zwar gegenüber dem Kraftstoffverbrauch eines Fahrzeugs, das alleine fährt. Dies ist der Fall bei Bedingungen, bei denen der Abstand zwischen den Fahrzeugen 8–16 Meter, und die Geschwindigkeit, mit der sie fahren, 80 km/h beträgt. Der reduzierte Kraftstoffverbrauch ergibt eine entsprechende Reduktion bei der Emission von CO₂.
Fahrer nutzen bereits diese gut bekannte Tatsache, was eine reduzierte Verkehrssicherheit zur Folge hat. Eine grundlegende Frage in Zusammenhang mit Fahrzeugzügen besteht darin, wie die Zeitlücke zwischen Fahrzeugen von den empfohlenen 3 Sekunden auf einen Wert zwischen 0,5 und 1 Sekunde verringert werden kann, ohne die Verkehrssicherheit zu beeinträchtigen. Mit Abstandssensoren und -kameras muss die Reaktionszeit des Fahrers nicht mehr so schnell sein. Dies ist eine Art von Technologie, die heute bereits bei Systemen wie z. B. ACC (Adaptive Cruise Control/adaptive Geschwindigkeitsregelung) und LKA (lane-keeping assistance/Spurhalteassistent) verwendet wird. Eine Begrenzung besteht jedoch darin, dass die Abstandssensoren und -kameras eine klare Sicht des Ziels erfordern, und dadurch wird es schwierig, Ereignisse zu erkennen, die mehr als ein paar Fahrzeuge davor in der Schlange eintreten. Eine weitere Begrenzung besteht darin, dass das Geschwindigkeitsregelungssystem nicht proaktiv agieren kann, d. h. das Geschwindigkeitsregelungssystem kann nicht auf Ereignisse reagieren, die weiter vorn in dem Verkehr eintreten, die den Verkehrsrhythmus beeinträchtigen werden.
Eine Möglichkeit, Fahrzeuge in die Lage zu versetzen, proaktiv zu agieren, besteht darin, einzurichten, dass die Fahrzeuge kommunizieren und Informationen austauschen. Eine Entwicklung des IEEE-Standards 802.11 für WLAN (WLAN-Netzwerke), die als „802.11p” bekannt sind, ermöglicht das drahtlose Übertragen von Informationen zwischen Fahrzeugen, und zwischen Fahrzeugen und Infrastruktur. Unterschiedliche Arten von Informationen wie z. B. Fahrzeugparameter und Strategien können zu und von den Fahrzeugen übertragen werden. Die Entwicklung von Kommunikationstechnologie hat es somit ermöglicht, Fahrzeuge und Infrastruktur zu konstruieren, die proaktiv interagieren und agieren können. Fahrzeuge können als eine Einheit gesteuert werden, und somit werden ein kürzerer Abstand zwischen ihnen, und ein besserer globaler Verkehrsfluss ermöglicht.
Heute sind viele Fahrzeuge auch mit einem Geschwindigkeitsregelungssystem ausgerüstet, um dem Fahrer zu erleichtern, das Fahrzeug zu fahren. Die gewünschte Geschwindigkeit kann in diesem Fall von dem Fahrer z. B. durch einen Regler in dem Armaturenbrett eingestellt werden, und ein Geschwindigkeitsregelungssystem in dem Fahrzeug beeinflusst nachfolgend ein Steuerungssystem derart, dass es das Fahrzeug passend beschleunigt und abbremst, um die gewünschte Geschwindigkeit aufrechtzuerhalten. Wenn das Fahrzeug mit einem automatischen Gangschaltsystem ausgerüstet ist, dann wird der Gang, in dem das Fahrzeug gefahren wird, gewechselt, sodass das Fahrzeug die gewünschte Geschwindigkeit aufrechterhalten kann.
Wenn das Geschwindigkeitsregelungssystem in einem hügeligen Gelände verwendet wird, dann versucht das Geschwindigkeitsregelungssystem, die voreingestellte Geschwindigkeit auf Steigungsabschnitten aufrechtzuerhalten. Dies hat manchmal zur Folge, dass das Fahrzeug über die Krone des Hügels beschleunigt, und möglicherweise in einen nachfolgenden Gefälleabschnitt hinein, sodass es nachfolgend abgebremst werden muss, um die voreingestellte Geschwindigkeit nicht zu überschreiten, wobei dies eine Art des Fahrens eines Fahrzeugs darstellt, bei der Kraftstoff verschwendet wird. Durch Variieren der Geschwindigkeit des Fahrzeugs in hügeligem Gelände kann im Vergleich zu dem Kraftstoffverbrauch eines Fahrzeugs mit einem herkömmlichen Geschwindigkeitsregelungssystem Kraftstoff gespart werden. Wenn die im weiteren Verlauf kommende Topologie dadurch bekannt gemacht wird, dass das Fahrzeug Kartendaten und Positionierungsausrüstung aufweist, können solche Systeme robuster gestaltet werden, und sie können die Geschwindigkeit des Fahrzeugs ändern, bevor Ereignisse eingetreten sind. Dies wird damit erreicht, was als „vorausschauende Geschwindigkeitsregelung” bekannt ist, als „LAC” abgekürzt.
Die Situation wird jedoch komplexer, wenn eine kraftstoffoptimale Fahrstrategie für einen vollständigen Fahrzeugzug aufzusetzen ist. Zusätzliche Aspekte müssen berücksichtigt werden, wie z. B. die Einhaltung des optimalen Abstands, physikalisch mögliche Geschwindigkeitsprofile für alle Fahrzeuge mit unterschiedlichen Massen und Motorkapazitäten. Ein zusätzlicher Aspekt für einen Fahrzeugzug während der Fahrt durch veränderliche Topografie besteht darin, dass ein Leitfahrzeug, wenn es an einem Steigungsabschnitt Geschwindigkeit verloren hat, seine voreingestellte Geschwindigkeit nach dem Hügel wieder aufnimmt. Die folgenden Fahrzeuge, die dann immer noch auf dem Steigungsabschnitt vorhanden sind, werden gezwungen, beim Bergauffahren zu beschleunigen, was nicht kraftstoffsparend ist. Es ist auch nicht immer möglich, was bedeutet, dass Lücken in dem Fahrzeugzug erzeugt werden, wobei diese Lücken wiederum geschlossen werden müssen. Dies erzeugt Oszillationen in dem Fahrzeugzug. Ein ähnliches Verhalten wird auch auf Gefälleabschnitten beobachtet, wenn das Leitfahrzeug beginnt, in dem Gefälleabschnitt aufgrund seiner großen Masse zu beschleunigen. Die folgenden Fahrzeuge sind in diesem Fall gezwungen, zu beschleunigen, bevor sie den Gefälleabschnitt erreichen, da sie versuchen, den Abstand zu den Fahrzeugen davor konstant zu halten. Nach dem stromabwärtigen Abschnitt beginnt das Leitfahrzeug, zu bremsen, um zu der voreingestellten Geschwindigkeit zurückzukehren. Die folgenden Fahrzeuge, die dann immer noch auf dem Gefälleabschnitt vorhanden sind, werden gezwungen, zu bremsen, um zu vermeiden, dass sie eine Kollision verursachen, wobei das Bremsen nicht kraftstoffsparend ist.
Ein ähnliches Problem tritt beim Durchfahren von Kurven auf. In Bezug auf das einzelne Fahrzeug ist es möglich, die Höchstgeschwindigkeit zu berechnen, die das Fahrzeug in der Kurve haben sollte. Die Höchstgeschwindigkeit basiert auf solchen Faktoren wie dem Fahrerkomfort, Schwerpunkt, Kipprisiko, Krümmungsgrad usw. durch die Verwendung eines vorhersagenden Geschwindigkeitsregelungssystems. Es ist jedoch nicht offensichtlich, wie ein Fahrzeugzug die Kurve nehmen sollte. In dem Falle, dass das Leitfahrzeug seine voreingestellte Geschwindigkeit verlangsamen muss, um in der Lage zu sein, die Kurve zu nehmen, wird es seine voreingestellte Geschwindigkeit nach der Kurve wieder aufnehmen. Die folgenden Fahrzeuge, die dann immer noch in der Kurve vorhanden sind, werden gezwungen, in der Kurve zu beschleunigen, was möglicherweise nicht möglich ist, ohne die Fahrzeuge Risiken auszusetzen, wie z. B. dem Risiko, die Fahrbahn zu verlassen.
Eine Anzahl von Dokumenten beschreibt Steuerungsstrategien für Fahrzeugzüge. In der JP2010176353 wird das Problem des Zusammenhaltens eines Fahrzeugzugs erwähnt, wenn die Straße einen Gradienten aufweist. Bei der angewandten Steuerungsstrategie wird ein Beschleunigungsfehler an dem Straßengradienten verwendet. In der US2013/0041576 werden unterschiedliche Verfahren zum Fahren eines Fahrzeugzugs beschrieben, und wird im Allgemeinen beschrieben, dass andere Maßnahmen zum Optimieren des Kraftstoffverbrauchs verwendet werden können.
Die Aufgabe der Erfindung besteht in der Bereitstellung eines Systems, das auf effizientere Art als zuvor nahegelegte Lösungen einen Fahrzeugzug im Falle von Variationen bei der Konstruktion der kommenden Fahrbahn, wie z. B. mindestens einer von Hügeln und Kurven.
Kurzdarstellung der Erfindung
Gemäß einem ersten Aspekt wird die vorstehend beschriebene Aufgabe mindestens teilweise durch ein Verfahren zum Steuern eines Fahrzeugzugs gelöst, der mindestens ein Leitfahrzeug und ein weiteres Fahrzeug umfasst, wovon jedes eine Positionierungseinheit und eine Einheit zur drahtlosen Kommunikation aufweist. Das Verfahren umfasst das Bereitstellen eines Fahrprofils für mindestens ein Fahrzeug f_k in dem Fahrzeugzug entlang eines Straßensegments für die vor dem Fahrzeug liegende Straße, wobei das Fahrprofil Zielwerte b_i und zugehörige Positionen p_i für das Fahrzeug f_k entlang des Straßensegments enthält, um eine positionsbasierte Fahrstrategie für die Fahrzeuge in dem Fahrzeugzug basierend auf mindestens dem Fahrprofil für das Fahrzeug f_k zu bestimmen, wobei danach die Fahrzeuge in dem Fahrzeugzug gemäß der positionsbasierten Fahrstrategie gesteuert werden.
Somit folgen alle Fahrzeuge in dem Fahrzeugzug im Prinzip dem gleichen Fahrprofil mit gleichen Zielwerten b_i an den gleichen Punkten p_i. Das heißt, dass die Fahrstrategie nicht zeitbasiert ist. Wenn sich jedes Fahrzeug f_k an Punkt p_i oder innerhalb von Punkt p_i befindet, empfangen die folgenden Fahrzeuge einen Zielwert b_i. Eine geeignete Steuerungseinheit in dem Fahrzeug steuert nachfolgend das Fahrzeug gemäß dem Zielwert b_i. Das heißt, dass das Problem mit unnötigem Bremsen auf Gefälleabschnitten oder unmöglichen Beschleunigungen auf Steigungsabschnitten vermieden wird. Die Fahrstrategie basiert somit auf einem optimalen Geschwindigkeitsprofil für den vollständigen Fahrzeugzug, dessen Geschwindigkeitsprofil punktbasiert ist. Beim Fahren auf Hügeln oder um Kurven werden somit kleine Veränderungen bei den Abständen zugelassen, um einen optimalen Kraftstoffverbrauch zu erreichen.
Beim Fahren um Kurven wird vermieden, dass einer Erhöhung der Geschwindigkeit des Leitfahrzeugs nach einer Kurve gleichzeitig von den anderen Fahrzeugen in der Kurve gefolgt wird, was von dem Fahrer als unangenehm empfunden werden kann, und möglicherweise ein Kipprisiko und andere Sicherheitsrisiken beinhaltet. Stattdessen wird der Veränderung der Geschwindigkeit des Leitfahrzeugs durch die anderen Fahrzeuge an der gleichen Position entlang der Straße gefolgt, an der das Leitfahrzeug die Veränderung der Geschwindigkeit ausführte. Auf diese Weise werden die anderen Fahrzeuge ebenfalls die Kurve verlassen, bevor sie die Geschwindigkeit erhöhen.
Durch Erstellen eines gemeinsamen Fahrprofils, das für den vollständigen Fahrzeugzug gilt, wird ein gut organisierter Fahrzeugzug erreicht, bei dem berücksichtigt wird, was das Beste für den vollständigen Fahrzeugzug ist, wenn er auf einer Steigung und um eine Kurve fährt, oder auf einer Steigung oder um eine Kurve. Die Fahrzeuge können zusammengehalten werden, was nachweislich zu Kraftstoffeinsparungen führt im Vergleich dazu, wenn der Fahrzeugzug geteilt ist. Das gemeinsame Profil wird z. B. durch Berechnen eines optimalen LAC-Geschwindigkeitsprofils für jedes einzelne Fahrzeug erstellt. Danach wird bestimmt, welches Fahrzeug die größten Veränderungen bei der Geschwindigkeit ausführen muss, um auf eine kraftstoffsparende Art auf den kommenden Hügel zu fahren, und das Fahrprofil dieses Fahrzeugs wird das gemeinsam ausgewählte Fahrprofil. Das ausgewählte Fahrprofil kann zu allen Fahrzeugen in dem Zug übertragen werden, und jedes einzelne Fahrzeug kann ihm folgen. Jedes Fahrzeug in dem Fahrzeugzug kann auf diese Weise demselben Fahrprofil folgen, das von dem gleichen Punkt entlang der Straße gestartet wurde, d. h. nicht zur gleichen Zeit.
Die Erfindung gibt eine Fahrstrategie, die sicherstellt, dass der Fahrzeugzug zusammengehalten wird, d. h. sie minimiert Störungen in Form von Lücken, die aufgrund der Sättigung von Steuerungssignalen erzeugt und geschlossen werden. Die Erfindung kann Variationen bei der Topografie mit wenigen und einfachen Steuerungsaktionen verwalten. Durch die Erfindung wird eine Art und Weise zum Bestimmen einer gemeinsamen Regulierung für die Fahrzeuge in dem Fahrzeugzug erreicht, die keine so schweren Berechnungen erfordert und somit einfacher als andere Berechnungslösungen in Echtzeit implementierbar ist.
Gemäß einem zweiten Aspekt wird die oben beschriebene Aufgabe mindestens teilweise durch ein System zur Steuerung eines Fahrzeugzugs gelöst. Der Fahrzeugzug umfasst mindestens ein Leitfahrzeug und ein weiteres Fahrzeug, wovon jedes eine Positionierungseinheit und eine Einheit zur drahtlosen Kommunikation aufweist. Das System umfasst weiterhin eine Analyseeinheit, die konfiguriert ist, um ein Fahrprofil für mindestens ein Fahrzeug f_k in dem Fahrzeugzug entlang eines Straßensegments für die vor dem Fahrzeug liegende Straße zu empfangen, wobei das Fahrprofil Zielwerte b_i und zugehörige Positionen p_i für das Fahrzeug f_k entlang des Straßensegments enthält; um eine positionsbasierte Fahrstrategie für die Fahrzeuge in dem Fahrzeugzug basierend auf mindestens dem Fahrprofil für das Fahrzeug f_k zu bestimmen, wobei danach die Fahrzeuge in dem Fahrzeugzug gemäß der positionsbasierten Fahrstrategie gesteuert werden.
Gemäß einem dritten Aspekt wird die Aufgabe mindestens teilweise durch ein Computerprogramm P in einem System gelöst, wobei das Computerprogramm P einen Programmcode umfasst, um das System zu veranlassen, einen der Verfahrensschritte auszuführen, die in dieser Anmeldung beschrieben sind.
Gemäß einem vierten Aspekt wird die Aufgabe mindestens teilweise durch ein Computerprogrammprodukt gelöst, wobei das Computerprogramm P einen Programmcode umfasst, der auf einem Medium gespeichert ist, das von einem Computer lesbar ist, um einen der in dieser Anmeldung beschriebenen Verfahrensschritte auszuführen.
Bevorzugte Ausführungsformen werden in den unabhängigen Ansprüchen und in der detaillierten Beschreibung beschrieben.
Kurzbeschreibung der beigefügten Zeichnungen
Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, wobei:
1 ein Beispiel eines Fahrzeugzugs darstellt, der einen Hügel hinauffährt.
2 ein Beispiel eines Fahrzeugzugs darstellt, der um eine Kurve fährt.
3 ein Beispiel eines Fahrzeugs in einem Fahrzeugzug darstellt.
4A–4D unterschiedliche Beispiele der Konstruktion des Systems darstellt.
5 ein Ablaufdiagramm für das Verfahren nach einer Ausführungsform gemäß der Erfindung darstellt.
Ausführliche Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung
Definitionen

LAC (look-ahead cruise control/vorausschauende Geschwindigkeitsregelung): ein Geschwindigkeitsregelungssystem, das Informationen über die Topografie der kommenden Straße verwendet, und ein optimales Fahrprofil für das Fahrzeug berechnet. Auch bekannt als „vorhersagendes Geschwindigkeitsregelungssystem”.
LAP (look-ahead cruise control for platoons/vorausschauende Geschwindigkeitsregelung für Fahrzeugzüge): ein Geschwindigkeitsregelungssystem, das Informationen über die Topografie der kommenden Straße verwendet, und ein optimales Fahrprofil für alle Fahrzeuge in einem Fahrzeugzug berechnet. Auch bekannt als „vorhersagendes Geschwindigkeitsregelungssystem für Fahrzeugzüge”. Die Regulierungsstrategie wird z. B. durch dynamisches Programmieren bestimmt.
v_k: die Geschwindigkeit von Fahrzeug f_k in dem Fahrzeugzug mit N Fahrzeugen.
d_k,k+1 – der Abstand zwischen Fahrzeug f_k und dem Fahrzeug dahinter f_k+1 in dem Fahrzeugzug.
a_k: der Gradient bei Fahrzeug f_k.
V2V-Kommunikation (vehicle-to-vehicle/Fahrzeug-zu-Fahrzeug): drahtlose Kommunikation zwischen Fahrzeugen, auch bekannt als Fahrzeug-zu-Fahrzeug-Kommunikation.
V2I-Kommunikation (vehicle-to-infrastructure/Fahrzeug-zu-Infrastruktur): drahtlose Kommunikation zwischen Fahrzeugen und Infrastruktur, wie z. B. Straßenkreuzungen und Computersysteme.

1 stellt einen Fahrzeugzug mit N schweren Fahrzeugen f_k dar, der einen Hügel mit kleinen Zwischenräumen d_k,k+1 zwischen den Fahrzeugen hinauffährt. Der Gradient bei Fahrzeug f_k, wenn es über den Hügel fährt, ist als a_k dargestellt. Jedes Fahrzeug f_k kann mit einem Empfänger und einem Sender für Drahtlossignale ausgerüstet sein, die teilweise mit einer Antenne dargestellt sind. Die Fahrzeuge f_k in dem Fahrzeugzug können somit miteinander durch V2V-Kommunikation oder durch andere Einrichtungen, wie z. B. mobile Kommunikationseinheiten, durch eine Anwendung in einer Kommunikationseinheit oder durch einen Server kommunizieren. Sie können auch mit der Infrastruktur in Form von V2I-Kommunikation kommunizieren. Die unterschiedlichen Fahrzeuge f_k weisen unterschiedliche Massen m_k auf.
2 zeigt einen Fahrzeugzug mit N = 6 schweren Fahrzeugen f_k, der ähnlich wie bei dem in 1 dargestellten Beispiel mit kleinen Zwischenräumen d_kk+1 zwischen den Fahrzeugen fährt, der aber stattdessen um eine Kurve fährt. Auch in diesem Fall ist jedes Fahrzeug f_i mit einem Empfänger und einem Sender 2 (3) für Drahtlossignale ausgerüstet, und kann durch V2V-Kommunikation und V2I-Kommunikation kommunizieren. Die Kurve ist dort mit einem Krümmungsradius r dargestellt.
Jeder der Fahrzeugzüge weist ein Leitfahrzeug auf, d. h. das erste Fahrzeug f₁. Jedes Fahrzeug f_k in dem Fahrzeugzug weist z. B. eine einzigartige Fahrzeugidentität und eine Fahrzeugzugidentität auf, die für den vollständigen Fahrzeugzug gemeinsam ist, um in der Lage zu sein, Wissen aufrechtzuerhalten, welche Fahrzeuge Mitglieder des Fahrzeugzugs sind. Daten, die drahtlos zwischen den Fahrzeugen in dem Fahrzeugzug übertragen werden, können mit diesen Identitäten gekennzeichnet werden, sodass das Fahrzeug, von dem die empfangenen Daten herstammen, bestimmt werden kann.
In 3 ist ein Beispiel eines Fahrzeugs f_i in dem Fahrzeugzug dargestellt, und veranschaulicht, wie es ausgerüstet sein kann. Das Fahrzeug f_k ist mit einer Positionierungseinheit 1 ausgerüstet, die die Position von Fahrzeug f_k bestimmen kann. Die Positionierungseinheit 1 kann konfiguriert sein, um Signale von einem Satellitennavigationssystem, wie z. B. GNSS (Global Navigation Satellite System), z. B. GPS (Global Positioning System), GLONASS, Galileo oder Compass zu empfangen. Alternativ kann die Positionierungseinheit 1 konfiguriert sein, um Signale z. B. von einem oder mehreren Detektoren in dem Fahrzeug zu empfangen, die relative Abstände z. B. zu einer Straßenkreuzung, Fahrzeugen in der Nähe oder Ähnlichem mit bekannten Positionen messen. Basierend auf den relativen Abständen kann die Positionierungseinheit 1 die Position des eigenen Fahrzeugs f_k bestimmen. Ein Detektor kann auch konfiguriert sein, um eine Signatur z. B. in einer Straßenkreuzung zu erkennen, wobei die Signatur eine bestimmte Position darstellt. Die Positionierungseinheit 1 kann dann konfiguriert sein, um ihre eigene Position über die Erkennung der Signatur zu bestimmen. Die Positionierungseinheit 1 kann stattdessen konfiguriert sein, um die Signalstärke in einem oder mehreren Signalen von mehreren Basisstationen oder Straßenkreuzungen usw. mit bekannten Positionen zu bestimmen, und dadurch die Position des Fahrzeugs f_k b unter Verwendung von Triangulation bestimmen. Die Position von Fahrzeug f_k kann auf diese Weise bestimmt werden. Natürlich können die vorstehend beschriebenen Technologien kombiniert werden, um die Position von Fahrzeug f_k zu bestimmen. Die Positionierungseinheit 1 ist konfiguriert, um ein Positionierungssignal zu erzeugen, das die Position von Fahrzeug f_k enthält, und um dieses Signal zu einer oder mehreren Einheiten in dem Fahrzeug f_k zu übertragen. Das Fahrzeug f_k ist, wie vorstehend erwähnt, auch mit einer Einheit 2 zur Drahtloskommunikation ausgerüstet. Die Einheit 2 ist konfiguriert, um als Empfänger und Sender von Drahtlossignalen zu arbeiten. Die Einheit 2 kann mindestens eines von Drahtlossignalen von anderen Fahrzeugen, und Drahtlossignale von Infrastruktur um das Fahrzeug f_k herum empfangen, und sie kann mindestens eines von Drahtlossignalen zu anderen Fahrzeugen, und Drahtlossignale zu der Infrastruktur um das Fahrzeug f_k herum übertragen. Die Drahtlossignale können Fahrzeugparameter von anderen Fahrzeugen, z. B. ihrer Masse, entwickeltem Drehmoment, Geschwindigkeit und auch komplexere Informationen umfassen, wie z. B. das aktuell verwendete Fahrprofil, Fahrstrategie usw. Die Drahtlossignale können auch Informationen über die Umgebung, wie z. B. den Gradienten a der Straße, den Krümmungsradius r usw. enthalten. Das Fahrzeug f_k kann auch mit einem oder mehreren Detektoren 3 ausgerüstet sein, um die Umgebung zu erkennen, z. B. mit einer Radareinheit, einer Lesereinheit, einem Gradientenmessgerät usw. Diese Detektoren sind im Allgemeinen in 3 als eine Detektoreinheit 3 gekennzeichnet, aber können aus mehreren unterschiedlichen Detektoren bestehen, die an unterschiedlichen Standorten in dem Fahrzeug positioniert sind. Die Detektoreinheit 3 ist konfiguriert, um einen Parameter, wie z. B. einen relativen Abstand, Geschwindigkeit, Gradienten, Querbeschleunigung, Drehung usw. zu bestimmen, und ein Detektorsignal zu erzeugen, das den Parameter enthält. Die Detektoreinheit 3 ist weiterhin konfiguriert, um das Detektorsignal zu einer oder mehreren Einheiten in dem Fahrzeug f_k zu übertragen. Das Fahrzeug kann auch mit einer Karteneinheit ausgerüstet sein, die Karteninformationen über die kommende Straße bereitstellen kann. Die Karteneinheit kann z. B. ein Teil der Positionierungseinheit 1 sein. Der Fahrer kann z. B. eine endgültige Position spezifizieren und die Karteneinheit kann dann, unter der Voraussetzung, dass sie Wissen über die aktuelle Position des Fahrzeugs hat, relevante Kartendaten über die kommende Straße zwischen der aktuellen Position und dem endgültigen Zielort bereitstellen.
Das Fahrzeug f_k kommuniziert intern zwischen seinen unterschiedlichen Einheiten z. B. durch einen Bus, wie z. B. einem CAN-Bus (Controller Area Network), der ein nachrichtenbasiertes Protokoll verwendet. Beispiele von anderen Kommunikationsprotokollen, die verwendet werden können, sind TTP (Time-Triggered Protocol), Flexray usw. Signale und Daten, wie vorstehend beschrieben, können auf diese Weise zwischen unterschiedlichen Einheiten in dem Fahrzeug f_k ausgetauscht werden. Signale und Daten können stattdessen drahtlos z. B. zwischen den unterschiedlichen Einheiten ausgetauscht werden.
Es gibt auch ein System 4 vollständig oder teilweise in dem Fahrzeug f_k, das nachfolgend unter Bezugnahme auf 4A–4D beschrieben werden wird, die unterschiedliche Beispiele von System 4 darstellen. Die gestrichelten Linien in den Zeichnungen zeigen an, dass dies ein Fall von drahtloser Übertragung von Daten ist. Das System 4 ist im Allgemeinen zum Zwecke der Steuerung des Fahrzeugzugs, und zum Erstellen einer gemeinsamen Fahrstrategie für den vollständigen Fahrzeugzug, basierend auf Informationen über die kommende Straße. Das System 4 implementiert somit eine Art von kooperativem Geschwindigkeitsregelungssystem, einem LAP, für den Fahrzeugzug. Das System 4 ist insbesondere dann nützlich für den Fahrzeugzug, wenn er auf einen Hügel oder um eine Kurve fährt, oder auf einen Hügel und um eine Kurve. Durch Erstellen eines gemeinsamen Fahrprofils, das für den vollständigen Fahrzeugzug gilt, wird ein gut organisierter Fahrzeugzug erreicht, bei dem berücksichtigt wird, was das Beste für den vollständigen Fahrzeugzug ist, wenn er auf einen Hügel und um eine Kurve fährt, oder auf einen Hügel oder um eine Kurve.
Das System 4 umfasst eine Analyseeinheit 7, die konfiguriert ist, um ein Fahrprofil für mindestens ein Fahrzeug f_k in dem Fahrzeugzug entlang eines Straßensegments für eine vor dem Fahrzeug liegende Straße zu empfangen, wobei das Fahrprofil Zielwerte b_i für das Fahrzeug f_k an Positionen p_i entlang des Straßensegments enthält. Das Fahrprofil kann z. B. für ein vorhandenes Geschwindigkeitsregelungssystem wie z. B. ein LAC oder eine andere Form eines vorhersagenden Geschwindigkeitsregelungssystems bestimmt haben, und an die Analyseeinheit 7 weitergeleitet worden sein. Die Zielwerte b_i können z. B. Zielgeschwindigkeiten v_i, Zielbeschleunigungen a_i oder Zieltrennungsabstände d_i sein. Die Analyseeinheit 7 ist weiterhin konfiguriert, um eine positionsbasierte Fahrstrategie für die Fahrzeuge in dem Fahrzeugzug basierend auf mindestens dem Fahrprofil für das Fahrzeug f_k zu bestimmen. Die Fahrzeuge in dem Fahrzeugzug werden nachfolgend gemäß der Fahrstrategie gesteuert. Gemäß einer Ausführungsform ist die Analyseeinheit 7 konfiguriert, um ein Fahrstrategiesignal zu erzeugen, das die positionsbasierte Fahrstrategie angibt, und das Fahrstrategiesignal über die Einheit 2 zu allen Fahrzeugen in dem Fahrzeugzug zu übertragen, wobei danach die Fahrzeuge in dem Fahrzeugzug gemäß der Fahrstrategie gesteuert werden. Gemäß einer weiteren Ausführungsform werden die Fahrzeuge in dem Fahrzeugzug gemäß der Fahrstrategie gesteuert, wie diese bestimmt wird, was nachfolgend detaillierter erklärt wird.
Somit kann ein Fahrprofil für ein einzelnes Fahrzeug f_k durch Verwendung eines zuvor bestimmten Fahrprofils erreicht werden, das durch ein in dem Fahrzeug oder einer anderen externen Einheit positioniertes vorhersagendes Geschwindigkeitsregelungssystem konzipiert ist. Die vorhersagende Geschwindigkeitsregelung ist ein vorhersagender Steuerungsplan, der Wissen über einige der Störungen hat, in diesem Fall die Topografie der Straße, die noch kommen. Eine Optimierung wird in Bezug auf ein Kriterium ausgeführt, wobei diese Optimierung ein vorhergesagtes Verhalten des Systems beinhaltet. Hier wird eine optimale Lösung für das Problem entlang eines begrenzten Straßensegments gesucht, die durch Kürzung des Segments der vollständigen Fahrsitzung erhalten wird. Das Straßensegment weist typischerweise eine Länge von 2 km auf. Das Ziel der Optimierung besteht darin, die Energie und die Zeit zu minimieren, die für die Fahrsitzung erforderlich sind, wobei die Geschwindigkeit des Fahrzeugs innerhalb eines zuvor festgelegten Intervalls gehalten wird. Die Optimierung kann z. B. unter Verwendung von MPC (Model Predictive Control) oder einem LQR (Linear Quadratic Regulator) in Bezug auf die Minimierung von Kraftstoffverbrauch und Zeit in einer Kostenfunktion I, basierend auf einem nichtlinearen Dynamikmodell und Kraftstoffverbrauchsmodell für das Fahrzeug f_k, Begrenzungen bei den Eingangssteuerungssignalen und Begrenzungen bei der maximalen absoluten Abweichung, z. B. 5 km/h, von der Geschwindigkeitsbegrenzung für die Straße ausgeführt werden. Ein Beispiel, wie eine solche Optimierung ausgeführt werden kann, ist in „Look-ahead control of heavy vehicles” (Vorausschauende Steuerung von schweren Fahrzeugen), E. Hellström, Linköping University, 2010, beschrieben. Ein Fahrzeugmodell, das die Hauptkräfte beschreibt, die ein in Bewegung befindliches Fahrzeug beeinflussen, werden in dieser Veröffentlichung beschrieben, gemäß:
wobei a den Gradienten der Straße beschreibt, c_D und c_r charakteristische Koeffizienten sind, g die Schwerkraft beschreibt, ρ_a die Luftdichte ist, r_w der Radradius ist und i_t, i_f, η_t, η_f Konstanten sind, die spezifisch für die Übertragung und Getriebe sind. Die Beschleunigungsmasse des Fahrzeugs m_t(m, J_w, J_e, i_t, i_f, η_t, η_f) ist von der Bruttomasse m, Radträgheit J_w, Motorträgheit J_e, dem Übersetzungsverhältnis und der Effizienz des Getriebes i_t, η_t und dem endgültigen Übersetzungsverhältnis und der -effizienz abhängig i_f, η_f.
Das vorhersagende Geschwindigkeitsregelungssystem LAC erhöht die Geschwindigkeit des Fahrzeugs im Voraus, wenn es sich einem steilen Steigungsabschnitt nähert, und somit erhält das Fahrzeug mindestens teilweise eine höhere Durchschnittsgeschwindigkeit, wenn das Fahrzeug entlang des steilen Steigungsabschnitts fährt. Auf dieselbe Art wird die Geschwindigkeit reduziert, bevor das Fahrzeug in einen steilen Gefälleabschnitt eintritt. Es kann zugelassen werden, dass die Geschwindigkeit des Fahrzeugs auf ein Minimum in einem Steigungsabschnitt fällt, und die verlorene Geschwindigkeit wieder gewinnt, nachdem das Fahrzeug die Krone passiert hat, d. h. nun auf einer flachen Straße. Wenn auf den Steigungsabschnitt ein Gefälleabschnitt folgt, kann die Geschwindigkeit auf einem niedrigeren Niveau in dem Steigungsabschnitt gehalten werden, um zu vermeiden, dass in dem Gefälleabschnitt gebremst werden muss, wenn die Geschwindigkeit des Fahrzeugs zu hoch wird, und stattdessen die potenzielle Energie zu nutzen, die das Fahrzeug durch sein Gewicht auf dem Gefälleabschnitt erhält. Auf diese Weise können Zeit und Kraftstoff gespart werden.
Ein niedriger Gradient der Straße a kann beschrieben werden gemäß: Wobei a_l < a < a_u (2)
a_u der steilste Gradient ist, bei dem die Geschwindigkeit auf einem Steigungsabschnitt mit maximaler Motordrehzahl aufrechterhalten werden kann, und a_l der steilste Gradient ist, bei dem ein schweres Fahrzeug eine konstante Geschwindigkeit durch Ausrollen aufrechterhalten kann, ohne dass Bremsen erforderlich ist. Steile Hügel sind als Straßensegmente mit einem Gradienten außerhalb des Intervalls in (2) definiert.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst das System 4 mindestens eine Segmenteinheit 5 und eine Fahrprofileinheit 6. Die Segmenteinheit 5 ist konfiguriert, um ein Straßensegment für mindestens ein Fahrzeug f_k in dem Fahrzeugzug mithilfe von Positionsdaten und Kartendaten für eine kommende Straße zu bestimmen, wobei das Straßensegment eine oder mehrere Eigenschaften der kommenden Straße enthält. Das Straßensegment kann in mehrere Straßensegmente unterteilt werden. Eine Eigenschaft kann z. B. sein, dass ein Straßensegment in dem Straßensegment als ein steiler Steigungs- oder Gefälleabschnitt mit einem Gradienten außerhalb des Intervalls in (2) klassifiziert wird. Die Fahrprofileinheit 6 ist konfiguriert, um ein Fahrprofil für mindestens ein Fahrzeug f_k in dem Fahrzeugzug basierend auf Eigenschaften des Straßensegments zu bestimmen, wobei das Fahrprofil einen oder mehrere Zielwerte b_i und die zugehörigen Positionen p_i für das Fahrzeug f_k entlang des Straßensegments enthält. Die Zielwerte b_i können z. B. Zielgeschwindigkeiten v_i, Zielbeschleunigungen a_i oder Zieltrennungsabstände d_i sein. Das System 4 kann somit konfiguriert sein, um unabhängig eines oder mehrere Fahrprofile für die Fahrzeuge in dem Fahrzeugzug zu bestimmen, z. B. indem die Fahrprofileinheit 6 ein optimales Fahrgeschwindigkeitsprofil auf dieselbe Art wie die vorstehend beschriebene LAC bestimmt.
Die Funktion des Systems 4 kann so konfiguriert werden, dass es in Betrieb geht, wenn die Straße spezielle Eigenschaften zeigt, wie z. B. eine steile Steigung oder ein kleiner Krümmungsradius (eine enge Kurve). Diese Eigenschaften werden in dem Fahrprofil widergespiegelt, das durch die Zielwerte b_i eingerichtet wird, die erzeugt wurden, und auch als Eigenschaften in dem Straßensegment. Die Fahrzeuge in dem Fahrzeugzug halten sich normalerweise an eine Straßengeschwindigkeitsbegrenzung, auch bekannt als „voreingestellte Geschwindigkeit” v_set, bei der es sich um die höchste Geschwindigkeit handelt, die die Geschwindigkeitsbegrenzung für die Straße zulässt. Bei Hügeln, in Kurven usw. kann es angemessen sein, die Geschwindigkeit zu ändern, um eine verbesserte Kraftstoffeinsparung zu erhalten oder um die Sicherheit zu verbessern oder aufrechtzuerhalten. Es kann in einer Kurve angemessen sein, die Geschwindigkeit zu reduzieren, wenn der Krümmungsradius klein ist. Eine Gleichung, die die maximale Fahrzeuggeschwindigkeit ausdrückt, kann basierend auf der Masse des Fahrzeugs und dem Krümmungsradius der Kurve verwendet werden, kann zum Berechnen der Höchstgeschwindigkeit des Fahrzeugs in der Kurve verwendet werden. Die LAC berechnet mindestens einen von kraftstoffoptimalen Zielwerten und zeitoptimalen Zielwerten b_i für beispielhafte Zielgeschwindigkeiten v_i an den Positionen p_i, und diese Zielgeschwindigkeiten v_i können sich von der voreingestellten Geschwindigkeit v_set unterscheiden, um sparsames oder sicheres Fahren, oder sparsames und sicheres Fahren zu erreichen. Die Analyseeinheit 7 ist gemäß einer Ausführungsform zum Vergleichen der Zielgeschwindigkeiten v_i mit einer voreingestellten Geschwindigkeit v_set und zum Bestimmen einer Differenz Δv zwischen v_i and v_set. Die Analyseeinheit 7 ist weiterhin konfiguriert, um Δv mit einem Schwellenwert zu vergleichen, und die Bestimmung der positionsbasierten Fahrstrategie zu initiieren, wenn Δv den Schwellenwert überschreiten sollte. Der Fahrzeugzug kann auf diese Weise gemäß der gemeinsamen Fahrstrategie in ausgewählten Situationen oder entlang spezieller Straßensegmente gesteuert werden, während in anderen Fällen die Fahrzeuge in dem Fahrzeugzug basierend auf ihren individuellen Fahrprofilen gesteuert werden können. Wenn der Fahrzeugzug die Kurve vollständig verlassen hat oder die Spitze oder das untere Ende des Hügels erreicht hat, können alle Fahrzeuge in dem Fahrzeugzug zu ihren individuellen Fahrprofilen zurückkehren.
4A stellt ein Beispiel des Systems 4 dar, wobei das System 4 in dem Fahrzeug f_k positioniert ist, z. B. in dem Leitfahrzeug f₁. Das System 4 kann in diesem Fall ein Teil einer Steuerungseinheit in dem Fahrzeug f₁ sein. Das System 4 ist hier so dargestellt, dass es eine Segmenteinheit 5 und eine Fahrprofileinheit 6 umfasst, die ein Fahrprofil für das Fahrzeug f₁ für die Analyseeinheit 7 bereitstellen. Karten- und Positionsdaten werden dann z. B. durch das interne Netzwerk in dem Fahrzeug f₁ zu der Segmenteinheit 5 übertragen. Alternativ kann eine vorhandene LAC in dem Fahrzeug f₁ ein Fahrprofil für das Fahrzeug f₁ der Analyseeinheit 7 bereitstellen. Das System 4 kann stattdessen in einer externen Einheit wie z. B. einer Straßenkreuzung oder einem Computersystem positioniert sein. In diesem Fall können Positionsdaten usw. durch V2I zu der externen Einheit übertragen werden. Gemäß dem Beispiel, das in 4A schematisch veranschaulicht ist, bestimmt die Analyseeinheit 7, dass es das Fahrprofil für das Fahrzeug f₁ ist, das das ausgewählte Fahrprofil für den vollständigen Fahrzeugzug ist. Die Fahrstrategie wird über ein Drahtlossignal an die Fahrzeuge in dem Fahrzeugzug weitergegeben. Die Fahrstrategie umfasst z. B. eine Nachricht, die bedeutet, dass alle Fahrzeuge in dem Fahrzeugzug mit Ausnahme des Leitfahrzeugs messen müssen, wie sich das Fahrzeug vor ihnen in dem Fahrzeugzug verhält, und um ihre eigene Geschwindigkeit dementsprechend anzupassen, um den Abstand d_i,j zwischen den Fahrzeugen aufrechtzuerhalten. Die Fahrzeuge können z. B. Radar verwenden, um die Geschwindigkeit des Fahrzeugs davor zu bestimmen. Die Fahrzeuge in dem Fahrzeugzug werden auf diese Weise dem Geschwindigkeitsprofil des Leitfahrzeugs f₁ folgen, ohne dass es notwendig ist, dass ihnen das Geschwindigkeitsprofil selbst bewusst ist.
Gemäß einer Ausführungsform sind die Fahrzeuge in dem Fahrzeugzug in einer bestimmten Reihenfolge derart angeordnet, dass das am meisten begrenzte Fahrzeug vor dem Fahrzeugzug als das Leitfahrzeug f₁ positioniert ist, und die verbleibenden Fahrzeuge in einer absteigenden Reihenfolge so angeordnet sind, dass das am wenigsten begrenzte Fahrzeug am hinteren Teil des Fahrzeugzugs angeordnet ist. Auf diese Weise ist es möglich, sicherzustellen, dass alle Fahrzeuge in dem Fahrzeugzug dem Fahrprofil des Leitfahrzeugs folgen können. Das am meisten begrenzte Fahrzeug ist z. B. das Fahrzeug, das die größte Masse oder das niedrigste verfügbare Motordrehmoment oder eine Kombination aus beidem aufweist.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Analyseeinheit 7 konfiguriert, um ein Fahrprofil für jedes der mehreren Fahrzeuge in dem Fahrzeugzug zu empfangen. Die Analyseeinheit 7 ist gemäß dieser Ausführungsform konfiguriert, um die Fahrprofile zu analysieren, um ein ausgewähltes Fahrprofil als positionsbasierte Fahrstrategie für die Fahrzeuge in dem Fahrzeugzug zu bestimmen. Das ausgewählte Fahrprofil kann nachfolgend z. B. an alle Fahrzeuge in dem Fahrzeugzug weitergegeben werden, wobei danach jedes einzelne Fahrzeug in dem Fahrzeugzug dem gleichen ausgewählten Fahrprofil an den gleichen Positionen folgen wird.
Vor der Weitergabe des Fahrprofils an die Fahrzeuge können die Positionen p_i in dem Fahrprofil zu aktuellen Positionen entlang der kommenden Straße abgebildet werden, sodass die Fahrzeuge in dem Fahrzeugzug in Bezug auf z. B. ihre Geschwindigkeit gemäß Zielwerten b_i an den gleichen aktuellen Positionen entlang der Straße gesteuert werden können. Dies ist bei allen in dieser Anmeldung beschriebenen Ausführungsformen der Fall.
Es sind unterschiedliche Arten des Bestimmens eines ausgewählten Fahrprofils verfügbar. Das ausgewählte Fahrprofil kann z. B. dahingehend bestimmt werden, dass es das Fahrprofil ist, das für das am meisten begrenzte Fahrzeug in dem Fahrzeugzug bestimmt wurde. Beispiele des am meisten begrenzten Fahrzeugs wurden vorstehend beschrieben. Das am meisten begrenzte Fahrzeug kann auch dahingehend bestimmt werden, dass es das Fahrzeug ist, das die größten Geschwindigkeitsfluktuationen in seinem Fahrprofil in und in der Nähe von, oder in oder in der Nähe von einer sich nähernden Steigung oder Kurve, oder Steigung und Kurve aufweist. Um zu bestimmen, welches Fahrprofil somit das ausgewählte Fahrprofil werden soll, ist die Analyseeinheit 7 konfiguriert, um eine Differenz Δv für jedes Fahrprofil, das die größte Differenz zwischen einer Höchstgeschwindigkeit v_max und einer Mindestgeschwindigkeit v_min angibt, um die Differenz Δv für die unterschiedlichen Fahrprofile miteinander zu vergleichen und basierend auf dem Vergleich ein ausgewähltes Fahrprofil zu bestimmen, das die größte Differenz Δv aufweist. Die Höchstgeschwindigkeit v_max ist eines der Geschwindigkeitsziele v_i in dem Fahrprofil und die Mindestgeschwindigkeit v_min ist eine der Zielgeschwindigkeiten v_i in dem Fahrprofil in und in der Nähe von, oder in oder in der Nähe von einem sich nähernden Hügel oder einer Kurve, oder Hügel und Kurve.
4B stellt ein Beispiel von System 4 dar, wobei ein Fahrprofil für jedes Fahrzeug für jedes Fahrzeug f_k bestimmt wird. Die Fahrprofile werden nachfolgend an die Analyseeinheit 7 übertragen, um eine positionsbasierte Fahrstrategie basierend auf einem ausgewählten Fahrprofil zu bestimmen. Die Analyseeinheit 7 ist in diesem Fall in einer externen Einheit positioniert, und die unterschiedlichen Fahrprofile werden durch V2I-Kommunikation zu der Analyseeinheit übertragen. Nachdem die Analyseeinheit 7 ein ausgewähltes Fahrprofil bestimmt hat, wird die Fahrstrategie an die Fahrzeuge in dem Fahrzeugzug durch V2I-Kommunikation, somit durch eines oder mehrere Drahtlossignale weitergegeben. Die Fahrstrategie umfasst z. B. eine Nachricht, die bedeutet, dass alle Fahrzeuge in dem Fahrzeugzug mit Ausnahme des Leitfahrzeugs messen müssen, wie sich das Fahrzeug vor ihnen in dem Fahrzeugzug verhält, und um ihre eigene Geschwindigkeit dementsprechend anzupassen, um den Abstand d_i,j zwischen den Fahrzeugen aufrechtzuerhalten. Die Fahrzeuge können z. B. Radar verwenden, um die Geschwindigkeit des Fahrzeugs davor zu bestimmen. Die Fahrstrategie umfasst auch eine Nachricht an das Leitfahrzeug f₁, dass es dem ausgewählten Fahrprofil folgen muss, und dem aktuellen Fahrprofil in den Fällen, in denen es nicht bereits das Fahrprofil des Leitfahrzeugs ist. Die Fahrzeuge in dem Fahrzeugzug werden in diesem Fall dazu kommen, dem ausgewählten Geschwindigkeitsprofil zu folgen, ohne dass sie sich selbst der Geschwindigkeitsprofile der Fahrzeuge bewusst sein müssen, denen sie folgen. Alternativ kann das ausgewählte Fahrprofil an alle Fahrzeuge in dem Fahrzeugzug weitergegeben werden, wobei danach jedes einzelne Fahrzeug in dem Fahrzeugzug dem gleichen ausgewählten Fahrprofil folgen wird.
In 4C ist ein weiteres Beispiel dargestellt, wobei die Analyseeinheit 7 in dem System 4 in einem Fahrzeug positioniert ist, hier in dem Leitfahrzeug f₁. Wie dies auch bei dem Beispiel in 4B der Fall ist, wird ein Fahrprofil für jedes der Fahrzeuge in jedem der Fahrzeuge f_k bestimmt. Die Fahrprofile werden durch V2V-Kommunikation an die Analyseeinheit 7 übertragen, um eine positionsbasierte Fahrstrategie basierend auf einem ausgewählten Fahrprofil zu bestimmen. Nachdem die Analyseeinheit 7 ein ausgewähltes Fahrprofil bestimmt hat, wird die Fahrstrategie an die Fahrzeuge in dem Fahrzeugzug durch V2V-Kommunikation, somit durch eines oder mehrere Drahtlossignale weitergegeben, und es wird als eine Nachricht oder ein Signal an das Fahrzeug f_k weitergegeben, in dem die Analyseeinheit 7 positioniert ist, in diesem Fall f₁. Die Fahrstrategie kann in diesem Fall dieselbe wie diejenige in dem Beispiel sein, das in 4B veranschaulicht ist. Die Fahrzeuge in dem Fahrzeugzug steuern nachfolgend ihre Geschwindigkeit gemäß dem ausgewählten Fahrprofil.
In 4D ist ein Beispiel dafür dargestellt, wie eine positionsbasierte Strategie sequenziell bestimmt werden kann. Jedes Fahrzeug f_k ist hier mit einer Analyseeinheit 7 _k oder einem Teil der Analyseeinheit 7 ausgerüstet. Das endgültige Fahrzeug f_N bestimmt das Fahrprofil und überträgt es zu der Analyseeinheit 7 _N-1 in dem Fahrzeug f_N-1, das sich unmittelbar davor befindet. Das Fahrzeug f_N-1 bestimmt sein Fahrprofil und die zwei Fahrprofile werden in der Analyseeinheit 7 _N-1 verglichen, um zu bestimmen, welches der Fahrprofile am meisten begrenzt ist. Somit ist die Analyseeinheit 7 hier konfiguriert, um Differenzen Δv sequenziell zu vergleichen. Die Art, in der dies ausgeführt werden kann, wurde zuvor beschrieben. Das am meisten begrenzte Fahrprofil der zwei wird nachfolgend zwecks fortgesetztem Vergleich weiter zu dem nächsten Fahrzeug f_N-2 übertragen, das sich unmittelbar davor befindet. Nach einem endgültigen Vergleich in dem Leitfahrzeug wurde ein ausgewähltes Fahrprofil bestimmt, das die größten Veränderungen bei der Geschwindigkeit erfordert. Das Leitfahrzeug folgt diesem ausgewählten Fahrprofil und die anderen Fahrzeuge in dem Fahrzeugzug folgen der Geschwindigkeit des Fahrzeugs unmittelbar vor ihnen in dem Fahrzeugzug ohne weitere Kommunikation durch z. B. Radarerkennung, wie zuvor erklärt wurde. Als Alternative können die anderen Fahrzeuge in dem Fahrzeugzug von demselben ausgewählten Fahrprofil informiert werden, dem sie danach folgen.
Die Analyseeinheit 7, die Fahrprofileinheit 6 und die Segmenteinheit 5 können eine oder mehrere Prozessoreinheiten und eine oder mehrere Speichereinheiten umfassen oder daraus bestehen. Eine Prozessoreinheit kann aus einer CPU (Central Processing Unit) bestehen. Eine Speichereinheit kann einen flüchtigen oder einen nichtflüchtigen Speicher umfassen, oder sie kann einen flüchtigen und einen nichtflüchtigen Speicher, wie z. B. einen Flash-Speicher oder RAM (Random Access Memory) umfassen. Die Prozessoreinheit kann ein Teil eines Computers oder eines Computersystems sein, z. B. ein ECU (elektronisches Steuergerät) in einem Fahrzeug 2.
In 5 ist ein Ablaufdiagramm für ein Verfahren zum Steuern des Fahrzeugszugs dargestellt, der vorstehend beschrieben wurde. Das Verfahren kann als Programmcode in einem Computerprogramm P implementiert werden. Das Computerprogramm ist in den 4A–4D als ein Teil in der Analyseeinheit 7 dargestellt, und somit ist das Computerprogramm P in einer Speichereinheit gespeichert, die Teil der Analyseeinheit 7 sein kann. Der Programmcode kann das System 4 veranlassen, einen der Schritte gemäß dem Verfahren auszuführen, wenn es auf einer Prozessoreinheit in dem System 4 ausgeführt wird. Das Verfahren wird nun unter Bezugnahme auf das Flussdiagramm in 5 erklärt. Das Verfahren umfasst das Empfangen eines Fahrprofils für das mindestens eine Fahrzeug f_k in dem Fahrzeugzug entlang eines Straßensegments für eine vor dem Fahrzeug liegende Straße, wobei das Fahrprofil Zielwerte b_i und zugehörige Positionen p_i für das Fahrzeug f_k entlang des Straßensegments (A1) enthält. Die Zielwerte b_i können z. B. Zielgeschwindigkeiten v_i, Zielbeschleunigungen a_i oder Zieltrennungsabstände d_i sein. Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Verfahren die Bereitstellung eines Fahrprofils für jedes der mehreren Fahrzeuge in dem Fahrzeugzug. Ein Fahrprofil kann z. B. durch Bestimmen eines Straßensegments für mindestens ein Fahrzeug f_k in dem Fahrzeugzug mithilfe von Positionsdaten und Kartendaten für eine kommende Straße erhalten werden, wobei das Straßensegment eine oder mehrere Eigenschaften der kommenden Straße enthält, und durch Bestimmen eines Fahrprofils für mindestens ein Fahrzeug f_k in dem Fahrzeugzug basierend auf Eigenschaften des Straßensegments, wobei das Fahrprofil Zielwerte b_i und die zugehörigen Positionen p_i für das Fahrzeug f_k entlang des Straßensegments enthält. Das Verfahren umfasst auch das Bestimmen einer positionsbasierten Fahrstrategie für die Fahrzeuge in dem Fahrzeugzug basierend auf mindestens dem Fahrprofil für das Fahrzeug f_k (A2). Die Fahrzeuge in dem Fahrzeugzug werden nachfolgend gemäß der positionsbasierten Fahrstrategie (A3) gesteuert. Gemäß einer Ausführungsform umfasst der Schritt (A3) die Übergabe der positionsbasierten Fahrstrategie an alle Fahrzeuge in dem Fahrzeugzug, wobei danach die Fahrzeuge in dem Fahrzeugzug gemäß der positionsbasierten Fahrstrategie gesteuert werden.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst (A1) die Analyse der Fahrprofile, um ein ausgewähltes Fahrprofil als positionsbasierte Fahrstrategie für die Fahrzeuge in dem Fahrzeugzug zu bestimmen. Die Analyse kann z. B. ausgeführt werden, wenn das Fahrprofil Zielgeschwindigkeiten v_i umfasst, die eine Differenz Δv für jedes Fahrprofil bestimmen, das die größte Differenz zwischen einer Höchstgeschwindigkeit v_max und einer Mindestgeschwindigkeit v_min angibt, Vergleichen der Differenzen Δv für die unterschiedlichen Fahrprofile miteinander, und Bestimmen eines ausgewählten Fahrprofils, das die größte Differenz Δv aufweist, basierend auf dem Vergleich. Gemäß einer Ausführungsform erfolgt der Schritt des Vergleichens der Differenz Δv sequenziell, z. B. in jedem Fahrzeug.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Verfahren einen Schritt vor Schritt A1 oder A2, der dann, wenn das Fahrprofil Zielgeschwindigkeiten v_i umfasst, das Vergleichen der Zielgeschwindigkeiten v_i mit einer voreingestellten Geschwindigkeit v_set, und Bestimmen einer Differenz Δv zwischen v_i und v_set, Vergleichen Δv mit einem Schwellenwert und Initiieren der Bestimmung einer positionsbasierten Fahrstrategie, wenn Δv den Schwellenwert überschreiten sollte.
Weitere Ausführungsformen, die als Verfahren angewandt werden können, wurden in Zusammenhang mit der Beschreibung des Systems beschrieben. Die Erfindung umfasst auch ein Computerprogrammprodukt, das den Programmcode P umfasst, der auf einem Medium gespeichert ist, das von einem Computer lesbar ist, um die vorstehend beschriebenen Verfahrensschritte auszuführen. Das Computerprogrammprodukt kann z. B. eine CD sein.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die oben beschriebenen bevorzugten Ausführungsformen beschränkt. Es können verschiedene Alternativen, Modifikationen und Entsprechungen verwendet werden. Aus diesem Grund begrenzen die vorstehend erwähnten Ausführungsformen nicht den Umfang der Erfindung, der durch die beigefügten Patenansprüche definiert ist.

Claims

System (4) zum Steuern eines Fahrzeugzugs, der mindestens ein Leitfahrzeug und ein weiteres Fahrzeug umfasst, wovon jedes eine Positionierungseinheit (1), eine Einheit (2) zur drahtlosen Kommunikation aufweist, wobei das System (4) eine Analyseeinheit (7) umfasst, die konfiguriert ist, um: – ein Fahrprofil für jedes von mehreren Fahrzeugen f_k in dem Fahrzeugzug entlang eines Straßensegments für eine vor dem Fahrzeug liegende Straße zu empfangen, wobei jedes Fahrprofil Zielwerte b_i und zugehörige Positionen p_i für das relevante Fahrzeug f_k entlang des Straßensegments enthält; – die Fahrprofile zu analysieren, um ein ausgewähltes Fahrprofil als positionsbasierte Fahrstrategie für die Fahrzeuge in dem Fahrzeugzug zu bestimmen, wobei danach die Fahrzeuge in dem Fahrzeugzug gemäß der positionsbasierten Fahrstrategie gesteuert werden.
System nach Anspruch 1, wobei die Analyseeinheit (7) konfiguriert ist, um: – ein Fahrstrategiesignal zu erzeugen, das die positionsbasierte Fahrstrategie angibt, und – das Fahrstrategiesignal an alle Fahrzeuge in dem Fahrzeugzug zu übertragen, wobei danach die Fahrzeuge in dem Fahrzeugzug gemäß der positionsbasierten Fahrstrategie gesteuert werden.
System (4) nach Anspruch 1, wobei die Zielwerte b_i Zielgeschwindigkeiten v_i sind, und die Analyseeinheit (7) konfiguriert ist, um: – eine Differenz Δv für jedes Fahrprofil zu bestimmen, das die größte Differenz zwischen einer Höchstgeschwindigkeit v_max und einer Mindestgeschwindigkeit v_min angibt; – die Differenzen Δv für die unterschiedlichen Fahrprofile miteinander zu vergleichen; – basierend auf dem Vergleich ein ausgewähltes Fahrprofil zu bestimmen, das die größte Differenz Δv aufweist.
System (4) nach Anspruch 3, wobei die Analyseeinheit (7) konfiguriert ist, um die Differenzen Δv sequenziell zu vergleichen.
System (4) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei die Zielwerte b_i Zielgeschwindigkeiten v_i sind, und die Analyseeinheit (7) konfiguriert ist zum: – Vergleichen der Zielgeschwindigkeiten v_i mit einer voreingestellten Geschwindigkeit v_set und Bestimmen einer Differenz Δv zwischen v_i und v_set; – Vergleichen von Δv mit einem Schwellenwert, und Initiieren der Bestimmung der positionsbasierten Fahrstrategie, wenn Δv den Schwellenwert überschreiten sollte.
System (4) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, das Folgendes umfasst: – eine Segmenteinheit (5), die konfiguriert ist, um ein Straßensegment für mindestens ein Fahrzeug f_k in dem Fahrzeugzug mithilfe von Positionsdaten und Kartendaten für eine kommende Straße zu bestimmen, wobei das Straßensegment eine oder mehrere Eigenschaften der kommenden Straße enthält; – ein Fahrprofil (6), das konfiguriert ist, um ein Fahrprofil für mindestens ein Fahrzeug f_k in dem Fahrzeugzug basierend auf Eigenschaften des Straßensegments zu bestimmen, wobei das Fahrprofil einen oder mehrere Zielwerte b_i und zugehörige Positionen p_i für das Fahrzeug f_k entlang des Straßensegments enthält.
Verfahren zum Steuern eines Fahrzeugzugs, der mindestens ein Leitfahrzeug und ein weiteres Fahrzeug umfasst, wovon jedes eine Positionierungseinheit (1) und eine Einheit (2) zur drahtlosen Kommunikation aufweist, wobei das Verfahren Folgendes umfasst: – ein Fahrprofil für jedes von mehreren Fahrzeugen f_k in dem Fahrzeugzug entlang eines Straßensegments für eine vor dem Fahrzeug liegende Straße bereitzustellen, wobei jedes Fahrprofil Zielwerte b_i und zugehörige Positionen p_i für das relevante Fahrzeug f_k entlang des Straßensegments enthält; – die Fahrprofile zu analysieren, um ein ausgewähltes Fahrprofil als positionsbasierte Fahrstrategie für die Fahrzeuge in dem Fahrzeugzug zu bestimmen, wobei danach die Fahrzeuge in dem Fahrzeugzug gemäß der positionsbasierten Fahrstrategie gesteuert werden.
Verfahren nach Anspruch 7, das die Weiterleitung der positionsbasierten Fahrstrategie an alle Fahrzeuge in dem Fahrzeugzug umfasst.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei die Zielwerte b_i Zielgeschwindigkeiten v_i sind, und die Analyse Folgendes umfasst: – eine Differenz Δv für jedes Fahrprofil zu bestimmen, das die größte Differenz zwischen einer Höchstgeschwindigkeit v_max und einer Mindestgeschwindigkeit v_min angibt; – die Differenzen Δv für die unterschiedlichen Fahrprofile miteinander zu vergleichen; – basierend auf dem Vergleich ein ausgewähltes Fahrprofil zu bestimmen, das die größte Differenz Δv aufweist.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei der Schritt des Vergleichens von Differenzen Δv sequenziell erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 10, wobei die Zielwerte b_i Zielgeschwindigkeiten v_i sind, und das Verfahren weiterhin Folgendes umfasst: – Vergleichen der Zielgeschwindigkeiten v_i mit einer voreingestellten Geschwindigkeit v_set und Bestimmen einer Differenz Δv zwischen v_i und v_set; – Vergleichen von Δv mit einem Schwellenwert, und Initiieren der Bestimmung einer positionsbasierten Fahrstrategie, wenn Δv den Schwellenwert überschreiten sollte.
Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 10, umfassend das Bereitstellen eines Fahrprofils durch: – Bestimmen eines Straßensegments für mindestens ein Fahrzeug f_k in dem Fahrzeugzug mithilfe von Positionsdaten und Kartendaten für eine kommende Straße, wobei das Straßensegment eine oder mehrere Eigenschaften der kommenden Straße enthält; – Bestimmen eines Fahrprofils für mindestens ein Fahrzeug f_k in dem Fahrzeugzug basierend auf Eigenschaften des Segments, wobei das Fahrprofil Zielwerte b_i und die zugehörigen Positionen p_i für das Fahrzeug f_k entlang des Straßensegments enthält.
Computerprogramm (P) in einem System (4), wobei das Computerprogramm (P) einen Programmcode umfasst, um das System (4) zu veranlassen, einen der Schritte nach den Ansprüchen 7 bis 12 auszuführen.
Computerprogrammprodukt, das einen Programmcode umfasst, der auf einem Medium gespeichert ist, das von einem Computer lesbar ist, um die Verfahrensschritte nach einem der Ansprüche 7 bis 12 auszuführen.