SE516091C2 - Metod för att bestämma en hastighetsprofil - Google Patents

Description

s ø 10 15 20 25 30 35 516 .(191 2 vid utnyttjande av en dylik hastighetsprofil kunna hålla tidtabellen.

Uppfinningens syften Syftet med föreliggande uppfinning är att lösa ovan- stående problem, och åstadkomma en metod för att bestämma en hastighetsprofil, för att befrämja en mjukare körstil med lägre emissionsnivàer och lägre bränsleförbrukning.

Ytterligare ett syfte med uppfinningen är att vida- reutveckla ovanstående koncept av en “rådgivare”, och att implementera detta koncept i ett fordon.

Sammanfattning av uppfinningen För att uppnå ovanstående syften åstadkommer uppfin- ningen en metod av ovan angivet slag, vilken kännetecknas av stegen att skapa en första profil genom att associera varje segment med en högsta, lämplig hastighetsnivà, ut- jämna diskontinuiteter som uppstår mellan segment med olika hastighet, beräkna hur lång tid det tar att köra körsträckan enligt den bestämda profilen, jämföra denna tid med en förutbestämd tid, om nämnda beräknade tid är mindre än nämnda förutbestämda tid, sänka de i profilen ingående hastighetsnivàerna, tills nämnda tider väsentli- gen överensstämmer.

Metoden innebär att hastighetsprofilen anpassas, eventuellt genom ett iterativt förfarande, för att mot- svara en körtid på den aktuella sträckan som så nära som möjligt överensstämmer med tidtabellen. I ett första ske- de framtas en hastighetsprofil som med stor sannolikhet skulle resultera i en alltför kort körtid. Först därefter påbörjas anpassningen. Detta leder till en mycket ratio- nell hantering av hastighetsprofilen, och goda förutsätt- ningar för implementering i automatiska system.

Enligt en första utföringsform av uppfinningen mul- tipliceras hela hastighetsprofilen med en skalfaktor, nämnda högsta, lämpliga hastighet reduceras proportio- nellt i samtliga segment. Genom detta förfarande minskas 10 15 20 25 30 35 516 o9i 3 alltså hastighetsbörvärdet proportionellt lika mycket un- der hela sträckan.

Enligt en andra utföringsform introduceras en maxi- mal tillåten hastighet, och de i profilen ingående has- tigheter som är högre än nämnda introducerade maximala hastighet reduceras till denna senare hastighet. Genom detta förfarande sänks således sträckans max- hastighetsbörvärde, ungefär som att ett hastighetstak för fordonet införs.

Informationen som utnyttjas av metoden är för det första relaterad till den aktuella körsträckan, som lämp- ligen är indelad i segment, vilka vardera är associerade med en mängd faktorer beträffande exempelvis vägförhål- lande och hastighetsbegränsningar, samt till tidtabellen och de planerade stopp som finns längs sträckan. Denna information är helt oberoende av fordonet, och kan alltså ingå i ett gemensamt informationspaket som är knutet till en bestämd körsträcka.

För det andra utnyttjar metoden fortlöpande informa- tion från fordonets interna informationssystem, såsom hastighet, position och tid. I moderna kommersiella for- don är detta redan vanligt förekommande information, och det innebär inte några tekniska problem att hämta fram den.

Kort beskrivning av ritningarna Föreliggande uppfinning kommer i det följande att beskrivas närmare under hänvisning till bifogade ritning- ar, vilka i exemplifierande syfte visar föredragna utfö- ringsformer av uppfinningen.

Fig 1 visar översiktligt ett styrsystem för ett for- don.

Fig 2 visar ett flödesschema för en del av metoden enligt uppfinningen.

Fig 3 visar en hastighetsprofil. 10 '15 20 25 30 35 5.16 rm 4 Fig 4 och 5 visar hastighetsprofilen i fig 3, vilken med en metod enligt uppfinningen är justerad med hänsyn till en tidtabell.

Beskrivning av föredragna utföringsformer De nedan beskrivna utföringsformerna av uppfinning- en, vilka endast skall ses som exempel, är avsedda att tillämpas i en automatväxlad buss som trafikerar en lin- jesträckning med ett flertal hållplatser enligt en be- stämd tidtabell. Naturligtvis kan uppfinningen med fördel utnyttjas i en mängd andra situationer.

I figur 1 visas översiktligt ett system där metoden enligt uppfinningen kan tillämpas. Bussens 1 motor och bromssystem styrs av ett eller flera styrsystem 2, vilka påverkas av förarens 4 instruktioner via gas- och broms- pedal 3. Om fordonet är av hybrid-typ, innefattar broms- systemet organ, såsom en generator, för att tillvarata bromsenergin. En anordning som kallas rådgivare 5 är vi- dare anordnad att via en regulator 6 påverka pedalerna.

Ràdgivaren 5 innefattar en databas 7 med information som kommer att beskrivas nedan, samt organ 8 för att bestämma hastighetsprofilen. Ràdgivaren innefattar vidare en min- nesenhet 9. Regulatorn 6, som utgörs av väsentligen känd_ hård- eller mjukvara, är anordnad att omvandla signaler från ràdgivaren 5 till utslag hos pedalerna 3.

Ràdgivarens 5 uppgift är att bestämma hur fordonet ska köras fràn aktuell position till nästa stopp, som ex- empelvis utgörs av en hållplats. Ett flödesschema över hur ràdgivaren arbetar visas i fig 2. Ingàngsdata vid varje anrop är position, tid och hastighet. Resultatet av varje anrop är en hastighetsprofil som beskriver hur for- donet skall framföras till nästa planerade stopp. Hastig- hetsprofilen innefattar ett samband mellan hastighetsbör- värde och position, vilket naturligtvis med enkel matema- tik kan omvandlas till ett samband mellan hastighet och tid. Rutinen enligt fig 2 anropas regelbundet under kör- ningen, eftersom oförutsedda skeenden, såsom plötsliga 10 l5 20 25 30 35 5,16 (19-1 5 rödljus eller inbromsningar kan föranleda en anpassning avulämplig hastighetsprofil.

Databasen 7 innehåller information om en indelning av den aktuella körsträckan i ett flertal segment med en respektive längd på exempelvis 10-100m, samt om en maxi- mal lämplig hastighet utmed varje segment. För att be- stämma nämnda högsta lämpliga hastighet längs varje seg- ment tas hänsyn till en mängd faktorer, såsom exempelvis hastighetsbegränsningar, vägkvalitet, övergängsställen, korsningar etc.

Vidare innehåller databasen 7 information om med varje segment förknippade faktorer som påverkar accelera- tionen, exempelvis lutning och kurvor. I databasen 7 finns också information om var på sträckan de planerade stoppen, exempelvis hàllplatserna, finns, och även tidta- bellinformation.

All denna information, som är helt oberoende av for- donet, kan företrädesvis tillhandahållas från en central databas (ej visad), och regelbundet uppdateras. På så vis kan samtliga fordon som trafikerar samma sträcka ha till- gång till samma information, och ett fordon som byter körsträcka kan uppdateras med ny information. En uppdate- ring av detta slag kan enkelt åstadkommas med känd tek- nik, exempelvis trådlös överföring med lämpligt kommuni- kationsprotokoll.

Databasen 7 innehåller dessutom information om en mängd fordonsspecifika faktorer, såsom vikt, kraftöverfö- ring, tröghet, motorstyrka etc. Denna information är alltså densamma oavsett vilken körsträcka som fordonet trafikerar för tillfället. Flera faktorer, exempelvis mo- torspecifika faktorer, uppdateras endast i samband med exempelvis service och underhåll, medan andra faktorer, exempelvis vikt, kan påverkas av förlopp under körning, exempelvis antal passagerare. Detaljeringsgraden hos den- na senare typ av information begränsas i princip endast av fordonets informationssystem. 10 15 20 25 30 35 5-16 091 ' 6 Det första steget 10 markerar anropet av rutinen, med parametrarna tid, position och hastighet. Dessa para- metrar hämtas ur fordonets interna informationssystem, som lämpligen är försett med någon form av positionsbe- stämningssystem, exempelvis GPS. Informationssystem av detta slag är allmänt kända, och blir allt vanligare i alla typer av fordon.

I nästa steg 11 hämtas information från databasen om lämpliga maximala hastigheter på den aktuella körsträck- an.

I steg 12 bestäms utifrån denna information den för- sta hastighetsprofilen, vilken definieras av att fordonet längs varje vägsegment följer den högsta lämpliga hastig- heten. Denna hastighetsprofil visas för ett exempel på körsträcka i fig 3. Eftersom det inte är möjligt att mo- mentant förändra fordonets hastighet, pà det sätt som markeras i fig 3, åstadkommer programkontrollen i steg 13 - 15 en anpassning av den första hastighetsprofilen till verkliga accelerationsförhållanden.

I steg 13 hämtas de tidigare nämnda accelerationsre- laterade faktorer som är förknippade med varje vägseg- ment, och i steg 14 hämtas de fordonsrelaterade faktorer- na från databasen. I steg 15 beräknas sedan hur hastighe- ten kan förändras mellan de olika segmenten.

Algoritmen i steg 15 kan utnyttja information om flera segment framåt, för uppnå en bättre överensstämmel- se med den ursprungliga hastighetsprofilen. Man kan exem- pelvis tänka sig att en hastighetssänkning mellan två segment följs av en ytterligare, kraftigare hastighets- sänkning. Det kan då vara nödvändigt att helt utelämna den mellanliggande hastighetsnivån, för att kunna bromsa in till den lägsta nivån i tid.

I steg 16 har således en något utjämnad hastighets- profil erhållits, och den restid som denna profil motsva- rar beräknas och jämförs i steg 17 med tidtabellen som avläses ur databasen 7. Om fordonet följde denna första hastighetsprofil finns en risk att restiden skulle bli f» m ox x L f f. .b 10 15 20 25 30 35 sm rm 7 alltför kort, och det finns därför ett behov av en algo- ritm enligt uppfinningen, som reducerar hastigheten på ett systematiskt sätt, så att den utsatta efterfrågade restiden uppnås. Efter denna reduktion i steg 18 av någon eller några av hastighetsnivåerna i profilen, upprepas steg 13 - 15, och förloppet upprepas tills en god över- ensstämmelse med tidtabell uppnås i steg 17.

Den uppfinningsenliga reduktionen av hastigheterna kan ske på ett flertal för fackmannen tänkbara sätt, och här kommer endast två föredragna metoder att presenteras i exemplifierande syfte.

En första metod går ut på att multiplicera hela has- tighetsprofilen med en skalfaktor, och därigenom minska den högsta hastigheten proportionellt i alla segment. Ge- nom iterationen av steg 13 - 15 bestäms den skalfaktor som ger en hastighetsprofil som på ett tillfredsställande sätt uppfyller tidtabellen. Resultatet av en skalför- skjutning och utjämning av hastighetsprofilen i fig 3 vi- sas i fig 4.

En andra metod innebär att introducera en ny högsta tillåtna hastighet, och anpassa hastighetsprofilen till denna. I varje segment som har en högsta lämplig hastig- het som är högre än den introducerade högsta tillåtna hastigheten sänks hastigheten till den senare. Genom ite- rationen av steg 13 - 15 bestäms den högsta tillåtna has- tighet som på ett tillfredsställande sätt uppfyller tid- tabellen. Resultatet av en sådan stympning och utjämning av hastighetsprofilen i fig 3 visas i fig 5.

Efter steg 18 har således en hastighetsprofil be- stämts som täcker sträckan från aktuell position till nästa stopp, och som så bra som möjligt håller fordonet enligt tidtabellen.

Om någonting har inträffat vilket gör att det inte går att nå hållplatsen från den aktuella positionen på utsatt tid, upptäcks detta omedelbart av rådgivaren, re- dan vid första jämförelsen i steg 17. Exempel på sådana incidenter är köbildning, ovanligt många rödljus, eller u.. v 10 15 20 25 30 35 sis o91 8 andra störningar i trafiken. Föraren kan informeras om den väntade förseningen, och likasà kan ett meddelande skickas till ett trafikinformationssystem.

Den således bestämda hastighetsprofilen lagras i steg 19 i minnesenheten 7, och varje gäng hastighetspro- filen uppdateras (efter varje anrop av rutinen i fig 2), kommer alltså en ny hastighetsprofil att lagras.

Om ràdgivaren implementeras i form av mjukvara, el- ler programmerade IC-kretsar, kan rutinen i fig 2 utföras på ett ögonblick. Det är därför ingen belastning för for- donets styrsystem att anropa rutinen relativt ofta, exem- -pelvis varje sekund. Pâ så vis minimeras risken att plötsliga förändringar ger upphov till behov av altför stora förändringar i pà varandra följande hastighetspro- filer. Man kan säga att fordonet inte i onödan följer en felaktig hastighetsprofil.

Regulatorn 6 läser kontinuerligt ett aktuellt has- tighetsbörvärde ur den senaste hastighetsprofilen som ràdgivaren 5 lagrat i minnesenheten 7, och jämför detta med fordonets verkliga hastighet som àterkopplas till re- gulatorn. Motorns och bromssystemets styrsystem pâverkas sedan i enlighet med denna skillnad. Vad gäller gaspådra- get fungerar regulatorn ungefär som motsvarande mjukvara, i en sk ”cruise control", som reglerar gaspàdraget i en- lighet med en av föraren angiven hastighet. Beträffande bromsverkan fungerar regulatorn på motsvarande sätt, men med annorlunda regler-algoritmer beroende pà det annor- lunda fysikaliska förloppet.

Hastighetsbörvärdet kan omvandlas till börvärde av- seende pedalläge och bromstryck, vilket dà lämpligen sker i två steg. Det första steget genererar ett börvärde av- seende acceleration (positiv eller negativ) utifrån has- tighetsbörvârdet i förhållande till fordonets aktuella hastighet. Ett flertal olika tänkbara reglerstrategier kan implementeras av fackmannen. Börvärdet avseende acce- leration omvandlas därpå till börvärde avseende gaspådrag eller bromsverkan, beroende på om accelerationsbörvärdet - -..- v. u» 10 15 20 25 30 35 516 091 9 är positivt (acceleration) eller negativt (retardation).

Börvärdet avseende gaspådrag, som är avsett att styra gaspedalen, uttrycks som ett pedalläge, och börvärdet avseende bromsverkan, som år avsett att styra bromspeda- len, uttrycks som ett bromstryck.

Regulatorn styr vidare kraftdon, exempelvis stegmo- torer (ej visade), vilka direkt påverkar fordonets gas- respektive bromspedal 3 i relation till styrningen av mo- tor och bromssystem. Man kan säga att kraftdonen påverkar pedalerna att spegla den påverkan av motor respektive bromssystem som regulatorn åstadkommer. Om ett fordon som är utrustat med en anordning av ovan beskrivet slag läm- nas utan yttre påverkan, rör sig alltså pedalerna 3 som om en optimalt körande ”spökförare” hanterade dem.

Regulatorn kan styra fordonets motor och bromssystem endast genom att direkt påverka gas- och bromspedal. Ef- fekten av en "spökförare” blir då ännu mer påtaglig.

Föraren har möjlighet att överrida de av ràdgivaren styrda pedalerna, genom att medelst foten applicera ett tryck på någon av pedalerna 3 som överskrider ett förut- bestämt tröskelvärde. Föraren medges överrida kraftdonets påverkan endast om en kraft som är större än ett förutbe- stämt tröskelvärde appliceras på någon pedal.

Exempelvis kan varje pedal vara försedd med ett fjädrande organ 20, vilket tvingar föraren att först föra pedalen mot fjäderverkan ett stycke innan rörelsen påver- kar fordonets styrsystem (gaspådrag eller bromsverkan).

I ett enkelt exempel utgörs det fjädrande organet 20 av ett skruvfjäder eller likande, vilken anordnas mellan pedalens fotplatta och länkarmen till fordonets styrsy- stem. En sensor (ej visad) kan vara anordnad att avkänna när fotplattan förflyttats ett bestämt stycke, och i fö- rekommande fall ge signal att koppla ur kraftdonen, för att därigenom frigöra pedalerna helt från rådgivarens på- verkan, eller åtminstone minska den kraft som kraftdonen applicerar. å» z -- s..- »v 10 15 20 51,6 o91 10 En annan möjlighet är att pà varje pedal anordna ett piezoelektriskt element, vilket avkänner vilket tryck fö- raren applicerar pà pedalen. Vid tillräckligt högt tryck överrids kraftdonen enligt ovan.

Vidare kan ett organ anordnas för att ge föraren en möjlighet att till rådgivaren avisera en närstående yttre påverkan, exempelvis ett hinder pà vägen. Denna möjlighet innebär en slags ”feed forward” av regleringen, och ger rådgivaren möjlighet att ta hänsyn till det nya hindret i nästa anrop av rutinen i fig 2. Detta ”feed forward”- organ kan göras mer eller mindre sofistikerat, och exem- pelvis làta föraren ange en avstàndsbedömning till hind- ret.

Det inses att föreliggande uppfinning inte ska ses begränsad till den ovanstående beskrivningen av föredrag- na utföringsformer. Flera för fackmannen uppenbara varia- tioner är tänkbara inom ramen för de bifogade patentkra- ven. Exempelvis kan ett fordon vara utrustat med andra anordningar för att styra gaspådrag och bromsverkan än pedaler. Vidare är de faktorer som nämns för bestämning av hastighetsprofilen endast att betrakta som exempel, och flera andra faktorer kan vara relevanta.

Claims (5)

10 15 20 25 30 516 0911 ll PATENTKRAV

1. Metod för att bestämma en hastighetsprofil för en körsträcka som är indelad i segment, vilken hastig- hetsprofil innefattar ett samband mellan ett hastighets- börvärde och position, k ä n n e t e c k n a d av stegen att skapa en första profil (steg 12) genom att associera varje segment med en högsta, lämplig hastighetsnivå, utjämna diskontinuiteter som uppstår mellan segment med olika hastighet (steg 15), beräkna hur lång tid det tar att köra körsträckan enligt den bestämda profilen (steg 16), jämföra denna tid med en förutbestämd tid (steg 17), och om nämnda beräknade tid är mindre än nämnda förutbe- stämda tid, sänka de i profilen ingàende hastighetsnivå- erna (steg 18), tills nämnda tider väsentligen överens- stämmer.

2. Metod enligt krav 1, varvid hela hastighetspro- filen multipliceras med en skalfaktor, varigenom nämnda högsta, lämpliga hastighet reduceras proportionellt i samtliga segment.

3. Metod enligt krav 1, varvid en maximal tillåten hastighet introduceras, och de i profilen ingående has- tigheter som är högre än nämnda introducerade maximala hastighet reduceras till denna senare hastighet.

4. Metod enligt något av föregående krav, varvid faktorer som beaktas innefattar trafikrelaterade fakto- rer, exempelvis hastighetsbegränsningar och förväntad kö- bildning.

5. Metod enligt något av föregående krav, varvid faktorer som beaktas innefattar accelerationsrelaterade faktorer, såsom vägens lutning och kurvor.