SE534751C2

SE534751C2 - En modul och en metod avseende modval vid bestämning av hastighetsbörvärden för ett fordon

Info

Publication number: SE534751C2
Application number: SE1050333A
Authority: SE
Inventors: Oskar Johansson; Joergen Hansson; Maria Soedergren; Henrik Pettersson
Original assignee: Scania Cv Ab
Priority date: 2010-04-08
Filing date: 2010-04-08
Publication date: 2011-12-06
Also published as: BR112012025572A2; EP2555941A1; WO2011126430A1; US20130035837A1; SE1050333A1; RU2556829C2; EP2555941A4; RU2012147451A

Description

l5 20 25 30 534 751 2 högre hastighet än normalt. Genom att undvika onödig acceleration och utnyttja fordonets rörelseenergi kan bränsle sparas.

Genom att utrusta fordonet med GPS och kartdata med topologi-information kan en ekonomisk farthållare förses med information om framförvarande körrnotstånd.

Därigenom kan fordonets referenshastighet optimeras för olika vägtyper fór att spara bränsle.

Olika förare har ofta olika krav och önskemål om hur faithållaren skall bete sig för att matcha just dem. Exempelvis vill inte en förare alltid fokusera på att spara bränsle utan vill istället ha kortare körtid.

Patentet EP0838363 beskriver en metod och anordning fór att styra hastigheten hos ett fordon genom användning av en konventionell eller adaptiv farthållare. Föraren kan ändra på vilket sätt fordonet beter sig genom att ändra gränsvärdena i farthållaren för hur mycket fordonet får accelerera eller retardera, och på så sätt skifta mellan sportmod och komfortmod.

Syftet med uppfinningen är att åstadkomma ett förbättrat systern för att styra ett fordons hastighet som ökar förarens acceptans för farthållningen av fordonet, och som i synnerhet tar hänsyn till framßrvarande körmotstånd.

Sammanfattning av uppfinningen Det ovan beskrivna syftet uppnås genom en modul för bestämning av hastighetsbörvärden vmf för ett fordons styrsystem, som omfattar en modvalsenhet för inställning av en körmod, av till exempel fordonets förare, från åtminstone två valbara körmoder, där varje körrnod omfattar en unik uppsättning inställningar som påverkar beräkningen av vmf Modulen omfattar vidare en horisontenhet som är anpassad att bestämma en horisont med hjälp av mottagna positionsdata och kartdata av en framtida väg som innehåller vägsegment och åtminstone en egenskap för varje vägsegrnent, och en processorenhet som är anpassad att beräkna vmf för fordonets styrsystem över horisonten baserat på inställningar för valt körrnod och regler kopplade till vägklasser i vilka vägsegmenten i lO 15 20 25 30 534 751 3 horisonten klassats, så att vmf ligger inom ett intervall som begränsas av ett undre och ett övre gränsvärde vmi., och vmx, varvid styrsystemet reglerar fordonet enligt dessa börvärden.

Syﬁet uppnås enligt en annan aspekt genom en metod för bestämning av hastighetsbörvärden vmf för ett fordons styrsystem, och omfattar att mottaga ett modval av åtminstone två valbara körmoder, av exempelvis fordonets förare, där varje körmod omfattar en unik uppsättning inställningar som påverkar beräkningen av vmf, samt att bestämma en horisont med hjälp av mottagna positionsdata och kartdata av en framtida väg som innehåller vägsegment och åtminstone en egenskap för varje vägsegment och beräkna vref för fordonets styrsystem över horisonten baserat på inställningar för valt könnod och regler kopplade till vägklasser i vilka vägsegmenten i horisonten klassats, så att vmf ligger inom ett intervall som begränsas av vm och vw, varvid styrsystemet reglerar fordonet enligt dessa börvärden.

Genom att föraren själv kan påverka hur fordonet ska farthållas genom att välja bland olika körrnoder, kan föraren matcha fordonets beteende med trafikintensitet, vägtyp eller humör, vilket ökar förarens acceptans för att använda systemet. Exempelvis är det ibland önskvärt att ha en kortare körtid, istället för att köra på ett brânslesnålt sätt, och föraren kan då genom att byta körmod ställa in fordonet efter kortare körtid.

Exempelvis kan en ekonomisk mod som kan medföra stora variationer av fordonets hastighet, ändras till norrnal mod eﬁersom traﬁkintensiteten har ökat. Stora variationer i fordonets hastighet kan annars orsaka irritation hos medtrafikanter. Normal mod är mer lik en traditionell farthållare, viket ger ett mer accepterat körsâtt vid hög trañkintensitet. Vid byte av körmod kan fordonet byta tillåtet hastighetsintervall, växlingspunkter för automatväxelsysternet, tillåtna accelerationsnivåer, etc.

Eﬁersom en körrnod omfattar ett antal inställningar, förenklar det fór föraren att ställa in fordonet för att få en viss köreffekt, istället för att göra inställningama var för sig. l0 15 20 25 30 534 751 4 Då hastigheten predikteras att antingen överskrida eller underskrida på förhand bestämda trösklar runt om den av föraren inställda set-hastigheten försöker algoritmen att justera referenshastigheten (d.v.s. den av modulen utstyrda hastigheten till fordonets farthållare) i tidigare segment (närmare fordonet) i horisonten inom angivna intervallet vmin- vw.

Föredragna utföringsformer beskrivs i de beroende kraven och i den detaljerade beskrivningen.

Kort beskrivning av de bifogade ﬁg1__1_rerna Nedan kommer uppfinningen att beskrivas med hänvisning till de bifogade figurema, av vilka: Figur l visar modulens funktionella inkoppling i fordonet enligt en utföringsform av uppﬁnningen.

Figur 2 visar ett flödesdiagram för stegen som modulen är anpassad att utföra enligt en utföringsforrn av uppﬁnningen.

Figur 3 illustrerar längden på ett styrsystems horisont i relation till längden på den framtida vägen för fordonet.

Figur 4 illustrerar de olika hastigheterna som predikteras samt vägsegmentens vägklasser som kontinuerligt uppdateras efterhand som nya vägsegment läggs till horisonten.

Detalierad beskrivning av föredggi utföríngsfornier av Lnmﬁnninggn Genom att använda infonnation om ett fordons framtida väg, kan fordonets referenshastighet vmf till farthållaren i fordonet regleras med framförhållning för att spara bränsle, öka säkerheten och öka komforten. Även andra börvärden till andra styrsystem kan regleras. Topografin påverkar i hög grad stymingen av särskilt drivlinan för tunga fordon, eftersom det krävs ett mycket större moment för att köra uppför en backe än för att köra nedför, och fór att det inte går att köra uppför en del backar utan att byta växel.

Fordonet förses med positioneringssystem och kartinformation, och genom positionsdata från positioneringssystemet och topologidata från kartinformationen byggs en horisont upp som beskriver hur den framtida vägen ser ut. Vid beskrivning av föreliggande uppfinning anges GPS (Global Positioning System) för att bestämma positionsdata till 10 15 20 25 30 534 751 5 fordonet, men även andra sorters globala eller regionala positioneringssystem är tänkbara fór att ge positionsdata till fordonet, som exempelvis använder sig av radiomottagare för att bestämma fordonets position. Fordonet kan även med hjälp av sensorer avsöka omgivningen och på så vis bestämma sin position.

I figur l visas hur information om den framtida vägen tas in via karta och GPS i en modul enligt uppﬁnningen. Den framtida vägen är i det följande exempliﬁerat som en enda färdväg för fordonet, men det är underförstått att olika tänkbara framtida vägar tas in som information via karta och GPS eller annat positioneringssystem. Föraren kan även registrera startdestination och slutdestination för den planerade färden, och enheten räknar då med hjälp av kartdata m.m. ut en lämplig rutt att köra. Enheten med karta och positioneringssystem kan altemativt vara en del av ett system som ska använda börvärdena för reglering. Färdvägen, eller om det finns ﬂera framtida alternativa vägar: färdvägarna, skickas i stycken via CAN (Controller Area Network), ett seriellt bussystem speciellt anpassat för fordon, till en modul för reglering av börvärden. I reglermodulen byggs styckena sedan ihop i en horisontenhet till en horisont och bearbetas av en processorenhet fór att skapa en intern horisont som styrsystemet kan reglera efter. Finns det ﬂera alternativa fárdvägar skapas ﬂera interna horisonter fór olika färdvägsalternativ.

Styrsystemet kan vara något av de olika styrsystem i fordonet, som exempelvis motorstyrsystem, växellådsstyrsystern eller annat styrsystem. Vanligtvis sätts en horisont ihop för varje styrsystem, eftersom styrsystemen reglerar efter olika parametrar.

Horisonten byggs sedan hela tiden på med nya stycken från enheten med GPS och kartdata, fór att få önskad längd på horisonten. Horisonten uppdateras alltså kontinuerligt under fordonets färd.

CAN betecknar ett seriellt bussystem, speciellt utvecklat fór användning i fordon. CAN- databussen ger möjlighet till digitalt datautbyte mellan sensorer, reglerkomponenter, aktuatorer, styrdon etc. och säkerställer att flera styrdon kan få tillgång till signalema från en viss givare, för att använda dessa för styming av sina anslutna komponenter.

Föreliggande uppfinning hänför sig till en modul fór bestämning av hastighetsbörvärden vref för ett fordons styrsystem, vilken modul schematiskt illustreras i ﬁgur 1. lO 15 20 25 30 534 751 Modulen omfattar en modvalsenhet anpassad för inställning av en körmod, av exempelvis fordonets förare, från åtminstone två valbara körmoder, där varje könnod omfattar en unik uppsättning inställningar som påverkar beräkningen av væf. l figur 1 illustreras de olika körmoden som KM1, KM2 KMn, och det kan alltså vara n antal körmod att välja mellan fór föraren.

Vidare omfattar modulen en horisontenhet som är anpassad att bestämma en horisont med hjälp av mottagna positionsdata och kartdata av en framtida väg som innehåller vägseginent och åtminstone en egenskap fór varje vägsegment, samt en processorenhet som är anpassad att beräkna vmf för fordonets styrsystem över horisonten baserat på inställningar för valt kör-mod och regler kopplade till vägklasser i vilka vägsegmenten i horisonten klassats, så att vw; ligger inom ett intervall som begränsas av vmm och vw, varvid styrsystemet reglerar fordonet enligt dessa börvärden.

På så sätt uppnås en modul som kan användas i ett fordon för att ställa in beräkningarna av vmf efter förarens önskemål. Föraren gör ett modval genom att exempelvis ändra på ett reglage, och ställer dänned in ett antal parametrar och/eller funktioner. På så sätt behöver inte föraren separat göra olika inställningar, utan de kan samlas under ett enda modval.

Eftersom inställningarna är särskilt utvalda för att ge en önskad effekt, behöver inte föraren inneha några expertkunskaper fór att kunna ställa in fordonet så att det regleras på önskat sätt. Modulen kan vara en del av ett styrsystem vars börvärde den vill reglera, eller så kan den vara en från styrsystemet fristående modul. vw är sethastigheten som föraren ställer in och som är önskad att hållas av fordonets styrsystem under färden inom ett intervall. Intervallet avgränsas av två hastigheter, vmin och vw. Enlig en föredragen utföringsforrn så definierar modvalet intervallbredden mellan vmi., och vmax. vmin och vm definierar alltså de gränser kring vw mellan vilka væf tillåts variera. Modvalet omfattar då att processorenheten utför instruktioner som ställer in i intervallbredden mellan vmm och vmx. På så sätt kan intervallet i vilket vmf tillåts variera ställas in, och därmed hur bränsleekonomiskt fordonet ska framföras. Ett stort intervall ger utrymme för större bränslebesparingar än ett mindre intervall. Intervallet är enligt en l0 15 20 25 30 534 75'l 7 utföringsform assymetriskt placerat kring vw. Om merparten av intervallet då ligger under vw, ger det möjlighet till ökad bränslebesparing, eﬁersom væf tillåts sänkas mer. Om merparten av intervallet ligger över v56, så ger det möjlighet till minskad körtid, eﬁersom vmf tillåts höjas mer vilket kan ge högre medelhastighet. Här deﬁnieras fyra olika inställningen av intervallbredd, och de benämns ”maximal intervallbredd”, ”medel íntervallbredd”, ”minimal intervallbredd” sarnt ”jämn intervallbredd”. Intervallen beror på den av föraren valda sethastigheten, och är företrädesvis en procentsats av sethastigheten. I detta exempel deﬁnieras dock intervallen som absoluta värden. I ”maximal intervallbredd” är bredden på intervallet mellan 13-20 km/h, exempelvis -12 och +3 krn/h runt 80 km/h. l ”medel intervallbredd” är bredden på intervallet mellan 6-12 lan/h, exempelvis -8 och +3 km/h runt 80 km/h, och för ”minimal intervallbredd” är bredden på intervallet mellan 0-5 km/h, exempelvis 0 och +5 km/h runt 80 krn/h. I ”jänin intervallbredd” är bredden på intervallet mellan 2- 16 km/h, och då jämnt fördelat kring væf, exempelvis -5 och +5 km/h runt 80 krn/h. Dessa bredder kan dock ha andra värden, och visas här endast som exempel.

Enligt en utföringsforrn deﬁnierar modvalet med vilken acceleration och/eller retardation hastigheten tillåts justeras. Modvalet omfattar då att processorenheten ställer in med vilken acceleration och retardation hastigheten tillåts justeras, och på så sätt kan man ändra hur mycket komfort man vill ha på bekostnad av bränslebesparing och vice versa.

Komfortkriteriet begränsar alltså tillåten acceleration och/eller retardation för fordonet.

Här deﬁnieras tre olika inställningar på acceleration och retardation, och det är ”maximal tillåten acceleration och/eller retardation” som är acceleration/retardation mellan 1-3 m/sz, ”medel tillåten acceleration och/eller retardation” som är acceleration/retardation mellan 0.5-l rn/ S2, och ”minimal tillåten acceleration och/eller retardation” som år acceleration/retardation mellan 0,02-0,5 m/sz. Dessa intervall kan dock ha andra vården, och visas här endast som exempel. Intervallen är enligt en utföringsforrn även massberoende, vilket innebär att ”maximal tillåten acceleration och/eller retardation” och ”medel tillåten acceleration och/eller retardation” kommer att vara lika för ett tungt fordon vid vissa tillfällen, eftersom fordonet vid slåpmoment respektive max motormoment inte kan ge mer än medel retardation respektive medel acceleration vid dessa tillfällen. Det kan även ﬁnnas fysikaliska begränsningar som begränsar intervallen. 10 l5 20 25 30 534 751 8 Enligt en uttöringsform så rampas en önskad hastighetsökning eller - minskning med Torricellis ekvation (l) för att räkna fram med vilken konstant acceleration och retardation fordonet ska framföras, under förutsättning att denna acceleration och/eller retardation är tillåten. Modvalet definiera alltså här gränserna för dessa, så att önskad komfort erhålls.

Tonicellis ekvation lyder enligt följande: vf,,,,=vf+2-a-s, (1) där v; är den initiala hastigheten i ett vägsegment, VSM är fordonets hastighet vid vägsegmentets slut, a är den konstanta accelerationen/retardationen och s är vägsegmentets längd.

Valt körmod kan även definiera inställningar i andra system i fordonet, som exempelvis inställningar i fordonets automatvâxelvalssystem, och processorenheten ser då till att dessa inställningar utförs.

Ovan har ett antal olika funktioner beskrivits som kan ställas in fór att uppnå olika effekter. Varje könnod KMl...KMn omfattar en unik uppsättning inställningar, och hämäst beskrivs några exempel på tänkbara körmoder som ger olika effekter beroende på respektive körmods inställningar som bestämmer hur fordonet framförs. Körmoderna benämns här Economy, Comfort, Power och Normal.

Körmodet Economy omfattar inställningar som gör fordonets körbeteende mer ekonomiskt, såsom maximal intervallbredd mellan vmin och vm, och/eller acceleration och/eller retardation som ur ett bränsleekonomiskt perspektiv är maximalt tillåten, exempelvis medel tillåten acceleration och/eller retardation. Stort intervallbredd mellan vmin och vmax gör det möjligt att kunna spara mer bränsle vid kuperade vägar med svepande backar eftersom det ökar möjligheten att ta tillvara på fordonets lägesenergi och rörelseenergi i nedförsbackar. En förare som väljer Economy kan alltså ta större variationer i fordonets hastighet för att spara bränsle. Enligt en utföringsform begränsas hastighetsintervallet så att hastigheten bara får sänkas för att prioritera bränsle i förhållande till körtid. I Economy kan alltså även accelerationen och/eller retardationen, a, 10 15 20 25 30 534 751 9 i Torricellis ekvation (1) fä vara större. Nedrampning av referenshastighet med Torricellis ekvation (1) kan ersättas med att bränsleinsprutningen stryps, som förklaras nedan, fór att åstadkomma ett tidseffektivt framförande av fordonet. Föraren antas vara mottaglig för en degradering av komfort till fördel för bränslebesparing. För automatväxelvalssystem ﬂyttas enligt en utföringsfonn nedväxlingspunkterna till lägre varvtal så att en nedväxling sker mer sällan, och växeln kan utnyttjas mer genom att växla på högre varvtal för att sedan oftare ta två- eller trestegsväxlingar.

Könnodet Comfort omfattar inställningar som gör fordonets körbeteende mer ekonomiskt, utan att ge avkall på komfort, exempelvis medel intervallbredd mellan vmin och vma, _ vilket är ett mindre intervall än i körrnodet Economy, och medel tillåten acceleration och/eller retardation, d.v.s. ett värde på a i Torricellis ekvation som är lägre än det värde som används i könnodet Economy, och som ger komfort. Automatväxelvalssystemet är här i normal mod.

Power-körmod omfattar inställningar som gör fordonets körbeteende mer kraftfullt, som minimal intervallbredd mellan vmin och vma, och/eller ger möjlighet till maximal tillåten acceleration och/eller retardation. Föraren antas vilja känna ”kraften” i sitt fordon och här premieras inte bränslebesparing kontra tid lika mycket som hos övriga moder.

Acceleration och retardation är här motorprestanda- och massberoende.

Automatväxelvalssystemet är företrädesvis också inställt för att växla i backig terräng, vilket innebär att fordonet drivs på ett generellt högre varvtal.

Körmodet ﬂgrgièal omfattar inställningar som gör fordonets körbeteende ekonomiskt och komfortabelt, med intervallbredden jämnt fördelad kring sethastigheten vw. Här antas föraren vilja ha både komfort och bränslebesparing, och därav blir intervallet kring set- hastigheten, exempelvis -5 och +5 km/h kring 80 km/h. Automatväxelvalssystemet är här företrädesvis i normal mod.

Det är även möjligt att ha inställningar som gör att fordonet får kortare körtid utan att öka bränsleförbrukningen. Dessa inställningar kan införas i exempelvis Power-könnod, eller kan omfattas av en egen körrnod. Hastighetsintervallet vmin - vm, är då sådant att 10 15 20 25 30 534 751 10 hastighetshöjningar infór uppfórsbackar premieras vilket är positivt fór körtiden, och inför branta nedfórsbackar sänks hastigheten om än lite fór att undvika att behöva bromsa i nediörsbacken. Bränsletilltörseln kan exempelvis strypas då hastighetssänkning ska göras.

En strypning av bränsletillfórseln kan man exempelvis åstadkomma genom att sänka referenshastigheten væfi ett så stort steg att motom ger släpmoment. Startpunkten fór att strypa bränsleinsprutningen väljs så att önskad sänkning till ingångshastigheten vi i ett vägsegment uppnås, förutsatt att det är möjligt. Processorenheten i modulen räknar då fram när bränsleinsprutningen till motom ska strypas, och skickar lärnpliga börvärden till styrsystemet när det är dags att strypa bränsletillfórseln. Könnodet kan alltså deﬁniera på vilket sätt en sänkning av hastigheten ska ske fór att undvika onödig inbromsning. Genom att strypa bränsletillfórseln ökar fordonets snitthastighet järnfórt med att rampa ned fordonets hastighet med exempelvis Torricellis ekvation (1). Hastighetsökning (acceleration av fordonet) kan rampas infór branta uppfórsbackar, och fordonet tappar alltså inte lika mycket i snitthastighet över uppförsbacken som om fordonet inte ökat farten infór uppfórsbacken. Då fordonet framförs på detta sätt kan körtiden minskas utan att öka bränsleförbrukningen.

Den minskade körtiden kan dock omvandlas till minskad bränsleförbrukning genom att sänka fordonets medelhastighet.

Figur 2 visar ett ﬂödesschema som schematiskt illustrerar metodsteg enligt uppﬁnningen. I det fólj ande visas exempel for bara en hori sont, men det är underförstått att ﬂera horisonter för olika alternativa framtida vägar kan byggas parallellt.

Metoden omfattar att A) mottaga ett modval av åtminstone två valbara körmoder, där varje körmod omfattar en unik uppsättning inställningar som påverkar beräkningen av væf, B) bestämma en horisont med hjälp av mottagna positionsdata och kartdata av en framtida väg som innehåller vägsegrnent och åtminstone en egenskap fór varje vägsegment; samt C) beräkna væf fór fordonets styrsystem över horisonten baserat på inställningar fór valt körmod och regler kopplade till vägklasser i vilka vägsegmenten i horisonten klassats, så att vm- ligger inom ett intervall som begränsas av vmm och vw, varvid D) styrsystemet reglerar fordonet enligt dessa börvärden. 10 15 20 25 534 751 ll På så sätt uppnås en metod som ökar förarens acceptans för farthållningen av fordonet, eftersom föraren själv kan välja vilken effekt farthållningen ska ha.

Allteftersom fordonet framförs, bygger horisontmodulen ihop styckena till en horisont av den framtida vägen, där längden på horisonten typiskt är i storleksordningen 1-2 km.

Horisontenheten håller reda på var på vägen fordonet beﬁnner sig och bygger hela tiden på horisonten så att längden på horisonten hålls konstant. När slutmålet för färden är inom horisontens längd, byggs enligt en utföringsforrn inte horisonten på längre eftersom vägen efter slutmålet inte är intressant.

Horisonten omfattar vägsegment som har en eller flera egenskaper kopplade till sig.

Horisonten är här exemplifierad i matrisfonn, där varje kolumn beskriver en egenskap för ett vägsegment. En matris som beskriver 80 m framåt av en framtida väg kan se ut enligt följande: dx, % 20, 0.2 20, 0.1 , 20, - 0.1 20, - 0.3 där den första kolumnen är varje vägsegments längd i meter (dx) och den andra kolumnen är varje vägsegments lutning i %. Matrisen ska tolkas som att från bilens aktuella position och 20 meter framåt är lutningen 02%, därefter följer 20 meter med lutning 0.l% etc.

Värdena för vägsegment och lutning behöver inte vara angivna som relativa värden, utan kan istället vara angivna som absoluta värden. Matrisen är med fördel vektorforrnad, men kan istället vara av pekarstrukttrr, i fonn av datapaket eller liknande. Det ﬁnns ﬂera andra tänkbara egenskaper, exempelvis kurvradie, vägskyltar, olika hinder etc.

Enligt en utföringsforrn så är processorenheten anpassad att klassificera vägsegmenten i horisonten i olika vägklasser och beräkna tröskelvärden för nämnda åtminstone en 10 15 20 25 30 534 751 12 egenskap hos vägsegmenten beroende på ett eller ﬂera fordonsspeciﬁka värden, där tröskelvärdena sätter gränser för indelning av vägsegmenten i olika vägklasser. I exemplet där vägsegmentens egenskaper är lutning beräknas tröskelvärden ñr lutningen på vägsegmenten. Tröskelvärdena för egenskapen i fråga beräknas enligt en utföringsforrn av uppﬁnningen genom ett eller ﬂera fordonsspeciﬁka värden, såsom aktuellt utvåxlingsfórhållande, aktuell fordonsvikt, motoms maxmomentkurva, mekanisk friktion och/eller fordonets könnotstånd vid aktuell hastighet. En styrsystemintern fordonsmodell som skattar körmotstånd vid aktuell hastighet används. Utväxling och maxmoment är kända storheter i fordonets styrsystem och fordonsvikten skattas online.

Hämäst presenteras exempel på fem olika vâgklasser som vägsegmenten kan klassificeras i, när lutningen på vägsegmenten används fór att fatta beslut om styrningen av fordonet: Plan väg: Vägsegrnent som har en lutning mellan O: en tolerans.

Brant uppför: Vägsegment som har en lutning så brant att fordonet inte orkar hålla hastigheten på aktuell växel.

Svagt uppför: Vägsegrnent som har en lutning mellan tolerans och tröskelvärde för starkt uppför.

Brant nedför: Vägsegrnent som har en lutning nedför så brant att fordonet accelererar av lutningen själv.

Svagt nedför: Vägsegment som har en lutning nedför mellan den negativa toleransen och tröskelvärdet för starkt nedför.

Enligt en utföringsform av uppfinningen är vägsegmentets egenskaper deras längd och lutning, och fór att klassiﬁcera vägsegmenten i de ovan beskrivna vägklassema, beräknar tröskelvärden uti form av två lutningströskelvärden, lmi.. och lm, där lm är den lutning som vägsegrnentet minst måste ha för att för att fordonet ska accelerera av lutningen själv i en nedförsbacke, och lmax är det lutningsvårde som vägsegmentet maximalt kan ha för att 10 15 20 25 30 534 751 13 fordonet ska orka hålla hastigheten utan att växla i en uppförsbacke. Således kan fordonet regleras eﬁer vägens kommande lutning och längd, så att fordonet kan framföras på ett bränsleekonomiskt sätt med hjälp av farthållare i kuperad terräng. I en annan uttöringsforrn är vägsegmentens egenskaper deras längd och sidoacceleration, och tröskelvärden beräknas i form av sidoaccelerationströskelvärden som klassar in vägsegrnenten efter hur mycket sidoacceleration de ger. Fordonets hastighet kan sedan regleras så att fordonet kan framföras på ett bränsleekonorniskt och trafrksäkert sätt med hänsyn till vägens krökning, d.v.s. en eventuell hastighetssänkning inför en kurva sker i möjligaste mån utan ingrepp av fárdbromsar. Som exempel så är toleransen fór kategorin ”Plan våg” företrädesvis mellan -0,05 % till 0,05 % då fordonet framförs i 80 km/h.

Utgående från samma hastighet (80 km/h) beräknas lm vanligtvis till att vara i storleksordningen -2 till -7 %, och lmax vanligtvis l till 6 %. Dessa värden beror dock mycket på aktuell utväxling (växel + fast bakaxelutväxling), samt motorprestanda och total vikt.

Härnäst jämförs vägsegmentens egenskaper, i detta fall lutningen, i vardera vägsegment med de uträknade tröskelvärdena, och vartdera vägsegment klassificeras i en vägklass beroende på jämförelsema. Liknande klasser kan istället eller också ﬁnnas för exempelvis vägens kun/radie, där kurvoma då skulle kunna klassas eﬁer hur mycket sidoacceleration de ger.

Eﬂer att varje vägsegment i horisonten har klassiﬁcerats i en vägklass, kan sedan en intem horisont för styrsystemet byggas, baserat på klassiﬁceringen av vägsegnienten och horisonten, som består av ingångshastigheter v; till varje vägsegrnent som är hastigheter som styrsystemet ska styra efter. Enligt en utföringsfonn rampas en hastighetsändring som begärs mellan två ingångshastigheter vi, för att ge börvärden væf till styrsystemet som åstadkommer en gradvis ökning eller minskning av hastigheten av fordonet. Genom att rampa en hastighetsändring räknas gradvisa hastighetsändringar ut som behövs göras för att uppnå hastighetsändringen. Med andra ord så uppnås genom rampning en linjär hastíghetsökning. 10 15 20 25 30 534 751 14 lngångshastighetema vi, eller med andra ord börvärden för fordonets styrsystem, beräknas över horisonten beroende på inställningar för valt körmod och regler kopplade till vägklassema i vilka vägsegmenten i horisonten klassats. Alla vägsegrnent i horisonten stegas igenom kontinuerligt, och allteﬁersom nya vägsegment läggs till horisonten justeras ingångshastigheterna v; vid behov i vägsegmenten, inom intervallet ñr fordonets referenshastighet væf. Fordonet regleras sedan enligt börvärdena, och i det beskriva exemplet så innebär det att motorstyrsysternet i fordonet reglerar fordonets hastighet beroende på börvärdena.

De olika reglerna för vägklassema reglerar alltså hur ingångshastigheten v; till varje vägsegment ska justeras. Om ett vägsegrnent har klassiﬁcerats i vägklassen ”Plan väg” kommer ingen förändring av ingångshastigheten v; till vägsegmentet att göras.

Om ett vägsegrnent har klassiﬁcerats i vägklassen ”Brant uppför” eller ”Brant nedför” predikteras sluthastigheten VSM för vägsegmentet genom att lösa ekvationen (2) nedan: vfm, = (a - vf + b) - (e”'“'°'””> - b) /a, där (2) 0:' 4'p'A/2 (3) b=Emk ”Fm/l "Fa (4) Firas/r = (Thug ' iﬁnnl ' igear ' Iugear )/rwhee/ Fra/l : ﬂatcorr I M l ' + Ch l (v: _ vrm ) + Cu/V . (v12 _ vrï-n rnsulf Fa = M - g-sin(arctan(a)) (7) ﬂarcorr = 1/ ,/(1 + rm, /2.7o) (s) där Cd är luﬂmotståndskoefﬂcienten, p är luñens densitet, A den största tvärsnittsarean pâ fordonet, Funk är kraﬁen som verkar från motormomentet i fordonets fárdriktning, F m" är kraften från rullmotståndet som verkar på hjulen, Fa är kraften som verkar på fordonet genom vägsegmentets lutning u, Tmg är motormomentet, im; är fordonets slutväxel, igea, är l0 15 20 25 30 534 751 15 det aktuella utväxlingsfórhållandet i växellådan, pgeaf är växelsystemets verkningsgrad, rwhæ. är fordonets hjulradie, M är fordonets massa, Cap och Cr, år hastighetsberoende koefñcienter relaterade till hjulens rullmotstånd, Cmsop är en konstant tenn relaterad till hjulens rullmotstårid och vise är en ISO-hastighet, exempelvis 80 km/h.

Vid vägsegment med vägklassen ”Brant uppför” jämförs sedan sluthastigheten VSM med vmin, och om vs|m< vmin så ska v; ökas med Avin vilket ges utav: Avm =min(vnm -v. v 19 min o vsIuI ) 7 Om Avm är noll eller negativ sker ingen ändring av v¿.

Vid vâgsegrnent med vägklassen ”Brant nedför” jämförs sluthastigheten vslu, med vmx, och om vs|.,,> vm så ska vi minskas med Avin vilket ges utav: Avm : maxhlt _ vmin 7 vslul _vnnx)ﬂ (10) Om Avin är noll eller negativ sker ingen ändring av v¿_ Enligt en utíöringsfonn används Torricellis ekvation (l) för att räkna ut om det är möjligt att uppnå vsju, med ingångshastigheten vi med krav på komfort, alltså med en förutbestämd maximal konstant acceleration/retardation. Denna acceleration/retardation kan bestämmas av vald körrnod. Om detta inte är möjligt med hänsyn till vägsegmentets längd, minskas respektive ökas då v,- så att önskad acceleration/retardation kan hållas.

Vid vägsegment med vägklassen ”Svagt uppför” tillåts referenshastiglieten gvmf variera mellan vmin och vw då ett nytt vägsegment beaktas, alltså vmin _<_ v", s vxw. Ãr var à vmi.. får ingen acceleration av fordonet göras. Är dock væf < vmín så ansåtts væf till vmín under segmentet, eller om væf > v56, så rarnpas vmf mot vw med hjälp av ekvation (l). Vid vägsegment med vägklassen ”Svagt nedför” tillåts vmf variera mellan vw och vm, då ett nytt vägsegment beaktas, alltså v < v Se' ç ref _ och om væf 5 vma, får ingen retardation nnx? 10 15 20 25 30 534 751 16 av fordonet göras. Är dock vmf > vw, så ansätts vmf till vmx under segrnentet, eller om væf < v52, justeras væf mot vw med hjälp av exempelvis ekvation (1). Tillämpning av klassificering kan förenklas från de fem ovanstående till tre tillstånd genom att ta bort ”Svagt uppför” och ”Svagt nedför”. Vägklassen ”Plan väg” kommer då att beﬁnna sig inom ett större intervall, som begränsas av de uträknade tröskelvärden lm och lmax, alltså lutningen på vägsegmentet ska vara mindre än lmi., om lutningen är negativ eller större än lm om lutningen är positiv.

Då ett vägsegment som kommer efter ett vägsegrnent i horisonten med vägklassen ”Svagt uppför” eller ”Svagt nedför” medför en förändring av ingångshastighetema till vägsegmenten med de nämnda vägklassema, kan det innebära att ingångshastigheter och således börhastigheterna till styrsystemet korrigeras och blir högre eller lägre än vad reglerna ovan anger för vägklasserna ”Svagt uppför” eller ”Svagt nedför”. Detta gäller alltså när ingångshastigheterna till vägsegmenten korrigeras beroende på de efterföljande vägsegrnenten.

Hastighetsändringar som begärs kan alltså rampas med hjälp av Torricellis ekvation (1), så att hastighetsändringarna sker med komfortkrav, alternativt om det ska ske en minskning av hastigheten, genom att strypa bränsletillfórseln. En hastighetsändring kan dock istället begäras med fullt gaspådrag i exempelvis körrnodet Power, då föraren vill känna kraften i fordonet. Generellt så är det en regel att inte höja referenshastigheten vmfi en uppförsbacke, utan den eventuella hastighetsökningen av vmf ska ha skett innan uppförsbacken börjar för att framföra fordonet på ett kostnadseffektivt sätt. Av samma anledning ska referenshastigheten væf inte sänkas i en nedförsbacke, utan den eventuella hastighetssänkningen av vmfska ha skett innan nedförsbacken.

Genom att kontinuerligt stega igenom alla vägsegment i horisonten kan en intern horisont bestämmas som visar predikterade ingångsvärden v; till varje vägsegrnent. Den intema horisonten uppdateras hela tiden allteftersom det tillkommer nya vägsegment till horisonten, exempelvis 2-3 gånger per sekund. Att kontinuerligt stega igenom vägsegrnenten i horisonten omfattar att kontinuerligt beräkna ingångsvärdena vi till varje vägsegment, och en beräkning av ett ingångsvärde v; kan medföra att ingångsvärden både 10 15 20 25 30 534 751 17 framåt och bakåt i den intema horisonten måste ändras. I exempelvis de fall då predikterad hastighet i ett vägsegment är utanför inställt intervall är det önskvärt att korrigera hastigheten i föregående vägseginent.

I ﬁgur 3 visas den interna horisonten i förhållande till den framtida vägen. Den intema horisonten förflyttas hela tiden framåt såsom indikeras av den streckade, framﬂyttade inre horisonten. l ﬁgur 4 visas ett exempel på en intem horisont, där de olika vägsegmenten har klassiﬁcerats i en vägklass. I figuren står ”PV” för klassen ”Plan väg”, ”SU” för ”Svagt uppför”, ”BU” för ”Brant uppför” och ”BN” för ”Brant nedför”. Hastigheten är initialt V0, och om denna hastighet inte är vse, så genereras börvärdena från vo till vw.. Nästa vägsegrnent är ”Svagt uppför”, och ingen ändring av væf görs så länge vmin s vw, s vw, Nästa vägsegment är ”Brant uppför”, och då predikteras sluthastigheten v; för vägsegmentet med hjälp av formel (2), och v; ska då ökas om v3< vmin enligt formel (9).

Nästa vägsegment är ”Plan väg”, och då justeras væf mot vw. Sedan kommer ett vägseginent som är ”Brant nedför”, och då predikteras sluthastigheten V5 med hjälp av formel (2), och V4 ska minskas om v5> vma, enligt formel (10). Så fort en hastighet bakåt i den interna horisonten ändras, justeras de resterande hastighetema bakåt i den interna horisonten för att kunna uppfylla hastigheten längre fram.

Den föreliggande uppﬁnningen omfattar också en datorprogramprodukt, som omfattar datorprograminstruktioner för att förmå ett datorsystem i ett fordon att utföra stegen enligt metoden, när dataprograminstruktionema körs på nämnda datorsystem.

Datorprograminstruktionerna är företrädesvis lagrade på ett av ett datorsystem läsbart medium, såsom en CD-ROM eller USB-minne, eller kan överföras trådlöst eller via kabel till datorsystemet.

Den föreliggande uppfinningen är inte begränsad till de ovan beskrivna utföringsforrnerna.

Olika alternativ, modifieringar och ekvivalenter kan användas. Därför begränsar inte de ovan nämnda utföringsfonnerna uppﬁnningens omfattning, som deﬁnieras av de bifogade kraven.

Claims

10 15 20 25 30 534 751 18 Patentkrav

1. Modul fór bestämning av hastighetsbörvärden vmf för ett fordons styrsystem, kännetecknad av att modulen omfattar - en modvalsenhet fór inställning av en körmod, av till exempel fordonets förare, från åtminstone två valbara körmoder, där varje körrnod omfattar en unik uppsättning inställningar som påverkar beräkningen av vwf, - en horisontenhet som är anpassad att bestämma en horisont med hjälp av mottagna positionsdata och kartdata av en framtida väg som innehåller vägsegment och åtminstone en egenskap fór varje vägsegment; - en processorenhet som är anpassad att beräkna vmf for fordonets styrsystem över horisonten baserat på inställningar fór vald körrnod och regler kopplade till vägklasser i vilka vägsegmenten i horisonten klassats, så att vmf ligger inom ett intervall som begränsas av vnm-n och vmu, varvid styrsystemet reglerar fordonet enligt dessa hastighetsbörvärden vfgf.

2. Modul enligt krav 1, i vilken modvalet deﬁnierar intervallbredden mellan vmm och vmax.

3. Modul enligt krav l eller 2, i vilken modvalet deﬁnierar med vilken acceleration och/eller retardation hastigheten tillåts justeras.

4. Modul enligt något av ovanstående krav, i vilken modvalet deﬁnierar på vilket sätt en sänkning av hastigheten ska ske för att undvika onödig inbromsning.

5. Modul enligt något av ovanstående krav, i vilken valt körmod deﬁnierar inställningar i andra system i fordonet.

6. Modul enligt krav 5, i vilken valt körmod deﬁnierar inställningar i fordonets automatväxelvalssystern. 10 15 20 25 30 534 751 19

7. Modul enligt något av ovanstående krav, i vilken en körrnod omfattar inställningar som gör fordonets körbeteende mer ekonomiskt, med maximal intervallbredd mellan vmin och vmax och/eller medel tillåten acceleration och/eller retardation.

8. Modul enligt något av ovanstående krav, i vilken en körmod omfattar inställningar som gör fordonets körbeteende mer ekonomiskt, utan att ge avkall på komforten, med medel intervallbredd mellan vm och vm, och/eller medel tillåten acceleration och/eller retardation.

9. Modul enligt något av ovanstående krav, i vilken en körmod omfattar inställningar som gör fordonets körbeteende mer lrraftfiillt, med minimal intervallbredd mellan vm och vw och/eller maximal tillåten acceleration och/eller retardation.

10. Modul enligt något av ovanstående krav, i vilken en körmod omfattar inställningar som gör fordonets körbeteende ekonomiskt och komfortabelt, med jämn intervallbredd kring en av föraren inställd sethastighet.

11. 1 1. Modul enligt något av ovanstående krav, i vilken processorenheten är anpassad att räkna ut tröskelvärden fór nämnda åtminstone en egenskap hos vägsegmenten beroende på ett eller ﬂera fordonsspeciﬁka värden, där tröskelvårdena sätter gränser fór indelning av vägsegrnenten i olika vägklasser; jämföra åtminstone en egenskap hos vartdera vägsegrnent med de uträknade tröskelvärdena, och klassificera vartdera vägsegment i en vägklass beroende på järnfórelsema.

12. Modul enligt kraven ll, i vilken fordonsspeciﬁka värden bestäms av aktuellt utväxlingstbrhållande, aktuell fordonsvikt, motoms maxmomentkurva, mekanisk friktion och/eller fordonets könnotstånd vid aktuell hastighet.

13. Modul enligt något av föregående krav, i vilken horisontenheten är anpassad att bestämma horisonten kontinuerligt så länge horisonten inte överskrider en planerad framtida väg fór fordonet, och i vilken processorenheten är anpassad att kontinuerligt 10 15 20 25 30 534 751 20 utföra stegen fór att räkna ut och uppdatera börvärdena för styrsystemet fór hela horisonten längd.

14. Metod för bestämning av hastighetsbörvärden væf fór ett fordons styrsystem, kännetecknad av att metoden omfattar att: - mottaga ett modval av åtminstone två valbara körmoder, av till exempel fordonets förare, där varje körmod omfattar en unik uppsättning inställningar som påverkar beräkningen av vmf, - bestämma en horisont med hjälp av mottagna positionsdata och kartdata av en framtida väg som innehåller vägsegment och åtminstone en egenskap fór varje vägsegment; - beräkna vnf för fordonets styrsystem över horisonten baserat på inställningar för vald körmod och regler kopplade till vägklasser i vilka vägsegmenten i horisonten klassats, så att vmf ligger inom ett intervall som begränsas av vmin och vm, varvid styrsystemet reglerar fordonet enligt dessa hastighetsbörvärden vmf.

15. Metod enligt krav 14, som omfattar att ställa in intervallbredden mellan vmin och vw.

16. Metod enligt krav 14 eller 15, som omfattar att ställa in med vilken acceleration och/eller retardation hastigheten tillåts justeras.

17. Metod enligt något av krav 14 till 16, som omfattar att välja på vilket sätt en sänkning av hastigheten ska ske fór att undvika onödig inbromsning.

18. Metod enligt något av krav 14 till 17, som omfattar att göra inställningar i andra system i fordonet.

19. Metod enligt krav 18, som omfattar att göra inställningar i fordonets automatväxelvalssysteln. 10 15 20 25 30 534 751 21

20. Metod enligt något av kraven 14 till 19, som omfattar att göra inställningar som gör fordonets körbeteende mer ekonomiskt, med maximal intervallbredd mellan vmi.. och vw och/eller medel tillåten acceleration och/eller retardation.

21. Metod enligt något av kraven 14 till 20, som omfattar att göra inställningar som gör fordonets körbeteende mer ekonomiskt, utan att ge avkall på komforten, med medel intervallbredd mellan vmm och vw och/eller medel tillåten acceleration och/eller retardation.

22. Metod enligt något av kraven 14 till 21, som omfattar att göra inställningar som gör fordonets körbeteende mer kraftfullt, med minimal intervallbredd mellan vmü, och vw och/eller maximal tillåten acceleration och/eller retardation.

23. Metod enligt något av kraven 14 till 22, som omfattar att göra inställningar som gör fordonets körbeteende ekonomiskt och komfortabelt, med en jämn intervallbredd kring en av föraren inställd sethastighet.

24. Metod enligt något av kraven 14 till 23, som omfattar att räkna ut tröskelvärden för nämnda åtminstone en egenskap hos vägsegxnenten beroende på ett eller ﬂera fordonsspeciﬁka värden, där tröskelvärdena sätter gränser fór indelning av vägsegmenten i olika vägklasser; jämföra åtminstone en egenskap hos vartdera vägsegment med de uträknade tröskelvärdena, och klassificera vartdera vägsegment i en vägklass beroende på jämfórelserna.

25. Metod enligt kraven 24, som omfattar att bestämma fordonsspeciﬁka värden av aktuellt utväxlingsförhållande, aktuell fordonsvikt, motorns maxmomentkurva, mekanisk friktion och/eller fordonets körmotstånd vid aktuell hastighet.

26. Metod enligt något av kraven 14 till 25, som omfattar att bestämma horisonten kontinuerligt så länge horisonten inte överskrider en planerad framtida väg för 10 534 751 22 fordonet, och att kontinuerligt utföra stegen fór att räkna ut och uppdatera börvärdena fór styrsysternet för hela horisonten längd.

27. Datorprogramprodukt, omfattande datorprograminsmxlctioner fór att förmå ett datorsystem i ett fordon att utföra stegen enligt metoden enligt något av kraven 14 till 26, när dataprograminstruktionerna körs på nämnda datorsystem.

28. Datorprogramprodukt enligt krav 27, där datorprograminsuuktionema är lagrade på ett av ett datorsystem läsbart medium.