SE534037C2

SE534037C2 - Metod och modul för bestämning av hastighetsbörvärden till ett fordons styrsystem

Info

Publication number: SE534037C2
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: 2011-04-12
Also published as: RU2493980C2; SE0950439A1; US20120089312A1; CN102458944B; RU2011154089A; CN102458944A; BRPI1009041A2; WO2010144030A1; US8620557B2; EP2440423A1

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

534 037 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 körning 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/O221776 beskriver ett systern för att ändra inställningarna hos motoms ECM (Electronic Control Module) för att optimera motoms 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 syﬁet uppnås genom en metod för bestämning av hastighetsbörvärde vn; 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 fór indelning av vägsegrnenten i olika vägklasser; C) jämföra nämnda åtminstone en egenskap hos vartdera vägsegment med de uträknade tröskelvärdena, och klassiﬁcera vartdera vägsegrnent i en vägklass beroende på järnförelserna; 534 037 3 D) beräkna hastighetsbörvärden væf för fordonets styrsystem över horisonten beroende pâ 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 vägklassenia; F) bestämma en startposition i horisonten för start av retardation av fordonet beroende på fordonets beräknade retardation för att uppnå en sänkning av börhastigheten vmf till en maxhastighet för hindret vid hindrets position; G) anpassa hastighetsbörvärdena vmfi horisonten eﬁer nämnda startposition och retardation av fordonet; H) reglera fordonets hastighet efter hastighetsbörvärdena væf.

Uppﬁnningen hänför sig också till en modul fór bestämning av hastighetsbörvärde vmf för ett fordons styrsystem, modulen omfattar en horisontenhet anpassad att bestämma en horisont med hjälp av positionsdata och kaitdata 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 vägsegrnenten 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 järnförelsema; -beräkna börhastighetsvärden vnf för fordonets styrsystem över horisonten beroende på regler kopplade till vägklassema i vilka vägsegmenten i horisonten klassats; modulen omfattar vidare en hínderenhet som är anpassad att då någon egenskap i vägsegmenten i horisonten indikerar ett hinder, utföra stegen att -beräkna fordonets retardation under förutsättning att bromsarna inte används beroende på nämnda regler kopplade till vägklassema; samt - bestämma en startposítion i horisonten för start av retardation av fordonet beroende på fordonets beräknade retardation för att uppnå en sänkning av börhastigheten vmf till en maxhastighet för hindret vid hindrets position; 534 03? 4 processorenheten är vidare anpassad att anpassa hastighetsbörvärdena væfi horisonten efter nämnda startposition och retardation av fordonet; varvid styrsystemet reglerar fordonets hastighet eﬁer hastighetsbörvärdena vmf.

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 följda av inbromsningar. På så sätt uppnås minskad bränsleförbrukning då man minskar behovet av inbromsning infor hastighetsändringar, korsningar mm, genom att i tid ha sänkt hastigheten genom att prediktera hastighetsbörvârden vnf.

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

Om fordonet är utrustat med ett navigationssystern kan fordonets färdväg bestämmas i förväg. Då behöver fordonet bara prediktera hastíghetsbörvârden fór en väg istället fór ﬂera twbara fárdvägar, och kan spara processorlast, minnesutnyttjande och CAN-trafik (Controller Area Network) vid användning utav den färdväg som är vald utav navígationssystemet.

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

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

Figur 2 visar ett ﬂödesdiagrarn fór metoden enligt en utfóringsforrn av uppﬁnningen. l0 534 03? Figur 3 visar ett ﬂödesdiagram för metoden enligt en annan utföringsform 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 hastighetema 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.

Detaljerad beskrivni_ng¿v föredragig utföringsforrner 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 styrningen av särskilt drivlinan fór tunga fordons, eftersom det krävs ett mycket större moment för att köra uppför en backe än ßr 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 oﬁa ser hindret så pass sent att föraren tvingas bromsa fordonet ﬁr 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 kartinformation, och genom positionsdata ~ från positioneringssystemet och topologidata från kartinformationen byggs en horisont upp som beskriver hur den framtida vågen 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 positioneringssystern 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 vågen tas in via karta och GPS i en enhet.

Den framtida vägen är i det ßljande exempliﬁerat som en enda färdväg för fordonet, men 534 03? 6 det är underförstått att information om olika tänkbara framtida vägar kan tas in via karta och GPS eller armat positioneringssystem.

Fordonet är enligt en utföringsform av uppﬁnningen utrustat med ett navigationssystem med vilkens hjälp den framtida vägen för 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 ﬁam till målet visuellt på en skärm.

Navigationssystemet kan vara utrustat för att ge dynamisk information genom RDS-TMC, ”Radio Data System - Traffic Message Channel”, som är ett sätt att digitalt sända ut traﬁkmeddelande via det vanliga FM-radionätet. Dynamisk navigation med hjälp av RDS- TMC tar hänsyn till traﬁksituationen vid den aktuella kömingen, 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.

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

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

Färdvägen, eller om det ﬁnns flera framtida alternativa vägar: färdvägaina, 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 reglermodulen byggs styckena sedan ihop i en horisontenhet till en horisont och bearbetas av processorenheten för att skapa en intem horisont som styrsystemet kan reglera efter. Finns det ﬂera altemativa färdvågar skapas 534 037 7 flera interna horisonten' för olika färdvägsalteinativ. Horisonten byggs sedan hela tiden på med nya stycken från enheten med GPS och kartdata, fór att få önskad längd på horisonten. Horisonten uppdateras alltså kontinuerligt under fordonets färd.

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

Figur 2 visar ett flödesschema för vilka steg som omfattas av metoden enligt en utfóringsfonn av uppfinningen. I det följande visas exempel fór bara en horisont, men det är underförstått att ﬂera horisonter för olika altemativa frarntida vägar kan byggas parallellt. I ett första steg A) bestäms en horisont med hjälp av positionsdata och kartdata av en framtida väg som innehåller vågsegrnent och åtminstone en egenskap för varje vägsegment. Allteitersom fordonet framförs, bygger horisontmodulen ihop styckena till en horisont av den framtida vägen, där längden på horisonten typiskt är i storleksordningen l- 2 lcm. 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 fór färden är inom horisontens längd, byggs enligt en utföringsforrn inte horisonten på längre eﬁersom vägen eﬁer slutmålet inte är intressant.

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

Horisonten är här exernpliﬁerad i matrisform, där varje kolurrm beskriver en egenskap för ett vägsegnient. En matris som beskriver 80 m ﬁarnåt av en framtida väg kan se ut enligt följande: dx, % , 0.2 , 0.1 , , - 0.1 , - 0.3 l5 534 037 där den första kolumnen är varje vägsegrnents längd i meter (dx) och den andra kolumnen är varje vägseginents 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 vägsegtnent 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 fonn 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: , 0.2, , 0.1, , , - 0.1, 70 , - 0.3, där kolumnen h visar ett hinder i form av en vägskylt med hastighetsbegränsningen 70 km/h. Om horisonten har kurvradíer som en egenskap, så kan exempelvis höga uträknade sidoaccelerationsvärden utgöra ett hinder. Hinderegenskaper längs fárdvägen behöver inte finnas i samma matris som horisonten, utan kan skickas som separata dataniängder till en modul som visas i ﬁgur 1, tillsammans med ett avstånd för hindret relativt fordonet.

Information om hinder kan också fäs 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 fartbegrärisning, en skarp kurva, en rondell, en korsning, ett vägbygge etc.

Hämâst klassiﬁceras vägsegmenten i horisonten i olika vägklasser i ett steg B) där tröskelvärden beräknas för nämnda åtminstone en egenskap hos vägsegmenten beroende 534 03? 9 på ett eller ﬂera fordonsspeciﬁka värden, där tröskelvärdena sätter gränser ñr indelning av vägsegmenten i olika vägklasser. I exemplet där vägsegrnentens egenskaper är lutning beräknas tröskelvärden för lutningen på vägsegmenten. Tröskelvärdena för egenskapen i fråga beräknas enligt en utföringsform av uppﬁnningen genom ett eller ﬂera fordonsspeciﬁka värden, såsom aktuellt utväxlingstörhållande, aktuell fordonsvikt, motoms maxmomentkurva, mekanisk friktion och/eller fordonets kör-motstånd vid aktuell hastighet. En styrsysternintcm 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 O: en tolerans.

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

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

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

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

Enligt en utßringsform 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, lmi., och lmx, där lm är den lutning som vägsegmentet minst måste ha lör att för att fordonet ska accelerera av lutningen själv i en nedtörsbacke, och lm är det lutningsvärde som vägsegmentet maximalt kan ha fór att 534 03? 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 utföringsform är vägsegmentens egenskaper deras längd och sidoacceleration, och tröskelvärden beräknas i form av sidoaccelerationströskelvärden som klassar in vägsegrnenten 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 skeri möjligaste mån utan ingrepp av färdbromsar.

Som exempel så är toleransen för kategorin ”Plan väg” företrädesvis mellan -0,05 % till 0,05 % då fordonet ﬁarnfórs i 80 krn/h. Utgående från samma hastighet (80 km/h) beräknas lmi., vanligtvis till att vara i storleksordningen -2 till -7 %, och lm vanligtvis 1 till 6 %. Dessa värden beror dock mycket på aktuell utväxling (växel + fast bakaxelutväxling), sarnt motor-prestanda och totalvikt.

I ett nästa steg C) i metoden jämßrs åtminstone en egenskap hos vartdera vägsegmenten, i detta fall lutningen, med de uträlcnade tröskelvärdena, och vartdera vägsegment klassiﬁceras i en vägklass beroende på jämförelser-na.

Eﬁer att varje vägsegment i horisonten har klassiﬁcerats i en vägldass, kan sedan en intem horisont för styrsystemet byggas, baserat på klassiﬁceringen av vägsegmenten och horisonten, som består av ingångshastigheter v; till varje vägsegment som är hastigheter som styrsystemet ska styra efter. Enligt en utföringsform tampas en hastighetsändring som begärs mellan tvâ ingångshastigheter vi, för att ge börvärden vn; till styrsystemet som åstadkommer en gradvis ökning eller minskning av hastigheten av fordonet. Genom att rampa en hastighetsändring räknas gradvisa hastíghetsändringar ut som behövs göras för att uppnå hastighetsändringen. Med andra ord så uppnås genom rampning en järrm hastighetsökning. Ingångshastighetema vi, eller med andra ord hastighetsbörvärden vn; 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 534 03? 11 klassats. Reglema kopplade till vägklasserna kommer att förklaras i det följande. Då en egenskap i vägsegnienten i horisonten indikerar ett hinder, utförs stegen att E) beräkna fordonets retardation under förutsättning att bromsarna inte används beroende på nämnda regler kopplade till vägklasserna, och F) bestämma en startposition i horisonten för start av retardation av fordonet beroende på fordonets beräknade retardation fór att uppnå en sänkning av börhastigheten vn; till en maxhastighet fór 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 km/h, beräknas beroende på vilken vägklass det aktuella vägsegmentet där fordonet beﬁnner sig i har, och genom att använda någon av formlerna (l) eller (2) nedan. När retardationen sedan är känd, kan längden som behövs för att retardera ner till en viss hastighet tas fram, här benärnnt retarderingslängd. En startposition i horisonten för start av retardation av fordonet fór 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 vw; till maxhastigheten för hindret kan alltså uppnås vid hindrets position, utan att fordonet bromsas.

Sedan anpassas hastighetsbörvärdena væfi horisonten i ett steg G) eﬁer nämnda startposition och retardation av fordonet. Alla vägsegment i horisonten stegas igenom kontinuerligt, och allteftersom nya vägsegment läggs till horisonten justeras ingångshastigheterna v; vid behov i vägsegmenten, inom intervallet för fordonets referenshastighet vw. vw, är referenshastigheten som föraren ställer in och som är önskad att hållas av fordonets styrsystem under färden inom ett intervall. lntervallct avgränsas av två hastigheter, vmi, och vw, som kan ställas in manuellt av föraren, eller ställas in automatiskt genom beräkningar av lämpli ga intervall, som företrädesvis beräknas i reglermodulen. Hastighetsbörvärdena i horisonten anpassas alltså genom att vw sätts till hastighetsbegränsningen som är kopplat till hindret, vid hindret. Positionen fór start av retardation anger positionen i horisonten där styrsystemet ska sluta gasa fordonet, och en signal att sluta gasa skickas till styr-systemet vid den aktuella positionen. Fordonet regleras 534 037 12 sedan i ett steg H) enligt hastighetsbörvärdena, vilket innebär att motorstyrsystemet i fordonet reglerar fordonets hastighet beroende på börvärdena. Vid positionen fór hindret och önskad sträcka framåt kommer fordonet att öka gasen igen för att hålla önskad hastighet, med begränsningen att vw är satt till maxhastigheten fór hindret.

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

Alternativt eller i kombination med ovan nämnda utföringsform omfattar metoden steget F j) efter steg F) att indikera för fordonets förare att en hastighetsändring kommer, och då utförs steg G) om föraren indikerar detta. Derma utfóringsform visas genom ﬂödesschernat 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 k| 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 k; 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 utföríngsforrn 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 534 037 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 utföringsfonn 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 vn; till styrsystemetí fordonet kan tillåtas att variera mellan de två ovan nämnda hastigheterna, vmgn och vw. När reglermodulen predikterar en intern horisont fór fordonets hastighet, får då fordonets hastighet variera inom detta intervall.

De olika reglerna fór vägklassema reglerar alltså hur ingângshastigheten v, till varje vägsegment ska justeras. Om ett vägsegrnent har klassiﬁcerats i vägklassen ”Plan väg” kommer ingen förändring av ingångshastigheten vi till vägsegmentet att göras. Om v; däremot inte är samma som vm kommer hastighetsbörvärdena att rampas till vs, med krav på komfort, fór 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: vf,u,=v,2+2-a-s, (l) där vi är ingångshastigheten till vägsegmentet, vw är fordonets hastighet vid vägsegmentets slut, a är den konstanta acceleration/retardationen och s är vägsegrnentets längd. 534 037 14 Om ett vägsegrnent har klassiﬁcerats i vägklassen ”Brant uppför” eller ”Brant nedför” predikteras sluthastigheten VSM for vägsegmentet genom att lösa ekvationen (2) nedan: vi., = (0 - v? + b) - (e”""”'”* -lü/a, där (2) a=-C,-p~A/2 o) b=plmc -Frol -Frz Emek = (Tang ' iﬂnal ' igear l ”gear )lrwheel 6 Fm” = ﬂafcofr -M -g/1000~ Fa = M - g-sin(arctan(a)) (7) ﬂazcorr = 1/ (1 + fw, /2.7o) (s) där Cd är luﬁrnotståndskoefticienten, p är luftens densitet, A den största tvärsnittsarean på fordonet, Fmck är kraften som verkar från motormomentet i fordonets fárdriktning, Fm" är kraften från rullmotståndet som verkar på hjulen, F u är kraften som verkar på fordonet genom vägsegmentets lutning a, Tmg är motormomentet, iﬁm; är fordonets slutväxel, im, är det aktuella utväxlingstörhållandet i växellådan, ugn, är växelsystemets verkningsgrad, rwheel är fordonets hjulradie, M är fordonets massa, Cap och Cl, är hastighetsberoende koeﬁïcienter relaterade till hjulens rullmotstånd, Cﬂisop är en konstant term relaterad till hjulens rullmotstånd och vis., är en ISO-hastighet, exempelvis 80 km/h.

Vid vägsegrnent med vägklassen ”Brant uppför” jämförs sedan sluthastigheten vsm, med vmin, och om vs|.,,< vmi, så ska vi ökas så att: v, = min(vm , v, + (vm - vw )) , (9) 534 03? annars sker ingen ändring av vi, eftersom vsju, uppfyller kravet på att ligga i intervallet för referenshastigheten.

Vid vägsegment med vägklassen ”Brant nedför” järnfórs sluthastigheten v51”. med vw, och om v,|,,t> vw så ska v, minskas så att: Vi = maxwniin ß Vi _ (vrlu: (10) -vmnins annars sker ingen ändring av vi, eftersom v51", uppfyller kravet på att ligga i intervallet för referenshastigheten.

Torricellis formel (I) används även här för att räkna ut om det är möjligt att uppnå vslu, med ingångshastigheten v; 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 v; så att kravet på komfort, d.v.s. inte för stor acceleration/retardation kan hållas.

Vid vägsegment med vägklassen ”Svagt uppför” tillåts börvärdet vnf variera mellan vmh, och vm då ett nytt vägsegment beaktas, alltså vm s vw, 5 vm. Är vmfz vmin får ingen acceleration av fordonet göras. Är dock vmf < vm så ansâtts vmf till vm under vägsegmentet, eller om væf > vs., så rampas vmf mot vu, med hjälp av ekvation (1). Vid vägsegment med vägklassen ”Svagt nedför” tillåts vmf variera mellan va, och vm då ett nytt vägsegment beaktas, alltså vu, 5 vn, s vm , och om vfef S vm, får ingen retardation av fordonet göras. Är dock vref > vm, så ansätts vmf till vw under vägsegmentet, eller om v,ef< vw tampas vmf mot vw 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 nedför”. intervall, som begränsas av de uträknade tröskelvården lm, och lm, alltså lutningen på Vägklassen ”Plan väg” kommer då att beﬁnna sig inom ett större vägsegmentet ska vara mindre än Im om lutningen är negativ eller större än lm om lutningen är positiv. 534 03? 16 Då ett vägsegment som kommer efter ett vägsegment i horisonten med vägklassen ”Svagt uppför” eller ”Svagt nedför” vägsegmenten med de nämnda vägklasserna, kan det innebära att ingångshastigheter och medför en förändring av ingångshastigheterna till således börhastighetema till styrsystemet konigeras och blir högre eller lägre än vad reglerna ovan anger ñr vägklasserna ”Svagt uppför” eller ”Svagt nedför”. Detta gäller alltså när ingångshastigheterna 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 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 fordonets hastighet till maxhastigheten för hindret kan alltså uppnås vid hindrets position.

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

Genom att kontinuerligt stega igenom alla vägsegment i horisonten kan en intem horisont bestämmas som visar predikterade ingångsvärden v; 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 2-3 534 03? 17 gånger per sekund. Att kontinuerligt stega igenom vägsegrnenten i horisonten omfattar att kontinuerligt beräkna ingångsvärdena vi till varje vägsegment, och en beräkning av ett ingångsvärde v; kan medföra att ingångsvärden både framåt och bakåt i den interna horisonten måste ändras. På samma sätt måste, när det är tillämpligt, ingångsvärden ﬁamåt och bakåt i horisonten ändras om ett hinder ﬁnns i horisonten. I exempelvis de fall då predikterad hastighet i ett vägsegrnent är utanför inställt intervall är det önskvärt att korrigera hastigheten i föregående vägsegment.

I ﬁgur 4 visas den interna horisonten i förhållande till den framtida vägen. Den interna horisonten förﬂyttas hela tiden framåt såsom indikeras av den streckade, framflyttade inre horisonten. I ﬁgur 5 visas ett exempel på en intern horisont, där de olika vägsegrnenten har klassíﬁcerats i en vägklass. I ﬁguren står ”PV” för klassen ”Plan víig”, ”SU” för ”Svagt uppñr”, ”BU” för ”Brant uppför” och ”BN” för ”Brant nedför”. Hastigheten är initialt V0, och om derma hastighet inte är vm så rampas börvärdena från vc till vw med komfortacceptans enligt Torricellis ekvation (l) eftersom vägklassen är ”Plan väg”. Nästa vägsegment är ”Svagt uppför”, och ingen ändring av vmf görs så länge vm S v", S vu, , eftersom ingen acceleration får göras i detta segrnent. Nästa vägsegment är ”Brant uppför”, och då predikteras sluthastigheten v; för vägsegmentet med hjälp av formel (2), och v; ska då ökas om v3< vmin enligt formel (9). Nästa vägsegrnent är ”Plan väg”, och då ändras vmf mot vs., 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> vmx enligt formel (10). Så fort en hastighet bakåt i den intema horisonten ändras, justeras de resterande hastigheterna bakåt i den interna 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 derma hastighetsändring med komfortkrav. Om inte, så justeras ingångshastigheten till vägsegrnentet 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 534 03? 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 fór 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 vmfi horisonten efter närrmda startposition och retardation av fordonet, varvid styrsysternet 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 fordonsspecíﬁka värdena i processorenheten av aktuellt utväxlingsíörhållande, aktuell fordonsvikt, motorns maxmomentkurva, mekanisk ﬁ-iktion och/eller fordonets körmotstånd vid aktuell hastighet. Alltså kan tröskelvärdena bestämmas utifrån fordonets tillstånd fór tillfället. Nödvändiga signaler för att bestämma dessa värden kan tas från CAN, eller avkärmas med lämpliga sensorer.

Enligt en utföringsform 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 horisontvektorn, 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. vw 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 utföringsforrn 534 03? 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 arman 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 ternperatur.

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 fór 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 utfóringsforrn är hinderenheten anpassad att indikera för fordonets förare att en hastighetsändring kommer och motta indata som godkänner eller förkastar hastighetsändringen. Indikationen kan exempelvis visas för föraren på instrumentpanelen, och föraren får då till exempel aktivt säga ja till ändringen. l-Iorisonteriheten kan enligt en uttöringsforrn 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 hoiisontenheten behöver då endast bygga horisont ñr en framtida väg istället för ﬂera parallella. På så sätt kan bl.a. processorkraﬁ sparas.

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

Enligt en arman utfóringsforrn 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 l0 534 037 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 sålänge horisonten inte överskrider en planerad framtida väg för fordonet, och i vilken processorenheten är anpassad att kontinuerligt utföra stegen för att räkna ut och uppdatera börvärdena för styrsystemet för hela den interna horisontens längd. Horisonten byggs alltså i en utföringsform på styckvis allteftersom fordonet framförs längs den framtida vägen. Börvärdena för styrsysternet räknas ut och uppdateras kontinuerligt, oberoende om nya vägsegment läggs till eller inte, eﬂersom 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 datorprograrninstruktioner för att förmå ett datorsystem i ett fordon att utföra stegen enligt metoden, när datorprograminstruktionema körs på nämnda datorsystem.

Datorprograminstruktionerna 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 utföringsforrnerna.

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

Claims

10 15 20 25 30 534 03? 21 Patentkrav

1. l. Metod för bestärrming av hastighetsbörvärde vmfför ett fordons styrsystem, kännetecknad av metodenomfattaratt: A) bestämma en horisont med hjälp av positionsdata och kartdata av en framtida väg som innehåller vågsegment 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 vägsegrnenten i olika vägklasser; C) järnföra nänmda åtminstone en egenskap hos vartdera vägsegrnent med de uuäknade tröskelvärdena, och klassiﬁcera vartdera vägsegment i en vägklass beroende på järnfórelserrxa; D) beräkna hastighetsbörvärden væf för fordonets styrsystem över horisonten beroende på regler kopplade till vägklasserna i vilka vâgsegmenten i horisonten klassats; och då någon egenskap i vägsegrnenten i horisonten indikerar ett hinder, utförs stegen att E) beräkna fordonets retardation under förutsättning att bromsarna inte används beroende på nänmda 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 vmf till en maxhastighet för hindret vid hindrets position; G) anpassa hastighetsbörvärdena væfi horisonten eﬁer nämnda startposition och retardation av fordonet; H) reglera fordonets hastighet efter hastighetsbörvärdena væf.

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

3. Metod enligt något av kraven 1 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 30 534 03? 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 hinderi beroende av en arman pararneter, 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 fór 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 vmf för ett fordons styrsystem, k ä n n et 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; -järnföra nämnda åtminstone en egenskap hos vartdera vägsegment med de uträknade tröskelvärdena, och klassiﬁcera vartdera vägsegment i en vägklass beroende på jämförelser-na; -beräkna hastighetsbörvärden vnf för fordonets styrsystem över horisonten beroende på regler kopplade till vägklasserna 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 'SB-fl 037 23 -beräkna fordonets retardation under förutsättning att bromsarna inte används beroende på nämnda regler kopplade till vägklassema; samt - bestämma en startposition i horisonten för start av retardation av fordonet beroende på fordonets beräknade retardation för att uppnå en sänkning av börhastigheten væf till en maxhastighet för hindret vid hindrets position; processorenheten är vidare anpassad att anpassa hastighetsbörvärdena vnfi horisonten efter nämnda startposition och retardation av fordonet; varvid styrsystemet reglerar fordonets hastighet efter hastighetsbörvärdena vmf.

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

11. 1 1. Modul enligt något av kraven 9 och 10, i vilken hinderenheten är anpassad att hitta ett hinderi horisonten genom att en egenskap fór ett vägsegment visar en fartbegränsning, en skarp kurva, en rondell eller en korsning etc.

12. Modul enligt krav l 1, i vilken hinderenheten är anpassad att bestämma en längd av horisonten under vilken hindrets maxhastighet begränsar fordonets hastighet.

13. Modul enligt något av kraven l 1 och l2, i vilken hinderenheten är anpassad att bestämma om egenskapen indikerar ett hinder i beroende av en arman 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 valhar 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 godkärmer eller förkastar hastíghetsändringen. 10 15 534 03? 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 datorprogramínstnmioner fór att förmå ett datorsystem i ett fordon att utföra stegen enligt metoden enligt något av kraven 1 till 8, när datorprograminstruktionerna körs på nämnda datorsystem.

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