SE0950439A1

SE0950439A1 - Metod och modul för bestämning av hastighetsbörvärden till ett fordons styrsystem

Info

Publication number: SE0950439A1
Application number: SE0950439A
Authority: SE
Inventors: Oskar Johansson; Joergen Hansson; Henrik Pettersson
Original assignee: Scania Cv Ab
Priority date: 2009-06-10
Filing date: 2009-06-10
Publication date: 2010-12-11
Also published as: EP2440423A1; CN102458944A; RU2011154089A; WO2010144030A1; SE534037C2; BRPI1009041A2; CN102458944B; US8620557B2; US20120089312A1; RU2493980C2

Abstract

Uppfinningen hänför sig till en metod för bestämning av hastighetsbörvärde vref för ettfordons styrsystem. Metoden omfattar att: bestämma en horisont med hjälp avpositionsdata och kartdata av en framtida väg som innehåller vägsegment och åtminstoneen egenskap för varje vägsegment; beräkna tröskelvärden för nämnda åtminstone enegenskap hos vägsegmenten beroende på ett eller flera fordonsspecifika värden, därtröskelvärdena sätter gränser för indelning av vägsegmenten i olika vägklasser; jämföranämnda åtminstone en egenskap hos vartdera vägsegment med de uträknadetröskelvärdena, och klassificera vartdera vägsegment i en vägklass beroende påjämförelsema; beräkna hastighetsbörvärden vmf för fordonets styrsystem över horisontenberoende på regler kopplade till vägklassema i vilka vägsegmenten i horisonten klassats;och då någon egenskap i vägsegmenten horisonten indikerar ett hinder, utförs stegen att -beräkna fordonets retardation under förutsättning att bromsama inte användsberoende på nämnda regler kopplade till vägklassema; -bestämma en startposition i horisonten för start av retardation av fordonet beroendepå fordonets beräknade retardation för att uppnå en sänkning av börhastigheten vmf till enmaxhastighet för hindret vid hindrets position;anpassa hastighetsbörvärdena vmf i horisonten efter nämnda startposition och retardationav fordonet och reglera fordonets hastighet efter hastighetsbörvärdena vmf. Uppfinningenhänför dig också till en modul för bestämning av hastighetsbörvärde vmf för ett fordons styrsystem. (Figur l)

Description

2 högre hastighet än normalt. Genom att undvika onödig accelerering och utnyttja fordonets rörelseenergi kan bränsle sparas.

Farthållare är vanligtvis inte anpassade att anpassa farten efter exempelvis hastighetsbegränsningar, kommande rondeller och korsningar. Detta gör att även om de försöker styra fordonets hastighet för ekonomisk köming genom att variera hastighet i backig terräng och sänka hastigheten för komfort och säkerhet i kurvor så måste föraren ibland själv avbryta för att t.ex. tillåten hastighet på vägen sänks genom en trafikskylt.

Om den framtida topologin görs känd genom att fordonet har kartdata och GPS kan farthållare göras mer robusta samt kan fordonets hastighet ändras innan saker har hänt.

Den publicerade patentansökan US2008/022l776 beskriver ett system för att ändra inställningama hos motorns ECM (Electronic Control Module) för att optimera motorns egenskaper med avseende på bränsleförbrukning, beroende på omgivande förutsättningar, såsom topografi, vägegenskaper och vägarbeten. Fordonets position bestäms med GPS.

Syftet med den föreliggande uppfinningen är att åstadkomma en förbättrad farthållare som tar hänsyn till kommande hinder och därmed minskar fordonets bränsleförbrukning.

Sammanfattning av uppfinningen Det ovan beskrivna syftet uppnås genom en metod för bestämning av hastighetsbörvärde vref för ett fordons styrsystem och omfattar att: A) bestämma en horisont med hjälp av positionsdata och kartdata av en framtida väg som innehåller vägsegment och åtminstone en egenskap för varje vägsegment; B) beräkna tröskelvärden för nämnda åtminstone en egenskap hos vägsegmenten beroende på ett eller flera fordonsspecifika värden, där tröskelvärdena sätter gränser för indelning av vägsegmenten i olika vägklasser; C) jämföra nämnda åtminstone en egenskap hos vartdera vägsegment med de uträknade tröskelvärdena, och klassificera vartdera vägsegment i en vägklass beroende på jämförelsema; 3 D) beräkna hastighetsbörvärden vmf för fordonets styrsystem över horisonten beroende på regler kopplade till vägklasserna i vilka vägsegmenten i horisonten klassats; och då någon egenskap i vägsegmenten i horisonten indikerar ett hinder, utförs stegen att E) beräkna fordonets retardation under förutsättning att bromsarna inte används beroende på nämnda regler kopplade till vägklassema; F) bestämma en startposition i horisonten för start av retardation av fordonet beroende på fordonets beräknade retardation för att uppnå en sänkning av börhastigheten vref till en maxhastighet för hindret vid hindrets position; G) anpassa hastighetsbörvärdena vfefi horisonten efter nämnda startposition och retardation av fordonet; H) reglera fordonets hastighet efter hastighetsbörvärdena vref.

Uppfinningen hänför sig också till en modul för bestämning av hastighetsbörvärde vmf för ett fordons styrsystem, modulen omfattar en horisontenhet anpassad att bestämma en horisont med hjälp av positionsdata och kartdata av en framtida väg som innehåller vägsegment och åtminstone en egenskap för varje vägsegment; modulen omfattar även en processorenhet anpassad att: -beräkna tröskelvärden för nämnda åtminstone en egenskap hos vägsegmenten beroende på ett eller flera fordonsspecifika värden, där tröskelvärdena sätter gränser för indelning av vägsegmenten i olika vägklasser; -jämföra nämnda åtminstone en egenskap hos vartdera vägsegment med de uträknade tröskelvärdena, och klassificera vartdera vägsegment i en vägklass beroende på jämförelsema; -beräkna börhastighetsvärden vmf för fordonets styrsystem över horisonten beroende på regler kopplade till vägklassema i vilka vägsegmenten i horisonten klassats; modulen omfattar vidare en hinderenhet som är anpassad att då någon egenskap i vägsegmenten i horisonten indikerar ett hinder, utföra stegen att -beräkna fordonets retardation under förutsättning att bromsama inte används beroende på nämnda regler kopplade till vägklasserna; samt - bestämma en startposition i horisonten för start av retardation av fordonet beroende på fordonets beräknade retardation för att uppnå en sänkning av börhastigheten vref till en maxhastighet för hindret vid hindrets position; processorenheten är vidare anpassad att anpassa hastighetsbörvärdena vrefi horisonten efter nämnda startposition och retardation av fordonet; varvid styrsystemet reglerar fordonets hastighet efter hastighetsbörvärdena vref.

Om modulen känner till hur vägen ser ut som fordonet kommer att köra samt avståndet mellan fordonet och de eventuella hinder som exempelvis hastighetsbegränsningar, rondeller, akvedukter, broar, trafikskyltar, trafikljus, vägarbete, trafikolyckor o.s.v. som finns i den framtida horisonten, så kan modulen bestämma hastighetsbörvärden eller rekommendera en fordonshastighet för att minska onödiga hastighetshöjningar fö lj da av inbromsningar. På så sätt uppnås minskad bränsleförbrukning då man minskar behovet av inbromsning inför hastighetsändringar, korsningar mm, genom att i tid ha sänkt hastigheten genom att prediktera hastighetsbörvärden vmf.

Genom att användningen av bromsarna minskar, minskas också slitaget på bromsarna och deras livslängd förlängs.

Om fordonet är utrustat med ett navigationssystem kan fordonets färdväg bestämmas i förväg. Då behöver fordonet bara prediktera hastighetsbörvärden for en väg istället för flera tänkbara färdvägar, och kan spara processorlast, minnesutnyttjande och CAN-trafik (Controller Area Network) vid användning utav den färdväg som är vald utav navigationssystemet.

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

Kort beskrivning av de bifogade figurema Nedan kommer uppfinningen att beskrivas med hänvisning till de bifogade figurerna, av vilka: Figur 1 visar reglerinodulens funktionella inkoppling i fordonet enligt en utföringsforrn av uppfinningen.

Figur 2 visar ett ﬂödesdiagram för metoden enligt en utföringsforrn av uppfinningen.

Figur 3 visar ett ﬂödesdiagram för metoden enligt en annan utföringsforrn av uppfinningen.

Figur 4 illustrerar längden på ett styrsystems horisont i relation till längden på den framtida vägen för fordonet.

Figur 5 illustrerar de olika hastigheterna som predikteras samt vägsegmentens vägklasser som kontinuerligt uppdateras efterhand som nya vägsegment läggs till horisonten.

Figur 6 illustrerar köming med en farthållare enligt uppfinningen jämfört med en traditionell farthållare.

Detalierad beskrivning av föredragna utföringsfonner av uppfinningen Genom att använda information om ett fordons framtida väg, kan fordonets hastighet regleras med framförhållning för att spara bränsle, öka säkerheten och öka komforten.

Topografin påverkar i hög grad stymingen av särskilt drivlinan för tunga fordons, eftersom det krävs ett mycket större moment för att köra uppför en backe än för att köra nedför, och för att det inte går att köra uppför en del backar utan att byta växel. Framtida hinder som gör att fordonet måste sänka sin hastighet påverkar bränsleförbrukningen och ökar bromsslitaget, eftersom fordonets förare ofta ser hindret så pass sent att föraren tvingas bromsa fordonet för att uppnå rätt hastighet vid hindret. Med vetskapen om var dessa hinder är placerade kan fordonets hastighet regleras med framförhållning.

Fordonet förses med positioneringssystem och kartinforrnation, 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 fordonet, men det är underförstått att även andra sorters globala eller regionala positioneringssystem är tänkbara för 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 1 visas hur information om den framtida vägen tas in via karta och GPS i en enhet.

Den framtida vägen är i det följ ande exemplifierat som en enda färdväg för fordonet, men det är underförstått att information om olika tänkbara framtida vägar kan tas in via karta och GPS eller annat positioneringssystem.

Fordonet är enligt en utföringsform av uppfinningen utrustat med ett navigationssystem med vilkens hjälp den framtida vägen for fordonet bestäms. Föraren kan till exempel registrera startdestination och slutdestination, och systemet guidar föraren den snabbaste eller kortaste vägen till resmålet. Navigationssystemet använder exempelvis en digital karta, positionsinformation från en GPS-mottagare, fordonets hastighetsmätare samt ett kompassgyro, och vägleder föraren fram till målet visuellt på en skärm.

Navigationssystemet kan vara utrustat för att ge dynamisk infonnation genom RDS-TMC, ”Radio Data System - Trafﬁc Message Channel”, som är ett sätt att digitalt sända ut trafkmeddelande via det vanliga FM-radionätet. Dynamisk navigation med hjälp av RDS- TMC tar hänsyn till trafiksituationen vid den aktuella körningen, och om exempelvis den väg föraren planerat att köra blir avstängd för att det inträffat en olycka, kan navigationssystemet få denna information via RDS-TMC och föreslå en altemativ resväg.

Inforrnation om vägbyggen finns också i de ﬂesta navigatörer, och information om vägbyggets position kan mottas och föraren kan i god tid upplysas om detta.

Vald rutt i navigationssystemet kan samköras med förarens färdväg och på så sätt behövs inte horisont byggas för alla möjliga färdvägar utan endast den som är vald i navigationssystemet behöver förmedlas. Detta leder till minskad processorlast, minnesutnyttjande och CAN-trafik i fordonet eftersom information om alternativa färdvägar inte behöver lagras eller processas.

Färdvägen, eller om det finns ﬂera framtida alternativa vägar: färdvägarna, skickas i stycken via CAN till en modul för bestämning av hastighetsbörvärden, som kan vara separerad från eller en del av det system som ska använda hastighetesbörvärdena för reglering av fordonets hastighet, exempelvis ett motorstyrsystem. Alternativt kan även enheten med karta och positioneringssystem vara en del av systemet som ska använda hastighetsbörvärdena för reglering. I reglerrnodulen byggs styckena sedan ihop i en horisontenhet till en horisont och bearbetas av processorenheten för att skapa en intern horisont som styrsystemet kan reglera efter. Finns det ﬂera alternativa färdvägar skapas 7 ﬂera interna horisonter för olika färdvägsaltemativ. Horisonten byggs sedan hela tiden på med nya stycken från enheten med GPS och kartdata, för att få önskad längd på horisonten. Horisonten uppdateras alltså kontinuerligt under fordonets färd.

CAN (Controller Area Network) betecknar ett seriellt bussystem, speciellt utvecklat för 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 signalerna från en viss givare, för att använda dessa för styrning av sina anslutna komponenter.

Figur 2 visar ett ﬂödesschema för vilka steg som omfattas av metoden enligt en utföringsforrn av uppfinningen. I det följande visas exempel för bara en horisont, men det är underförstått att ﬂera horisonter för olika alternativa framtida vägar kan byggas parallellt. I ett första steg A) bestäms en horisont med hjälp av positionsdata och kartdata av en framtida väg som innehåller vägsegment och åtminstone en egenskap för varj e vägsegment. 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 består av vägsegrnent som har en eller ﬂera egenskaper kopplade till sig.

Horisonten är här exemplifierad i matrisforrn, där varj e kolumn beskriver en egenskap för ett vägsegment. En matris som beskriver 80 m framåt av en framtida väg kan se ut enligt följande: dx, % , 0.2 , 0.1 , , - 0.1 , -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 0.2%, 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 vektorformad, men kan istället vara av pekarstruktur, i forrn av datapaket eller liknande. Det finns ﬂera andra tänkbara egenskaper, exempelvis kurvradie, vägskyltar, olika hinder etc.

Om horisonten innehåller hinder i form av vägskyltar, vägarbeten o.s.v., kan matrisen se ut enligt följande: dx, %, h , 0.2, , 0.1, , , -0.l, 70 , - 0.3, där kolumnen h visar ett hinder i form av en vägskylt med hastighetsbegränsningen 70 kni/ h. Om horisonten har kurvradier som en egenskap, så kan exempelvis höga uträknade sidoaccelerationsvärden utgöra ett hinder. Hinderegenskaper längs färdvägen behöver inte finnas i samma matris som horisonten, utan kan skickas som separata datamängder till en modul som visas i figur l, tillsammans med ett avstånd för hindret relativt fordonet.

Information om hinder kan också fås genom fordonets navigationssystem om fordonet är utrustat med ett sådant. Egenskaper som indikerar hinder som fås genom ett navigationssystem kan exempelvis vara vägbyggen eller olyckor. En egenskap indikerar ett hinder exempelvis genom att egenskapen visar en fartbegränsning, en skarp kurva, en rondell, en korsning, ett vägbygge etc.

Hämåst klassificeras vägsegmenten i horisonten i olika vågklasser i ett steg B) där tröskelvärden beräknas för nämnda åtminstone en 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 för lutningen på vägsegmenten. Tröskelvärdena för egenskapen i fråga beräknas enligt en utföringsforrn av uppfinningen genom ett eller ﬂera fordonsspecifrka värden, såsom aktuellt utväxlingsförhållande, aktuell fordonsvikt, motorns maxmomentkurva, mekanisk friktion och/eller fordonets körrnotstånd vid aktuell hastighet. En styrsystemintern fordonsmodell som skattar körmotstånd vid aktuell hastighet används. Utväxling och maxmoment är kända storheter i bilens styrsystem och fordonsvikten skattas online.

Nedan presenteras exempel på fem olika vägklasser som vägsegmenten kan klassificeras i, när lutningen på vägsegmenten används för att fatta beslut om styrningen av fordonet: Plan väg: Vägsegment som har en lutning mellan 01 en tolerans.

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

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

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

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

Enligt en utföringsforrn av uppfinningen är vägsegmentets egenskaper deras längd och lutning, och för att klassificera vägsegmenten i de ovan beskrivna vägklasserna, beräknas tröskelvärden ut i form av två lutningströskelvärden, lmin och lmax, där lmin är den lutning som vägsegmentet minst måste ha för att för att fordonet ska accelerera av lutningen sj älv i en nedförsbacke, och lmax är det lutningsvärde som vägsegmentet maximalt kan ha för att fordonet ska orka hålla hastigheten utan att växla i en uppförsbacke. Således kan fordonet regleras efter vägens kommande lutning och längd, så att fordonet kan framföras på ett bränsleekonomiskt sätt med hjälp av farthållare i kuperad terräng. I en annan utföringsforrn är vägsegmentens egenskaper deras längd och sidoacceleration, och tröskelvärden beräknas i form av sidoaccelerationströskelvärden som klassar in vägsegmenten efter hur mycket sidoacceleration de ger. Vägklasserna skulle då avgränsas efter sidoacceleration. Fordonets hastighet kan sedan regleras så att fordonet kan framföras på ett bränsleekonomiskt och trafiksäkert sätt med hänsyn till vägens krökning, d.v.s. en eventuell hastighetssänkning inför en kurva sker i möjligaste mån utan ingrepp av fardbromsar.

Som exempel så är toleransen för kategorin ”Plan väg” företrädesvis mellan -0,05 % till 0,05 % då fordonet framförs i 80 km/h. Utgående från samma hastighet (80 krn/h) beräknas liiiiii vanligtvis till att vara i storleksordningen -2 till -7 %, och liiiiix vanligtvis l till 6 %. Dessa värden beror dock mycket på aktuell utväxling (växel + fast bakaxelutväxling), samt motorprestanda och totalvikt.

I ett nästa steg C) i metoden jämförs åtminstone en egenskap hos vartdera vägsegmenten, i detta fall lutningen, med de uträknade tröskelvärdena, och vartdera vägsegment klassificeras i en vägklass beroende på jämforelserna.

Eﬁer att varje vägsegment i horisonten har klassificerats i en vägklass, kan sedan en intern horisont för styrsystemet byggas, baserat på klassificeringen av vägsegmenten och horisonten, som består av ingångshastigheter vi till varje vägsegment som är hastigheter som styrsystemet ska styra efter. Enligt en utföringsforrn rampas en hastighetsändring som begärs mellan två ingångshastigheter vi, for att ge börvärden visftill 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 jämn hastighetsökning. Ingångshastigheterna vi, eller med andra ord hastighetsbörvärden vief för fordonets styrsystem, beräknas i ett steg D) enligt metoden enligt uppfinningen över horisonten beroende på regler kopplade till Vägklasserna i vilka vägsegmenten i horisonten ll klassats. Reglerna kopplade till vägklassema kommer att förklaras i det följande. Då en egenskap i vägsegmenten i horisonten indikerar ett hinder, utförs stegen att E) beräkna fordonets retardation under förutsättning att bromsarna inte används beroende på nämnda regler kopplade till vägklassema, och F) bestämma en startposition i horisonten för start av retardation av fordonet beroende på fordonets beräknade retardation för att uppnå en sänkning av börhastigheten vref till en maxhastighet för hindret vid hindrets position. På så sätt uppnås en anpassning av hastighetsbörvärdena vmf till styrsystemet med hänsyn till hinder.

Fordonets retardation utan att använda bromsarna ner till en viss hastighet som indikeras av ett hinder, exempelvis en hastighetsskylt med hastighetsbegränsningen 70 krn/h, beräknas beroende på vilken vägklass det aktuella vägsegmentet där fordonet befinner sig i har, och genom att använda någon av forrnlerna (1) eller (2) nedan. När retardationen sedan är känd, kan längden som behövs för att retardera ner till en viss hastighet tas fram, här benämnt retarderingslängd. En startposition i horisonten för start av retardation av fordonet för att komma ner till den hastighet som hindret begränsar till vid hindrets position kan sedan beräknas genom att relatera retaderingslängden till avståndet till hindret. En sänkning av börhastigheten vmf till maxhastigheten för hindret kan alltså uppnås vid hindrets position, utan att fordonet bromsas.

Sedan anpassas hastighetsbörvärdena vwfi horisonten i ett steg G) efter nänmda startposition och retardation av fordonet. Alla vägsegment i horisonten stegas igenom kontinuerligt, och allteftersom nya vägsegment läggs till horisonten justeras ingångshastigheterna vi vid behov i vägsegmenten, inom intervallet för fordonets referenshastighet vset. vset är referenshastigheten som föraren ställer in och som är önskad att hållas av fordonets styrsystem under farden inom ett intervall. Intervallet avgränsas av två hastigheter, vmin och vmax, som kan ställas in manuellt av föraren, eller ställas in automatiskt genom beräkningar av lämpliga intervall, som företrädesvis beräknas i reglerrnodulen. Hastighetsbörvärdena i horisonten anpassas alltså genom att vmax sätts till hastighetsbegränsningen som är kopplat till hindret, vid hindret. Positionen för start av retardation anger positionen i horisonten där styrsystemet ska sluta gasa fordonet, och en signal att sluta gasa skickas till styrsystemet vid den aktuella positionen. Fordonet regleras 12 sedan i ett steg E) enligt hastighetsbörvärdena, vilket innebär att motorstyrsystemet i fordonet reglerar fordonets hastighet beroende på börvärdena. Vid positionen för hindret och önskad sträcka framåt kommer fordonet att öka gasen igen för att hålla önskad hastighet, med begränsningen att vmax är satt till maxhastigheten för hindret.

Enligt en utföringsforrn är regleringen av fordonets hastighet för att ta hänsyn till hinder en valbar inställning för föraren. Föraren får då en möjlighet att sj älv välja om fordonets hastighet ska anpassas efter hinder som detekteras, till exempel som en ﬁinktion som går att slå av och på. Detta är önskvärt eftersom ett system som alltid tvingar fordonet att hålla hastigheten efter olika hastighetsbegränsningar kan orsaka irritation hos många förare.

Alternativt eller i kombination med ovan nämnda utföringsforrn omfattar metoden steget F1) efter steg F) att indikera för fordonets förare att en hastighetsändring kommer, och då utförs steg G) om föraren indikerar detta. Denna utföringsforrn visas genom ﬂödesschemat i figur 3. Föraren kan då uppmärksammas på att en hastighetsändring kommer genom exempelvis en indikation i instrumentpanelen och så får föraren kvittera om denne vill att den nya hastigheten ska hållas. Fordonets hastighet kan ju komma att ändras innan föraren är medveten om att hastighetsbegränsningen i form av ett hinder finns, och på detta sätt blir föraren delaktig i valet av hastighet och förstår varför hastigheten ändras.

Effekten av uppfinningen visualiseras i figur 6. I den övre delen av figuren visas hur fordonets hastighet regleras med en traditionell farthållare. Föraren ser hindret en ungefärlig längd kl innan hindret h, och börjar då sänka farten genom att släppa gasen och bromsa. I den nedre delen av figuren visas hur den föreliggande uppfinningen beräknar att fordonet ska sluta gasas ett visst avstånd kg innan hindret h för att inte behöva bromsa bort energi. Retarderingslängden är alltså i detta fall kg. På detta sätt kan fordonets bränsle sparas.

Enligt en utföringsforrn av uppfinningen, begränsar hindrets maxhastighet fordonets hastighet under en förutbestämd längd av horisonten. Längden kan vara olika för olika typer av hinder. På så sätt kan den begränsade hastigheten hållas under en hela hindrets längd, utan att en slutposition måste anges för hindret. Den förutbestämda längden kan 13 istället indikeras av en start- och en slutposition, och sedan räknas fram. Slutpositionen kan exempelvis indikeras av en ny hastighetsskylt som visar en ny, högre hastighetsbegränsning, eller slutet av ett vägbygge eller bro.

En egenskap kan under vissa förhållanden vara ett hinder och under vissa inte. Enligt en utföringsforrn av uppfinningen indikerar en egenskap ett hinder i beroende av en annan parameter, exempelvis temperatur. En bro behöver under normala förhållanden inte innebära att fordonets hastighet måste ändras, men då temperaturen är kring 0° och under bör fordonets hastighet minskas för att minska risken att en olycka inträffar på grund av halt väglag.

Börvärden vief till styrsystemet i fordonet kan tillåtas att variera mellan de två ovan nämnda hastigheterna, viiiiii och viiiax. När reglerrno dulen predikterar en intem horisont för fordonets hastighet, får då fordonets hastighet variera inom detta intervall.

De olika reglerna för vägklassema reglerar alltså hur ingångshastigheten vi till varje vägsegment ska justeras. Om ett vägsegment har klassificerats i vägklassen ”Plan väg” kommer ingen förändring av ingångshastigheten vi till vägsegmentet att göras. Om vi däremot inte är samma som vsei kommer hastighetsbörvärdena att rampas till vsei med krav på komfort, för att hålla den av föraren önskade hastigheten. För att kunna framföra fordonet så att krav på komfort följs, används Torricellis ekvation enligt nedan för att räkna ut med vilken konstant acceleration eller retardation fordonet måste accelerera eller retardera med: vflut=vf+2-a-s, (1) där vi är ingångshastigheten till vägsegmentet, vsiiii är fordonets hastighet vid vägsegmentets slut, a är den konstanta acceleration/retardationen och s är vägsegmentets längd. 14 Om ett vägsegment har klassificerats i vägklassen ”Brant uppför” eller ”Brant nedför” predikteras sluthastigheten vslut for vägsegmentet genom att lösa ekvationen (2) nedan: = w -vš + b) - a=-Cd-p-A/2 <3) b = Flrack _ Froll _ FOL Firade z (Teng l íﬁnal l ígear l ugear )!rwheel 6 Froll I .ﬂatCOI/'r I M I I (CrrísoF + Cb i (vi _ Visa) + CaF i _ vzío ( ) Fa =M - g-sin(arctan (Oc )) (7) ﬂatCorr = 1/ 1/(1 + rwheel / 2.70) (8) där Cd är luftmotståndskoefﬁcienten, p är luftens densitet, A den största tvärsnittsarean på fordonet, Ftmck är kraften som verkar från motormomentet i fordonets färdriktning, Fmn är kraften från rullmotståndet som verkar på hjulen, Fa är kraften som verkar på fordonet genom vägsegmentets lutning ot, Teng är motorrnomentet, iﬁnal är fordonets slutväxel, igear är det aktuella utväxlingsförhållandet i växellådan, ugw är växelsystemets verkningsgrad, rwheel är fordonets hjulradie, M är fordonets massa, Cap och Cb är hastighetsberoende koefficienter relaterade till hjulens rullmotstånd, Cnisop är en konstant term relaterad till hjulens rullmotstånd och viso är en ISO-hastighet, exempelvis 80 km/h.

Vid vägsegment med vägklassen ”Brant uppför” jämförs sedan sluthastigheten vslut med vmin, och om vs1ut< vmin så ska vi ökas så att: Vi I nlínbjmﬂx »Vi + (Vmn _ Vszm > (9) annars sker ingen ändring av vi, eftersom vsiiii uppfyller kravet på att ligga i intervallet för referenshastigheten.

Vid vägsegrnent med vägklassen ”Brant nedﬁir” jämförs sluthastigheten vsiiii med viiiaii, och om vsiiii> viiiax så ska vi minskas så att: vi =max(vnn.n,vl. -(vsjm -vmax )), (10) annars sker ingen ändring av vi, eftersom vsiiii uppfyller kravet på att ligga i intervallet för referenshastigheten.

Torricellis formel (1) används även här fór att räkna ut om det är möjligt att uppnå vsiiii med ingångshastigheten vi med krav på komfort, alltså med en förutbestämd maximal konstant acceleration/retardation. Om detta inte är möjligt med hänsyn till vägsegmentets längd, minskas respektive ökas vi så att kravet på komfort, d.v.s. inte för stor acceleration/retardation kan hållas.

Vid vägsegment med vägklassen ”Svagt uppför” tillåts börvärdet vief variera mellan viiiiii och vsei då ett nytt vägsegment beaktas, alltså vnu-n S vref S vw. Är Vief 2 viiiiii får ingen acceleration av fordonet göras. Är dock vief < viiiiii så ansätts vief till viiiiii under vägsegmentet, eller om vief > vsei så rampas viiif mot vsiii med hjälp av ekvation (1). Vid vägsegment med vägklassen ”Svagt nedför” tillåts viiif variera mellan vsei och viiiaii då ett nytt vägsegment beaktas, alltså vs < vref S vmx , och om Vief S Vmix får ingen retardation e, _ av fordonet göras. Är dock vief > viiiax så ansätts vief till viiiax under vägsegmentet, eller om vief< vsei rampas vief mot vsiii med hjälp av ekvation (1). Tillämpning av klassificering kan förenklas från de fem ovanstående till tre tillstånd genom att ta bort ”Svagt uppför” och ”Svagt nedﬁr”. Vägklassen ”Plan väg” kommer då att befinna sig inom ett större intervall, som begränsas av de uträknade tröskelvärden liiiiii och liiiaii, alltså lutningen på vägsegmentet ska vara mindre än liiiiii om lutningen är negativ eller större än liiiax om lutningen är positiv. 16 Då ett vägsegment som kommer efter ett vägsegment i horisonten med vägklassen ”Svagt uppﬁr” eller ”Svagt nedﬁr” medför en förändring av ingångshastigheterna till vägsegmenten med de nämnda vägklassema, kan det innebära att ingångshastigheter och således börhastighetema till styrsystemet korrigeras och blir högre eller lägre än vad reglema ovan anger för vägklassema ”Svagt uppför” eller ”Svagt nedför”. Detta gäller alltså när ingångshastighetema till vägsegmenten korrigeras beroende på de efterföljande vägsegmenten.

Fordonets retardation ner till en viss hastighet som indikeras av ett hinder, exempelvis en hastighetsskylt med hastighetsbegränsningen 70 km/h, beräknas beroende på vilken vägklass det aktuella vägsegmentet där fordonet beﬁnner sig i har, och beräknas genom att använda någon av formlerna (l) eller (2) ovan. När retardationen sedan är känd, kan längden som behövs for att retardera ner till en viss hastighet tas fram, här benämnt retarderingslängd. En startposition i horisonten for start av retardation av fordonet för att komma ner till den hastighet som hindret begränsar till vid hindrets position kan sedan beräknas genom att relatera retaderingslängden till avståndet till hindret. En sänkning av fordonets hastighet till maxhastigheten för hindret kan alltså uppnås vid hindrets position.

Alla hastighetsändringar som begärs rampas alltså med hjälp av Torricellis ekvation (1), så att hastighetsändringama sker med komfortkrav. Generellt så är det en regel att inte höja börhastigheten vmfi en uppförsbacke, utan den eventuella hastighetsökningen av vref ska ha skett innan uppförsbacken börjar för att framföra fordonet på ett kostnadseffektivt sätt. Av samma anledning ska börhastigheten vmf inte sänkas i en nedförsbacke, utan den eventuella hastighetssänkningen av vref ska ha skett innan nedförsbacken.

Genom att kontinuerligt stega igenom alla vägsegment i horisonten kan en intem horisont bestämmas som visar predikterade ingångsvärden vi till varje vägsegment. Enligt en utföringsform utförs steg A) kontinuerligt så länge horisonten inte överskrider en planerad framtida väg för fordonet, och steg B) till E) utförs kontinuerligt för hela horisontens längd. Horisonten uppdateras företrädesvis styckvis, och har enligt en utföringsform inte samma kontinuitet i sin uppdatering som steg B) till E). Den intema horisonten uppdateras hela tiden allteftersom det tillkommer nya vägsegment till horisonten, exempelvis 2-3 17 gånger per sekund. Att kontinuerligt stega igenom vägsegmenten i horisonten omfattar att kontinuerligt beräkna ingångsvärdena vi till Varje vägsegment, och en beräkning av ett ingångsvärde Vi kan medföra att ingångsvärden både framåt och bakåt i den intema horisonten måste ändras. På samma sätt måste, när det är tillämpligt, ingångsvärden framåt och bakåt i horisonten ändras om ett hinder finns i horisonten. I exempelvis de fall då predikterad hastighet i ett vägsegment är utanför inställt intervall är det önskvärt att korrigera hastigheten i föregående vägsegment.

I figur 4 visas den intema horisonten i förhållande till den framtida vägen. Den intema horisonten forﬂyttas hela tiden framåt såsom indikeras av den streckade, framﬂyttade inre horisonten. I ﬁgur 5 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 Vset så rampas börvärdena från V0 till Vset med komfortacceptans enligt Torricellis ekvation (1) eftersom vägklassen är ”Plan Väg”. Nästa vägsegment är ”Svagt uppför”, och ingen ändring av Vref görs så länge vm S vn, S VM , eftersom ingen acceleration får göras i detta segment. Nästa vägsegment är ”Brant uppför”, och då predikteras sluthastigheten V3 för vägsegmentet med hjälp av formel (2), och V2 ska då ökas om v;< Vmin enligt formel (9). Nästa vägsegment är ”Plan Väg”, och då ändras vmf mot Vset med begränsningen av komfortkravet från Torricellis ekvation (1).

Sedan kommer ett vägsegment som är ”Brant nedför”, och då predikteras sluthastigheten V5 med hjälp av formel (2), och V4 ska minskas om v5> vmax enligt formel (10). Så fort en hastighet bakåt i den intema horisonten ändras, justeras de resterande hastighetema bakåt i den intema horisonten för att kunna uppfylla hastigheten längre fram. Vid Varje hastighetsändring som ska ske, räknar metoden enligt uppfinningen fram med hjälp av Torricellis ekvation (1) om det är möjligt att uppnå denna hastighetsändring med komfortkrav. Om inte, så justeras ingångshastigheten till vägsegmentet så att komfortkrav kan hållas.

Den föreliggande uppfinningen hänför sig också till en modul för att ta hänsyn till hinder vid reglering av ett fordons hastighet, som Visas i figur 1. Modulen omfattar en 18 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 vägsegment. Modulen omfattar vidare en processorenhet som är anpassad att utföra metodstegen som beskrivits ovan enligt steg B) till D). Modulen omfattar vidare en hinderenhet som är anpassad att då något av vägsegmentens i horisonten vartdera åtminstone en egenskap indikerar ett hinder, utföra stegen E) och F) enligt den beskrivna metoden. Processorenheten är vidare anpassad att anpassa hastighetsbörvärdena vrefi horisonten efter nämnda startposition och retardation av fordonet, varvid styrsystemet i fordonet reglerar fordonets hastighet efter hastighetsbörvärdena vmf. Således erhålls en modul som kan användas i ett fordon för att bestämma hastighetsbörvärden så att hänsyn tas till hinder längs fordonets väg. Modulen kan vara en del av ett styrsystem vars hastighetsbörvärde den vill bestämma, eller så kan den vara en från styrsystemet fristående modul. Styrsystemet, exempelvis ett motorstyrsystem, reglerar sedan fordonets hastighet efter hastighetsbörvärdena.

Företrädesvis bestäms de fordonsspecifika värdena i processorenheten av aktuellt utväxlingsförhållande, aktuell fordonsvikt, motorns maxmomentkurva, mekanisk friktion och/eller fordonets körrnotstånd vid aktuell hastighet. Alltså kan tröskelvärdena bestämmas utifrån fordonets tillstånd för tillfället. Nödvändiga signaler för att bestämma dessa värden kan tas från CAN, eller avkännas med lämpliga sensorer.

Enligt en utföringsfonn är hinderenheten anpassad att hitta ett hinder i horisonten genom att en egenskap för ett vägsegment visar en fartbegränsning, en skarp kurva, en rondell eller en korsning etc. Hinderenheten tar emot information om hinder i exempelvis den styckade horisontvektom, eller genom andra data som visar ett avstånd till hindret relativt fordonet, ett vägsegment eller relativt ett extemt koordinatsystem. På så sätt är det möjligt att anpassa fordonets hastighet efter olika slags hinder.

Enligt en annan utföringsform är hinderenheten anpassad att bestämma en längd under vilken hindrets maxhastighet begränsar fordonets hastighet. vmax kommer då att sättas till hindrets maxhastighet under en sträcka av vägen, och kan till exempel vara olika standardsträckor för olika hinder. Hindrets maxhastighet kan enligt en utföringsform 19 begränsa fordonets hastighet tills exempelvis en ny hastighetsskylt finns i horisonten som visar en ny hastighet att förhålla fordonets hastighet till. På detta sätt kan man uppnå en sänkning av fordonets hastighet under en längre sträcka.

Hinderenheten kan vara anpassad att bestämma om egenskapen indikerar ett hinder i beroende av en annan parameter, exempelvis temperatur. Då är det möjligt att en bro som vanligtvis inte är ett hinder kan bli ett hinder om temperaturen sjunker under en viss temperatur.

Modulens funktion för att ta hänsyn till hinder och i förlängningen uppnå reglering av fordonets hastighet för att spara bränsle och bromsar vid hinder är företrädesvis anpassad att vara en valbar inställning för föraren. Föraren kan då själv slå av och på funktionen, och tvingas inte anpassa sig efter trafiksituationen. Hinderenhetens funktion är alltså då valbar. Enligt en utföringsforrn är hinderenheten anpassad att indikera för fordonets förare att en hastighetsändring kommer och motta indata som godkänner eller förkastar hastighetsändringen. Indikationen kan exempelvis visas for föraren på instrumentpanelen, och föraren får då till exempel aktivt säga a till ändringen.

Horisontenheten kan enligt en utföringsform vara anpassad att bestämma en horisont av en framtida väg som bestäms med hjälp av ett navigationssystem. Många fordon är idag utrustade med navigationsystem, och horisontenheten behöver då endast bygga horisont för en framtida väg istället för flera parallella. På så sätt kan bl.a. processorkraft sparas.

Enligt en utföringsforrn är vägsegmentens egenskaper deras längd och lutning, varvid processorenheten är anpassad att räkna ut tröskelvärdena i förrn av lutningströskelvärden lmin och lmax. Således kan fordonets hastighet regleras efter den framtida vägens kupering, för att köra på ett bränsleekonomiskt sätt.

Enligt en annan utföringsforrn är vägsegmentens egenskaper deras längd och sidoacceleration, varvid processorenheten är anpassad att räkna ut tröskelvärdena i form av sidoaccelerationströskelvärden. Detta gör att fordonets hastighet kan regleras efter framtida krökning på vägen, och fordonets hastighet kan regleras innan så att onödiga inbromsningar och hastighetsökningar minimeras för att spara bränsle.

Företrädesvis är horisontenheten anpassad att bestämma horisonten kontinuerligt så länge horisonten inte överskrider en planerad framtida väg för fordonet, och i vilken processorenheten är anpassad att kontinuerligt utföra stegen for att räkna ut och uppdatera börvärdena for styrsystemet för hela den interna horisontens längd. Horisonten byggs alltså i en utforingsforrn på styckvis allteftersom fordonet framförs längs den framtida vägen. Börvärdena för styrsystemet räknas ut och uppdateras kontinuerligt, oberoende om nya vägsegment läggs till eller inte, eftersom börvärdena som ska räknas ut även beror på hur fordonets fordonsspecifika värden ändrar sig utmed den framtida vägen.

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.

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

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

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

Claims

10 15 20 25 30 21 Patentkrav

1. Metod for bestämning av hastighetsbörvärde vfef for ett fordons styrsystem, k ä n n e t e c k n a d a V metoden omfattar att: A) bestämma en horisont med hjälp av positionsdata och kartdata av en framtida väg som innehåller vägsegment och åtminstone en egenskap for varje vägsegment; B) beräkna tröskelvärden for nämnda åtminstone en egenskap hos vägsegmenten beroende på ett eller ﬂera fordonsspecifika värden, där tröskelvärdena sätter gränser för indelning av vägsegmenten i olika vägklasser; C) j ämfora nämnda åtminstone en egenskap hos vartdera vägsegment med de uträknade tröskelvärdena, och klassificera vartdera vägsegment i en vägklass beroende på jämförelserna; D) beräkna hastighetsbörvärden vref for fordonets styrsystem över horisonten beroende på regler kopplade till vägklasserna i vilka vägsegmenten i horisonten klassats; och då någon egenskap i vägsegmenten i horisonten indikerar ett hinder, utfors stegen att E) beräkna fordonets retardation under förutsättning att bromsarna inte används beroende på nämnda regler kopplade till vägklasserna; F) bestämma en startposition i horisonten for start av retardation av fordonet beroende på fordonets beräknade retardation for att uppnå en sänkning av börhastigheten vwf till en maxhastighet for hindret vid hindrets position; G) anpassa hastighetsbörvärdena vmfi horisonten efter nämnda startposition och retardation av fordonet; H) reglera fordonets hastighet efter hastighetsbörvärdena vref.

2. Metod enligt krav 1, varvid fordonsspecifika värden bestäms av aktuellt utväxlingsförhållande, aktuell fordonsvikt, motorns maxmomentkurva, mekanisk friktion och/eller fordonets körrnotstånd vid aktuell hastighet.

3. Metod enligt något av kraven l och 2, varvid en egenskap indikerar ett hinder genom att egenskapen visar en fartbegränsning, en skarp kurva, en rondell eller en korsning etc. 10 15 20 25 30 22

4. Metod enligt krav 3, varvid hindrets maxhastighet begränsar fordonets hastighet under en förutbestämd längd av horisonten.

5. Metod enligt något av kraven 3 och 4, varvid egenskapen indikerar ett hinder i beroende av en annan parameter, exempelvis temperatur.

6. Metod enligt något av de ovanstående kraven, varvid reglering av fordonets hastighet för att ta hänsyn till hinder är en valbar inställning för föraren.

7. Metod enligt något av de ovanstående kraven, varvid metoden omfattar steget Fl), efter steg F), att indikera för fordonets förare att en hastighetsändring kommer, och då utförs steg G) om föraren indikerar detta.

8. Metod enligt något av de ovanstående kraven, varvid den framtida vägen bestäms med hjälp av ett navigationssystem.

9. Modul för bestämning av hastighetsbörvärde vref för ett fordons styrsystem, k ä n n e t e c k n a d a v att modulen omfattar en horisontenhet anpassad att bestämma en horisont med hjälp av positionsdata och kartdata av en framtida väg som innehåller vägsegment och åtminstone en egenskap för varje vägsegment; modulen omfattar även en processorenhet anpassad att: -beräkna tröskelvärden för nämnda åtminstone en egenskap hos vägsegmenten beroende på ett eller flera fordonsspecifika värden, där tröskelvärdena sätter gränser för indelning av vägsegmenten i olika vägklasser; -jämfora nämnda åtminstone en egenskap hos vartdera vägsegment med de uträknade tröskelvärdena, och klassificera vartdera vägsegment i en vägklass beroende på jämförelserna; -beräkna hastighetsbörvärden vmf för fordonets styrsystem över horisonten beroende på regler kopplade till vägklassema i vilka vägsegmenten i horisonten klassats; modulen omfattar vidare en hinderenhet som är anpassad att då någon egenskap i vägsegmenten i horisonten indikerar ett hinder, utföra stegen att 10 15 20 25 30 23 -beräkna fordonets retardation under förutsättning att bromsarna inte används beroende på nämnda regler kopplade till vägklasserna; samt - bestämma en startposition i horisonten för start av retardation av fordonet beroende på fordonets beräknade retardation för att uppnå en sänkning av börhastigheten vref till en maxhastighet for hindret vid hindrets position; processorenheten är vidare anpassad att anpassa hastighetsbörvärdena vrefi horisonten efter nämnda startposition och retardation av fordonet; varvid styrsystemet reglerar fordonets hastighet efter hastighetsbörvärdena vref.

10. Modul enligt krav 9, i vilken fordonsspeciﬁka värden bestäms av aktuellt utväxlingsförhållande, aktuell fordonsvikt, motoms maxmomentkurva, mekanisk friktion och/eller fordonets körrnotstånd vid aktuell hastighet.

11. Modul enligt något av kraven 9 och 10, i vilken hinderenheten är anpassad att hitta ett hinder i horisonten genom att en egenskap för ett vägsegment visar en fartbegränsning, en skarp kurva, en rondell eller en korsning etc.

12. Modul enligt krav 11, i vilken hinderenheten är anpassad att bestämma en längd av horisonten under vilken hindrets maxhastighet begränsar fordonets hastighet.

13. Modul enligt något av kraven 11 och 12, i vilken hinderenheten är anpassad att bestämma om egenskapen indikerar ett hinder i beroende av en annan parameter, exempelvis temperatur.

14. Modul enligt något av kraven 9 till 13, i vilken regleringen av fordonets hastighet för att ta hänsyn till hinder är anpassad att vara en valbar inställning för föraren.

15. Modul enligt något av kraven 9 till 14, i vilken hinderenheten är anpassad att indikera för fordonets förare att en hastighetsändring kommer och motta indata som godkänner eller förkastar hastighetsändringen. 10 15 24

16. Modul enligt något av kraven 9 till 14, i vilken horisontenheten är anpassad att bestämma en horisont av en framtida väg som bestäms med hjälp av ett navigationssystem.

17. Datorprogramprodukt, omfattande datorprograminstruktioner för att förmå ett datorsystem i ett fordon att utfora stegen enligt metoden enligt något av kraven 1 till 8, när dataprograminstruktionerna körs på nämnda datorsystem.

18. Datorprogramprodukt enligt krav 17, där datorprograminstruktionerna är lagrad på ett av ett datorsystem läsbart medium.