SE536548C2 - System och metod för reglering av fordon i ett fordonståg - Google Patents

Abstract

Uppfinningen hänför sig till ett system för reglering av fordon i ett fordonståg varvidfordonen i fordonståget är anpassade att kommunicera via trådlös kommunikation.Systemet innefattar en processorenhet anpassad att: mottaga trådlös data från fordon ifordonståget, varvid nämnda data innefattar fordonsparametrar för fordonen samtidentifieringsdata som indikerar från vilket eller vilka fordon nämnda fordonsparametrarkommer ifrån; estimera ett eller flera tillstånd för åtminstone ett fordon kl-H i fordonstågetbaserat åtminstone på en modell av fordonet samt nämnda mottagna fordonsparametrar;beräkna ett eller flera kontrollvärde för nämnda estimerade tillstånd som indikerar hurpålitlig estimeringen av tillståndet eller tillstånden är beroende på överföringen av detrådlösa datasignalema; bestämma ett avstånd d mellan ett bakomvarande fordon ki ochfordonet k,-+1 i fordonståget baserat på nämnda kontrollvärde(n), och generera enstyrsignal som indikerar nämnda avstånd d; och sända nämnda styrsignal till en styrenhet ifordonet kí, varvid fordonet ki regleras så att avståndet dm-H mellan de två fordonen kí och kl-H huvudsakligen blir d. (Figur 3)

Description

25 30 536 548 ytterligare begränsning är att de inte kan reagera proaktivt, d.v.s. reagera på händelser som inte haft någon markant påverkan på trafikrytmen.

En utvecklig av IEEE-standarden 802.11 för WLAN (Wireless Local Area Networks) kallat 802.11p möjliggör trådlös överföring av information mellan fordon, och mellan fordon och infrastruktur. Olika sorters information kan sändas till och från fordonen, såsom fordonsparametrar och strategier. Ett framförvarande fordon i fordonståget kan då exempelvis: 0 Sända information om det egna fordonets tillstånd, d.v.s. vikt, hastighet, motoreffekt, position etc. 0 Sända information om åtgärder som påverkar omgivande trafik, exempelvis vid bromsning. 0 Agera prob för bakomvarande fordon genom att rapportera iakttagna trafikhändelser bakåt i fordonståget.

Inforrnationstillgången möjliggör skapandet av nya funktioner för att exempelvis assistera föraren att köra på ett mer effektivt och säkert sätt. Utvecklingen av kommunikationstekniken har gjort det möjligt att designa lastbilar och infrastruktur som stöder användandet av fordonståg. Fordonståget kan agera som en enhet vilket medför dämpning av svängningar i tåget orsakade av hastighetsändringar. Följaktligen möjliggörs kortare avstånd och ett bättre globalt trafikflöde.

ACC:n tar endast hänsyn till det framförvarande fordonet via information från radar och håller ett avstånd till detta fordon genom en förutbestämd tidslucka som ställs in av föraren. I Figur 1 visas en översiktbild av systemarkitekturen för olika lager av informationsstrukturer för fordonståg, som här innefattar fordonen T1, Tg och T3. Pilarna i figuren illustrerar gällande kommunikationsvägar för strukturen. ACC illustreras i Figur 1 som ett första kommunikationsgränssnitt “I”. Genom introduktion av fordon-till-fordon kommunikation (V2V communication), illustrerat som gränsnittet “II” i Figur 1, kan information mellan de omgivande fordonen utbytas. G1, G2 och G3 illustrerar enheter inbyggda i fordonen som är anpassade att trådlöst mottaga och sända information. Ett ytterligare sätt att kommunicera är via fordon-till-infrastruktur-kommunikation (V21 10 15 20 25 30 536 548 Communication), illustrerat som ett ytterligare lager “III”, i vilket fordon kan utbyta information trådlöst med exempelvis vägsidesenheter med inbyggd intelligens. En vägsidesenhet illustreras här som “ÖVERVAIQÅRÉÄ För att reglering av fordonen i ett fordonståg ska fungera helt idealiskt måste den trådlösa uppkopplingen fungera felfritt, vilket den vanligtvis inte gör på grund av exempelvis tunnlar och skog efter vägarna. Dåligt och osäkert data omöjliggör korta avstånd och detta inträffar då den trådlösa uppkopplingen bryts tillfälligt. Sensordata, exempelvis fordonets position och hastighet, måste därför estimeras vilket leder till att osäkerheten blir högre.

I WO-20l2/020297-Al beskrivs en styranordning samt styrmetod för att ta hänsyn till kommunikationsbortfall baserat på i vilket skick kommunikationen som mottages är. En set-tid mellan fordonen kan bestämmas i beroende av en tid för kommunikationsbortfall.

I US-2010/0256836-Al beskrivs en metod för att styra ett fordon, varvid fordonet följer ett annat fordon och fordonen kommunicerar via trådlös kommunikation. Översiktligt beskrivs att avståndet mellan fordonen kan bestämmas baserat på kvaliten på överföringen av den trådlösa kommunikationen.

I ”Decentralized Model Predictive Control for Cooperative Multiple Vehicles Subject to Communication loss”, Hojjat A. Izadi et al, Hindawi Publishing Corporation International Journal of Aerospace Engineering Volume 2011, Article ID 198308, 13 pages, doi:l0.ll55/20ll/ 198308, beskrivs sätt att hantera kommunikationsbortfall. Närliggande fordon utbyter kontinuerligt information om sina predikterade trajektorier, och vid bortfall i kommunikationen estimeras slutet på trajektoriema. En tubformad trajektoria kan antas runt de trajektorier hos närliggande fordon vars trajektorier är fördröjda eller försvunna, och utgör en skyddszon i vilken de efterföljande fordonen inte kan komma in i. Den tubformade trajektorian beror av manövrerbarhet och kommunikationsförsening, ju mindre kommunikationsförsening desto smalare tub. Den tubformade trajektorian kan göras generell och beräknas offline för olika kommunikationsfördröjningar och användas indata till den decentraliserade beroende på aktuell som MPC-regulatorn kommunikationsfördröjning som b1.a. reglerar avståndet mellan fordonen. 10 15 20 25 30 536 548 I de ovan beskrivna teknikerna bestäms avståndet mellan fordonen direkt av graden av kommunikationsbortfall, i vilka man inte tagit hänsyn till de estimeringar av data som måste göras för att kompensera för bortfallet av data.

Syftet med uppfinningen är således att tillhandahålla ett förbättrat system för att reglera avståndet mellan fordon i fordonståg vid kommunikationsstörningar.

Sammanfattning av uppfinningen Enligt en aspekt uppnås det ovan beskrivna syftet åtminstone delvis genom ett system för reglering av fordon i ett fordonståg enligt det första oberoende kravet. Fordonen i fordonståget är anpassade att kommunicera via trådlös kommunikation. Systemet innefattar en processorenhet anpassad att mottaga trådlös data från fordon i fordonståget, varvid nämnda data innefattar fordonsparametrar för fordonen samt identifieringsdata som indikerar från vilket eller vilka fordon nämnda fordonsparametrar kommer ifrån.

Processorenheten är vidare anpassad att estimera ett eller flera tillstånd för åtminstone ett fordon kl- +1 i fordonståget baserat åtminstone på en modell av fordonet och de mottagna fordonsparametrama, samt beräkna ett eller flera kontrollvärde(n) för nämnda estimerade tillstånd som indikerar hur pålitlig estimeringen av tillståndet eller tillstånden är beroende på överföringen av de trådlösa datasignalema. Processorenheten är vidare anpassad att bestämma ett avstånd d mellan ett bakomvarande fordon kl- och fordonet kl-H i fordonståget baserat på nämnda kontrollvärde(n), och generera en styrsignal som indikerar nämnda avstånd d, samt sända nämnda styrsignal till en styrenhet i fordonet kí, varvid fordonet ki regleras så att avståndet dil-H mellan de två fordonen kí och kífl huvudsakligen blir d.

Med systemet uppnås ett sätt att hantera att den trådlösa överföringen inte överförs på ett korrekt sätt. Då data inte finns, så estimeras den istället och ett kontrollvärde för den estimerade datan beräknas. Kontrollvärdet indikerar hur bra estimeringen är. Då data från ett framförvarande fordon i fordonståget tillfälligt faller bort, så uppkommer det en osäkerhet om var det framförvarande fordonen i fordonståget befinner sig. Avståndet till det framförvarande fordonet sätts då till ett lämpligt avstånd anpassad efter hur stor 10 15 20 25 30 536 548 osäkerheten är. När kontrollvärdet återigen indikerar att data erhålls från det framförvarande fordonet kan avståndet till framföravarande fordon minskas. Hur mycket avståndet till framförvarande fordon ska ökas respektive minskas beror på kontrollvärdets storlek. Dock finns det företrädesvis ett längsta/kortaste tillåtet avstånd mellan två fordon i fordonståget. En fördel med denna lösning är att man hela tiden håller ett säkert avstånd till det framförvarande fordonet, vilket innebär att fordonen i tåget regleras på ett säkert sätt. Samtidigt hålls det kortast möjliga avståndet till framförvarande fordon, vilket bidrar till att bränsleförbrukningen minskas.

Enligt en andra aspekt uppnås syftet med uppfinningen åtminstone delvis genom en metod för reglering av fordon i ett fordonståg, i vilket fordonen i fordonståget är anpassade att kommunicera via trådlös kommunikation. Metoden innefattar stegen att: i) mottaga trådlös data från fordonen i fordonståget, varvid nämnda data innefattar fordonsparametrar för fordonen samt identifieringsdata som indikerar från vilket eller vilka fordon nämnda fordonsparametrar kommer ifrån; ii) estimera ett eller flera tillstånd för åtminstone ett fordon kífl i fordonståget baserat åtminstone på en modell av fordonet samt nämnda mottagna fordonsparametrar; iii) beräkna ett eller flera kontrollvärde(n) för nämnda estimerade tillstånd som indikerar hur pålitlig estimeringen av tillståndet eller tillstånden är beroende på överföringen av den trådlösa datan; iv) bestämma ett avstånd d mellan ett bakomvarande fordon ki och fordonet kl-H i fordonståget baserat på nämnda kontrollvärde(n), samt v) reglera fordonet kí så att avståndet dm-H mellan de två fordonen ki och kl-H huvudsakligen blir d.

Enligt en tredje aspekt uppnås syftet åtminstone delvis genom en datorprogramprodukt som innefattar datorprograminstruktioner för att förmå ett datorsystem att utföra stegen enligt metoden som beskrivits ovan, eller enligt något av de metodsteg som kommer att beskrivas i den detaljerade beskrivningen, när datorprograminstruktionerna körs på nämnda datorsystem. Datorsystemet kan exempelvis vara inbyggt i ett fordon i fordonståget, eller finnas i en extem enhet på exempelvis ett åkeri.

Föredragna utföringsformer beskrivs i de beroende kraven och i den detaljerade beskrivningen. 10 15 20 25 30 536 548 Kort beskrivning av de bifogade figurerna Nedan kommer uppfinningen att beskrivas med hänvisning till de bifogade figurema, av vilka: Figur 1 visar en översiktbild av systemarkitekturen för olika lager av informationsstruktur.

Figur 2 visar en översiktsbild av en häri använd fordonsnotation för ett fordonståg.

Figur 3 visar ett blockschema över systemet för reglering av fordon i ett fordonståg enligt en utföringsform av uppfinningen.

Figur 4 visar en översiktbild över hur centraliserad styrning fungerar.

Figur 5 visar en översiktbild över hur decentraliserad styrning fungerar.

Figur 6 visar ett blockschema över systemet för reglering av fordon i ett fordonståg enligt en annan utföringsform av uppfinningen.

Figur 7 illustrerar ett exempel på resultatet av uppfinningen, då avstånd mellan fordon regleras enligt kontrollvärdet.

Figur 8 illustrerar en översiktbild av en metod för att reglera fordon i ett fordonståg enligt en utföringsfonn av uppfinningen.

Detalierad beskrivning av föredragna utföringsformer av uppfinningen Ett fordonståg definieras som ett antal fordon som fungerar som en enhet. Varje fordon som tillhör fordonståget styrs automatisk i den longitudinella riktningen och kommunicerar med varandra genom ett trådlöst nätverk. Figur 2 visar en översiktsbild av en häri använd fordonsnotation för ett fordonståg. Det egna fordonet har notationen 1 och de framförvarade fordonen notationen 2,...N. Det egna fordonet kan även refereras till som EGO och fordonet N som ledarfordonet. Dessa notationer är lokala för vardera fordon i fordonståget. Det relativa avståndet och hastigheten mellan fordon 1 och fordon 2 refereras till som du, 111,2 etc. Fordonet 1 har hastigheten v; etc. Ett slumpvis fordon i fordonståget noteras även ki, där i=l. . .N. kN är alltså då ledarfordonet. Det generella målet för fordonståg är att hålla fordonen i fordonståget så nära varandra som möjligt genom att reglera fordonens farthållare och bromssystem, för att dra fördel av positiva effekter såsom minskat luftmotstånd. 10 15 20 25 30 536 548 I Figur 3 visas ett blockschema över systemet för reglering av fordon i ett fordonståg enligt en utföringsform av uppfinningen. Systemet innefattar en processorenhet som exempelvis kan vara placerad i ett fordon i fordonståget, altemativt i en externt placerad enhet. Enligt en utföringsform innefattar varje fordon i fordonståget en processorenhet enligt uppfinningen. Underförstått innefattar systemet även minnesutrymme kopplat till processorenheten för instruktioner. att exempelvis lagra nödvändig data och Processorenheten innefattar även en eller flera processorer som kan exekvera maskinkod.

Processorenheten är vidare anpassad att mottaga trådlös data från fordon i fordonståget, varvid nämnda data innefattar fordonsparametrar för fordonen samt identifieringsdata som indikerar från vilket eller vilka fordon nämnda fordonsparametrar kommer ifrån.

Processorenheten är företrädesvis anpassad att kontrollera och hålla reda på från vilket fordon data kommer genom nämnda identifieringsdata. Den trådlösa datan illustreras i Figur 3 som trådlösa signaler genom de streckade linjema som mottages till processenheten. Signalema kan exempelvis mottagas till en enhet i fordonet särskilt anpassad för att ta emot signalerna, och distribueras via ett nätverk i fordonet. Signalema innefattar datapaket med tillhörande identifiering som anger från vilket fordon datapaketet härstammar. Signalerna mottages i fordonen med en frekvens av exempelvis 10 Hz. Enligt en utföringsform har varje fordon ett specifikt ID-nummer direkt kopplat till fordonet som anges som identifiering av ett datapaket. Varje fordon som ingåri ett fordonståg får enligt en utföringsfrom också ett specifikt fordonstågs-ID, som exempelvis kan vara ID-numret på ledarfordonet i fordonståget.

Ett vanligt nätverk som används i fordon är CAN (Controller Area Network). Data på nätverket kommer från data som sänts trådlöst från andra fordon, och från sensorer i det egna fordonet. Fordonen i fordonståget är vanligtvis utrustat med ett flertal detektorer som tillhandahåller fordonsparametrar som exempelvis fordonens position och hastighet.

Radar, lidar eller en kameraenhet kan exempelvis ge information om det relativa avståndet, den relativa hastigheten och/eller accelerationen mellan fordonen. Fordonen innefattar då åtminstone en radarenhet, lidarenhet och/eller kameraenhet vardera. Global Positioning System (GPS) är ett satellitnavigationssystem som ger fordonets position i longitud- och latitudkoordinater samt hastigheten till en GPS-mottagare i fordonet. Varje 10 15 20 25 30 536 548 fordon i fordonståget har företrädesvis en GPS-enhet. Information från GPS-enheten kan sedan distribueras till olika system i fordonet via exempelvis CAN, och till andra fordon via trådlös kommunikation. Information såsom motorns vridmoment, fordonsmassa, odometerdata, riktning och/eller girhastighet kan vanligtvis även läsas från CAN.

Information från CAN avläses enligt en utföringsform med en frekvens på 100 Hz.

Processorenheten är vidare anpassad att estimera ett eller flera tillstånd för åtminstone ett fordon kl- +1 i fordonståget baserat åtminstone på en modell av fordonet samt nämnda mottagna fordonsparametrar. Enligt en utföringsform estimeras även tillstånd för fordon placerade utanför fordonståget. Det är dock nödvändigt att dessa fordon då kan överföra trådlös data gällande fordonsparametrar för fordonen, och att dessa fordonsparametrar kan ID-taggas. Fordonsparametrama måste alltså kunna härledas till ett specifikt fordon.

Radarinformation tas företrädesvis inte i beaktande när fordonets tillstånd estimeras, eftersom härkomsten av information från radar inte kan säkerställas enbart med information från radarn. Företrädesvis estimeras tillstånd för alla fordonen i fordonståget.

På så vis kan ett referenssystem byggas upp för fordonståget. Baserat på kontrollvärde för respektive tillstånd som kommer att förklaras i det följande, kan man sedan veta var referenssystemet är osäkert, alltså från vilket fordon osäkert data kommer (eller har bortfallit), och anpassa regleringen av fordonen i fordonståget därefter.

Enligt en utföringsform är processorenheten anpassad att estimera nämnda tillstånd genom att använda ett utökat Kalmanfilter (EKF). Hämäst kommer ett exempel på en modell för ett fordon att beskrivas som kan användas i estimeringen, och även principen för ett EKF.

Dessa exempel visas för att illustrera uppfinningen, som alltså inte är begränsad till denna modell eller estimeringsmetod. Fordonsmodellen enligt exemplet uttycker fordonet ki:s acceleration enligt följ ande: a_ = få) (ilïífnfnf T _ CdAaPaVZ + CdAaPaVZ _ fiüi) _ l jw+mrå+išijšntnfje fw e 2 2 100 crmgcosa-mgsina (l) 10 15 20 25 30 536 548 i vilken TW är fordonets hjulradie, ja, är fordonets hjultröghet, m är fordonets massa, it är fordonets överföringsförhållande gällande växel, if är fordonets överföringsförhållande för slutväxeln, nt är en verkningskonstant för gällande växel, 17; är en verkningskonstant för slutväxeln, je är motorns tröghetsmoment, Te är motormomentet, cd är luftdragskoefficienten, Aa är fordonets frontarea, pa är luftdensiteten, v är fordonets hastighet, fl-(d) är en funktion för fordonet i:s minskning av luftdragskoefficienten, c, är fordonets rullkoefficient, g är gravitationskonstanten och a är vägens lutning. Modellen diskretiseras sedan för att kunna användas i estimeringen med exempelvis ett utökat Kalmanfilter. Vid beskrivningen av EKF nedan används för enkelhetens skull en generell modell (2) för fordonets rörelse, vilken alltså kan motsvaras av en diskretiserad variant av modellen (1). Processorenheten är även anpassad att beräkna ett eller flera kontrollvärde(n) för nämnda estimerade tillstånd som indikerar hur pålitlig estimeringen av tillståndet eller tillstånden är beroende på överföringen av de trådlösa datasignalerna.

Denna vetskap kan sedan användas i regleringen av fordonen i fordonståget, för att få en säkrare reglering. Vid användningen av exempelvis EKF är processorenheten anpassad att beräkna ett eller flera kontrollvärde(n) som innefattar variansen P för nämnda estimerade tillstånd. I förklaringen av EKF nedan refereras estimerade tillstånd till som íck, alltså tillstånd i vektorformat.

Utökat Kalmanfilter EKF är ett filter som kan hantera olinjäriteter i modellema. Vid filtreringen utförs ett prediktionssteg även kallat tidsuppdatering baserat på en fysisk modell (1) av fordonet, den föregående informationen om tillstånden samt samplingstiden. En generell modell av en olinj är rörelsemodell i diskret tid illustreras genom (2) nedan: fk = fÜk-UIuÛ-Vk) (2) i vilken íck är den estimerade tillståndvektom, uk är insignaler, 6 är modellparametrar samt vk är processbrus. Man får då fram en prediktion av önskat tillstånd för fordonet enligt vad tillståndet eller tillstånden borde vara ifall enbart modellen användes. I detta steg beräknas även en predikterad kovaransmatris, P, enligt (3) nedan: 10 15 20 25 536 548 Pk+1|k = FkPIqkFRT + Qk (3) ivilken _ Ûf Fk _ ä |fk|kfllk Qk är kovariansmatrisen för vk. Alltså, Qk beskriver modellens osäkerhet och kan viktas efter hur väl modellen motsvarar verkligheten.

I ett nästa steg jämförs de predikterade tillstånden med uppmätta värden för tillstånden.

Detta steg kallas även mätuppdatering. För att kunna jämföra de uppmätta värdena med de predikterade värdena används en modell för mätvärdena enligt (5) nedan: yk : hcñklukrer ek) i vilken yk är de nu förprocessade mätvärdena i vektorformat och ek är mätbruset. Vid mätuppdateringen jämförs sedan de förprocessade mätvärdena med den estimerade tillståndvektorn enligt (6) nedan: Zk = Yk _ Mflqk-i) (6) Kovariansen för mätvärdesresidualen, Sk, beräknas enligt (7) Sk = HRPIqk-ifll: + Rk (7) i vilken Pk är kovariansen för tillstånden och H k beräknas enligt (8): an Hk = g bekufl (3) 10 10 15 20 25 30 536 548 Rk är kovariansmatrisen för mätbruset, ek. Rk är den motsvarande viktmatrisen till Qk och kan justeras efter osäkerheten i sensormätvärdena. Därefter beräknas den estimerade tillståndsuppdateringen, ik, enligt (9): flqk = íCIqk-i "l" Kkyk (9) i vilken Kalmanförstärkningen, K, är Kk = PuHHšSfi (10) Kovariansmatrisen P för de estimerade tillstånden uppdateras sedan enligt (11) nedan: Pk|k =(1_ KkHIÛPIqk-i (11) Kovariansmatrisen P, som alltså innehåller kontrollvärden för tillstånden, beskriver hur väl de predikterade tillståndsvärdena stämmer överens med de uppmätta sensorvärdena.

Ifall kovariansen är väldigt liten, är det ingen skillnad mellan värdena. Ju större kovarians, desto större skillnad mellan värdena. Ifall det förekommit databortfall i den trådlösa överföringen, finns det inga mätvärden att ta hänsyn till. Det görs då enbart prediktion av tillstånden i tidsuppdateringen, och ingen mätuppdatering, vilket kommer att speglas i kovariansmatrisen med hög varians, alltså ett eller flera kontrollvärden med ett relativt högre värde. Processorenheten är vidare anpassad att baserat på kontrollvärdet eller kontrollvärdena för ett eller flera tillstånd bestämma ett avstånd d mellan ett bakomvarande fordon k¿ och fordonet kifl, och generera en styrsignal som indikerar nämnda avstånd d. Processorenheten är vidare anpassad att sända styrsignalen till en styrenhet i fordonet ki, varvid fordonet kl- regleras så att avståndet mellan de två fordonen kí och kífl huvudsakligen blir d. På så sätt kan man i regleringen av fordonen i fordonståget ta hänsyn till hur pass pålitlig dataöverföringen är, och säkerställa att det finns ett avstånd mellan fordon i tåget så att plötsliga förändringar kan hanteras utan att man direkt får vetskap om dessa. Exempelvis kan det framförvarande fordonet kl-fl plötsligt bromsa, och ifall det då finns bortfall i den trådlösa överföringen av detta tillstånd 11 10 15 20 25 30 536 548 till det bakomvarande fordonet ki, så försäkrar avståndet mellan fordonen att det bakomvarande fordonet kan hantera detta utan att en olycka sker. Enligt en utföringsform ökas avståndet gradvis ju större kontrollvärdet är. Det finns dock företrädesvis ett största och ett minsta värde på avståndet mellan två nära liggande fordon i fordonståget. Då kontrollvärdet minskar, vilket alltså innebär att överföringen av data återigen fungerar, beräknas ett eller flera nya avstånd d mellan fordonen och fordonet kl- regleras så att avståndet återigen minskar mellan fordonen. I Figur 7 exemplifieras detta genom att processorenheten inte tagit emot trådlöst data från fordonet kl-H under en viss tidsperiod, exempelvis 0,5 sekunder. Detta leder till att sensordata som estimeras har hög varians, och därför ökas avståndet dm-H till ett mer säkert avstånd. Däremot har processorenheten mottagit data utan förluster från fordonet kHz med en tillräckligt hög frekvens, vilket leder till att estimerade sensordata har låg varians och ett minsta möjliga avstånd dHLl-H mellan fordonen kan hållas. Processorenheten har nu beskrivits som en och samma enhet, men kan naturligtvis även utgöras av två separata processorenheter, en i vardera fordon k,- samt kl-H.

Med den trådlösa överföringen menas här överföringen av data från det fordon vilket eller vilkas tillstånd ska estimeras, till ett annat fordon eller vägsidesenhet i vilken processorenheten ifråga finns som ska utföra estimeringen. Vid exemplet med fordonen k,- och fordonet kl-H, kan alltså processenheten vara placerad i fordon ki. Fel kan då uppkomma i den trådlösa överföringen från fordonet kl-H till fordonen ki. Det är dock möjligt att data från fordonet kiflhar mottagits av ett annat fordon, som i sin tur sänder ut dessa data och via denna överföringen kan mottagas felfritt i fordonet ki. Detta påverkar då kontrollvärdet som beräknas.

Enligt en utföringsform innefattar systemet en tidsenhet som är anpassad att övervaka mottagningen av trådlösa signaler samt mäta tiden t då databortfall sker. Kontrollvärdet som bestäms är enligt denna utföringsfonn anpassat att baseras även på denna tid t.

Beroende på under hur lång tid databortfallet sker, samt kontrollvärdet eller kontrollvärdena, anpassas avståndet d mellan fordonen därefter. 12 10 15 20 25 30 536 548 Styrenheten kan vara placerad i samma fordon som processorenheten är placerad i. Enligt en annan utföringsform är styrenheten som processorenheten beräknar styrsignaler till placerad i ett annat fordon än processorenheten. Detta beror bland annat på val av reglerstrategi. I Figur 4 visas en översiktbild över hur centraliserad styrning fungerar för N fordon i ett fordonståg. Den omgivande ramen representerar att alla fordonen har infonnation om alla de andra fordonen i fordonståget. Varje fordon löser då samma optimeringsproblem. Det vill säga, varje fordon i fordonståget beräknar en optimal styrsignal för varje fordon i fordonståget. Fusion samt distribution av de optimala styrsignalerna behöver då göras för att uppnå en styrsignal som blir den verkliga utsignalen från regulatom till vardera styrenhet i respektive fordon. I Figur 5 visas en översiktsbild över hur decentraliserad styrning fungerar. Den omgivande ramen representerar att varje fordon har en beskrivning av sitt eget fordonssystem, och att varje fordon utför optimering av dess egna styrsignal(er) och därför kan styrsignalen eller styrsignalerna användas direkt efter att den eller de har beräknats.

I Figur 6 visas en översiktsbild av ett system för reglering av fordonen i ett fordonståg enligt en utföringsform av uppfinningen. Processenheten innefattar enligt denna utföringsform tre funktionsenheter som kommer att förklaras i det följande. Denna strategi ska enbart ses som ett exempel, och andra strategier är tillämpbara i samband med uppfinningen. I “EST.”-enheten görs enligt en utföringsform estimeringen av tillstånd för ett eller flera fordon, samt beräknas kontrollvärden för respektive tillstånd som tidigare beskrivits. Sensordata från kända källor taggade med ID-nummer fusioneras för att estimera exempelvis fordonstillstånden position, hastighet och riktning för fordonen.

EST.-enheten mottager alltså avkänd rådata och garanterar bland annat att datat är relevant för vidare estimeringar före det går in i de två följande enhetema. Baserat på kontrollvärdet för respektive beräknat tillstånd bestäms avstånd d till framförvarande fordon. I “FUSION”-enheten fusioneras sedan sensorvärden som är identifierbara genom märkning, exempelvis ID-taggad trådlös data, med sensordata som är okänt, exempelvis data från radar, och en ID-vektor som innefattar alla fordon i fordonståget skapas. Detta steg kan göras för att få så säkra tillstånd som möjligt för att underlätta för den kommande regulatorn. FUSION-enheten innefattar exempelvis en ytterligare filtrering med ett utökat Kalmanfilter. De estimerade tillstånden är enligt en utföringsform position, hastighet 13 10 15 20 25 30 536 548 och/eller längd för de fordonen i fordonståget som hänsyn ska tas vid regleringen. Ifall datapaketbortfall från något fordon i fordonståget uppstår, estimeras enligt en utföringsform tillstånden i processorenheten för fordonet från vilket databortfallet uppstått så länge som FUSION-enheten bestämmer att fordonet fortfarande är i fordonståget.

Datapaketbortfall kan innebära att fordonet ifrån vilket databortfall identifieras, har tagit sig ur fordonståget och är bortom räckvidden för den trådlösa överföringen. ID-vektom för alla fordonen som bestäms ska estimeras återkopplas då till EST .-enheten, vilket visas “ID” i Figur 6. Processenheten är enligt denna utföringsform anpassad att baserat på nämnda fordonsparametrar samt data från radar identifiera vilka fordon som ingår i fordonståget, generera en identitetsvektor, en ID-vektor, och estimera tillstånd för fordonen i ID-vektom. Denna information kan sedan användas för att bestämma avstånd d mellan fordon i fordonståget vilka processorenheten har kunnat säkerställa att de ingår i fordonståget. I “REG.”-enheten bestäms styrsignaler till ett eller flera fordon, och dessa sänds ut till en eller flera styrenheter i ett eller flera fordon. Exemplevis kan styrsignaler till farthållare eller bromssystem i fordonen i fordonståget genereras. Enligt en utföringsform är reglerstrategin MPC (Model Predictive Control). REG.-enheten använder då det bestämda önskade avståndet d mellan två fordon för att generera styrsignaler för att huvudsakligen uppnå avståndet d. REG.-enheten kan alltså mottaga ett antal avstånd d som önskas mellan fordonen i tåget som den ska reglera efter. Då MPC tillämpas, mottager regulatorn data såsom aktuella relativa avstånd och hastighet för alla fordonen i fordonståget från FUSION-enheten. Härnäst kommer en regulator som använder sig av MPC att beskrivas.

LC MPC är en utökning av en LQ-regulator, som ofta används för att lösa multivariabla reglerproblem. LQ-regulatorn minimerar en kostnadsfunktion vars funktion beskrivs som en linjär differentialekvation. Den generella kvadratiska kostnadsfunktionen minimeras med avseende på styrsignalen u, exempelvis avståndet d, enligt (12) nedan: min Zïëollxfllflllš, + ||u(k)||f=, (12) 14 10 15 20 25 30 536 548 i vilken P1 och P2 är viktmatriser och används för att balansera hur tillstånden och styrsignalen värderas. MPC kan även hantera begränsningar av styrsignalen och tillstånden, och kostnadsfunktion som sedan ska minimeras blir då: 1HZ,(>«<1«>)= zfïgfiwfrk +f>||ä + uurk +f>||åz <1s> i vilken Hp är prediktionshorisonten, och begränsningar av avståndet mellan fordon i fordonståget, fordonens hastighet och/eller motormoment. Enligt en utföringsform introduceras en integrerande verkan i kostnadsfunktionen (13) genom att skillnaden mellan två efterföljande styrsignaler minimeras. Denna utföringsform ger en jämnare reglering eftersom styrsignalen inte tillåts att variera för mycket.

Utsignaler från MPC:n är styrsignaler till andra regulatorer i fordonet i form av en referenshastighet till farthållaren och/eller en referensretardation till bromssystemet.

Regulatorn kommer alltså att fungera som en överordnad regulator över de existerande farthållama och/eller bromssystemen. Enligt en utföringsform innefattar systemet en omvandlingsenhet (visas inte) som är anpassad att omvandla en styrsignal innefattande moment Te till en lämplig styrsignal för en styrenhet i ett fordon. Detta kan göras enligt följ ande villkor: Te > -Z50, veef = v(k + 1) (14) 11(k+1)-v(k) TS (15) Te 3 -250, aeef = varvid veef är insignal till en farthållare, och aeef är insignal till ett bromssystem. De angivna värdena ska endast ses som exempel, och andra värden är alltså tillämpbara för uppfinningen.

Uppfinningen hänför sig även till en metod för reglering av fordon i ett fordonståg varvid fordonen i fordonståget är anpassade att kommunicera via trådlös kommunikation.

Metoden illustreras genom flödesschemat i Figur 8, och innefattar ett första steg i) som innefattar att mottaga trådlös data från fordonen i fordonståget, varvid datan innefattar 15 10 15 20 25 30 536 548 fordonsparametrar för fordonen samt identifieringsdata som indikerar från vilket eller vilka fordon nämnda fordonsparametrar kommer ifrån. I ett andra steg ii) estimeras ett eller flera tillstånd för åtminstone ett fordon kifli fordonståget baserat åtminstone på en modell av fordonet samt de mottagna fordonsparametrarna. Estimeringen kan exempelvis utföras genom att använda utökad Kalmanfiltrering, men även andra estimeringsmetoder är tillämpbara. I ett tredje steg iii) beräknas ett eller flera kontrollvärde(n) för estimerade tillstånd som indikerar hur pålitlig estimeringen av tillståndet eller tillstånden är beroende på överföringen av den trådlösa datan. Exempelvis kan ett kontrollvärde i form av variansen, eller kovariansen, för det estimerade tillståndet beräknas. Har flera tillstånd estimerats, kan flera kontrollvärden bestämmas. I ett fjärde steg iv) bestäms ett avstånd d mellan ett bakomvarande fordon k¿ och fordonet kifl i fordonståget baserat på nämnda kontrollvärde(n). Beroende på kontrollvärdets storlek, bestäms ett avstånd d. Är exempelvis variansen stor, ökas avståndet d. I ett femte steg v) regleras fordonet ki så att avståndet d,-,,-+1 mellan de två fordonen k¿ och kíflhuvudsakligen blir d. Det bakomvarande fordonet k¿ antingen sänker eller ökar sin hastighet för att uppnå d.

Naturligtvis kan även fallet uppkomma då avståndet dl-J-H redan är det önskade, och då ändrar fordonet ki inte sin hastighet.

Enligt en utföringsform innefattar metoden att övervaka mottagningen av trådlösa signaler samt mäta tiden t då databortfall sker. Denna tid kan sedan tas med vid bestämningen av avståndet d. På så sätt kan man på ett ytterligare sätt ta hänsyn till databortfall, och ytterligare säkerställa regleringen av avstånd mellan fordon i fordonståget. Enligt en annan utföringsform innefattar metoden att bestämma ett avstånd d mellan fordonen k¿ och kl-fl som även beror av fordonens hastighet. Företrädesvis relateras avståndet d till hur fort fordonen kör. Ifall fordonen kör med hög hastighet, bör avståndet d vara större än när fordonen kör med lägre hastighet.

Uppfinningen hänför sig även till en datorprogramprodukt innefattande datorprograminstruktioner för att förmå ett datorsystem att utföra stegen enligt metoden som beskrivits ovan, när datorprograminstruktionerna körs på nämnda datorsystem. 16 536 548 Datorprograminstruktionerna är enligt en utföringsform lagrade på ett av ett datorsystem läsbart medium.

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

Olika alternativ, modifieringar och ekvivalenter kan användas. Därför begränsar inte de ovan nämnda utföringsformerna uppfinningens omfattning, som definieras av de bifogade kraven. 17

Claims (12)

10 15 20 25 30 536 548 Patentkrav

1. l. System för reglering av fordon i ett fordonståg varvid fordonen i fordonståget är anpassade att kommunicera via trådlös kommunikation, systemet innefattar en processorenhet anpassad att - mottaga trådlös data från fordon i fordonståget, nämnda data innefattar fordonsparametrar för fordonen samt identifieringsdata som indikerar från vilket eller vilka fordon nämnda fordonsparametrar kommer ifrån; - estimera ett eller flera tillstånd för åtminstone ett fordon lq-Hi fordonståget baserat åtminstone på en modell av fordonet samt nämnda mottagna fordonsparametrar; - beräkna ett eller flera kontrollvärde för nämnda estimerade tillstånd som indikerar hur pålitlig estimeringen av tillståndet eller tillstånden är beroende på överföringen av de trådlösa datasignalema; - bestämma ett avstånd d mellan ett bakomvarande fordon k¿ och fordonet kífli fordonståget baserat på nämnda kontrollvärde(n), och generera en styrsignal som indikerar nämnda avstånd d; - sända nämnda styrsignal till en styrenhet i fordonet ki, varvid fordonet k,- regleras så att avståndet du +1 mellan de två fordonen ki och kífl huvudsakligen blir d.

2. System enligt krav l, varvid processorenheten är anpassad att beräkna ett eller flera kontrollvärde(n) som innefattar variansen för nämnda estimerade tillstånd.

3. System enligt krav l eller 2, varvid processorenheten innefattar en tidsenhet som är anpassad att övervaka mottagningen av trådlösa signaler samt mäta tiden t då databortfall sker.

4. System enligt något av ovanstående krav, varvid processorenheten är anpassad att bestämma ett avstånd d mellan fordonen k¿ och kífl som även beror av fordonens hastighet. 18 10 15 20 25 30 536 548

5. System enligt något av ovanstående krav, varvid processorenheten är anpassad att estimera nämnda tillstånd genom att använda utökad Kalmanfiltrering.

6. Metod för reglering av fordon i ett fordonståg varvid fordonen i fordonståget är anpassade att kommunicera via trådlös kommunikation, metoden innefattar stegen att: - mottaga trådlös data från fordonen i fordonståget, nämnda data innefattar fordonsparametrar för fordonen samt identifieringsdata som indikerar från vilket eller vilka fordon nämnda fordonsparametrar kommer ifrån; - estimera ett eller flera tillstånd för åtminstone ett fordon kl-H i fordonståget baserat åtminstone på en modell av fordonet samt nämnda mottagna fordonsparametrar; - beräkna ett eller flera kontrollvärde(n) för nämnda estimerade tillstånd som indikerar hur pålitlig estimeringen av tillståndet eller tillstånden är beroende på överföringen av den trådlösa datan; - bestämma ett avstånd d mellan ett bakomvarande fordon k¿ och fordonet kl-H i fordonståget baserat på nämnda kontrollvärde(n); - reglera fordonet kl- så att avståndet díjl-fitlmellan de två fordonen kl- och kl-H huvudsakligen blir d.

7. Metod enligt innefattar att beräkna ett eller flera krav 6, som kontrollvärde(n) som innefattar variansen för nämnda estimerade tillstånd.

8. Metod enligt krav 6 eller 7, som innefattar att övervaka mottagningen av trådlösa signaler samt mäta tiden t då databortfall sker.

9. Metod enligt något av kraven 6 till 8, som innefattar att bestämma ett avstånd d mellan fordonen ki och k¿+1 som även beror av fordonens hastighet.

10. Metod enligt något av kraven 6 till 9, som innefattar att estimera nämnda tillstånd genom att använda Kalmanfiltrering.

11. ll. Datorprogramprodukt, innefattande datorprograminstruktioner för att förmå 19 536 548 ett datorsystem att utföra stegen enligt metoden enligt något av kraven 6 till 10, när datorprograminstruktionerna körs på nämnda datorsystem.

12. Datorprogramprodukt enligt krav 11, där datorprograminstruktionerna är lagrade på ett av ett datorsystem läsbart medium. 20