DE102007027957A1

DE102007027957A1 - Geschwindigkeitsregelautomat für ein Kraftfahrzeug und Verfahren dafür

Info

Publication number: DE102007027957A1
Application number: DE102007027957A
Authority: DE
Inventors: Helmut Dipl.-Ing. Eisele (FH); Gerhard Dr. Rollmann; Wolfgang Dipl.-Phys. Lauer; Alexander Dipl.-Ing. Satanowsky; Rainer Dipl.-Ing. Möbus; Volker Dr. Ing. Schmid; Uwe Dr. Regensburger
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2007-06-18
Filing date: 2007-06-18
Publication date: 2008-04-17

Abstract

Ein Geschwindigkeitsregelautomat für ein Kraftfahrzeug ist zum Steuern von positiver und negativer Beschleunigung des Kraftfahrzeugs an eine Antriebseinheit und eine Bremse desselben koppelbar. Er ist eingerichtet, ein für den Abstand des Kraftfahrzeugs zu einem Vorausfahrzeug repräsentatives Signal zu empfangen, einen maximal erlaubten Beschleunigungswert festzulegen, dessen Nichtüberschreitung erforderlich ist, um eine Unterschreitung eines Mindestabstandes vom Vorausfahrzeug zu vermeiden und die Antriebseinheit oder die Bremse anstatt mit einer von einem Fahrer eingegebenen Wunschbeschleunigung mit dem maximal erlaubten Beschleunigungswert anzusteuern, wenn letzterer niedriger als die Wunschbeschleunigung ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Geschwindigkeitsregelautomaten für ein Kraftfahrzeug, der das Fahren von Kraftfahrzeugen in dichter Kolonne ermöglicht, sowie ein Verfahren zum Regeln der Geschwindigkeit eines Kraftfahrzeuges.
Automaten und Verfahren zur Geschwindigkeitsregelung sind unter der Bezeichnung "Tempomat" bekannt und verbreitet. Der Tempomat ermöglicht es einem Benutzer, eine Wunschgeschwindigkeit seines Fahrzeuges einzustellen, woraufhin der Tempomat das Fahrzeug auf der Wunschgeschwindigkeit hält, so lange nicht der Fahrer durch Betätigen des Fahrpedals gezielt über die eingestellte Wunschgeschwindigkeit hinaus beschleunigt oder die Bremse betätigt. Im Falle einer Beschleunigung wird der Tempomat wieder wirksam, um die Wunschgeschwindigkeit einzustellen, sobald der Fahrer das Fahrpedal wieder freigibt; im Falle einer Bremsung schaltet sich der Tempomat aus und muss zur Wiederaufnahme des geschwindigkeitsgeregelten Betriebs vom Fahrer erneut aktiviert werden. Der Tempomat bietet keine erhöhte Sicherheit beim Kolonnenfahren, da bei zu dichter Annäherung an ein Vorausfahrzeug eine Abbremsung stets vom Fahrer vorgenommen werden muss.
Eine als "Distronic" bekannte Weiterentwicklung des Tempomat umfasst Mittel zum Überwachen des Abstandes zu einem Vorausfahrzeug. Wenn dieser Abstand ein kritisches Maß unterschreitet, kann die Distronic durch Gas Wegnehmen oder Bremsbetäti gung das Fahrzeug in begrenztem Umfang verzögern. Wenn diese Verzögerung nicht ausreichend ist, um eine Gefährdung des Fahrzeuges zu vermeiden, wird der Fahrer hierauf durch ein Warnsignal aufmerksam gemacht. Wenn der Fahrer auf das Warnsignal nicht rechtzeitig reagiert, kann es dennoch zu einem Auffahren auf das Vorausfahrzeug kommen.
Automaten, die ein abgesichertes Kolonnenfahren ermöglichen, sind bisher im Wesentlichen für Nutzfahrzeuge entwickelt worden und hier zum Beispiel als "elektronische Deichsel" bekannt. Die elektronische Deichsel ist ein Regelautomat, der den Abstand zu einem Vorausfahrzeug überwacht und die Beschleunigung des Fahrzeuges – sowohl mit positiven als auch mit negativen Vorzeichen – so steuert, dass dieser Abstand auf einem Sollwert gehalten wird. Eine solche elektronische Deichsel ist zwar geeignet, das Kolonnenfahren von Lastfahrzeugen abzusichern, nicht aber das von Fahrzeugen in einem Sonderschutz-Konvoi. Die Fahrzeuge eines solchen Konvois fahren zwar häufig in enger Kolonne, um zu verhindern, dass sich ein Störer zwischen die Fahrzeuge des Konvois drängt und ein im Inneren des Konvois abgeschirmtes Fahrzeug behelligt. Wären jedoch die Fahrzeuge eines solchen Konvois durch eine elektronische Deichsel gekoppelt, so würde es genügen, das erste Fahrzeug des Konvois zum Stoppen zu zwingen, um dadurch auch das abgeschirmte Fahrzeug anzuhalten.
Es besteht daher Bedarf nach einer Technik, die einerseits geeignet ist, Auffahrunfälle in einem Sonderschutz-Konvoi zu verhindern, die dabei aber die Autonomie der Fahrer der einzelnen Fahrzeuge des Konvois so wenig wie möglich einschränkt, um diesen die Möglichkeit zu geben, auf Störungen flexibel und angemessen zu reagieren.
Die Aufgabe wird zum einen dadurch gelöst, dass ein Geschwindigkeitsregelautomat für ein Kraftfahrzeug, der zum Steuern von positiver und negativer Beschleunigung des Kraftfahrzeuges an eine Antriebseinheit und eine Bremse desselben koppel bar ist, eingerichtet ist, ein für den Abstand des Kraftfahrzeuges zu einem Vorausfahrzeug repräsentatives Signal zu empfangen, einen maximal erlaubten Beschleunigungswert festzulegen, dessen Nichtüberschreitung erforderlich ist, um eine Unterschreitung eines Mindestabstandes vom Vorausfahrzeug zu vermeiden, und die Antriebseinheit oder die Bremse anstatt mit einer von einem Fahrer eingegebenen Wunschbeschleunigung mit dem maximal erlaubten (positiven oder negativen) Beschleunigungswert anzusteuern, wenn letzterer niedriger als die Wunschbeschleunigung ist. Mit anderen Worten erlaubt es der Geschwindigkeitsregelautomat dem Fahrer, wenn der maximal erlaubte Beschleunigungswert positiv ist, das Fahrzeug durch Betätigen der Bremse zu verzögern oder es durch Betätigen des Fahrpedals zu beschleunigen, so lange die gewünschte Beschleunigung nicht größer ist als der maximal erlaubte Wert. Wenn hingegen der maximal erlaubte Beschleunigungswert negativ ist, bleibt eine Betätigung des Fahrpedals durch den Fahrer wirkungslos, und falls der Fahrer das Bremspedal betätigt, kann er dadurch das Fahrzeug allenfalls stärker verzögern, als dem negativen maximal erlaubten Beschleunigungswert entspricht. Auf diese Weise kann der Fahrer weitestgehend autonom manövrieren, lediglich wenn seine Fahrmanöver zu einer den Mindestabstand unterschreitenden Annäherung an das Vorausfahrzeug führen würden, greift der erfindungsgemäße Geschwindigkeitsregelautomat verzögernd ein.
Einer bevorzugten Weiterbildung zufolge ist der Geschwindigkeitsregelautomat durch eine Fahrpedalbetätigung deaktivierbar, die eine nicht verschwindende Mindestauslenkung überschreitet. So wird in einer Notfallsituation, die häufig ein starkes Beschleunigen erfordert, die volle Befehlsgewalt des Fahrers für das Fahrzeug automatisch wieder hergestellt.
Die Aufgabe wird zum anderen gelöst durch ein Verfahren zum Regeln der Geschwindigkeit eines Kraftfahrzeuges mit den Schritten

a) Erfassen des Abstandes des Kraftfahrzeuges zu einem Vorausfahrzeug,
b) Vergleichen des erfassten Abstandes mit einem Mindestabstand,
c) anhand einer Abweichung des erfassten Abstandes von dem Wunschabstand Festlegen eines maximal erlaubten Beschleunigungswertes, dessen Nichtüberschreitung erforderlich ist, um eine Unterschreitung eines Mindestabstandes vom Vorausfahrzeug zu vermeiden,
d) Ansteuern der Antriebseinheit oder der Bremse anstatt mit einer von einem Fahrer eingegebenen Wunschbeschleunigung mit dem maximal erlaubten Beschleunigungswert, wenn letzterer niedriger als die Wunschbeschleunigung ist.

Der Mindestabstand beträgt zweckmäßigerweise zwischen der Hälfte und dem Doppelten einer Fahrzeuglänge, typischerweise im Bereich von ca. 4 m.
Bei der Festlegung des maximal erlaubten Beschleunigungswertes wird zweckmäßigerweise die Veränderungsrate des erfassten Abstandes berücksichtigt. So kann zum Beispiel der maximal erlaubte Beschleunigungswert automatisch niedriger gesetzt werden, wenn das Vorausfahrzeug abbremst und sich dadurch der Abstand zwischen den Fahrzeugen vermindert.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren. Es zeigen:
1 ein Blockdiagramm eines Kraftfahrzeuges mit einem Geschwindigkeitsregelautomaten gemäß der vorliegenden Erfindung; und
2 ein Flussdiagramm eines von dem Geschwindigkeitsregelautomaten ausgeführten Verfahrens.
Das in 1 schematisch dargestellte Kraftfahrzeug hat ein Fahrgestell mit vier Rädern 1, von denen zwei durch einen Motor-Getriebe-Block 2 angetrieben sind. Im Inneren jedes Rades 1 ist eine in der Figur nicht sichtbare Bremse von an sich bekannter Bauart untergebracht. Die Bremsen sind über eine elektrische oder hydraulische Steuerleitung 3 durch einen Automaten 4 gesteuert, der zweckmäßigerweise als ein geeignet programmierter Mikrocontroller, ggf. in Kombination mit einer durch ihn gesteuerten hydrostatischen Druckquelle, falls die Steuerleitung 3 hydraulisch ist, implementiert ist.
Der Automat 4 steht in Verbindung mit einem Sensor an einem Bremspedal 5, um dessen Stellung zu erfassen und eine von den Bremsen auf die Räder 1 ausgeübte Bremskraft entsprechend der Auslenkung des Bremspedals 5 zu steuern. Der Automat 4 ist ferner an ein Fahrpedal 6 gekoppelt, um die Leistung des Motor-Getriebe-Blockes 2 entsprechend der Stellung des Fahrpedals 6 zu steuern. Des Weiteren ist ein Abstandssensor 7, zum Beispiel ein Radarsensor, an den Automaten 4 gekoppelt, um an diesen ein für den Abstand zu einem Vorausfahrzeug repräsentatives Signal zu liefern.
Der Automat 4 ist ferner mit nicht dargestellten Bedienelementen an einem Armaturenbrett des Fahrzeuges verbunden, die es erlauben, einen im Folgenden erläuterte Abstandsregelfunktion des Automaten zu aktivieren bzw. zu deaktivieren, sowie einen Grenzabstand s₀ zu einem (nicht dargestellten) Vorausfahrzeug zu spezifizieren.
Ein von dem Automaten 4 zum Absichern von Kolonnenfahrt ausgeführtes Verfahren wird mit Bezug auf das Flussdiagramm der 2 erläutert. Das Flussdiagramm zeigt eine Programmschleife des Verfahrens, die fortlaufend wiederholt wird.
In einem ersten Schritt S1 des Verfahrens erfasst der Automat 4 den Abstand s zum Vorausfahrzeug anhand eines vom Sensor 7 gelieferten Messsignals. Anhand des erhaltenen Abstandswertes s und wenigstens eines bei einer früheren Iteration der Schleife erhaltenen Messwertes wird in Schritt S2 die Änderungsrate s . des Abstandes berechnet.
Anhand der Abweichung des gemessenen Abstandes s von dem Grenzabstand s₀ sowie der Ableitung s . legt der Automat 4 in Schritt S3 eine maximal zulässige Beschleunigung a_lim fest, die je nach den Werten des Abstandes s und seiner Ableitung s . positive oder negative Werte annehmen kann. a_lim kann zum Beispiel eine mit geeigneten, positiven Gewichtungsfaktoren gewichtete Summe der Abstandsdifferenz s–s₀ und der Ableitung s . sein; im Allgemeinen ist a_lim um so kleiner bzw. negativer, je kleiner die Differenz s–s₀ und die Ableitung s . sind.
Anhand gemessener Positionen des Fahrpedals 6 bzw. des Bremspedals 5 wird in Schritt S4 eine Wunschbeschleunigung a_soll des Fahrers abgeschätzt. Diese ist positiv im Falle einer Betätigung des Fahrpedals 6 und negativ im Falle der Betätigung des Bremspedals 5.
In Schritt S5 wird diese Wunschbeschleunigung a_soll mit der Grenzbeschleunigung a_lim verglichen. Wenn die Wunschbeschleunigung a_soll kleiner als a_lim ist, das heißt, negativ oder leicht positiv im Falle einer positiven Grenzbeschleunigung a_lim oder stärker negativ als diese im Falle einer negativen Grenzbeschleunigung a_lim, lässt der Automat in Schritt S6 eine autonome Steuerung der Fahrzeuggeschwindigkeit entsprechend dem Fahrerwunsch zu; im anderen Fall ignoriert in Schritt S7 der Automat die Wunschbeschleunigung des Fahrers und steuert stattdessen den Motor-Getriebe-Block 2 bzw. die Bremsen mit der niedrigeren Grenzbeschleunigung a_lim an.
Indem die Grenzbeschleunigung immer stärker negativ wird, je mehr sich das Fahrzeug dem Grenzabstand s₀ annähert, ist dafür gesorgt, dass es den Grenzabstand s nicht oder allenfalls für kurze Zeit und in geringem Umfang unterschreiten kann. So wird ein Auffahren auf das Vorausfahrzeug auch bei zügiger Fahrt und einem Abstand zwischen beiden von wenigen Metern wirksam verhindert.
An beliebiger Stelle in dem Flussdiagramm der 2 kann ein Schritt des Erfassens einer heftigen Fahrpedalbetätigung, insbesondere einer Betätigung, deren Amplitude einen vorgegebenen nicht verschwindenden Mindestwert überschreitet, eine Betätigung, die das Fahrpedal an einen Anschlag oder in dessen Nähe führt, oder eine ungewöhnlich schnelle Bewegung des Fahrpedals erfasst werden. Die Erfassung eines solchen Ereignisses führt dazu, dass der Automat 4 das Verfahren der 2 abbricht und den Motor-Getriebe-Block 2 und die Bremsen ausschließlich anhand der Stellung von Fahr- und Bremspedal 6 bzw. 5 steuert, bis der Fahrer das Verfahren von Hand, durch Betätigen eines Bedienelementes am Armaturenbrett, wieder aktiviert.

Claims

Geschwindigkeitsregelautomat (4) für ein Kraftfahrzeug, der zum Steuern von positiver und negativer Beschleunigung des Kraftfahrzeugs an eine Antriebseinheit (2) und eine Bremse desselben koppelbar ist und eingerichtet ist, ein für den Abstand des Kraftfahrzeugs zu einem Vorausfahrzeug repräsentatives Signal zu empfangen, dadurch gekennzeichnet, dass er eingerichtet ist, einen maximal erlaubten Beschleunigungswert (a_lim) festzulegen, dessen Nichtüberschreitung erforderlich ist, um eine Unterschreitung eines Mindestabstandes (s₀) vom Vorausfahrzeug zu vermeiden, und die Antriebseinheit (2) oder die Bremse anstatt mit einer von einem Fahrer eingegebenen Wunschbeschleunigung (a_soll) mit dem maximal erlaubten Beschleunigungswert (a_lim) anzusteuern, wenn letzterer niedriger als die Wunschbeschleunigung (a_soll) ist.
Geschwindigkeitsregelautomat nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass er durch eine eine nichtverschwindende Mindestauslenkung überschreitende Betätigung eines Fahrpedals (6) deaktivierbar ist.
Verfahren zum Regeln der Geschwindigkeit eines Kraftfahrzeugs mit den Schritten a) Erfassen des Abstands (s) des Kraftfahrzeugs zu einem Vorausfahrzeug (S1), b) Vergleichen des erfassten Abstands mit einem Mindestabstand (S3), dadurch gekennzeichnet, dass es ferner die Schritte umfasst: c) anhand einer Abweichung des erfassten Abstands (s) von dem Wunschabstand (s₀) Festlegen (S3) eines maximal erlaubten Beschleunigungswerts (a_lim), dessen Nichtüberschreitung erforderlich ist, um eine Unterschreitung eines Mindestabstandes (s₀) vom Vorausfahrzeug zu vermeiden, d) Ansteuern (S7) der Antriebseinheit (2) oder der Bremse anstatt mit einer von einem Fahrer eingegebenen Wunschbeschleunigung (a_soll) mit dem maximal erlaubten Beschleunigungswert (a_lim), wenn letzterer niedriger als die Wunschbeschleunigung (a_soll) ist.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Mindestabstand (s₀) zwischen der Hälfte und dem Doppelten einer Fahrzeuglänge beträgt.
Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt c) (S3) die Veränderungsrate (s .) des erfassten Abstands (s) berücksichtigt wird.