DE102007043602A1

DE102007043602A1 - Verfahren zur Anpassung der Geschwindigkeit eines Fahrzeugs vor einer Signalanlage sowie Fahrzeugsystem

Info

Publication number: DE102007043602A1
Application number: DE102007043602A
Authority: DE
Inventors: Peter Kreft
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2007-09-13
Filing date: 2007-09-13
Publication date: 2009-03-19
Also published as: SE0801934L; GB2452835B; GB2452835A; GB0816597D0; FR2921183A1

Abstract

Bei einem Verfahren zur Anpassung der Geschwindigkeit vor einer Signalanlage (2) wird ein signalanlagenspezifisches Signal gesendet, mittels dessen die Position der Signalanlage (2) ermittelbar ist. Ein Fahrzeug (1) empfängt das signalanlagenspezifische Signal und eine Information über den Schaltzustand der Signalanlage (2) und ermittelt unter Berücksichtigung der Eigenposition die Entfernung des Fahrweges bis zur Signalanlage (2). Anhand der ermund der zeit bis zum Wechsel in einen anderen Schaltzustand wird eine Geschwindigkeitsempfehlung ermittelt und ausgegeben.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zur Anpassung der Geschwindigkeit eines Fahrzeugs vor einer Signalanlage.
Bei Signalanlagen in Form von Ampeln ist es bekannt, über ergänzende Einrichtungen die verbleibende Zeit der Umschaltung von „rot auf grün" oder „grün auf rot" anzuzeigen oder auch Geschwindigkeitsempfehlungen auszugeben, damit der Fahrer eines Kraftfahrzeugs die nächste Ampel bei „grün" erreicht und passieren kann („grüne Welle".
Aus der US-20040225434 A1 ist ein Fahrzeugnavigationssystem bekannt, das die Zeit zum Phasenwechsel einer Ampelanlage zum Fahrzeug hin überträgt. Das Navigationssystem warnt den Fahrer, damit dieser seine Geschwindigkeit entsprechend anpassen kann.
Offenbarung der Erfindung
Vorteile der Erfindung
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Anpassung der Geschwindigkeit eines Fahrzeugs vor einer Signalanlage sendet eine Signalanlage ein signalanlagenspezifisches Signal, mittels dessen ihre Position ermittelbar ist sowie eine Information über den momentanen Schaltzustand und zumindest die Zeit bis zum Wechsel in einen anderen Schaltzustand. Das Fahrzeug empfängt das signalanlagenspezifische Signal und die Information und ermittelt unter Berücksichtigung seiner eigenen Position die Entfernung des Fahrweges bis zur Signalanlage. Anhand der ermittelten Entfernung, dem momentanen Schaltzustand und der Zeit bis zum Wechsel in einen anderen Schaltzustand wird eine Geschwindigkeit ermittelt oder mindestens ein Geschwindigkeitsbereich und als Geschwindigkeitsempfehlung ausgegeben.
Im Gegensatz hierzu gibt die US-20040225434 A1 bei Unterschreiten eines Zeitlimits für den Phasenwechsel bei einer Ampelanlage ein Warnsignal an das Fahrzeug ab. Das Navigationssystem dient dabei lediglich zur Prüfung, ob das Fahrzeug sich in der Nähe der Ampel/des Verkehrsschildes befindet, um bei Bedarf eine Warnung zu generieren.
Bei vorliegender Erfindung geht es nicht primär um eine Warnung des Fahrers vor einem Phasenwechsel kurz vor der Ampel, sondern um eine frühzeitige Anpassung der Geschwindigkeit des Fahrzeugs, um dann die Ampel möglichst bei grün zu erreichen. Da eine Anpassung der Geschwindigkeit wenige Meter vor der Ampel wenig Einfluss auf den Zeitpunkt des Erreichens der Ampel hat, wird bei der Erfindung viel früher mit der Ampel/Infrastruktur kommuniziert. Um dies zu ermöglichen, sind die Auswahlverfahren der relevanten Signalanlagen ganz andere: Es reicht nicht mehr, die Position des Fahrzeuges, sondern es dient, insbesondere bei mehrdeutigen Situationen, auch die berechnete Route des Navigationssystems dazu, die richtigen Signalanlagen zu detektieren. Um bei einer Vielzahl von Signalanlagen die richtigen Signalanlagen zu detektieren, wird ein signalanlagenspezifisches Signal der Signalanlage, z. B. ihre ID (Identifikation) ausgewertet und daraufhin die Entfernung des Fahrweges bis zu dieser Signalanlage bestimmt. Aufgrund dieser Entfernung, dem momentanen Schaltzustand und der Zeit bis zum Wechsel in einen anderen Schaltzustand wird dann die Geschwindigkeit ermittelt und als Empfehlung vorzugsweise per Display und/oder akustisch ausgegeben.
Es wird also eine Geschwindigkeitsempfehlung für den Fahrer quasi vorausschauend gegeben, damit dieser die Signalanlage/Ampel bei grün passieren kann. Damit ergibt sich eine Kraftstoffersparnis durch gleichmäßige Fahrweise und Vermeidung von Stopps an der roten Ampel. Durch einen harmonischen Verkehrsfluss werden Unfälle vermieden. In Fällen, in denen die empfohlene Geschwindigkeit über der aktuellen Fahrzeug-Geschwindigkeit liegt und der Fahrer ohne die Empfehlung die Ampel nicht mehr bei grün passieren würde, ergibt sich eine Zeitersparnis.
Vorteilhaft gegenüber am Straßenrand installierten Geschwindigkeitsempfehlungsanlagen sind die geringeren Investitionskosten für Sendeanlagen, die die erforderliche Information in die Fahrzeuge senden. Weiterer Vorteil ist, dass Navigationssysteme eine empfohlene Geschwindigkeit kontinuierlich anpassen können. Die Geschwindigkeitsempfehlung gilt nicht nur für einen Punkt, sondern kann bei temporärer Über- oder Unterschreitung der Geschwindigkeitsempfehlung auf dem Weg bis zur Ampel kontinuierlich angepasst werden.
Dies kann mit den Maßnahmen des Anspruchs 2 erreicht werden.
Im Falle einer zu hohen oder einer zu niedrigen ermittelten Geschwindigkeit, d. h. die Grünphase kann nicht erreicht werden, wird anstelle einer Geschwindigkeitsempfehlung eine Mitteilung ausgegeben, dass ein Halt bei der Signalanlage unvermeidbar ist. Auch dies spart Kraftstoff und verhindert unter Umständen riskante Fahrmanöver.
Für die Ermittlung der Geschwindigkeit können auch Informationen einer digitalen Karte, z. B. Koordinaten der Ampel oder Kreuzung benutzt werden. Dies erspart beispielsweise die Übermittlung der Koordinaten oder Position der Signalanlage, da diese eindeutig anhand ihrer ID bestimmt werden kann.
Die ermittelte Geschwindigkeitsempfehlung kann durch den Fahrer oder automatisch an die Geschwindigkeitsregelanlage des Fahrers übertragen werden. Dadurch wird der Fahrer entlastet und kann sich aktive Fahrmanöver sparen.
Die Modifizierung der Entfernung des Fahrweges anhand einer Prognose unter Berücksichtigung wahrscheinlicher Warteschlangen vor der Signalanlage oder in Abhängigkeit der zu erwartenden Verkehrsdichte liefert auch einen Beitrag zur Kraftstoffersparnis. Außerdem können hierbei ohne großen Zusatzaufwand meist sowieso vorhandene Daten aus Verkehrsnachrichten, Car-to-Car-Communication, Car-to-Infrastructure-Communication, Aktualisierungsdaten für das bordeigene Navigationssystem verwendet werden.
In einer weiteren Ausprägung erhöht das erfindungsgemäße Verfahren die Verkehrssicherheit durch eine Warnfunktion – falls der Fahrer aufgrund der vorliegenden Daten (Ampelphase, Fahrzeug-Dynamik) möglicherweise bei rot über die Ampel fahren könnte – und durch eine Aktivierung eines angeschlossenen Unfallvermeidungssystem z. B. für eine Notbremsung.
Zur Ermittlung der Eigenposition des Fahrzeugs kann ebenfalls auf meist sowieso vorhandene Daten zurückgegriffen werden, beispielsweise über einen GPS-Empfänger. Bei einem Fahrzeugsystem nach Anspruch 8 kann auf meist bestehende Hardware und Software des Navigationssystems zurückgegriffen werden. Es ist lediglich eine Schnittstelle für den Empfang der von der Signalanlage gesendeten Informationen notwendig. Hierzu kann auch eine eventuell vorgesehene Car-to-Car-Kommunikationsanlage mit dem Navigationssystem vernetzt werden, so dass kein zusätzlicher Hardwareaufwand im Fahrzeug notwendig ist. Selbst ein Fahrzeug ohne bordeigenes Navigationssystem kann das Verfahren nach der Erfindung nutzen, wenn das Fahrerinformationssystem mit einem Empfänger für Signalanlageninformationen sowie zur Aufnahme von GPS-Signalen ausgerüstet ist.
Zeichnungen
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen
1 ein Fahrzeug vor einer Signalanlage mit Kommunikationsverbindung zur Signalanlage und
2 ein Blockschaltbild einer Anordnung zur Anpassung der Geschwindigkeit eines Fahrzeugs.
Ausführungsformen der Erfindung
Die Erfindung geht aus von einer Infrastruktur (Signalanlage 2 insbesondere Ampelanlage und Sendeeinrichtung), die es ermöglicht, Informationen über den Schaltzustand einer Signalanlage z. B. einer Ampel in die Fahrzeuge 1 zu senden (1). Hierzu gehören:

– die aktuelle Phase bzw. der Schaltzustand der Ampel (rot/(grün),
– die Restdauer der aktuellen Rot-Grün-Phase, d. h. die Zeit bis zum Wechsel des Schaltzustandes,
– optional zusätzlich die Dauer der folgenden Rot-Grün-Phase.

Außerdem wird ein signalanlagenspezifisches Signal der Signalanlage gesendet zur Identifikation der Signalanlage/Ampel über eine ID und/oder Koordinate der Ampel oder Kreuzung.
Desweiteren ist im Fahrzeug 1 ein Navigationssystem, ein Fahrerinformationssystem FIS oder ein weiteres System installiert, im Folgenden FIS genannt, welches in der Lage ist, diese Informationen der Signalanlage 2 zu empfangen und zu decodieren.
Das FIS ermittelt nun daraufhin die aktuelle Entfernung des Fahrweges s bis zur Ampel auf Basis der geordneten Fahrzeug-Position und einer digitalen Karte. Die digitale Karte ist im Fahrzeug 1 verfügbar oder wird über einen Provider oder die Signalanlage selbst in das Fahrzeug gesendet. Steht die Ampel auf rot, so wird anhand der Restdauer t_rot der Rot-Phase die maximal empfohlene Geschwindigkeit des Fahrzeugs aus Weg und Zeit ermittelt (v_max = s/t_rot, damit das Fahrzeug erst bei grün die Ampelanlage erreicht. Ist diese berechnete empfohlene Geschwindigkeit sehr hoch, so kann über die Dauer der folgenden Grünphase ermittelt werden, wie hoch die Geschwindigkeit des Fahrzeugs minimal sein muss, um die Kreuzung dann noch bei grün zu überqueren: v_min = s/(t_rot + t_grün). In diesem Fall ist v_min kleiner als v_max. Die Fahrzeuggeschwindigkeit sollte sich zwischen v_min und v_max bewegen, um die Ampel bei grün zu passieren.
Steht die Ampel auf grün, so wird analog errechnet: v_min = s/t_grün und v_max = s/(t_grün + t_rot). In diesem Fall ist v_min größer als v_max. Das Fahrzeug sollte entweder schneller als v_min oder aber mit niedrigerer Geschwindigkeit unterwegs sein als v_max.
In den zuvor geschilderten Beispielen werden zur Vereinfachung die Gelbphasen entweder der Gelb- oder der Grünphase zugerechnet.
Die Erfindung geht nun davon aus, dass dem Fahrer eine empfohlene Geschwindigkeit im Cockpit z. B. über ein Display des FIS angezeigt wird. Alternativ ist eine akustische Ausgabe der Geschwindigkeitsempfehlung möglich. Es ist zum Einen möglich, dass entweder auf der Basis der Geschwindigkeiten v_min und v_max ein Geschwindigkeitswert empfohlen wird oder aber ein Geschwindigkeitsbereich (Ampel ist derzeit rot) oder aber eine minimale/maximale Geschwindigkeit empfohlen wird (Ampel ist derzeit grün).
2 zeigt in einem Blockschaltbild eine Anordnung zur Ermittlung und Anpassung der Geschwindigkeit eines Fahrzeugs. Das Fahrerinformationssystem (FIS) 4 ist mit einem Empfänger 3 für das signalanlagenspezifische Signal ausgerüstet, mittels dessen die Position der Signalanlage ermittelbar ist. Dabei ist entweder die geografische Position direkt codiert oder ist anhand der gesendeten ID unter Zuhilfenahme einer digitalen Karteninformation ermittelbar. Die Eigenposition des Fahrzeugs ist über sein Navigationssystem 5 in Verbindung mit einem GPS-Empfänger ermittelbar. Fahrerinformation 4 und Navigationssystem 5 können auch eine Einheit bilden. Das Fahrerinformationssystem 4 verfügt über jeweils eine Schnittstelle zum Bremssystem 6, zum Sicherheitssystem 7 und zur Komfortelektronik 8. Des Weiteren ist mindestens eine Schnittstelle zur Ausgabe der ermittelten Geschwindigkeitsempfehlung vorgesehen. Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist eine Schnittstelle 9 zur Geschwindigkeitsregelanlage des Fahrzeugs, eine Schnittstelle 10 zum Tachometer bzw. Kombiinstrument, eine Schnittstelle 11 zum Display für optische Informationen und eine Schnittstelle 12 zum Lautsprecher für akustische Informationen vorgesehen.
In einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Vorgang der empfohlenen Geschwindigkeitsberechnung zyklisch wiederholt wird. Hierbei werden entweder neue Zeitinformationen der Ampelanlage 2 (Infrastruktur) verwendet oder es werden alte Zeitinformationen der Ampelanlage mittels einer internen Uhr des Fahrerinformationssystems 4 oder anderer verfügbarer Einrichtungen auf aktuellem Stand gehalten. Der Fahrweg s wird jeweils auf Basis einer aktuellen Ortungsposition neu bestimmt. Über dieses Verfahren können dem Fahrer jeweils aktuelle Empfehlungen angezeigt werden.
Des Weiteren sind nachfolgende weitere Ausgestaltungen möglich:

– Sind v_min und/oder v_max zu hoch, so erfolgt diesbezüglich keine Geschwindigkeitsempfehlung oder eine Einschränkung des empfohlenen Geschwindigkeitsbereichs;
– Ist der gesamte empfohlene Geschwindigkeitsbereich nicht sinnvoll (zu hohe, zu niedrige Geschwindigkeit), so erfolgt ein Hinweis an den Fahrer, dass ein Halt an der roten Ampel unvermeidbar ist;
– Die empfohlenen Geschwindigkeiten werden insbesondere im oberen Bereich mit Informationen der digitalen Karte (innerorts/außerorts, Straßenklassen wie Bundesstraße/Wohnstraße/ ..., Tempolimits ...) oder aber gesendeter Informationen der Infrastruktur abgeglichen: gegebenenfalls wird darauf aufgrund oben genannter Berechnungen ein unvermeidbarer Halt an der roten Ampel ermittelt oder aber der empfohlene Geschwindigkeitsbereich angepasst;
– Empfohlene Geschwindigkeiten und/oder Geschwindigkeitsbereiche werden direkt im Tachometer gekennzeichnet, z. B. auf einem LCD-Tacho;
– Die empfohlene Geschwindigkeit kann auf Wunsch vom Fahrer oder automatisch direkt auf eine Geschwindigkeitsregelanzeige (Tempomat) übertragen werden;
– Der Fahrweg s wird gemäß einer Prognose zu einem Fahrweg s' zur weiteren Berechnung modifiziert. Der Fahrweg s' ist kürzer als der Fahrweg s und berücksichtigt insbesondere im Falle einer roten Ampel (v_max-Berechnung) mögliche Warteschlangen vor der Ampel;
– Der Fahrweg s' wird in Abhängigkeit vom Wochentag, der Uhrzeit und/oder der Straßenklasse vom Fahrweg s' abgeleitet (anzunehmende Verkehrsdichte);
– In komplizierten Verkehrssituationen (Abbiegemöglichkeiten vor der Ampel) wird die Relevanz einer Ampel oder aber auch der Fahrweg s/s' mit Hilfe der im Fahrerassistenzsystem berechneten Route ermittelt;
– Es wird während einer Grünphase zusätzlich die verbleibende Zeit bis zur Gelb-/Rotphase angezeigt;
– Es wird während einer Rotphase die verbleibende Zeit bis zur Grünphase angezeigt;
– Ist die aktuelle Geschwindigkeit im Verhältnis zum Fahrweg s/s' und des anzunehmenden Bremswegs bei einer Rotphase oder bevorstehenden Rotphase zu hoch, so erfolgt ein Warnsignal;
– Ist die aktuelle Geschwindigkeit im Verhältnis zum Fahrweg s/s' und des anzunehmenden Bremswegs bei einer Rotphase oder bevorstehenden Rotphase zu hoch, so wird dem Bremssystem 6 über die Schnittstelle mitgeteilt, dass eine Notbremsung durch den Fahrer potentiell bevorsteht. Das Bremssystem 6 kann aufgrund dieser Information die Bremsleistung optimieren, indem z. B. die Bremsbeläge bereits nahe an die Bremsscheiben bewegt werden oder aber z. B. der Bremsdruck erhöht wird;
– Ist die aktuelle Geschwindigkeit im Verhältnis zum Fahrweg s/s' und des anzunehmenden Bremsweges bei einer Rotphase oder bevorstehenden Rotphase zu hoch, so wird dies im Bremssystem 6 über die Schnittstelle mitgeteilt. Das Bremssystem führt daraufhin eine automatische Notbremsung durch;
– Ist die aktuelle Geschwindigkeit im Verhältnis zur Strecke s/s' und des anzunehmenden Bremswegs bei einer Rotphase oder bevorstehenden Rotphase zu hoch, so dass ein Unfall bevorstehen könnte, so wird das Fahrzeug 1 aufgrund dieser Information auf den Unfall vorbereitet. Zu diesem Zweck ist die Schnittstelle zu Sicherheitssystemen 7 und der Komfortelektronik 8 vorgesehen, um z. B. das Schiebedach und die Fenster zu schließen und die Gurte zu straffen;
– Geschwindigkeitsempfehlungen, Zeitangaben, Warnungen und Hinweise im Rahmen dieser Erfindung erfolgen optisch und/oder akustisch;
– Gelbphasen werden rechnerisch den Rot- und/oder Grünphasen zugerechnet;
– Die Signalanlage kann anstelle einer Ampel die Signalanlage an einem Bahnübergang darstellen oder eine sonstige verkehrsbestimmende Anlage, z. B. eine Anzeigeeinrichtung über mehreren Spuren einer Autobahn. Hier kann die Erfindung sogar über das Fahrerinformationssystem 4 verschiedene vorgeschriebene Geschwindigkeiten bei einem Spurwechsel für die Geschwindigkeitsempfehlung insgesamt berücksichtigen.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- US 20040225434 A1 [0003, 0005]

Claims

Verfahren zur Anpassung der Geschwindigkeit eines Fahrzeugs (1) vor einer Signalanlage (2) mit folgenden Schritten: – Eine Signalanlage (2) sendet ein signalanlagenspezifisches Signal, mittels dessen ihre Position ermittelbar ist sowie eine Information über den momentanen Schaltzustand und zumindest die Zeit bis zum Wechsel in einen anderen Schaltzustand, – Das Fahrzeug (1) empfängt das signalanlagenspezifische Signal und die Information und ermittelt unter Berücksichtigung seiner eigenen Position die Entfernung des Fahrwegs bis zur Signalanlage (2), – Anhand der ermittelten Entfernung, dem momentanen Schaltzustand und der Zeit bis zum Wechsel in einen anderen Schaltzustand wird eine Geschwindigkeit oder mindestens ein Geschwindigkeitsbereich ermittelt und als Geschwindigkeitsempfehlung ausgegeben.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ermittlung der Geschwindigkeitsempfehlung zyklisch wiederholt wird, wobei der Fahrweg jeweils auf der Basis einer aktuellen Position neu bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass im Falle einer zu hohen oder zu niedrigen ermittelten Geschwindigkeit anstelle einer Geschwindigkeitsempfehlung eine Mitteilung ausgegeben wird, dass ein Halt bei der Signalanlage (2) unvermeidbar ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass für die Ermittlung der Geschwindigkeit die Informationen einer digitalen Karte oder übermittelte Navigationsdaten berücksichtigt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die ermittelte Geschwindigkeitsempfehlung durch den Fahrer oder automatisch an die Geschwindigkeitsregelanlage des Fahrzeugs (1) übertragen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Entfernung des Fahrweges anhand einer Prognose modifiziert wird unter Berücksichtigung wahrscheinlicher Warteschlangen vor der Signalanlage (2) oder in Abhängigkeit der zu erwartenden Verkehrsdichte.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer als zu hoch ermittelten Geschwindigkeit im Verhältnis zur Entfernung des Fahrweges und des Bremsweges ein Warnsignal ausgegeben wird, eine Notbremsung vorbereitet wird und/oder ein Sicherheitssystem aktiviert wird für die Vorbereitung auf einen bevorstehenden Unfall.
Fahrzeugsystem zur Anpassung der Geschwindigkeit eines Fahrzeugs (1) vor einer Signalanlage (2) mit folgenden Merkmalen: – Einer Einrichtung zum Empfang von signalanlagenspezifischen Signalen von Signalanlagen (2) zur Ermittlung ihrer Position sowie Informationen über deren momentanen Schaltzustand und zumindest die Zeit bis zum Wechsel in einen anderen Schaltzustand, – Mitteln zur Bestimmung der Eigenposition des Fahrzeugs (1), – Mitteln zur Ermittlung der Entfernung des Fahrweges bis zu einer Signalanlage (2), – Mitteln zum Ermitteln einer Geschwindigkeit oder mindestens eines Geschwindigkeitsbereiches anhand der Entfernung des Fahrweges, dem momentanen Schaltzustand und der Zeit bis zum Wechsel in einen anderen Schaltzustand, – Mitteln zur Ausgabe einer Geschwindigkeitsempfehlung anhand der ermittelten Geschwindigkeit.
Fahrzeugsystem nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass zur Ermittlung der Eigenposition des Fahrzeugs (1) ein Navigationssystem (5) vorgesehen ist und/oder ein Fahrerinformationssystem (4), welches ausgerüstet ist, Positionsdaten beispielsweise über einen GPS-Empfänger zu empfangen und auszuwerten.
Fahrzeugsystem nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass zur Positionsbestimmung der Signalanlage (2) ein entsprechend codiertes Identifikationssignal übertragbar ist, welches in Verbindung mit Navigationsdaten eine Positionsbestimmung der Signalanlage ermöglicht, oder dass in dem von der Signalanlage (2) gesendeten signalanlagenspezifischen Signal die geografische Position der Signalanlage (2) selbst codiert ist.