DE102020100953A1

DE102020100953A1 - Automatisierte antriebssysteme und steuerlogik mit verbesserter längssteuerung für wechselnde oberflächenreibungsbedingungen

Info

Publication number: DE102020100953A1
Application number: DE102020100953.4A
Authority: DE
Inventors: Qingrong Zhao; Bakhtiar B. Litkouhi; Nikolai K. Moshchuk
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2019-02-08
Filing date: 2020-01-16
Publication date: 2020-08-13
Also published as: US11226620B2; US20200257292A1; CN111736588A; CN111736588B

Abstract

Vorgestellt sind automatisierte Antriebssysteme zur Durchführung intelligenter Fahrzeugoperationen bei Straßenverhältnissen mit gemischten Straßenreibungswerten, Verfahren zur Herstellung/Benutzung solcher Systeme und Fahrzeuge mit verbesserter Abstandsregelung für Zustände mit wechselnden Oberflächenreibungen. Ein Verfahren zum Ausführen eines automatisierten Fahrvorgangs beinhaltet eine Fahrzeugsteuerung, die Sensorsignale empfängt, die indikativ für die Straßenoberflächenbedingungen benachbarter Straßenabschnitte sind, und basierend auf diesen Sensorsignalen Straßenreibungswerte für die Straßenabschnitte bestimmt. Die Steuerung bestimmt, ob der Straßenreibungswert steigt oder sinkt und ob eine Differenz zwischen den Straßenreibungswerten größer ist als eine kalibrierte Mindestdifferenz. Als Reaktion darauf, dass die Reibungsdifferenz größer als die kalibrierte Mindestdifferenz ist und der Straßenreibungswert sinkt, führt die Fahrzeugsteuerung eine erste Fahrzeugsteueraktion durch. Umgekehrt, wenn die Reibungsdifferenz größer als das kalibrierte Minimum ist, aber der Straßenreibungswert steigt, führt die Steuerung daraufhin eine zweite Fahrzeugsteueraktion durch.

Description

EINFÜHRUNG
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich im Allgemeinen auf Kraftfahrzeuge mit automatisierten Fahrfähigkeiten. Insbesondere beziehen sich Aspekte dieser Offenbarung auf automatisierte Fahr- und Warnfunktionen für Fahrzeuge, wie beispielsweise adaptive Geschwindigkeitsregelanlagen und Systeme zur Vermeidung von Vorwärtskollisionen, wobei die Abstandsregelung für Übergangsoberflächenbedingungen verbessert ist.
Kraftfahrzeuge aus der aktuellen Produktion, wie das moderne Automobil, sind mit einem Netzwerk von elektronischen Bordgeräten, die automatisierte Fahrfunktionen bieten, die dazu beitragen, den Aufwand für den Fahrer zu minimieren, ursprünglich ausgestattet oder nachgerüstet, um diese zu beinhalten. In Automobilanwendungen ist die Geschwindigkeitsregelanlage, zum Beispiel, die bekannteste Art von automatisierten Fahrfunktionen. Die Geschwindigkeitsregelung ermöglicht es einem Fahrzeugführer, eine bestimmte Fahrzeuggeschwindigkeit einzustellen und diese vom Bordcomputer des Fahrzeugs beibehalten zu lassen, ohne dass der Fahrer das Gas- oder Bremspedal betätigt. Die adaptive Geschwindigkeitsregelanlage (Englisch: Adaptive Cruise Control, ACC) der nächsten Generation ist eine computerautomatisierte Fahrfunktion, die die Fahrzeuggeschwindigkeit regelt und gleichzeitig den vorderen und hinteren Abstand zwischen dem Trägerfahrzeug und den vorausfahrenden/nachfolgenden Fahrzeugen verwaltet. Eine andere Art automatisierter Fahrfunktion ist das Kollisionsvermeidungssystem (Englisch: Collision Avoidance System, CAS), das drohende Kollisionszustände erkennt und den Fahrer warnt, während es gleichzeitig selbstständig vorbeugende Maßnahmen ergreift, z.B. durch Lenken oder Bremsen ohne Fahrerinteraktion. Intelligente Parkassistenzsysteme (IPAS), Spurüberwachungssysteme und Lenkautomatiksysteme („Auto Lenkung“) und andere fortgeschrittene Fahrerassistenzsysteme (Englisch: Advanced Driver Assistance Systems, ADAS) sowie autonome Fahrfunktionen sind auch in vielen modernen Automobilen verfügbar.
Während sich die Verarbeitungs-, Kommunikations- und Sensorfähigkeiten von Fahrzeugen weiter verbessern, werden die Hersteller, mit dem Bestreben, letztendlich völlig autonome Fahrzeuge anzubieten, die in der Lage sind, zwischen heterogenen Fahrzeugtypen sowohl in städtischen als auch in ländlichen Szenarien zu funktionieren, weiterhin mehr systemautomatisierte Fahrfunktionen anbieten.. Erstausrüster (Englisch: Original Equipment Manufacturers, OEM) bewegen sich hin zu Fahrzeug zu Infrastruktur (Englisch: Vehicle to Infrastructure, V2I) und Fahrzeug zu Fahrzeug (Englisch: Vehicle to Vehicle, V2V) „sprechenden“ Autos mit Fahrautomatisierungen auf höherem Niveau, die autonome Systeme einsetzen, um die Fahrzeugführung mit Lenkung, Spurwechsel, Szenarioplanung usw. zu ermöglichen. Automatisierte Routengenerierungssysteme verwenden Fahrzeugzustands- und Dynamiksensoren, Karten- und Straßenzustandsdaten sowie Algorithmen zur Wegvorhersage, um die Weggenerierung mit automatisierter Vorhersage von Spurmitte und Spurwechsel zu ermöglichen. Computergestützte Umleitungstechniken bieten prognostizierte alternative Fahrtrouten, die beispielsweise auf Basis von Echtzeit- und virtuellen Fahrzeugdaten aktualisiert werden können.
Schwankungen der Witterungsbedingungen, Unterschiede in Oberflächenmaterialien und Änderungen der Verkehrslasten beeinflussen alle den Reibungskoeffizienten zwischen den Fahrzeugreifen und der Fahrbahn. So sorgen beispielsweise trockene und warme Straßenverhältnisse für einen relativ hohen Reibungskoeffizienten, während schnee-, wasser- oder eisbedeckte Straßenverhältnisse für geringere Reibungskoeffizienten sorgen. Viele handelsübliche CAS-, ACC- und adaptive Geschwindigkeitsregelanlagensysteme für den ganzen Geschwindigkeitsbereich (Englisch: Full Speed Range Adaptive Cruise Control, FSRACC) sind nur für das Betreiben auf trockenen Straßen ausgelegt; den Fahrern wird generell empfohlen, diese Systeme nicht unter rutschigen Fahrbedingungen einzusetzen. Solche Einschränkungen schränken jedoch die Funktionalität und den Operationsbereich vieler automatisierter Fahrerassistenzsysteme stark ein. Darüber hinaus wird die Erkennung von Wasser, Schnee oder Eis auf einer Fahrbahn typischerweise nachträglich durch ein Trägerfahrzeug bestimmt, d.h. durch einen Abtastvorgang, der reibungsarme Bedingungen erst erkennt, nachdem das Fahrzeug unter solchen Bedingungen betrieben wird. Dadurch wird das Fahrzeug daran gehindert, Anpassungsmaßnahmen zu ergreifen, um den Fahrzeugbetrieb prospektiv an reibungsarme Straßenverhältnisse anzupassen.
Hierin offenbart sind automatisierte Antriebssysteme und die dazugehörige Steuerlogik für den intelligenten Fahrzeugbetrieb bei Straßenverhältnissen mit unterschiedlichen Reibungskoeffizienten, Verfahren zur Konstruktion und zum Betreiben solcher Systeme sowie Kraftfahrzeuge mit verbesserter Abstandswarnung und -steuerung mit Anpassungsfähigkeit an wechselnde Oberflächenreibungsbedingungen. Als Beispiel werden Fahrzeugsteuerungsalgorithmen und Methoden vorgestellt, die die Funktionalitäten von CAS, ACC und FSRACC um die Anpassungsfähigkeit an verschiedene Arten von Straßenoberflächenbedingungen (z.B. trocken, nass, schneereich, vereist usw.), inklusive Szenarien mit wechselnden Bedingungen für den Straßenzustand, unter Verwendung von Vorschauinformationen für den Straßenzustand verbessern und erweitern. Während viele der verfügbaren automatisierten Längssteuerungsfunktionen unter der Annahme arbeiten, dass sich das Fahrzeug auf einer trockenen Oberfläche befindet, fusionieren die vorgenannten Verfahren und Algorithmen Vorschauinformation für den Straßenzustand mit erfassten Fahrdynamik- und Verkehrsdaten, um die Anwendbarkeit der Längssteuerung auf verschiedenartige Straßenverhältnisse und Szenarien mit wechselnden Oberflächenreibungen zu erweitern. Anhand dieser fusionierten Daten kann das Fahrzeug zustandsabhängige, fahrzeugkalibrierte Betriebsparameter (z.B. Fahrabstand, Geschwindigkeitsbeschränkungen, Beschleunigungs- und Verzögerungslimits, Fahrerwarnung usw.) implementieren, um den Fahrzeugbetrieb prospektiv an Echtzeit-Fahrbedingungen anzupassen.
Begleitende Vorteile für mindestens einige der offenbarten Konzepte beinhalten ADAS-Architekturen, Steuerungslogik und intelligente Fahrzeuge, die Vorschaudaten für den Straßenzustand in das Längssteuerungsdesign einbeziehen, um die CAS/ACC/FSRACC-Anwendbarkeit auf verschiedene Straßenverhältnisse und Szenarien mit wechselnden Oberflächenreibungen zu erweitern. Offenbarte ADAS-Frameworks, die Straßenzustandsvorschautechniken implementieren, tragen dazu bei, den Fahrgastkomfort zu erhöhen und gleichzeitig das Kollisionsrisiko zu minimieren. Vorausschauende Straßenzustandstechniken helfen, die ADAS-Leistung auf höchstem Niveau zu gewährleisten und dabei einen konsistenteren und zuverlässigeren Systembetrieb zu ergeben, ohne das Hinzufügen zusätzlicher spezieller Sensoren und Hardware zu erfordern.
Aspekte der vorliegenden Offenbarung richten sich auf Steuerungsalgorithmen und computerlesbare Medien zur Durchführung intelligenter Fahrzeugoperationen unter Straßenbedingungen mit unterschiedlichen Reibungskoeffizienten. In einem Beispiel wird ein Verfahren zum Steuern eines automatisierten Fahrvorgangs eines Kraftfahrzeugs, das angrenzende Straßenabschnitte überquert, vorgestellt. Die vorstehende repräsentative Methode umfasst in beliebiger Reihenfolge und in beliebiger Kombination mit einer der oben und unten aufgeführten Optionen und Funktionen: Empfangen von Sensorsignalen, die indikativ für den Straßenoberflächenzustand der Straßensegmente sind, von einer oder mehreren lokalen oder entfernten Sensorvorrichtungen über eine lokale oder entfernte Fahrzeugsteuerung; Bestimmen eines aktuellen (ersten) Straßenreibungswertes und eines vorhergesagten (zweiten) Straßenreibungswertes eines aktuellen (ersten) bzw. eines bevorstehenden (zweiten) Straßenabschnitts durch die Fahrzeugsteuerung basierend auf den empfangenen Sensorsignalen; Bestimmen, ob sich der erste Straßenreibungswert von dem zweiten Straßenreibungswert unterscheidet; falls ja, als Reaktion darauf Bestimmen, ob der aktuelle Straßenreibungswert größer oder kleiner als der vorhergesagte Straßenreibungswert ist; Ausführen einer ersten Fahrzeugsteueraktion mit einem Antriebs- und/oder Bremssystem des Kraftfahrzeugs über die Fahrzeugsteuerung, als Reaktion darauf, dass der aktuelle Straßenreibungswert größer als der vorhergesagte Straßenreibungswert ist; und Ausführen einer zweiten Fahrzeugsteueraktion mit dem Antriebs- und/oder Bremssystem über die Fahrzeugsteuerung, die sich von der ersten Fahrzeugsteueraktion unterscheidet, als Reaktion darauf, dass der aktuelle Straßenreibungswert kleiner als der vorhergesagte Straßenreibungswert ist.
Andere Aspekte der vorliegenden Offenbarung beziehen sich auf Kraftfahrzeuge mit verbesserter Abstandswarnung und -steuerung mit einer Anpassungsfähigkeit für wechselnde Oberflächenreibungsbedingungen. Wie hierin verwendet, kann der Begriff „Kraftfahrzeug“ jede relevante Fahrzeugplattform umfassen, wie beispielsweise Personenkraftwagen (Verbrennungsmotor (Englisch: Internal Combustion Engine, ICE), Hybrid, vollelektrisch, Brennstoffzelle, ganz oder teilweise autonom usw.), Nutzfahrzeuge, Industriefahrzeuge, Kettenfahrzeuge, Offroad- und Geländefahrzeuge (Englisch: All-Terrain Vehicle, ATV), Motorräder, Flugzeuge usw. Darüber hinaus können die Begriffe „assistiert“ und „automatisiert“ und „autonom“ in Bezug auf jedes relevante Fahrzeug, das von der Society of Automotive Engineers (SAE) in Level 2 bis 5 eingestuft sein kann, austauschbar verwendet sein. SAE Level 0 zum Beispiel wird im Allgemeinen als „nicht unterstütztes“ Fahren bezeichnet, das fahrzeuggenerierte Warnungen mit vorübergehender Intervention ermöglicht, sich aber ansonsten ausschließlich auf menschliche Kontrolle stützt. Im Vergleich dazu ermöglicht SAE Level 3 nicht unterstütztes, teilunterstütztes und vollunterstütztes Fahren mit ausreichender Automatisierung für eine vollständige Fahrzeugsteuerung (Lenkung, Geschwindigkeit, Beschleunigung/Verzögerung usw.), während der Fahrer innerhalb eines kalibrierten Zeitrahmens eingreifen muss. Am oberen Ende des Spektrums steht die Level 5-Automatisierung, die menschliche Eingriffe vollständig eliminiert (z.B. kein Lenkrad, Gas- oder Bremspedal oder Schalthebel).
In einem Beispiel wird ein Kraftfahrzeug präsentiert, das eine Fahrzeugkarosserie mit einem Fahrzeug-Antriebsstrang (z.B. Maschine und/oder Motor, Getriebe, Achsantrieb, Antriebsstrangsteuermodul (Englisch: Power Train Control Module, PCM), etc.), einem Fahrzeugbremssystem (z.B. Scheiben-/Trommelbremsen, Hydraulik, Bremssystemsteuermodul (Englisch: Brake System Control Module, BSCM) usw.) und einem Netzwerk von fahrzeugseitigen Sensorvorrichtungen (z.B. Radar, LIDAR, Infrarot, Kamera, GPS, automatisiertes Systemsteuermodul (Englisch: Automated System Control Module, ASCM) usw.) beinhaltet, die alle an der Fahrzeugkarosserie montiert sind. Eine lokale Fahrzeugsteuerung, die als Netzwerk von Steuerungen ausgeführt sein kann, ist kommunikativ mit dem Fahrzeugantriebsstrang, dem Bremssystem und verschiedenen Sensorvorrichtungen verbunden. Die lokale Fahrzeugsteuerung ist programmiert, um Sensorsignale, die indikativ sind für den Straßenoberflächenzustand von benachbarten Straßensegmenten, die von dem Kraftfahrzeug überfahren werden, von einer oder mehreren Sensorvorrichtungen zu akzeptieren, zu sammeln, zu filtern und/oder zu speichern (kollektiv „zu empfangen“).Die Fahrzeugsteuerung analysiert, berechnet, ruft ab, schätzt und/oder erhält (kollektiv „bestimmt“) Straßenreibungswerte für aktuelle und zukünftige Straßenabschnitte basierend auf den empfangenen Sensorsignalen.
In Fortführung des vorhergehenden Beispiels bestimmt die programmierbare Fahrzeugsteuerung, ob es eine mathematische Differenz zwischen einem aktuellen (ersten) Straßenreibungswert des aktuellen (ersten) Straßenabschnitts und einem vorhergesagten (zweiten) Straßenreibungswert des kommenden (zweiten) Straßenabschnitts gibt. Wenn ja, bestimmt die Steuerung daraufhin, ob der erste Straßenreibungswert größer oder kleiner als der zweite Straßenreibungswert ist. Als Reaktion darauf, dass der aktuelle Straßenreibungswert größer als der vorhergesagte Straßenreibungswert ist (z. B. führt das Kraftfahrzeug einen Übergang von hoher Reibung (hohes Mu) zu niedriger Reibung (niedriges Mu) durch), führt die Steuerung eine erste Fahrzeugsteueraktion mit dem Fahrzeugantriebsstrang und/oder dem Bremssystem durch, um beispielsweise das Fahrzeug auf eine gewünschte Fahrzeuggeschwindigkeit zu verzögern, bis zu dem Zeitpunkt, zu dem das Fahrzeug den Reibungsübergangspunkt auf der Fahrbahn erreicht. Umgekehrt, wenn der erste Straßenreibungswert kleiner als der zweite Straßenreibungswert ist (z. B. wenn das Kraftfahrzeug einen Übergang von niedrigem Mu zu hohem Mu durchführt), führt die Fahrzeugsteuerung automatisch eine zweite Fahrzeugsteueraktion aus, die sich von der ersten unterscheidet, z. B. mit dem Fahrzeugantrieb und/oder dem Bremssystem, um die Fahrzeuggeschwindigkeit zu erhöhen.
Für jedes der offenbarten Fahrzeuge, Steuersysteme und Verfahren kann die Ausführung einer Fahrzeugsteueraktion Folgendes beinhalten: Bestimmen einer gewünschten Fahrzeuggeschwindigkeit an einem Übergangspunkt, an dem sich der Straßenoberflächenzustand von dem ersten auf den zweiten Straßenreibungswert ändert; Bestimmen eines gewünschten Bremsabstands für das Kraftfahrzeug, um die gewünschte Fahrzeuggeschwindigkeit an dem Übergangspunkt zu erreichen, und Übertragen eines Steuersignals mit einer gewünschten Beschleunigung an den Fahrzeugantriebsstrang und/oder das Bremssystem, um die gewünschte Fahrzeuggeschwindigkeit innerhalb des gewünschten Bremsabstands an dem Übergangspunkt zu erreichen. Optional kann die gewünschte Beschleunigung über das Minimieren einer Kostenfunktion aus Geschwindigkeits- und Abstandsfehlern berechnet werden, wobei die Kostenfunktion auf der gewünschten Fahrzeuggeschwindigkeit und dem gewünschten Fahrzeugabstand basiert.
Für jedes der offenbarten Fahrzeuge, Steuerungssysteme und Verfahren kann die Fahrzeugsteuerung bestimmen, wann das Kraftfahrzeug den gewünschten Bremsabstand zu dem Übergangspunkt erreicht hat. In diesem Fall kann die Ausführung einer Fahrzeugsteueraktion weiterhin auf eine positive Bestimmung, dass das Kraftfahrzeug den gewünschten Bremsabstand erreicht hat, reagieren. Als weitere Option kann die Fahrzeugsteuerung bestimmen, ob die gewünschte Beschleunigung eine negative Beschleunigung (d.h. Verzögerung) ist, die größer als ein maximal zulässiger Verzögerungswert ist. Ist dies der Fall, kann die Steuerung automatisch reagieren, indem sie eine Warnmeldung an einen Fahrer des Kraftfahrzeugs sendet, z. B. über ein elektronisches Kombiinstrument oder eine Telematikanzeigeneinheit, die anzeigt, dass der Verzögerungswert unakzeptabel hoch ist, und, optional, der Fahrer geeignete Maßnahmen ergreifen sollte.
Für jedes der offenbarten Fahrzeuge, Steuerungssysteme und Verfahren kann die Fahrzeugsteuerung - nach Ausführung der ersten Fahrzeugsteueraktion und gleichzeitig mit dem Erreichen des Übergangspunkts - ein erstes ADAS-Steuerprotokoll initiieren, das auf einen vorhergesagten niedrigen Straßenreibungswert kalibriert ist. Ebenso kann die Fahrzeugsteuerung nach Ausführung der zweiten Fahrzeugsteueraktion und gleichzeitig mit dem Erreichen des Übergangspunkts ein zweites ADAS-Steuerprotokoll initiieren, das sich vom ersten ADAS-Steuerprotokoll unterscheidet und auf einen vorhergesagten hohen Straßenreibungswert kalibriert ist. In diesem Zusammenhang kann die Fahrzeugsteuerung eine entsprechende Schaltzeit für die Einleitung des ersten/zweiten ADAS-Steuerprotokolls festlegen; diese Schaltzeit kann gleich oder verschieden von einer tatsächlichen Zeit sein, zu der das Fahrzeug den Übergangspunkt erreicht. Jedes ADAS-Steuerprotokoll kann einen jeweiligen Betriebsbereich für die Fahrzeuggeschwindigkeit, eine jeweilige maximale Fahrzeugbeschleunigung, eine entsprechende maximale Fahrzeugverzögerung und andere zustandsabhängige Fahrzeugbetriebsparameter beinhalten. Wenn kein Reibungsübergang erkannt wird, also die Differenz der Oberflächenreibung Null oder weniger als die kalibrierte minimale Differenz ist, kann die Fahrzeugsteuerung ein erstes ADAS-Steuerungsprotokoll initiieren oder anderweitig aufrechterhalten, das auf den aktuellen Straßenreibungswert kalibriert ist.
Für jedes der offenbarten Fahrzeuge, Steuerungssysteme und Verfahren kann die gewünschte Fahrzeuggeschwindigkeit (z.B. in einem Szenario ohne Zielfahrzeug voraus) als Minimum aus einer vom Bediener festgelegten Fahrzeuggeschwindigkeit, einer gesetzlichen Geschwindigkeitsbegrenzung plus einer Geschwindigkeitstoleranz und einer kalibrierten Höchstgeschwindigkeit für den vorhergesagten (zweiten) Straßenreibungswert des kommenden Straßenabschnitts berechnet werden. Als weitere Option kann die Fahrzeugsteuerung: als Reaktion darauf, dass der erste Straßenreibungswert größer als der zweite Straßenreibungswert ist, bestimmen, ob der zweite Straßenreibungswert unter einem vorbestimmten minimalen Straßenoberflächenreibungskoeffizienten liegt; und, falls ja, eine Warnmeldung an den Fahrzeugführer senden, die einen sehr niedrigen Oberflächenreibungszustand anzeigt. Das Ausführen einer Fahrzeugsteueraktion kann beinhalten: Bestimmen eines aktuellen Fahrwegabstands zwischen einem aktuellen Standort des Kraftfahrzeugs und einem Zielfahrzeug vor dem Kraftfahrzeug; Bestimmen einer Übergangszeit für das Kraftfahrzeug, um den Übergangspunkt zu erreichen; Bestimmen eines Übergangsfahrwegabstands zwischen dem Zielfahrzeug und dem Kraftfahrzeug beim Erreichen des Übergangspunkts; und Bestimmen einer gewünschten Fahrzeuggeschwindigkeit an dem Übergangspunkt basierend auf dem aktuellen Fahrwegabstand, der Übergangszeit und dem Übergangsfahrwegabstand.
Die obige Zusammenfassung soll nicht jede Ausführungsform oder jeden Aspekt der vorliegenden Offenbarung darstellen. Vielmehr stellt die vorstehende Zusammenfassung lediglich eine Veranschaulichung einiger der hierin dargestellten neuen Konzepte und Merkmale dar. Die vorgenannten Merkmale und Vorteile sowie weitere Merkmale und damit verbundene Vorteile dieser Offenbarung ergeben sich aus der folgenden ausführlichen Beschreibung der veranschaulichten Beispiele und repräsentativen Ausführungsformen für die Durchführung der vorliegenden Offenbarung im Zusammenhang mit den beigefügten Zeichnungen und den beigefügten Ansprüchen. Darüber hinaus beinhaltet diese Offenbarung ausdrücklich alle Kombinationen und Unterkombinationen der oben und unten dargestellten Elemente und Merkmale.
Figurenliste

1 ist eine schematische Darstellung eines repräsentativen Kraftfahrzeugs mit einem Netzwerk von fahrzeuginternen Steuerungen, Sensoreinrichtungen und Kommunikationseinrichtungen zur Durchführung automatisierter und/oder autonomer Fahrvorgänge gemäß Aspekten der vorliegenden Offenbarung.
2 ist ein schematisches Diagramm, das eine repräsentative FSRACC-Systemarchitektur eines Kraftfahrzeugs gemäß Aspekten der vorliegenden Offenbarung darstellt.
3 ist ein Flussdiagramm, das ein repräsentatives verbessertes FSRACC-Abstandswarn- und -regelungsprotokoll mit Anpassungsfähigkeit an wechselnde Oberflächenreibungsbedingungen veranschaulicht, das gespeicherten Anweisungen entsprechen kann, die von einer Onboard- oder Fernsteuerungslogik, einer programmierbaren elektronischen Steuereinheit oder einer anderen computergestützten Vorrichtung oder einem Vorrichtungsnetzwerk gemäß den Aspekten der offenbarten Konzepte ausgeführt werden.

Die vorliegende Offenbarung ist offen für verschiedene Modifikationen und alternativen Formen, und einige repräsentative Ausführungsformen sind exemplarisch in den Zeichnungen dargestellt und werden hierin ausführlich beschrieben. Es ist jedoch zu verstehen, dass sich die neuen Aspekte dieser Offenbarung nicht auf die in den oben aufgeführten Zeichnungen dargestellten besonderen Formen beschränken. Vielmehr soll die Offenbarung alle Modifikationen, Äquivalente, Kombinationen, Subkombinationen, Permutationen, Gruppierungen und Alternativen umfassen, die in den Geltungsbereich dieser Offenbarung fallen, wie er von den beigefügten Ansprüchen erfasst wird.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Diese Offenbarung ist empfänglich für Ausführungsformen in vielen verschiedenen Formen. Repräsentative Ausführungsformen der Offenbarung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden hierin ausführlich beschrieben, mit dem Verständnis, dass diese Ausführungsformen als Beispiel für die offenbarten Prinzipien und nicht als Einschränkung der allgemeinen Aspekte der Offenbarung dienen. Insofern sollten Elemente und Einschränkungen, die beispielsweise in den Abschnitten Zusammenfassung, Einführung, Beschreibung und detaillierte Beschreibung beschrieben, aber nicht ausdrücklich in den Ansprüchen dargelegt sind, nicht einzeln oder gemeinsam durch Implikation, Schlussfolgerung oder anderweitig in die Ansprüche aufgenommen werden.
Für die Zwecke der vorliegenden detaillierten Beschreibung, sofern nicht ausdrücklich ausgeschlossen: Das Singular beinhaltet den Plural und umgekehrt; die Worte „und“ und „oder“ sollen sowohl konjunktiv als auch disjunktiv sein; die Worte „irgendeine“ und „alle“ sollen beide „allesamt“ bedeuten; und die Worte „beinhalten“, „enthalten“, „aufweisend“, „umfassend“ und dergleichen sollen jeweils „beinhalten ohne Beschränkung“ bedeuten. Darüber hinaus können hierin Wörter der ANäherung, wie „etwa“, „fast“, „im Wesentlichen“, „ungefähr“, „im Allgemeinen“ und dergleichen, beispielsweise im Sinne von „bei, nahe oder nahe an“ oder „innerhalb 0-5% von“ oder „innerhalb akzeptabler Fertigungstoleranzen“ oder irgendeiner logischen Kombination davon verwendet werden. Schließlich können Richtungsadjektive und Adverbien, wie z.B. vorne, hinten, innen, außen, steuerbord, backbord, vertikal, horizontal, nach oben, nach unten, frontal, hinter, links, rechts, usw., in Bezug auf ein Kraftfahrzeug stehen, wie z.B. eine Vorwärtsfahrtrichtung eines Kraftfahrzeugs, wenn das Fahrzeug funktionsfähig auf einer normale Fahrfläche ausgerichtet ist.
Unter Bezugnahme auf die Zeichnungen, wobei sich ähnliche Bezugszeichen auf ähnliche Merkmale in den verschiedenen Ansichten beziehen, ist in 1 ein repräsentatives Automobil dargestellt, das im Allgemeinen bei 10 bezeichnet und hierin zum Zwecke der Diskussion als Personenwagen im Limousinen-Stil dargestellt ist. Auf einer Fahrzeugkarosserie 12 des Automobils 10, z.B. verteilt auf die verschiedenen Fahrzeugabteile, befindet sich ein Bordnetz von elektronischen Vorrichtungen zum Durchführen eines oder mehrerer unterstützter oder automatisierter Fahrvorgänge. Das abgebildete Automobil 10 - im Folgenden auch „Kraftfahrzeug“ oder kurz „Fahrzeug“ genannt - ist nur eine exemplarische Anwendung, mit der Aspekte und Merkmale dieser Offenbarung ausgeübt werden können. In gleicher Weise ist die Umsetzung der vorliegenden Konzepte für die nachfolgend diskutierten spezifischen FSRACC-Architekturen und - Funktionen auch als exemplarische Anwendung der hierin offenbarten Neuerungen zu verstehen. Daher wird verstanden werden, dass Aspekte und Merkmale dieser Offenbarung auf andere ADAS-Systeme angewendet, für andere autonome Fahrvorgänge verwendet und für jeden logisch relevanten Kraftfahrzeugtyp implementiert werden können. Darüber hinaus sind nur ausgewählte Komponenten des FSRACC-Systems und des Fahrzeugs dargestellt und hierin näher beschrieben. Dennoch können die hierin diskutierten Fahrzeuge und Systemarchitekturen zahlreiche zusätzliche und alternative Merkmale und andere verfügbare Peripheriekomponenten, beispielsweise zur Durchführung der verschiedenen Methoden und Funktionen dieser Offenbarung, beinhalten. Schließlich sind die hierin enthaltenen Figuren nicht unbedingt maßstabsgetreu und werden nur zu Lehrzwecken zur Verfügung gestellt. Die in den Figuren angegebenen spezifischen und relativen Abmessungen sind daher nicht als einschränkend zu verstehen.
Das repräsentative Fahrzeug 10 von 1 ist ursprünglich mit einer Fahrzeug-Telekommunikations- und Informationseinheit („Telematikeinheit“) 14 ausgestattet, die drahtlos (z.B. über Mobilfunkmasten, Basisstationen, mobile Vermittlungsstellen (Englisch: Mobile Switching Centers, MSCs) usw.) mit einem entfernt gelegenen oder „off-board“ Cloud-Computersystem 24 kommuniziert. Einige der anderen im Allgemeinen in 1 dargestellten Fahrzeug-Hardwarekomponenten 16 beinhalten als nicht einschränkende Beispiele eine elektronische Videoanzeigevorrichtung 18, ein Mikrofon 28, einen oder mehrere Audio-Lautsprecher 30 und verschiedene Eingangssteuerungen 32 (z.B. Tasten, Knöpfe, Schalter, Touchpads, Tastaturen, Touchscreens, etc.). Im Allgemeinen fungieren diese Hardwarekomponenten 16 teilweise als Mensch-Maschine-Schnittstelle (Englisch: Human Machine Interface, HMI), um es einem Benutzer zu ermöglichen, mit der Telematikeinheit 14 und anderen Systemen und Systemkomponenten innerhalb des Fahrzeugs 10 zu kommunizieren. Das Mikrofon 28 stellt einem Fahrzeuginsassen Mittel zur Verfügung, um verbale oder andere akustische Befehle einzugeben; das Fahrzeug 10 kann mit einer integrierten Sprachverarbeitungseinheit ausgestattet sein, die Mensch-Maschine (HMI)-Technologie nutzt. Umgekehrt stellt der Lautsprecher 30 eine akustische Ausgabe zu einem Fahrzeuginsassen bereit und kann entweder ein eigenständiger Lautsprecher sein, der für die Verwendung mit der Telematikeinheit 14 vorgesehen ist, oder Teil des Audiosystems 22 sein. Das Audiosystem 22 ist funktional mit einer Netzwerkverbindungsschnittstelle 34 und einem Audiobus 20 verbunden, um analoge Informationen zu empfangen und über eine oder mehrere Lautsprecherkomponenten als Ton wiederzugeben.
Kommunikativ mit der Telematikeinheit 14 gekoppelt ist eine Netzwerkverbindungsschnittstelle 34, zu deren geeigneten Beispielen der verdrillte-Kabel/Lichtwellenleiter-Ethernet-Switch, der interne/externe parallele/serielle Kommunikationsbus, eine LAN-Schnittstelle (Englisch: Local Area Network), ein Controller Area Netzwerk (CAN), ein medienorientierter Systemtransport (Englisch: Media Oriented System Transport, MOST), eine lokale Verbindungsnetzwerk-Schnittstelle (Englisch: Local Interconnection Network, LIN) und dergleichen gehören. Andere geeignete Kommunikationsschnittstellen können solche sein, die den Normen und Spezifikationen von ISO, SAE und IEEE entsprechen. Die Netzwerkverbindungsschnittstelle 34 ermöglicht es der Fahrzeughardware 16, Signale untereinander und mit verschiedenen Systemen und Subsystemen sowohl innerhalb, oder „resident“ bzw. „lokal“, zu der Fahrzeugkarosserie 12 als auch außerhalb, oder „entfernt“, von der Fahrzeugkarosserie 12 zu senden und zu empfangen. Dadurch kann das Fahrzeug 10 verschiedene Fahrzeugfunktionen ausführen, wie z. B. die Steuerung der Fahrzeuglenkung, die Steuerung des Getriebes des Fahrzeugs, die Steuerung der Motorkraftstoffzufuhr, das Ein- und Ausschalten des Bremssystems und andere automatisierte Fahrfunktionen. So empfängt und/oder sendet beispielsweise die Telematikeinheit 14 Daten von/zu einer elektronischen Steuereinheit (Englisch: Electronic Control Unit, ECU) 52, einem Motorsteuermodul (Englisch: Electronic Control Modul, ECM) 54, einem Antriebsstrangsteuermodul (Englisch: Powertrain Control Module, PCM) 56, Sensor-Schnittstellenmodul(en) 58, einem Bremssystemsteuermodul (Englisch: Brake System Control Module, BSCM) 60 und verschiedenen anderen Fahrzeugsteuergeräten, wie beispielsweise einem Getriebesteuermodul (Englisch: Transmission Control Module, TCM), einem Klimaanlagensteuermodul (Englisch: Climate Control Module, CCM), etc.
Weiterhin mit Bezug auf 1 ist die Telematikeinheit 14 eine Onboard-Computervorrichtung, die eine Mischung aus Diensten bereitstellt, sowohl einzeln als auch durch ihre Kommunikation mit anderen vernetzten Geräten. Diese Telematikeinheit 14 besteht im Allgemeinen aus einem oder mehreren Prozessoren 40, von denen jeder als diskreter Mikroprozessor, als eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (Englisch: Application Specific Integrated Circuit, ASIC) oder als ein dediziertes Steuermodul ausgeführt sein kann. Das Fahrzeug 10 kann eine zentralisierte Fahrzeugsteuerung über eine Zentralprozessoreinheit (Englisch: Central Processing Unit, CPU) 36 anbieten, die funktionsfähig mit einer oder mehreren elektronischen Speichervorrichtungen 38, die jeweils die Form einer CD-ROM, Magnetplatte, IC-Vorrichtung (Englisch: Integrated Circuit), Halbleiterspeicher (z.B. verschiedene Arten von RAM (Englisch: Random Access Memory) oder ROM (Englisch: Read Only Memory)) usw. annehmen können, und einer Echtzeituhr (Englisch: Real Time Clock, RTC) 42 gekoppelt ist. Langstrecken-Fahrzeugkommunikationsfähigkeiten mit entfernten, off-board vernetzten Vorrichtungen können über einen oder mehrere oder alle eines/r zellularen Chipsatzes/Komponente, eines/r Navigations- und Orts-Chipsatzes/Komponente (z.B. Satellitennavigationssystem (Englisch: Global Positioning System, GPS) Empfänger) oder eines drahtlosen Modems bereitgestellt sein, die alle gemeinsam bei 44 dargestellt sind. Drahtlose Nahbereichsverbindungsfähigkeit kann über eine drahtlose Nahbereichskommunikationsvorrichtung 46 (z.B. eine Bluetooth ®-Einheit oder einen Nahfeldkommunikationssender/Empfänger (Englisch: Near Field Communication, NFC)), eine dedizierte Kurzstreckenkommunikationskomponente 48 (Englisch: Dedicated Short-Range Communications, DSRC) und/oder eine Doppelantenne 50 bereitgestellt sein. Es ist zu verstehen, dass das Fahrzeug 10 ohne eine oder mehrere der oben genannten Komponenten implementiert sein kann oder zusätzliche Komponenten und Funktionen beinhalten kann, die für einen bestimmten Endzweck gewünscht sind. Die verschiedenen vorstehend beschriebenen Kommunikationsvorrichtungen können konfiguriert sein, um Daten als Teil einer periodischen Übertragung in einem Fahrzeug-zu-Fahrzeug-(Englisch: Vehicle to Vehicle, V2V)-Kommunikationssystem oder einem Fahrzeug-zu-allem-(Englisch: Vehicle to everything (X), V2X)-Kommunikationssystem, wie z.B. einem Fahrzeug-zu-Infrastruktur-(Englisch: Vehicle to Infrastructure, V2I)-, einem Fahrzeug-zu-Fußgänger (Englisch: Vehicle to Pedestrian, V2P)- und/oder einem Fahrzeug-zu-Vorrichtung-(Englisch: Vehicle to Device, V2D)-Kommunikationssystem, auszutauschen.
Die CPU 36 empfängt Sensordaten von einer oder mehreren Sensorvorrichtungen, die beispielsweise Fotodetektion, Radar, Laser, Ultraschall, optisch, Infrarot oder eine andere geeignete Technologie zum Durchführen eines automatisierten Fahrbetriebs verwenden, einschließlich Nahbereichskommunikationstechnologien wie DSRC oder Ultra-Wide Band (UWB). Gemäß dem veranschaulichten Beispiel kann das Automobil 10 mit einer oder mehreren Digitalkameras 62, einem oder mehreren Entfernungssensoren 64, einem oder mehreren Fahrzeuggeschwindigkeitssensoren 66, einem oder mehreren Fahrdynamiksensoren 68 und jeder erforderlichen Filter-, Klassifizierungs-, Fusions- und Analysehardware und Software zur Verarbeitung von Sensorrohdaten ausgestattet sein. Die Digitalkamera 62 kann einen CCD-Sensor (ladungsgekoppeltes Bauteil, Englisch: Charge Coupled Device) oder einen anderen geeigneten optischen Sensor verwenden, um Bilder zu erzeugen, die ein Sichtfeld des Fahrzeugs 10 anzeigen, der für die kontinuierliche Bilderzeugung, z.B. mindestens etwa 35 Bilder, die pro Sekunde erzeugt werden, konfiguriert sein kann. Zum Vergleich: Der Entfernungssensor 64 kann reflektierte Funk-, elektromagnetische oder lichtbasierte Wellen (z.B. Radar, EM induktiv, Lichtdetektion und -Entfernungsmessung (Englisch: Light Detection and Ranging, LIDAR) usw.) emittieren und detektieren, um beispielsweise das Vorhandensein, die geometrischen Abmessungen und/oder den Abstand eines Objekts zu erfassen. Der Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 66 kann verschiedene Formen annehmen, einschließlich Radgeschwindigkeitssensoren, die Radgeschwindigkeiten messen, die dann zum Bestimmen der Fahrzeuggeschwindigkeit in Echtzeit verwendet werden. Darüber hinaus kann der Fahrdynamiksensor 68 in der Art eines ein- oder dreiachsigen Beschleunigungssensors, eines Drehratensensors, eines Inklinometers usw. zum Erfassen von Längs- und Querbeschleunigungen, Gier-, Roll- und/oder Neigungsraten oder anderen dynamischen Parametern sein. Unter Verwendung der Daten der Sensorvorrichtungen 62, 64, 66, 68 identifiziert die CPU 36 den Straßenoberflächenzustand nach vorne, bestimmt die Eigenschaften dieses Straßenoberflächenzustands, identifiziert Objekte innerhalb eines erfassbaren Bereichs des Fahrzeugs 10, bestimmt die Eigenschaften, wie Größe, relative Position, Anfahrwinkel, relative Geschwindigkeit usw., des Zielobjekts und führt automatisierte Kontrollmanöver basierend auf diesen ausgeführten Operationen durch.
Diese Sensoren sind über das gesamte Kraftfahrzeug 10 in funktional nicht blockierten Positionen relativ zu Blickrichtungen nach vorne und nach hinten oder auf der Backbord- und Steuerbordseite des Fahrzeugs verteilt. Jeder Sensor erzeugt elektrische Signale, die indikativ für eine Eigenschaft oder einen Zustand eines Zielobjekts sind, im Allgemeinen als Abschätzung mit einer entsprechenden Standardabweichung. Während sich die Betriebseigenschaften dieser Sensoren im Allgemeinen ergänzen, sind einige bei der Schätzung bestimmter Parameter zuverlässiger als andere. Die meisten Sensoren haben unterschiedliche Betriebsbereiche und Abdeckungsbereiche und sind in der Lage, verschiedene Parameter innerhalb ihres Betriebsbereichs zu erfassen. So kann beispielsweise ein radarbasierter Sensor den Abstand, die Entfernungsrate und die Azimutposition eines Objekts schätzen, aber nicht robust bei der Schätzung der Größe eines erfassten Objekts sein. Kameras mit optischer Verarbeitung hingegen können robuster bei der Schätzung einer Form und Azimutposition eines Objekts sein, können aber weniger effizient bei der Schätzung des Abstands und der Entfernungsrate des Objekts sein. Ein abtastender LIDAR-basierter Sensor kann effizient und genau in Bezug auf das Schätzen von Abstand und Azimutposition arbeiten, kann aber möglicherweise nicht in der Lage sein, die Entfernungsrate genau zu bestimmen, wodurch er ungenau sein kann bei der Erfassung und Erkennung neuer Objekte. Ultraschallsensoren sind dagegen in der Lage, den Abstand zu schätzen, können aber im Allgemeinen nicht genau die Entfernungsrate und die Azimutposition schätzen. Darüber hinaus kann die Leistung vieler Sensortechnologien durch unterschiedliche Umgebungsbedingungen beeinflusst sein. Folglich weisen Sensoren im Allgemeinen parametrische Abweichungen auf, deren operative Überschneidungen Möglichkeiten für eine sensorische Fusion bieten.
Sich als nächstes 2 zuwendend ist eine repräsentative Architektur eines FSRACC-Systems 100 dargestellt, das eine eingestellte Fahrzeuggeschwindigkeit beibehält und anpasst, um das Annähern an ein vorderes „Ziel“-Fahrzeugs zu ermöglichen, indem es Informationen über vorhergesagte Wege des jeweiligen Fahrzeugs und des vorderen Fahrzeugs, den Abstand zwischen dem jeweiligen Fahrzeug und dem vorderen Fahrzeug und die Befehle des Fahrers verwendet. In der veranschaulichten Architektur des FSRACC-Systems 100 sammelt und tauscht ein Straßenzustandsdetektionsmodul (Englisch: Road Condition Detection Module, RCDM) 102 Informationen mit einem Hauptsteuermodul eines Automatisierungssystems (Englisch: Automated System Control Modul, ASCM) 104 aus, das wiederum mit einem Steuermodul einer adaptiven Geschwindigkeitsregelanlage (Englisch: Adaptive Cruise Control Module, ACCM) 106 zum Ausführen automatisierter Fahrvorgänge eines Kraftfahrzeugs 110 kommuniziert. Das ACCM empfängt verschiedene Eingaben, wie beispielsweise Sensordaten von einem oder mehreren Umgebungssensoren 108, Fahrereingaben von einer oder mehreren fahrzeuginternen Fahrereingabevorrichtungen 112 sowie alle anderen hierin beschriebenen Sensoreingänge, Steuersignale und zugehörigen Daten. Die empfangenen Fahrereingaben können der Natur nach eine vom Fahrer bestimmte Fahrzeuggeschwindigkeit und optional ein vom Fahrer bestimmter Fahrzeugabstand sein. Für eine autonome Fahrzeuganwendung können die vorgenannten Fahrereingaben durch eine von der Steuerung festgelegte Fahrzeuggeschwindigkeit und/oder einen von dem Fahrzeug festgelegten Fahrzeugabstand ersetzt oder ergänzt sein. Obwohl sie sich im Aussehen unterscheiden, kann das Fahrzeug 110 von 2 jede der oben beschriebenen Optionen und Alternativen in Bezug auf das Fahrzeug 10 von 1 annehmen und umgekehrt.
Die Architektur des FSRACC Systems 100 der 2 ist ausgelegt, um die Funktionalitäten von CAS, ACC und FSRACC zu verbessern und mit Anpassungsfähigkeit an unterschiedliche Arten von Straßenoberflächenzuständen (z.B. trocken, nass, schneebedeckt, vereist usw.), einschließlich anspruchsvoller Szenarien mit wechselnden Straßenzuständen, basierend auf Vorschauinformationen über den Straßenzustand, zu erweitern. Das RCDM 102 ist beispielsweise betreibbar, um alle erforderlichen Daten zu sammeln, um die notwendigen Vorschauinformationen für den Straßenzustand für die Durchführung jedes offenbarten Fahrvorgangs des Fahrzeugs zu erzeugen. Solche Vorschauinformationen für den Straßenzustand können von einem visuellen, bildbasierten Sensornetzwerk erzeugt sein, das Eis, Schnee und/oder Niederschläge identifiziert, die von der Oberfläche der Straße kommend von einem Rad eines Träger- und/oder Zielfahrzeugrades gestreut werden, wie beispielsweise in den im gemeinsamem Besitz von Qingrong Zhao, et al. befindlichen US-Patenten 9 971 945 B2 und 9 972 206 B2 beschrieben. Vorschauinformationen für den Straßenzustand können auch unter Verwendung eines verteilten Netzwerks von Onboard-Sensorvorrichtungen erzeugt sein, um vordere Fahrbahnsegmente zu überwachen und Oberflächenzustände mit rekursivem adaptivem Lernen und Validierung abzuleiten, wie beispielsweise in dem im gemeinsamen Besitz von Qingrong Zhao, et al. befindlichen US-Patent Nr. 9 139 204 B2 . Weitere in gemeinsamem Besitz befindliche Offenlegungen, die das Bewerten von Straßenoberflächenzuständen in der Nähe und vor einem fahrenden Fahrzeug betreffen, sind die U.S. Patentanmeldung Nr. 15/677 649 , eingereicht am 15. August 2017 (Straßenzustandsklassifizierung mit einem einzigen neuronalen Faltungsnetzwerk); 15/681 008, eingereicht am 18. August 2017 (Erkennung des Straßenzustands mit optischer Bildgebung von Profil ab drücken); 15/845 381, eingereicht am 18. Dezember 2017 (Erfassung des Straßenzustands mittels Panoramabilderfassung); und 16/120 616, eingereicht am 4. September 2018 (Erfassung des Straßenzustands durch Einbeziehung von Umgebungsbeleuchtung). Alle in diesem Absatz genannten Patente und Patentanmeldungen sind hierin durch Bezugnahme in ihrer jeweiligen Gesamtheit und für alle Zwecke aufgenommen.
Während eines Fahrvorgangs im Zusammenhang mit der Geschwindigkeitsregelanlage kann das FSRACC-System 100 mit mehreren Problemen, beinhaltend die Anpassung der Steuerung an Reibungsbedingungen mit reduziertem Mu und niedrigem Mu, sowie Übergänge der Oberflächenreibung von niedrig zu hoch und von hoch zu niedrig. Für einen Übergang von hoher zu niedriger Straßenreibung kann das FSRACC-System 100 eine gewünschte Fahrzeuggeschwindigkeit an einem Übergangspunkt der Oberflächenreibung ableiten, um zu helfen, unschädliche Geschwindigkeitsübergänge zu gewährleisten und gleichzeitig einen gewünschten Frontabstand einzuhalten, falls vorhanden. Das Erreichen dieser gewünschten Fahrzeuggeschwindigkeit an dem Übergangspunkt kann das Ableiten einer Eintrittszeit für den Bremsvorgang erfordern, zu der das Fahrzeugbremssystem aktiviert wird, um eine komfortable und dennoch sichere Verzögerungsrate zu gewährleisten. Das FSRACC-System 100 kann auch eine Aktivierungszeit bestimmen, um ein niedrig-Mu CAS/ACC-Steuerprotokoll für den Fahrzeugbetrieb auf einer Straßenoberfläche mit reduzierter Reibung zu initiieren. Für Oberflächenzustände mit sehr niedriger Reibung kann das FSRACC-System 100 eine entsprechende Fahrerwarnung ausgeben und optional die ACC-Operation deaktivieren. Für einen Übergang von niedriger zu hoher Straßenreibung kann das FSRACC-System 100 feststellen, wann von einem CAS/ACC-Steuerprotokoll mit niedrigem Mu-Wert auf ein Standard- oder CAS/ACC-Steuerprotokoll mit hohem Mu-Wert umgeschaltet werden muss, z.B. nach Erreichen des Übergangspunkts der Oberflächenreibung.
Mit weiterem Bezug auf 2 kann ein Ziel von ACC/FSRACC im Allgemeinen in der Steuerung über das Minimieren einer Kostenfunktion von Geschwindigkeits-/Wegfehlern erreicht werden, um einen gewünschten Beschleunigungsbefehl zu erhalten. Sobald ein gewünschter Geschwindigkeitswert und ein gewünschter Fahrzeugabstand bestimmt sind, kann beispielsweise eine lokale oder entfernte Fahrzeugsteuerung, wie die CPU 36 von 1 oder das ACCM 106 von 2, einen gewünschten Beschleunigungswert über das Minimieren einer linear-quadratischen Optimierungskostenfunktion J von Geschwindigkeits- und Abstandsfehlern berechnen, um eine gewünschte Geschwindigkeit zu realisieren (z.B. benötigte Verzögerung, um die aktuelle Fahrzeuggeschwindigkeit so zu reduzieren, um am Übergangspunkt innerhalb des gewünschten Fahrzeuggeschwindigkeitsbereichs für niedrige Mu Werte zu sein): $J = \int_{0}^{\propto} (x^{T} Q x + u^{T} R u) d t$
wobei u die gewünschte Beschleunigung ist, die als Skalarwert repräsentiert ist; u^T ist ein Transformationsformat von u; x ist eine Vektorgröße; x^T ist eine Fehlerzustandsfunktion für Geschwindigkeit und Entfernung (z.B. ein Transformationsformat von x); R und Q sind definierte Gewichtungsmatrizen. In der obigen Kostenfunktion kann die Fehlerzustandsfunktion x^T für Geschwindigkeit und Abstand als Funktion berechnet werden: $x^{T} = [\begin{matrix} x 1 & x 2 \end{matrix}] = [\begin{matrix} d_{d} - d & v_{d} - v \end{matrix}]$
wobei x1 ein Abstandsfehlerzustand ist; x2 ein Geschwindigkeitsfehlerzustand ist; v_d die gewünschte Geschwindigkeit ist; v eine aktuelle Fahrzeuggeschwindigkeit ist; d ein aktueller Fahrzeugabstand zu einem Zielfahrzeug vor dem Kraftfahrzeug ist; und d_d ein gewünschter Fahrzeugabstand zu dem Zielfahrzeug ist. Die Gewichtungsmatrizen R und Q können Gewichtungswerte beinhalten, um zu helfen, die ungleiche Datenredundanz zu korrigieren oder anderweitig zu kompensieren. Die Parameter Q und R können als Designparameter eingestellt sein, um Zustandsgrößen und Steuersignale zu unterdrücken. Gewichtungsfaktoren innerhalb jeder Matrix (z.B. Q = [q₁ q₂ / q₃ q₄] und R=r) können abgestimmt sein, um ein natürliches Fahren zu erreichen. Die Steuereingabe u kann so ausgelegt sein, dass die Kostenfunktion J minimiert wird, um einen minimalen Geschwindigkeits- und Folgeabstandsfehler zu erreichen. Es ist vorgesehen, dass andere mathematische Optimierungstechniken verwendet sein können, um die offenbarten Konzepte durchzuführen; die Steuereingabe u kann unterschiedliche Gleichungsformate annehmen, beispielsweise abhängig davon, welche spezifische Methode zur Minimierung der Kostenfunktion verwendet wird.
Das RCDM 102 erzeugt Sensorsignaldaten, die indikativ für die Straßenoberflächenbedingungen angrenzender Straßenabschnitte, über die das Trägerfahrzeug 110 gerade navigiert und deren Durchfahrt vorhergesagt ist, sind. Diese Daten, die in 2 über einen vorhandenen (ersten) Reibungskoeffizienten µ_C eines aktuellen (ersten) Straßenoberflächensegments und einen vorhergesagten (zweiten) Reibungskoeffizienten µ_P eines zukünftigen (zweiten) Straßenoberflächensegments dargestellt sind, werden zur Aggregation, Filterung, Analyse und Speicherung an das ASCM 104 übertragen. Ein Reibungszustandsbewertungsprotokoll 101 ermittelt aus den vorliegenden und vorhergesagten Reibungswerten µ_C und µ_P, welches aus einer Reihe von Straßenreibungsszenarien geschätzt wird, dass es auftritt, so dass das FSRACC-System 100 empfehlen kann, dass das ACCM 106 eine entsprechende Steuerungsmaßnahme durchführt. Diese Straßenreibungsszenarien können, als einige nicht einschränkende Beispiele, beinhalten: ein hoch-zu-niedrig (hohes Risiko) Oberflächenreibungsszenario , ein hoch-zu-reduziert (mittleres Risiko) Oberflächenreibungsszenario, ein reduziert-zu-niedrig (niedriges Risiko) Oberflächenreibungsszenario, ein niedrig-zu-reduziert Oberflächenreibungsszenario, ein reduziert-zu-hoch Oberflächenreibungsszenario, ein niedrig-zu-hoch (niedriges Risiko) Oberflächenreibungsszenario und ein Reibungsszenario ohne Reibungsveränderung.
Nach Abschluss der Bestimmung des Straßenreibungsszenarios führt das ASCM 104 ein Reibungsänderungsvorschauprotokoll 103 aus, um festzustellen, ob eine Reibungsänderung vorhergesagt wurde oder nicht. Als nicht einschränkendes Beispiel können die von dem RCDM 102 bereitgestellten Vorschauinformationen für den Straßenzustand über das ASCM 104 analysiert werden, um jedes Straßenoberflächensegment als einen von einer Vielzahl von standardisierten diskreten Zuständen zu charakterisieren, wie beispielsweise als einen trockenen Zustand, einen nassen Zustand, einen wassergefüllten Zustand, einen eisigen Zustand, einen eisbedeckten Zustand, einen verschneiten Zustand, einen schneebedeckten Zustand usw. Jedem diskreten Zustand kann ein vorgegebener Reibungskoeffizient zugeordnet sein, der als jeweiliger Mu-Nennwert µ_n dargestellt werden kann. Die vorhergesagte Reibung µ_P vom Straßenzustandsdetektionsmodul 102 kann diskret sein, während die aktuelle Reibung µ_C, wenn sie durch andere Verfahren bereitgestellt wird, kontinuierlich sein kann; der Vergleichsfehler zwischen µ_P und µ_C kann abgeschnitten werden, um einen diskreten Zustand zu ergeben. Wenn keine Reibungsänderung vorhergesagt wird, kann ein aktuelles CAS/ACC-Steuerprotokoll 105 beibehalten werden; diese Bestimmung wird dem Fahrzeug 110 über ACCM 106 mitgeteilt. Falls umgekehrt eine Reibungsänderung ausreichender Größe vorhergesagt wird, kann ein Reibungsübergangswarn- und Steuerprotokoll 107 aufgerufen und ausgeführt werden, von dem im Folgenden ein Beispiel mit Bezug auf 3 erläutert wird.
Unter Bezugnahme auf das Flussdiagramm von 3 wird ein verbessertes Verfahren oder eine verbesserte Steuerstrategie zum Steuern eines steuerungsautomatisierten Fahrbetriebs eines Kraftfahrzeugs, wie beispielsweise ein ADAS-Manöver des Fahrzeugs 10 von 1 oder ein FSRACC-Manöver des Fahrzeugs 110 von 2, im Allgemeinen bei 200 gemäß den Aspekten der vorliegenden Offenbarung beschrieben. Einige oder alle der in 3 dargestellten und im Folgenden näher beschriebenen Vorgänge können repräsentativ für einen Algorithmus sein, der prozessorausführbaren Anweisungen entspricht, die beispielsweise im Haupt- oder Hilfs- oder Fernspeicher gespeichert und beispielsweise von einer lokalen oder entfernten Steuerung, Verarbeitungseinheit, Steuerlogikschaltung oder anderen Modul, einer Vorrichtung und/oder einem Netzwerk von Vorrichtungen ausgeführt werden können, um eine oder alle der oben oder unten beschriebenen, mit den offenbarten Konzepten assoziierten Funktionen auszuführen. Es sollte erkannt werden, dass die Reihenfolge der Ausführung der veranschaulichten Verfahrensblöcke geändert, zusätzliche Blöcke hinzugefügt und einige der beschriebenen Blöcke geändert, kombiniert oder eliminiert werden können.
Das Verfahren 200 beginnt an dem Anfangsblock mit prozessorausführbaren Anweisungen für eine programmierbare Steuerung oder ein Steuermodul oder einen ähnlich geeigneten Prozessor, um ein Initialisierungsverfahren für ein mu-basiertes Anpassungsprotokoll aufzurufen, um den Betrieb eines automatisierten Fahrsystems zu steuern, das den Fahrzeugabstand während eines ADAS-Manövers steuert. Diese Routine kann in Echtzeit, kontinuierlich, systematisch, sporadisch und/oder in regelmäßigen Abständen, z.B. alle 100 Millisekunden usw., während des laufenden Fahrzeugbetriebs ausgeführt werden. Als noch eine weitere Option kann der Verfahrensblock 201 als Reaktion auf eine Eingabe eines Benutzers oder auf ein Broadcast-Aufforderungssignal von einem Backend oder Middleware-Computerknoten, der mit dem Sammeln, Analysieren, Sortieren, Speichern und Verteilen von Fahrzeugdaten beauftragt ist, initialisiert werden. Im Rahmen der Initialisierungsprozedur bei Block 201 kann die lokale Fahrzeugtelematikeinheit 14 ein Navigations-Verarbeitungscode-Segment ausführen, z.B. um geospatiale Daten, Fahrzeugdynamikdaten, Zeitstempel und zugehörige Zeitdaten usw. zu erhalten und optional ausgewählte Aspekte dieser Daten einem Insassen des Fahrzeugs 10 anzuzeigen.
Fortfahrend mit der Diskussion des Verfahrens 200 werden am Entscheidungsblock 203, z.B. über das FSRACC-System 100, gespeicherte Anweisungen ausgeführt, um zu bestimmen, ob eine Reibungsänderung vorhergesagt wurde oder nicht, wie vorstehend in der Diskussion von 2 beschrieben. Wird eine negative Bestimmung zurückgegeben (Block 203 = N), kann ein aktuell aktives CAS/ACC-Steuerprotokoll beibehalten oder ein auf die aktuelle Straßenoberflächenreibung kalibriertes CAS/ACC-Steuerprotokoll am Verfahrensblock 205 aktiviert werden. An Knotenpunkt kann das Verfahren 200 Verfahrensblock 207 übergehen und enden, oder es kann zum Verfahrensblock 201 zurückgeschleift werden und in einer kontinuierlichen Schleife laufen. Nach dem Bestimmen, dass eine Oberflächenreibungsänderung erwartet wird (Block 203 = J), fährt das Verfahren 200 mit dem Verfahrensblock 209 fort und initialisiert eine interne ECU-Hardwareuhr (setzt die Zeit T = 0) und einen Geolokalisierungsdienst (setzt die tatsächliche Fahrzeugposition S(T=0) = 0). Diese Initialisierungsprozedur kann innerhalb des Softwarecodes durch Variablen-Setup erfolgen, um zu verfolgen, wann bestimmte Schleifenberechnungen zu starten bzw. zu beenden sind.
Sobald das ADAS-System bestätigt, dass eine Änderung der Straßenreibung erwartet wird und als Reaktion darauf alle zugrunde liegenden Puffer- und Backend-Prozesse initialisiert, fährt das Verfahren 200 mit dem Entscheidungsblock 211 fort, um zu bestimmen, ob der aktuelle Straßenreibungswert des aktuellen Straßenabschnitts größer oder kleiner als der vorhergesagte Straßenreibungswert des kommenden Straßenabschnitts ist. Falls bestimmt wird, dass der aktuelle Straßenreibungswert kleiner als der vorhergesagte Straßenreibungswert ist, d.h. ein Übergang zwischen niedrigem und hohem Oberflächen-mu erwartet wird (Block 211 = N), fährt das Verfahren 200 mit dem Verfahrensblock 213 fort, um eine zum Initialisieren eines (ersten) ADAS-Steuerprotokolls, das auf den vorhergesagten hohen Straßenreibungswert kalibriert ist, geeignete (erste) ADAS-Schaltzeit zu bestimmen. Nach Ableitung einer geeigneten Schaltzeit geht das Verfahren 200 zum Verfahrensblock 215 über, um die gefahrene Distanz des Kraftfahrzeugs (neue Fahrzeugposition S(T) = S(T-1) + V·ΔT)), seit der interne Takt der ECU-Hardware am Verfahrensblock 209 initialisiert wurde, zu bestimmen. Beim Übergang zum Entscheidungsblock 217 schätzt eine geeignete Fahrzeugsteuerung oder ein dediziertes Steuermodul, ob das Trägerfahrzeug einen Umschaltpunkt erreicht hat oder nicht (z.B. ist die Umschaltzeit verstrichen oder hat das Trägerfahrzeug den Übergangspunkt erreicht). Falls nicht (Block 217 = N), wird am Verfahrensblock 219 ein Zeitwert zurückgegeben und inkrementiert (T++) und das Verfahren kehrt zum Entscheidungsblock 211 zurück. Umgekehrt, falls das Fahrzeug einen zeitlichen und/oder räumlichen Umschaltpunkt erreicht hat (Block 217 = J), initiiert die Fahrzeugsteuerung als Reaktion darauf das hoch-mu-ADAS-Steuerprotokoll bei Verfahrensblock 221; das Verfahren fährt anschließend mit dem Verfahrensblock 207 fort und endet oder setzt sich zurück.
Unter Bezugnahme auf den Entscheidungsblock 211 von 3, bei dem Bestimmen, dass der aktuelle Straßenreibungswert des vom Fahrzeug überfahrenen Straßensegments größer ist als der vorhergesagte Straßenreibungswert eines zukünftigen Straßensegments, d.h. ein hoch-zu-niedrig Oberflächen-mu Übergang erwartet wird (Block 211 = J), stellt das Verfahren 200 gespeicherte, ausführbare Anweisungen an den zuvor definierten Verfahrensblock 223 für das ADAS-System (z.B. über das FSRACC-System 100 von 2) zur Verfügung, um: (1) eine gewünschte Fahrzeuggeschwindigkeit am mu-Übergangspunkt zu bestimmen; (2) einen gewünschten Bremsabstand, um die gewünschte Fahrzeuggeschwindigkeit an dem mu-Übergangspunkt zu erreichen, zu bestimmen; (3) eine geeignete (zweite) Umschaltzeit, um ein (zweites) ADAS-Steuerprotokoll einzuleiten, das auf den vorhergesagten niedrigen Straßenreibungswert kalibriert ist, zu bestimmen; und (4) einen Warnabstand für einen Fahrer, um Maßnahmen (z.B. bremsen) zu ergreifen, wenn die gewünschte Verzögerungsgröße aufgrund einer sehr niedrigen vorhergesagten Oberflächenreibung größer als eine zulässige maximale Verzögerungsgröße ist, zu bestimmen. Jede der vorgenannten Steuerungsmaßnahmen wird im Folgenden näher erläutert.
Nach Abschluss der oben in Bezug auf den Verfahrensblock 223 aufgeführten vordefinierten Operationen geht das Verfahren 200 zum Verfahrensblock 225 über, um die gefahrene Strecke des Kraftfahrzeugs (neue Fahrzeugposition S(T) = S(T-1) + V-ΔT)), seit die interne Uhr der ECU-Hardware am Verfahrensblock 209 initialisiert wurde, zu bestimmen. Eine geeignete Fahrzeugsteuerung oder ein dediziertes Steuermodul bestimmt beim Übergang zum Entscheidungsblock 227, ob das Trägerfahrzeug den gewünschten Bremsabstand erreicht hat oder nicht. Falls ja (Block 227 = J), fährt das Verfahren 200 mit dem Verfahrensblock 229 fort und gibt ein oder mehrere entsprechende Steuersignale an den Fahrzeug-Antriebsstrang und/oder das Bremssystem aus, um die gewünschte Beschleunigung/Verzögerung zu erreichen und damit die gewünschte Fahrzeuggeschwindigkeit innerhalb des gewünschten Bremsabstands an dem Übergangspunkt zu erreichen. Als Reaktion auf eine Bestimmung, dass der Bremsabstand vom Trägerfahrzeug nicht erreicht wurde (Block 227 = N), bestimmt das Verfahren 200 bei Entscheidungsblock 231, ob das Trägerfahrzeug einen niedrig-mu unzureichenden Bremsabstand erreicht hat oder nicht. Falls ja (Block 231=J), wird am Eingabe-/Ausgabeblock 233 eine Warnmeldung wegen geringer Reibung an den Fahrer gesendet. Diese Meldung kann eine Aufforderung an den Fahrer beinhalten, angesichts des zu erwartenden Rückgangs der Straßenoberflächenreibung unverzüglich Maßnahmen zu ergreifen. Alternativ kann das Fahrzeug 10, 110 ein automatisiertes Fahrmanöver durchführen, um den erwarteten Reibungsabfall zu verbessern.
Vor oder gleichzeitig mit dem Bestimmen, dass das Trägerfahrzeug angesichts bevorstehender niedrig-mu Straßenverhältnisse (Block 231 = N) einen unzureichenden Bremsabstandsschwellwert erreicht hat, bestimmt eine geeignete Fahrzeugsteuerung oder ein spezielles Steuermodul bei Entscheidungsblock 235, ob das Trägerfahrzeug einen Umschaltpunkt erreicht hat oder nicht (z.B. ist die Umschaltzeit abgelaufen oder hat das Trägerfahrzeug den Übergangspunkt erreicht). Falls nicht (Block 235 = N), wird ein Zeitwert zurückgegeben und bei Verfahrensblock 219 inkrementiert (T++), und das Verfahren kehrt zum Entscheidungsblock 211 zurück. Wenn das Fahrzeug jedoch einen zeitlichen und/oder räumlichen Umschaltpunkt erreicht hat (Block 235 = J), initiiert die Fahrzeugsteuerung als Reaktion darauf das niedrig-mu-ADAS-Steuerprotokoll bei Verfahrensblock 237; das Verfahren fährt zu Verfahrensblock 207 fort und endet oder setzt sich zurück.
Wenn eine niedrige Straßenoberflächenreibung vorhergesagt ist, sollte ein Trägerfahrzeug, das derzeit ein Straßensegment mit hoher Oberflächenreibung und ausreichendem Abstand durchfährt, in der Lage sein, die Fahrzeuggeschwindigkeit durch ein komfortables Bremslevel auf eine gewünschte Fahrzeuggeschwindigkeit an dem Übergangspunkt zu reduzieren, um ein sicheres und komfortables Fahren auf der niedrig-µ Oberfläche sicherzustellen. Falls festgestellt wird, dass das Fahrzeug mit mehr als einer maximal zulässigen Verzögerung auf der hoch-µ-Oberfläche bremsen muss, um die gewünschte Fahrzeuggeschwindigkeit an dem Übergangspunkt zu erreichen, kann eine Warnmeldung generiert werden, um den Fahrer zu warnen, Maßnahmen zu ergreifen; die Fahrzeugsteuerung kann ACC/FSRACC automatisch deaktivieren. Sobald sich das Fahrzeug ausreichend nahe an der Übergangsstelle befindet, wird die niedrig-µ ACC/FSRACC-Konfiguration für einen reibungslosen Übergang rechtzeitig eingeschaltet.
Das Berechnen der gewünschten Fahrzeuggeschwindigkeit v_d am Reibungsübergangspunkt kann viele Ansätze beinhalten. Für einen hoch-zu-niedrig Oberflächenreibungsübergang ohne Zielfahrzeug vor dem Trägerfahrzeug kann die aktuelle Fahrzeuggeschwindigkeit V des betreffenden Fahrzeugs an dem Übergangspunkt auf eine reduzierte Fahrzeuggeschwindigkeit V_d angepasst werden, um nicht mehr als eine zulässige Höchstgeschwindigkeit auf der Oberfläche mit niedrigem µ zu sein, wie berechnet nach: $V_{d} (μ_{p}) = min (V_{set}, V_{{spd}_{Limit}} + Δ1, V_{maxspd (μ_{p})})$
wobei V_d(µp) die gewünschte Fahrzeuggeschwindigkeit ist; V_set eine vom Bediener eingestellte Fahrzeuggeschwindigkeit ist; V_{spd_limit} eine gesetzliche Geschwindigkeitsbegrenzung des kommenden Straßenabschnitts ist; Δ1 eine fahrzeugkalibrierte Geschwindigkeitstoleranz (z.B. +/- 5 mph) ist; und V_maxspd(µp) eine auf den Straßenoberflächenzustand des kommenden Straßenabschnitts fahrzeugkalibrierte Höchstgeschwindigkeit ist.
Für einen hoch-zu-niedrig Oberflächenreibungsübergang mit einem erfassten Zielfahrzeug vor dem Trägerfahrzeug wird die Fahrzeugsteuerung: eine aktuelle Geschwindigkeit V_t des Zielfahrzeugs und eine aktuelle Geschwindigkeit V_h des Trägerfahrzeugs überwachen; berechnen, ob die Geschwindigkeit V_t des Zielfahrzeugs kleiner als die Geschwindigkeit V_h des Trägerfahrzeugs ist; und einen Übergangsabstand D zwischen dem Trägerfahrzeug und dem Übergangspunkt, und einen Entfernungsabstand R zwischen dem Trägerfahrzeug und dem Zielfahrzeug bestimmen. Aus diesen Bestimmungen kann die Fahrzeugsteuerung eine geschätzte Zeit Δt1, die das betreffende Fahrzeug benötigt, um den Übergangspunkt zu erreichen und eine gewünschte Fahrzeuggeschwindigkeit V_d am Übergangspunkt, um sicherzustellen, dass das Trägerfahrzeug nicht mit dem Zielfahrzeug kollidiert, quantifizieren. Der folgende Inverse TTC^-1 der Zeit bis zur Kollision kann verwendet sein, um zu bestimmen, welche Steuerungsstrategie in einem bestimmten Szenario zu verwenden ist: $T T C^{- 1} = \frac{\dot{R}}{R} = \frac{V_{t} - V_{h}}{R}$
Wenn TTC^-1 > 0, initiiert die Fahrzeugsteuerung eine Oberflächen-µ-Übergangssteuerungsstrategie, die auf Szenarien kalibriert ist, in denen kein Zielfahrzeug erkannt wird. Wird dagegen bestimmt, dass TTC^-1 < 0, wird für den Übergangspunkt eine gewünschte Fahrzeuggeschwindigkeit für den Fall, das ein Zielfahrzeug bestimmt wurde, bestimmt. Um einen sicheren Entfernungsabstand am Übergangspunkt zu gewährleisten, kann ein minimal zulässiger Entfernungsabstand zwischen den beiden Fahrzeugen auf einer Oberfläche mit niedrigem µ bestimmt werden als: $d_{s a f e} = L_{m i n} (μ_{p}) + T_{s} (μ_{p}) V_{t} + \frac{V_{t}^{2} - V_{d}^{2}}{2 a_{m a x} (μ_{p})}$
wobei Lmin (µ_p) + T_s(µ_p)V_t einen konstanten Folgeabstand darstellt, und $(V_{t}^{2} - V_{d}^{2}) / (2 a_{m a x} (μ_{p}))$
einen Übergangsgeschwindigkeitsanpassungsabstand mit einer maximal zulässigen Verzögerung darstellt. Der tatsächliche Abstand zwischen Träger- und Zielfahrzeug, wenn das Trägerfahrzeug den Übergangspunkt erreicht, kann größer oder gleich einem minimal zulässigen Abstand d_safe eingestellt werden: $(R - D) + V_{t} \cdot Δ t 1 \geq d_{s a f e}$
wo $\begin{array}{l} \begin{matrix} Δ t 1 = \frac{2 D (V_{d} - V_{h})}{V_{d}^{2} - V_{h}^{2}}; & V_{t} \end{matrix} = V_{h} + \dot{R} \\ V_{d} \leq f (V_{h}, \dot{R}, D, R) \end{array}$
Die Gleichung (3) kann basierend auf den Gleichungen (1) und (2) erhalten werden, wobei f eine Funktion der aktuellen Geschwindigkeit V_h des Trägerfahrzeugs, des Abstands R, der Abstandsrate A = ̇̇Ṙ und des Übergangsabstands D ist. In diesem Fall kann die gewünschte Geschwindigkeit des Trägerfahrzeugs bestimmt werden als: $V_{d} = min (V_{s e t}, V_{m a x s p d (μ_{p})}, f (V_{h}, \dot{R}, D, R) - Δ)$
wobei Δ ein kleiner Geschwindigkeitsanpassungswert ist.
Für einen hoch-zu-niedrig Straßenoberflächenreibungsübergang, bei dem der Bremsabstand möglicherweise nicht ausreicht, um eine gewünschte Fahrzeuggeschwindigkeit an dem Übergangspunkt zu erreichen, kann es für die Fahrzeugsteuerung von Vorteil sein, zu bestimmen, ob und wann ein Warnhinweis an einen Fahrzeuginsassen, um Korrekturmaßnahmen zu ergreifen, zu senden ist, und, optional, ob und wann Abhilfemaßnahmen, wie beispielsweise die vorübergehende Deaktivierung des ACC/FSRACC-Betriebs, zu automatisieren. Sobald eine gewünschte Trägerfahrzeuggeschwindigkeit für den Übergangspunkt bestimmt ist, kann die Fahrzeugsteuerung einen Bremsabstand zum Erreichen der gewünschten Fahrzeuggeschwindigkeit und einen Warnabstand für den Fahrer bestimmen, um Maßnahmen zur Reduzierung der Geschwindigkeit auf ein an dem Übergangspunkt geeignetes Niveau zu ergreifen. Der Bremsabstand d_brake für ein komfortables Bremsen kann wie folgt berechnet werden: $d_{b r a k e} (μ_{c}) = V_{h} τ_{s y s_d e l a y} + \frac{v_{d}^{2} - v_{h}^{2}}{a_{c o m} (μ_{c})} + L_{s a f e} (μ_{c})$
wobei a_com(µ_c) ein kalibrierter komfortabler Verzögerungsbetrag für eine vorhergesagte Oberflächenreibung µ_c ist; τ_{sys_delay} eine Gesamtzeitverzögerung des Systems ist; V_h die jeweilige Fahrzeuggeschwindigkeit ist; und L_safe ein kalibrierter Sicherheitsabstand ist. Ein Warnabstand d_warning für einen Fahrer, um aufgrund eines hoch-zu-niedrig Reibungsübergangs manuell zu bremsen, kann wie folgt berechnet werden: $d_{w a r n i n g} (μ_{c}) = V_{h} (τ_{s y s_d e l a y} + τ_{d r v_d e l a y}) + \frac{v d_{d}^{2} - v_{h}^{2}}{a_{m a x} (μ_{c})} + L_{s a f e} (μ_{c})$
wobei τ_{drv_delay} eine Verzögerung durch den Fahrer ist; a_max(µ_c) eine auf eine aktuelle Straßenreibung µ_c kalibrierte maximale Verzögerung ist; L_safe(µ_c) ein fahrzeugkalibrierter Mindestabstand basierend auf der aktuellen Straßenreibung µ_c; und τ_{sys_delay} eine Systemverzögerung ist.
In mindestens einigen Anwendungen kann ein maximaler Beschleunigungs-/Verzögerungswert aus einer oberflächenreibungsabhängigen maximalen Längskraft abgeleitet sein. Für ein gegebenes Fahrzeugmanöver kann diese Längskraft aus einer gespeicherten, fahrzeugkalibrierten Nachschlagetabelle, die aus Graphen der Schlupfrate (λ) gegenüber der Reifenlängskraft (F_{T_x}) aus Fahrzeugtests abgeleitet ist, abgerufen werden. Die Längsdynamik des Fahrzeugs kann mathematisch quantifiziert werden als: $m a = F_{x} + m V_{y} r - \frac{1}{2} ρ C_{d} A V_{x}^{2} - mgsin θ$
wobei das Längsschlupfverhältnis an jedem Rad bei Beschleunigung berechnet wird als: $λ_{i} = \frac{R ω_{i} - V_{x}}{R_{ω_{i}}}$
und $a_{m a x} (μ) = F_{x m a x} (λ,μ) / m + V_{y} r - \frac{1}{2 m} ρ C_{d} A V_{x}^{2} - gsin θ$
wobei ρ eine aktuelle Luftdichte ist; C_d ein aktueller Luftwiderstandskoeffizient ist; A eine Frontalfläche ist; θ ein Steigungswinkel der Fahrbahn ist; a die Beschleunigung ist; V_x, V_y die Fahrzeuglängs- bzw. Quergeschwindigkeiten sind; r eine Gierrate des Fahrzeugs ist; m eine Fahrzeugmasse ist; w eine Raddrehzahl ist; R ein effektiver Reifenradius ist; und F_x = F_xf+ F_xr eine Summe aus Vorder- und Hinterachsenlängskräften ist.
Die oberflächenreibungsbasierte Übergangswarnung und -steuerung für einen hoch-zu-niedrig Reibungsübergang kann ferner das Bestimmen eines geeigneten Zeitrahmens für wann ein geeignetes ACC/FSRACC-Steuerprotokoll, das auf die vorhergesagte Straßenreibung kalibriert ist, zu aktivieren ist, umfassen. Für einen solchen Übergang kann die Umschaltzeit für das Aktivieren der auf der vorhergesagten Reibung basierenden ACC/FSACC-Konfiguration einen Pufferzeitwert beinhalten, um Systemverzögerungen auszugleichen und ein rechtzeitiges Umstellen auf die auf niedriger Reibung basierende Steuerungsstrategie zu gewährleisten. Ein Umschaltpunkt und die Größe einer an den Übergangspunkt angrenzenden Übergangszone können wie folgt berechnet werden: $d_{t z o n e} = V_{h} \cdot τ_{s y s_{d e l a y}} + Δ L$
wobei d_tzone die Größe der Übergangszone ist; ΔL eine Toleranzlänge eines hoch-zu-niedrig Übergangs ist; und τ_{sys_delay} ist ein Offsetwert für die Systemverzögerung. Wenn ein Fahrzeugabstand zu dem Übergangspunkt D gleich der Übergangszone d_tzone ist, wird die Fahrzeugsteuerung auf eine auf der vorhergesagten niedrigen Reibung basierende ACC/FSACC-Konfiguration umschalten müssen. Umgekehrt kann für einen niedrig-zu-hoch Übergang der Straßenreibung die auf der vorhergesagten hohen Reibung basierende ACC/FSACC-Konfiguration mit einer Verzögerung geplant werden, um sicherzustellen, dass das Trägerfahrzeug das Straßensegment mit niedriger Reibung vollständig verlassen hat. In diesem Fall: $d_{t z o n e} = L_{v e h} + Δ L$
wobei L_veh eine Fahrzeuglänge ist; und ΔL ist eine Toleranzlänge für einen niedrig-zu-hoch-Übergang. Fährt das Trägerfahrzeug über den Überganspunkt hinaus, schaltet die Fahrzeugsteuerung automatisch auf eine hochreibungsbasierte Steuerungsstrategie um. Es sollte verstanden werden, dass viele der oben genannten Gleichungen und Formeln, wie z.B. die vorgeschlagenen Gleichungen zur Berechnung von Vd, d_brake, d_warning, d_tzone, etc., als exemplarische Möglichkeiten zur Umsetzung von Aspekten der offenbarten Konzepte vorgeschlagen sind. Daher können diese Merkmale mit anderen geeigneten Ansätzen bestimmt werden, so lange dieser Ansatz der hier vorliegenden Philosophie für die Steuerung für wechselnde Oberflächenbedingungen folgt.
Wie bereits erwähnt, decken Aspekte der offenbarten Konzepte Systeme, Methoden und Fahrzeugsteuerungsalgorithmen ab, die den Betrieb von Längsabstandssteuerungen, wie CAS/ACC/FSRACC, verbessern und auf Szenarien mit wechselnden Straßenzuständen erweitern. Aspekte der offenbarten Konzepte decken auch Verfahren zur Bestimmung der gewünschten Trägerfahrzeuggeschwindigkeiten an Übergangspunkten der Straßenoberfläche mit und ohne erkannte vordere Hindernisse, wie z.B. Zielfahrzeuge, Fußgänger, Tiere usw., ab. Weitere Aspekte der offenbarten Konzepte decken Verfahren zum Bestimmen eines zum Erreichen des Übergangspunkts mit einer gewünschten Geschwindigkeit geeigneten Bremsabstands ab. Weitere Aspekte der offenbarten Konzepte decken Verfahren, um zu bestimmen, ob und wann eine Fahrerwarnung für ein bevorstehendes Szenario mit geringer Straßenreibung ausgegeben werden soll, und Verfahren, um zu bestimmen, wann auf eine ACC/FSACC-Konfiguration basierend auf einer neuen Straßenreibung nach dem Übergang umzuschalten ist, ab.
Aspekte dieser Offenbarung können in einigen Ausführungsformen durch ein computerausführbares Programm von Anweisungen, wie beispielsweise Programmmodule, die allgemein als Softwareanwendungen oder Anwendungsprogramme bezeichnet werden, die von irgendeiner aus einer Steuerung, oder der hierin beschriebenen Steuerungsvarianten ausgeführt werden, implementiert werden. Software kann in nicht einschränkenden Beispielen Routinen, Programme, Objekte, Komponenten und Datenstrukturen beinhalten, die bestimmte Aufgaben erfüllen oder bestimmte Datentypen implementieren. Die Software kann eine Schnittstelle bilden, um es einem Computer zu erlauben, entsprechend einer Eingabequelle zu reagieren. Die Software kann auch mit anderen Codesegmenten zusammenarbeiten, um eine Vielzahl von Aufgaben als Reaktion auf Daten zu initiieren, die in Verbindung mit der Quelle der empfangenen Daten empfangen wurden. Die Software kann auf irgendeinem aus einer Vielzahl von Speichermedien gespeichert werden, wie auf CD-ROMs, Magnetplatten, Magnetblasenspeicher und Halbleiterspeicher (z.B. verschiedene Arten von RAM oder ROM).
Darüber hinaus können Aspekte der vorliegenden Offenbarung mit einer Vielzahl von Computersystem- und Computernetzkonfigurationen ausgeführt sein, einschließlich Multiprozessorsystemen, mikroprozessorbasierter oder programmierbarer Verbraucherelektronik, Minicomputern, Großrechnern und dergleichen. Darüber hinaus können Aspekte der vorliegenden Offenbarung in verteilten Computerumgebungen ausgeführt sein, in denen Aufgaben von lokalen und entfernten Verarbeitungsvorrichtungen ausgeführt werden, die über ein Kommunikationsnetzwerk verbunden sind. In einer verteilten Computerumgebung können sich die Programmmodule sowohl auf lokalen als auch auf entfernten Computerspeichermedien einschließlich Speichergeräten befinden. Aspekte der vorliegenden Offenbarung können daher in Verbindung mit verschiedener Hardware, Software oder einer Kombination derselben, in einem Computersystem oder einem anderen Verarbeitungssystem umgesetzt sein.
Jedes der hierin beschriebenen Verfahren kann maschinenlesbare Anweisungen beinhalten, die zur Ausführung durch: (a) einen Prozessor, (b) eine Steuerung und/oder (c) jede andere geeignete Verarbeitungsvorrichtung bestimmt sind. Jeder hierin offenbarte Algorithmus, jede Software, Steuerlogik, jedes Protokoll oder Verfahren kann als Software ausgeführt sein, die auf einem greifbaren Medium gespeichert ist, wie beispielsweise einem Flash-Speicher, einer CD-ROM, einer Diskette, einer Festplatte, einer digitalen vielseitigen Scheibe (Englisch: Digital Versatile Disk, DVD) oder anderen Speichervorrichtungen. Der gesamte Algorithmus, die Steuerungslogik, das Protokoll oder Verfahren und/oder Teile davon können alternativ von einer anderen Vorrichtung als einer Steuerung ausgeführt und/oder in Firmware oder dedizierter Hardware auf verfügbare Weise ausgeführt sein (z.B. implementiert durch eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (Englisch: Application Specific Integrated Circuit, ASIC), eine programmierbare Logikvorrichtung (Englisch: Programmable Logic Device, PLD), eine feldprogrammierbare Logikvorrichtung (Englisch: Field Programmable Logic Device, FPLD), diskrete Logik usw.). Außerdem können, obwohl spezifische Algorithmen mit Bezug auf die hierin dargestellten Flussdiagramme beschrieben sind, alternativ viele andere Methoden zur Implementierung der exemplarischen maschinenlesbaren Anweisungen verwendet sein.
Aspekte der vorliegenden Offenbarung sind mit Bezug auf die veranschaulichten Ausführungsformen ausführlich beschrieben worden; Fachleute werden jedoch erkennen, dass viele Änderungen daran vorgenommen werden können, ohne vom Umfang der vorliegenden Offenbarung abzuweichen. Die vorliegende Offenbarung ist nicht auf die hierin offenbarte genaue Konstruktion und Zusammensetzung beschränkt; alle möglichen Änderungen, Abweichungen und Variationen, die aus der vorstehenden Beschreibungen ersichtlich sind, sind im Rahmen der Offenbarung, wie sie von den beigefügten Ansprüchen definiert ist. Darüber hinaus beinhalten die vorliegenden Konzepte ausdrücklich alle möglichen Kombinationen und Subkombinationen der vorhergehenden Elemente und Merkmale.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 9971945 B2 [0026]
US 9972206 B2 [0026]
US 9139204 B2 [0026]
US 15677649 [0026]

Claims

Ein Verfahren zum Steuern eines automatisierten Fahrbetriebs eines Kraftfahrzeugs, das ein erstes und ein zweites Straßensegment überquert, wobei das Verfahren umfasst: Empfangen von Sensorsignalen, die indikativ für Straßenoberflächenbedingungen des ersten und zweiten Straßenabschnitts sind, von einer Sensorvorrichtung über eine Fahrzeugsteuerung des Kraftfahrzeugs; Bestimmen von ersten und zweiten Straßenreibungswerten des ersten bzw. zweiten Straßenabschnitts über die Fahrzeugsteuerung basierend auf den empfangenen Sensorsignalen; Bestimmen, ob der erste Straßenreibungswert von dem zweiten Straßenreibungswert verschieden ist; als Reaktion darauf, dass der erste Straßenreibungswert von dem zweiten Straßenreibungswert verschieden ist, Bestimmen, ob der erste Straßenreibungswert größer oder kleiner als der zweite Straßenreibungswert ist; Ausführen einer ersten Fahrzeugsteueraktion mit einem Antriebs- und/oder Bremssystem des Kraftfahrzeugs über die Fahrzeugsteuerung, als Reaktion darauf, dass der erste Straßenreibungswert größer als der zweite Straßenreibungswert ist; und Ausführen einer zweiten Fahrzeugsteueraktion mit einem Antriebs- und/oder Bremssystem des Kraftfahrzeugs über die Fahrzeugsteuerung, als Reaktion darauf, dass der erste Straßenreibungswert kleiner als der zweite Straßenreibungswert ist.
Das Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Ausführen der ersten Fahrzeugsteueraktion beinhaltet: Bestimmen einer gewünschten Fahrzeuggeschwindigkeit an einem Übergangspunkt, an dem sich die Straßenoberflächenbedingungen von dem ersten Straßenreibungswert zu dem zweiten Straßenreibungswert ändern; Bestimmen eines gewünschten Bremsabstands für das Kraftfahrzeug, um die gewünschte Fahrzeuggeschwindigkeit an dem Übergangspunkt zu erreichen, und Übertragen eines Steuersignals mit einer gewünschten Beschleunigung an einen Fahrzeug-Antriebsstrang und/oder ein Fahrzeugbremssystem, um die gewünschte Fahrzeuggeschwindigkeit innerhalb des gewünschten Bremsabstands an dem Übergangspunkt zu erreichen.
Das Verfahren nach Anspruch 2, ferner umfassend das Berechnen der gewünschten Beschleunigung durch Minimieren einer Kostenfunktion von Geschwindigkeits- und Abstandsfehlern J als: $J = \int_{0}^{\propto} (x^{T} Q x + u^{T} R u) d t$
wobei u die gewünschte Beschleunigung ist; u^T ein Transformationsformat der gewünschten Beschleunigung u ist; x^T eine Fehlerzustandsfunktion für die Geschwindigkeit und den Abstand ist; x eine Vektorgröße ist; R und Q definierte Gewichtungsmatrizen sind.
Das Verfahren nach Anspruch 3, wobei die Fehlerzustandsfunktion für die Geschwindigkeit und den Abstand x^T als Funktion bestimmt wird: $X^{T} = [\begin{matrix} x 1 & x 2 \end{matrix}] = [\begin{matrix} d_{d} - d & v_{d} - v \end{matrix}]$
wobei x1 ein Abstandsfehlerzustand ist; x2 ein Geschwindigkeitsfehlerzustand ist; v_d die gewünschte Geschwindigkeit ist; v eine aktuelle Fahrzeuggeschwindigkeit ist; d ein aktueller Fahrzeugabstand zu einem Zielfahrzeug vor dem Kraftfahrzeug ist; und d_d ein gewünschter Fahrzeugabstand zu dem Zielfahrzeug ist.
Das Verfahren nach Anspruch 2, ferner umfassend das Bestimmen, ob das Kraftfahrzeug den gewünschten Bremsabstand erreicht hat, wobei das Ausführen der ersten Fahrzeugsteueraktion zusätzlich als Reaktion darauf erfolgt, dass das Kraftfahrzeug den gewünschten Bremsabstand erreicht hat.
Das Verfahren nach Anspruch 2, ferner umfassend: Bestimmen, ob die gewünschte Beschleunigung ein Verzögerungswert ist, der größer als ein maximal zulässiger Verzögerungswert ist; und Übertragen einer Warnmeldung an einen Fahrer des Kraftfahrzeugs, die darauf hinweist, dass der Verzögerungswert unakzeptabel hoch ist, als Reaktion darauf, dass der Verzögerungswert größer als der maximal zulässige Verzögerungswert ist.
Das Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend: Einleiten eines ersten ADAS-Steuerprotokolls, das auf den zweiten Straßenreibungswert kalibriert ist, über die Fahrzeugsteuerung nach Ausführen der ersten Fahrzeugsteueraktion und ungefähr, wenn das Fahrzeug den Übergangspunkt erreicht, und Einleiten eines zweiten ADAS-Steuerprotokolls, das sich vom ersten ADAS-Steuerprotokoll unterscheidet und auf den zweiten Straßenreibungswert kalibriert ist, über die Fahrzeugsteuerung nach Ausführen der zweiten Fahrzeugsteueraktion und ungefähr, wenn das Fahrzeug den Übergangspunkt erreicht hat.
Das Verfahren nach Anspruch 7, ferner umfassend: Bestimmen einer ersten Umschaltzeit, um das erste ADAS-Steuerprotokoll zu initiieren; und Bestimmen einer zweiten Umschaltzeit, um das zweite ADAS-Steuerprotokoll zu initiieren.
Das Verfahren nach Anspruch 7, worin das erste und zweite ADAS-Steuerprotokoll jeweils beinhalten: einen jeweiligen Betriebsbereich für die Fahrzeuggeschwindigkeit; eine jeweilige maximale Fahrzeugbeschleunigung; und eine jeweilige maximale Fahrzeugverzögerung.
Das Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Ausführen der ersten und zweiten Fahrzeugsteueraktionen jeweils das Bestimmen einer jeweiligen gewünschten Fahrzeuggeschwindigkeit an einem Übergangspunkt beinhaltet, an dem sich die Straßenoberflächenbedingungen von dem ersten Straßenreibungswert zu dem zweiten Straßenreibungswert ändern, wobei die gewünschte Fahrzeuggeschwindigkeit berechnet wird als: $V_{d} (μ_{p}) = min (\begin{matrix} V_{s e t}, & V_{s p d_{l i m i t}} + Δ1, & V_{m a x s p d (μ_{p})} \end{matrix})$
wobei V_d(µ_p) die gewünschte Fahrzeuggeschwindigkeit ist; V_set eine vom Bediener eingestellte Fahrzeuggeschwindigkeit ist; V_spdlimit eine gesetzliche Geschwindigkeitsbegrenzung des zweiten Straßenabschnitts ist; Δ1 eine Geschwindigkeitstoleranz ist; und V_maxspd(µp) eine kalibrierte Höchstgeschwindigkeit für den Straßenoberflächenzustand des zweiten Straßenabschnitts ist.