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Die
Erfindung betrifft einen Bremsassistenten für Kraftfahrzeuge, mit einer
Steuereinrichtung zur Steuerung der Bremskraft, einem Bremskraftfühler und
einer Bewertungseinrichtung, die Signale einer Umfeldsensorik aufnimmt
und eine Auslösefunktion
zur Einleitung einer Notbremsung in Abhängigkeit von der Verkehrsitation
aufweist.
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Bremsassistenten
dienen dazu, den Fahrer eines Kraftfahrzeugs bei der Einleitung
und Durchführung
von Bremsvorgängen
zu unterstützen.
Kraftfahrzeuge sind heute zumeist mit einem ABS-System (Antiblockiersystem)
ausgerüstet,
das bei einem Bremsvorgang dazu dient, bei einem Blockieren der Räder automatisch
den Bremsdruck zu modulieren, so daß eine optimale Haftung der
Reifen auf der Fahrbahn erhalten bleibt und das Fahrzeug auch während einer
Vollbremsung lenkbar bleibt. Auch bei Fahrzeugen mit einem solchen
Antiblockiersystem wird jedoch im Fall einer Notbremsung aus verschiedenen
Gründen
oft nicht der kleinst mögliche
Anhalteweg erreicht. Einer dieser Gründe besteht darin, daß die Bremsbacken
bei unbetätigter
Bremse einen gewissen Abstand zur Bremsscheibe oder zur Bremstrommel
aufweisen, so daß eine
gewisse Zeit vergeht, bevor die Bremsbacken ihre Bremswirkung entfalten.
Dies führt
zu einer Verlängerung
des Anhalteweges. Ein weiterer Grund besteht darin, daß die meisten
Kraftfahrer auch bei einer Notbremsung intuitiv dazu neigen, das
Bremspedal zu zaghaft zu betätigen.
Richtig wäre
es statt dessen, bei einer Notbremsung einen sogenannten "Bremsschlag" auszuführen, d.
h., das Bremspedal schlagartig bis zum Anschlag zu betätigen, bis
das Antiblockiersystem in Funktion tritt. Bei fehlerhaftem Bremsverhalten
des Fahrers baut sich der Bremsdruck langsamer auf als es möglich und
wünschenswert
wäre. Weitere
häufige
Unfallursachen sind falsch eingeschätzte Abstände und Relativgeschwindigkeiten.
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Eine
bekannte Maßnahme
zur Verkürzung des
Anhalteweges ist die sogenannte Prefill-Funktion, bei der ein geringer
Druck in die Bremsanlage eingespeist wird, so daß sich die Bremsbacken bereits
an die Bremsscheibe oder die Bremstrommel anlegen, ohne daß dies bereits
eine merkliche Verzögerungswirkung
hat. Wenn dann die Notbremsung ausgelöst wird, tritt die erwünschte Bremswirkung unverzüglich ein.
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Weiterhin
sind hydraulische Bremsassistenten bekannt, bei denen, wenn anhand
des Ausmaßes und/oder
der Geschwindigkeit der Bremspedalbetätigung ein Notbremswunsch des
Fahrers erkannt wird, automatisch der für eine optimale Vollbremsung
notwendige Bremsdruck in die Bremsanlage eingespeist wird, um den
fehlenden "Bremsschlag" auszugleichen.
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Bei
diesen bekannten Systemen wird der Notbremswunsch des Fahrers allein
aus der Pedalbetätigung
abgeleitet.
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Andererseits
sind sogenannte ACC-Systeme (Adaptive Cruise Control) bekannt, die
beispielsweise bei Autobahnfahrten eine automatische Anpassung der
Geschwindigkeit des eigenen Fahrzeugs an die Geschwindigkeit eines
vorausfahrenden Fahrzeugs ermöglichen.
Dabei wird mit Hilfe einer Umfeldsensorik, beispielsweise mit Hilfe
eines vorn im Fahrzeug eingebauten Radarsensors oder mit Hilfe eines
Viedeosystems und elektronischer Bildauswertung das Verkehrsumfeld
erfaßt.
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Es
ist auch bereits bekannt, bei solchen ACC-Systemen zusätzlich eine
Kollisionsverhinderungs- oder Kollisionsmilderungsfunktion zu implementieren,
die anhand der Daten der Umfeldsensorik eine drohende Kollisionsgefahr
erkennt und dann automatisch eine Notbremsung einleitet. Zum Beispiel beschreibt
DE 36 37 165 A1 ein
System der eingangs genannten Art, bei dem in Abhängigkeit
von der Kollisionsgefahr in mehreren Stufen automatisch immer ernergischere
Maßnahmen
eingeleitet werden, von einem Warnhinweis an den Fahrer über einen
moderaten Bremsvorgang bis hin zu einer Notbremsung. Dabei erweist
sich jedoch eine zutreffende Bewertung des Verkehrsumfeldes in der
Praxis als schwierig. Außerdem
sind diese Systeme in der Regel so ausgebildet, daß sie bei
Betätigung
des Bremspedals durch den Fahrer deaktiviert werden. Die Funktion steht
daher nicht mehr zur Verfügung,
wenn der Fahrer selbst den Bremsvorgang einleitet aber die Bremse
nicht heftig genug betätigt.
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Vorteile der
Erfindung
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Durch
die Erfindung mit den in Anspruch 1 angegebenen Merkmalen wird ein
Bremsassistent geschaffen, der auch bei einem Fehlverhalten des Fahrers
eine wirksame Notbremsung ermöglicht.
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Zu
diesem Zweck ist erfindungsgemäß vorgesehen,
daß die
Auslösefunktion
auch bei durch den Fahrer betätigter
Bremse aktiv ist und, wenn eine Kollisionsgefahr erkannt wird, die
Bremsbefehle des Fahrers übersteuert
und die Notbremsung auslöst.
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So
wird der Fahrer, wenn er den Bremsweg unterschätzt hat, aktiv unterstützt, ohne
daß der
bei der Bremsung heftiger auf das Bremspedal treten muß, um den
hydraulischen Bremsassistenten zu aktivieren.
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Vorteilhafte
Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus
den Unteransprüchen.
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Bei
der Notbremsung kann die maximale Verzögerung so lange erhalten bleiben,
wie der Fahrer selbst bremst oder bis sich die Verkehrssituation entspannt
hat.
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Bevorzugt
weist der Bremsassistent zusätzlich
eine Erkennungsfunktion auf, die anhand der Bremsbetätigung einen
Notbremswunsch des Fahrers erkennt. Die Erkennungsschwelle kann
dabei abhängig
von der Verkehrssituation herabgesetzt werden.
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Die
Umfeldsensorik kann z. B., wie bei bekannten ACC-Systemen, durch
ein winkelauflösendes
Radarsystem gebildet werden. Alternativ oder zusätzlich können auch Lidar-Sensoren und/oder monokulare
oder binokulare Kamerasysteme mit zugehöriger Bildverarbeitungselektronik
als Umfeldsensorik eingesetzt werden. Radarsysteme bieten den Vorteil,
daß sie
nicht nur eine Abstandsmessung, sondern auch eine direkte Messung
der Relativgeschwindigkeiten ermöglichen.
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Generell
sollte die Umfeldsensorik in der Lage sein, die Abstände und
auch die Querversätze von
vor dem eigenen Fahrzeug befindlichen Objekten zu messen. Bei diesen
Objekten wird es sich in erster Linie um vorausfahrende Fahrzeuge
handeln, nicht nur um solche auf der eigenen Fahrspur, sondern auch
um solche auf Nebenspuren. Unter Umständen, beispielsweise bei Fahrten
mit niedriger Geschwindigkeit, können
auch stehende Objekte in die Auswertung einbezogen werden.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
wird aus den von der Umfeldsensorik bereitgestellten Daten eine
Notbremswahrscheinlichkeit berechnet, und die zur Steuerung des
Bremsdruckes dienende Steuereinrichtung wird in Abhängigkeit
von dieser Notbremswahrscheinlichlkeit konfiguriert. Die Konfiguration
kann z. B. darin bestehen, daß bei
hoher Notbremswahrscheinlichkeit eine Prefill-Funktion ausgelöst wird,
um den Abstand zwischen den Bremsbacken und der Bremsscheibe oder
Bremstrommel zu verringern, vorzugsweise bis auf Null. Diese Prefill-Funktion
kann bereits bei der ersten, noch so geringfügigen Betätigung des Bremspedals ausgelöst werden
oder gegebenenfalls auch vorausschauend, bevor der Fahrer überhaupt
das Bremspedal betätigt.
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Ergänzend oder
zusätzlich
kann bei der Konfiguration auch die Auslöseschwelle für einen "Bremsschlag" des hydraulischen
Bremsassistenten in Abhängigkeit
von der Notbremswahrscheinlichkeit herabgesetzt werden. Beispielsweise
wird der Bremsschlag ausgelöst,
wenn das Ausmaß der Bremspedalbetätigung einen
bestimmten Schwellenwert überschreitet
oder wenn die Geschwindigkeit, mit der das Bremspedal betätigt wird,
einen bestimmten Schwellenwert überschreitet
oder wenn eine geeignete Kombination dieser beiden Bedingungen gegeben
ist. Je höher
die Notbremswahrscheinlichkeit ist, desto niedriger werden die betreffenden
Schwellenwerte gewählt,
so daß der
Bremsschlag entsprechend früher
eingeleitet wird. Im Extremfall wird die Notbremsung bei akuter
Kollisionsgefahr automatisch ausgelöst, ohne daß es noch auf die Erkennung eines
Notbremswunsches des Fahrers ankommt.
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Zur
Berechnung der Notbremswahrscheinlichkeit wird z. B. zunächst das
Konfliktpotential jedes georteten Objektes bewertet. Dazu wird z.
B. anhand der Abstands- und Relativgeschwindigkeitsdaten die sogenannte
Vermeidungsbeschleunigung berechnet. Unter der (negativen) Vermeidungsbeschleunigung versteht
man die Bremsverzögerung,
die, wenn sich das Objekt auf der Fahrtrajektorie des eigenen Fahrzeugs
befände,
notwendig wäre,
um eine Kollision zu vermeiden. Je größer die so berechnete Bremsverzögerung ist,
desto größer ist
das Konfliktpotential des betreffenden Objekts.
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Weiterhin
wird für
jedes Objekt anhand der Ortungsdaten der Querversatz berechnet.
Bei geradliniger Fahrbahn ist dieser Querversatz durch die seitliche
Ablage des Objektes von der gedachten Graden gegeben, die in Fahrtrichtung
durch die Mitte des eigenen Fahrzeugs verläuft. Bei gekrümmter Fahrbahn
ist die Krümmung
der voraussichtlichen Fahrtrajektorie des eigenen Fahrzeugs zu berücksichtigen.
Verfahren zur Kursprädiktion,
mit denen diese Krümmung
bestimmt wird, sind bekannt und werden bei bestehenden ACC-Systemen
bereits eingesetzt.
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Zeichnung
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Ein
Ausführungsbeispiel
der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden
Beschreibung näher
erläutert.
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Es
zeigen:
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1 ein
Blockdiagramm des Bremsassistenten; und
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2 ein
Flußdiagramm
zur Erläuterung
der Funktionsweise.
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In 1 sind
die wesentlichen Elemente des Bremsassistenten in einem Blockdiagramm
dargestellt. Einer Umfeldsensorik 10, z. B. einem Radarsensor,
ist eine Auswerteeinrichtung 12 zugeordnet, die anhand
der Ortungsdaten des Radarsensors die Abstände di, die Relativgeschwindigkeiten
vi und die Querversätze
yi aller georteten Objekte i berechnet und an eine Bewertungseinrichtung 14 des
Bremsassistenten übermittelt.
Ein Bremskraftfühler 16 mißt den Druck
und den Druckgradienten im Hauptbrems zylinder und liefert der Bewertungseinrichtung 14 Signale,
die die Bremsaktionen des Fahrers repräsentieren, z. B. den Pedalweg
W des Bremspedals sowie dessen zeitliche Ableitung W', also die Geschwindigkeit,
mit der das Bremspedal betätigt
wird.
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Eine
Steuereinrichtung 18 dient zur fahrerunabhängigen Steureung
des Bremsdruckes entsprechend Befehlen der Bewertungseinrichtung 14.
In der Steuereinrichtung 18 ist eine Prefill-Funktion implementiert,
mit der auf einen von der Bewertungseinrichtung 14 erhaltenen
Befehl "prefill" der hydraulische
Druck in der Bremsanlage so weit erhöht wird, daß die Bremsbacken gegen die
Bremsscheiben oder Bremstrommeln angestellt werden, ohne jedoch eine
nennenswerte Bremsverzögerung
auszuüben. Weiterhin
hat die Steuereinrichtung 18 die Funktionalität eines
hydraulischen Bremsassistenten, der auf einen Befehl "HBA1" oder "HBA2" von der Bewertungseinrichtung 14 den
Bremsdruck im System schlagartig erhöht, um im Fall einer Notbremsung schnellstmöglich den
maximalen Bremsdruck aufzubauen.
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Die
Bewertungseinrichtung 24 erzeugt die Befehle "prefill" und "HBA1" in Abhängigkeit
von den Signalen, die sie von der Auswerteeinrichtung 12 und vom
Bremskraftfühler 16 erhält. Anhand
der Signale di, vi und yi berechnet die Bewertungseinrichtung 14 das
Konfliktpotential jedes georteten Objekts.
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Aus
der Gesamtheit der Konfliktpotentiale aller Objekte berechnet ein
Prefill-Modul 20 der Bewertungseinrichtung 14 eine
Prefill-Notbremswahrscheinlichkeit. Wenn diese Wahrscheinlichkeit
oberhalb eines vorgegebenen Schwellen wertes liegt, wird der Befehl "prefill" ausgegeben. Auf
diese Weise wird das Bremssystem immer dann vorbeugend auf einen Notbremsvorgang
vorbereitet, wenn eine hinreichend hohe Prefill-Notbremswahrscheinlichkeit
besteht.
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Weiterhin
berechnet ein Erkennungsmodul 22 der Bewertungseinrichtung 14 eine
Wahrscheinlichkeit für
einen Notbremswunsch des Fahrers. Diese Wahrscheinlichkeit führt nicht
unmittelbar zur Ausgabe des Befehls HBA1, sondern vielmehr wird
der Befehl HBA1 dann ausgegeben, wenn der Pedalweg W und/oder dessen
zeitliche Ableitung W' oberhalb eines
jeweils zugehörigen
Schwellenwertes liegt. Diese Schwellenwerte werden durch das Erkennungsmodul 22 in
Abhängigkeit
von der Notbremswunschwahrscheinlichkeit variiert, so daß die Schwelle
für den
Bremsschlag um so niedriger wird, je höher die Notbremswunschwahrscheinlichkeit
ist. Auf diese Weise kann bei hoher Notbremswunschwahrscheinlichkeit
eine rasche und effiziente Notbremsung mit schnellem Bremsdruckaufbau
eingeleitet werden, während
andererseits bei geringer Notbremswunschwahrscheinlichkeit für den Fahrer
ausreichend Spielraum für
eine moderate Teilbremsung verbleibt.
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Die
Bewertungseinrichtung 14 weist weiterhin ein Auslösemodul 24 auf,
mit dem ebenfalls ein Befehl HBA2 für eine Notbremsung ausgelöst werden
kann. Anders als das Erkennungsmodul 22 stellt jedoch das
Auslösemodul 24 nicht
darauf ab, ob in der konkreten Verkehrssituation ein Notbremswunsch
des Fahrers anzunehmen ist oder nicht, sondern vielmehr wird das
Auslösemodul 24 dann
aktiv, wenn sich aus den Daten der Umfeldsensorik eine akute Kollisionsgefahr
ergibt. Das Auslösemodul 24 prüft dann,
ob die vom Fahrer selbst vorgenommene Bremsaktion ausreichen wird,
die Kollision zu vermeiden. Wenn dies nicht der Fall ist, wird durch
den Befehl HBA2 die Notbremsung ausgelöst. Dieses Modul dient also
nicht dazu, den vermutlichen Wunsch des Fahrers zu erkennen, sondern
vielmehr dazu, ein Fehlverhalten des Fahrers zu korrigieren. Voraussetzung
für die
Aktivierung des Auslösemoduls 24 ist
jedoch, daß der
Fahrer überhaupt,
wenn auch zu schwach, das Bremspedal betätigt. Da der Bremsvorgang bereits
durch den Fahrer eingeleitet wurde, ist der Nachfolgeverkehr schon
durch das Aufleuchten der Bremslichter gewarnt worden. Somit sind
die nachteiligen Konsequenzen von etwaigen Fehlauslösungen deutlich
reduziert.
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Die
Arbeitsweise der Betätigungseinrichtung 14 und
speziell des Auslösemoduls 24 soll
nun anhand des Flußdiagramms
in 2 näher
erläutert werden.
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In
Schritt S1 wird geprüft,
ob der Fahrer das Bremspedal betätigt
hat. Wenn dies nicht der Fall ist, wird in Schritt S2 das Prefill-Modul 20 veranlaßt, zu prüfen, ob
angesichts der Verkehrssituation ein Prefill-Vorgang notwendig ist.
Danach erfolgt ein Rücksprung
zu Schritt S1.
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Wenn
in Schritt S1 festgestellt wird, daß die Bremse betätigt wurde,
so wird in Schritt S3 geprüft, ob
die Art der Bremspedalbetätigung
in Verbindung mit der aktuellen Verkehrssituation auf einen Notbremswunsch
des Fahrers schließen
läßt. Wenn
dies der Fall ist, wird in Schritt S4 der Befehl HBA1 für eine Notbremsung
ausgegeben. Andernfalls wird in Schritt S5 geprüft, ob trotz der Bremsbetätigung durch
den Fahrer eine akute Kollisionsgefahr besteht. Wenn dies nicht
der Fall ist, erfolgt ein Rücksprung
zu Schritt S1. Andernfalls wird in Schritt S6 der Befehl HBA2 für eine Notbremsung
ausgegeben, und das Fahrzeug wird mit maximaler Bremsverfügung gebremst,
um die Kollision abzuwenden. In Schritt S7 wird dann erneut geprüft, ob der
Fahrer das Bremspedal weiterhin betätigt hält. Wenn dies der Fall ist,
wird in Schritt S8 geprüft,
ob die Kollisionsgefahr weiterhin besteht. Ist auch dies der Fall, werden
die Schritte S7 und S8 in einer Schleife wiederholt. Wenn der Fahrer
das Bremspedal losläßt oder
die Kollisionsgefahr beseitigt ist, wird in Schritt S9 der Befehl
HBA2 deaktiviert, d. h., die Notbremsung wird abgebrochen. Danach
erfolgt ein Rücksprung
zu Schritt S1.