DE19607788A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Steuerung der Annäherung eines Fahrzeugs an ein Hindernis - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zur Steuerung der Annäherung eines Fahrzeugs an ein Hindernis

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Description

Stand der Technik
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung der Annäherung eines Fahrzeugs an ein Hindernis gemäß den Oberbegriffen der unabhängigen Patentansprüche.
Bei der Annäherung eines Fahrzeugs an ein Hindernis, insbesondere im Rahmen eines Einparkvorgangs, kann es beispielsweise durch die eingeschränkte Sicht des Fahrers zu ungewollten Fahrsituationen kommen. Insbesondere bei Nutzfahrzeugen ist beim Rückwärtsfahren der Bereich hinter dem Fahrzeug nicht einsehbar. Zusammen mit Fehleinschätzungen des Abstandes zum Hindernis (insbesondere des Abstandes vom Fahrzeug zu Laderampen) durch den Fahrer kann es zu Fahrzeugbeschädigungen oder gar zu Personenschäden kommen, wenn der Fahrer eine hinter dem Fahrzeug sich befindende Person nicht bemerkt.
Aus diesem Grunde wurden Einparkhilfen entwickelt, bei denen der Abstand des Fahrzeugs zum nächsten Hindernis mittels Abstandsmesser (auf Ultraschall- oder Laserbasis) ermittelt wird und dem Fahrer optisch und/oder akustisch angezeigt wird (vgl. z. B. DE 35 03 352 A1). Eine weitere Verbesserung dieser Lösungen wird in der DE 31 21 684 A1 gezeigt. Dort wird ein Fahrzeug mit mehreren Abstandsmessern beschrieben, wobei während der Annäherung an ein Hindernis die Fahrzeugumgebung, d. h. der Abstand zum Hindernis, dem Fahrer laufend angezeigt und automatisch auf Antriebs- oder Bremssteuereinheiten eingewirkt wird. Dadurch soll die Fahrzeugbewegung rechtzeitig vor Berühren eines Hindernisses beeinflußt werden und auf diese Weise die Berührung vermieden werden. Konkrete Maßnahmen bezüglich des Eingriffs in die Antriebs- oder Bremssteuereinheiten des Fahrzeugs werden nicht vorgeschlagen.
Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung des Annäherungsvorgangs an ein Hindernis durch ein Fahrzeug mit Eingriff in die Motorsteuerung und/oder Bremsensteuerung anzugeben.
Dies wird durch die kennzeichnenden Merkmale der unabhängigen Patentansprüche erreicht.
Vorteile der Erfindung
Durch die erfindungsgemäße Lösung wird der Fahrer bei Annäherung an ein Hindernis wirkungsvoll entlastet und die Annäherung selbst sicher ausgestaltet. Fehleinschätzungen des Abstands zum Hindernis, die beispielsweise zu Fahrzeugbeschädigungen führen können, werden vermieden.
Besonders vorteilhaft ist, daß in Verbindung mit einem Abstandsmesser Eingriffe in die Motorleistung des Fahrzeugs und in die Bremsanlage vorgenommen werden. Dadurch kann der Fahrer auch in unübersichtlichen Situationen mit minimaler Geschwindigkeit sicher an das Hindernis heranfahren.
Besonders vorteilhaft ist die Anwendung der erfindungsgemäßen Lösung nur bei Rückwärtsfahrt.
Als zweckmäßig hat sich eine Vorgehensweise erwiesen, nach der innerhalb eines ersten Abstandsbereichs zum Hindernis nur die Motorleistung beeinflußt wird, im Sinne einer Begrenzung der Fahrgeschwindigkeit. In einem zweiten Abstandsbereich bis zum Hindernis erfolgt ein Bremseneingriff, durch den ein Annähern des Fahrzeugs mit minimaler Geschwindigkeit an das Hindernis ermöglicht wird. Vorteilhaft dabei ist, daß der Fahrer die Einstellung von Motorleistung und Bremse nicht fein dosiert vornehmen muß, sondern sich auf die jeweilige Fahrsituation konzentrieren kann.
Eine vorteilhafte Ergänzung besteht in einem Taster, durch den der Fahrer im zweiten Abstandsbereich bei minimaler Geschwindigkeit an das Hindernis heranfahren kann.
Der Eingriff in die Bremse des Fahrzeugs erfolgt dabei mit einem elektrisch gesteuerten Bremssystem, ist aber auch in Verbindung mit einer Bremsanlage mit Antriebsschlupfregelung, bei der Bremsdruck auf- und abgebaut wenigstens an einer Antriebsachse werden kann, möglich.
Besonders vorteilhaft ist die Kommunikation zwischen Bremsensteuerung und Motorsteuerung über ein Bussystem (z. B. CAN).
Weitere Vorteile ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen bzw. aus den abhängigen Patentansprüchen.
Zeichnung
Die Erfindung wird nachstehend anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsformen näher erläutert. Dabei zeigt Fig. 1 ein Blockschaltbild eines Steuersystems für ein Fahrzeug, bei dem die anhand des Flußdiagramms nach Fig. 2 dargestellte erfindungsgemäße Lösung eingesetzt wird. In Fig. 3 schließlich sind Zeitdiagramme dargestellt, die die Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Lösung am Beispiel einer typischen Situation verdeutlichen.
Beschreibung von Ausführungsbeispielen
In Fig. 1 ist ein Steuersystem für ein Kraftfahrzeug dargestellt, welches wenigstens auf die Motorleistung und die Bremsanlage des Fahrzeugs eingreift. Ein derartiges System umfaßt wenigstens zwei Steuereinheiten 10 und 12, die zur Steuerung der Bremsanlage und der Motorleistung des Fahrzeugs dienen. Diese Steuereinheiten sind über ein Kommunikationssystem 14 (z. B. CAN) zum Informations- und Datenaustausch verbunden. Über wenigstens eine Ausgangsleitung 16 steuert die Steuereinheit 12 die Leistung der Antriebseinheit des Fahrzeugs durch Einstellen entsprechender Stellelemente 18 zur Luft-, Kraftstoffzumessung und/oder zur Zündwinkelverstellung. Entsprechend werden die einzelnen Radbremsen 20 bis 22 des Fahrzeugs von einer oder mehreren Steuereinheiten 24 betätigt, die über ein Kommunikationssystem 26 mit der Steuereinheit 10 verbunden sind. Das Kommunikationssystem 26 ist im bevorzugten Ausführungsbeispiel mit dem Kommunikationssystem 14 identisch. Die Steuereinheiten 24 steuern dabei den von der Steuereinheit 10 ermittelten Sollwert in den Radbremsen 20 bis 22 durch entsprechende Betätigung von Ventilen (bei hydraulischen oder pneumatischen Bremsanlagen) beziehungsweise durch entsprechende Ansteuerung von Stellern (bei elektromechanischen Bremsanlagen) ein. Dabei kann es sich bei der Steuereinheit 10 entweder um eine Steuereinheit zur elektrischen Steuerung der Bremsanlage oder um ein Steuergerät zur Durchführung einer Antiblockier- und Antriebsschlupfregelung handeln. Entsprechend kann es sich bei der Steuereinheit 12 um eine elektronische Motorsteuerung für Otto-, Diesel- oder Elektromotoren handeln. Ferner werden den Steuereinheiten 10 bzw. 12 über Eingangsleitungen Betriebsgrößen der Antriebseinheit, der Bremsanlage und/oder des Fahrzeugs zugeführt. So ist im bevorzugten Ausführungsbeispiel die Steuereinheit 10 über das Kommunikationssystem 14 mit einer Steuereinheit 30a zur Abstandsmessung verbunden, über eine Eingangsleitung 32 mit einer Meßeinrichtung zur Erfassung der Bremspedalbetätigung 34, über eine Eingangsleitung 36 mit einem Taster 38, über Eingangsleitungen 40 bis 42 mit Meßeinrichtungen 44 bis 46 zur Erfassung weiterer Betriebsgrößen des Fahrzeugs oder der Bremsanlage wie Fahrzeuggeschwindigkeit, Achslasten, etc. Die Steuereinheit 24 zur Steuerung der Radbremsen 20 bis 22 ist über Eingangsleitungen 48 bis 50 mit Meßeinrichtungen 52 bis 54 zur Erfassung der radspezifischen Betriebsgrößen wie beispielsweise Radgeschwindigkeiten, der jeweils eingesteuerte Bremsdruck, etc. verbunden. Die Steuereinheit 12 zur Steuerung der Antriebsleistung des Motors ist über eine Eingangsleitung 56 mit einer Meßeinrichtung 58 zur Erfassung der Stellung eines Fahrpedals verbunden, über eine Eingangsleitung 60 mit einer Meßeinrichtung 62 zur Erfassung der Gangstellung und über weitere Eingangsleitungen 64 bis 66 mit Meßeinrichtungen 68 bis 70 zur Erfassung weiterer Betriebsgrößen der Antriebseinheit und/oder des Fahrzeugs, wie Motordrehzahl, Motortemperatur, etc., die zur Steuerung der Antriebsleistung ausgewertet werden. Über das Kommunikationssystem 14, 26 können die Steuereinheiten 10, 12 und 24 die erfaßten Daten oder daraus abgeleitete Berechnungsergebnisse untereinander austauschen.
Im bevorzugten Ausführungsbeispiel handelt es sich bei der Steuereinheit 30 um einen sogenannten Rückfahrwarner, der über eine Leitung 74 mit einer Ultraschallmeßeinrichtung 30b zur Messung der Entfernung zum Hindernis verbunden ist. Ferner ist sie über eine Leitung 76 mit einer Anzeigevorrichtung 72 verbunden, über die dem Fahrer bei Annäherung an das Hindernis der Abstand akustisch oder optisch angezeigt wird. In anderen vorteilhaften Ausführungsbeispielen handelt es sich bei der Meßeinrichtung 30 um eine Meßeinrichtung zur Abstandsmessung, die auf einem anderen Meßprinzip (Laser, Radar, etc.) beruht. Zur Auswertung des Abstandssignals und zur Bildung der Steuergrößen ist die Steuereinheit 30a mit einem Mikrocomputer ausgestattet.
Im Falle eines elektrisch gesteuerten Bremssystems steuert die Steuereinheit 10 die Bremsanlage des Fahrzeugs abhängig vom Fahrerbremswunsch, im Falle eines ABS/ASR-Systems in den entsprechenden Betriebssituationen. Entsprechend steuert die Steuereinheit 12 die Leistung der Antriebseinheit abhängig von dem aus der Fahrpedalbetätigung abgeleiteten Fahrerwunsch. Bei Annäherung des Fahrzeugs an ein Hindernis, insbesondere bei Rückwärtsfahrt, steuern die Steuereinheiten 10 und 12 Bremsanlage und Antriebsleistung abhängig vom ermittelten Abstand zum Hindernis. Dieser wird durch die Meßeinrichtung 30b bzw. der Steuereinheit 30a erfaßt. In einem ersten Abstandsbereich, beispielsweise bei Abständen kleiner als ein Meter, wird über die Steuereinheit 12 die Leistung der Antriebseinheit reduziert, so daß ein vorgegebener Fahrgeschwindigkeitswert (z. B. 3 km/h) nicht überschritten wird. Unterschreitet der Abstand einen zweiten Grenzwert, z. B. 0,5 m wird zusätzlich durch die Steuereinheit 10 an den Radbremsen Bremskraft aufgebaut. In einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel kann der Fahrer durch Betätigen eines Tasters den Abstand bei minimaler Geschwindigkeit weiter reduzieren. Parallel dazu wird der Fahrer durch eine optische und/oder akustische Anzeige über den jeweiligen Abstand informiert. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel erfolgt die Druckeinsteuerung derart, daß das Fahrzeug anhält. Selbstverständlich muß der Fahrer durch Betätigen der Kupplung bei einem Handschaltgetriebe ein Ausgehen des Motors verhindern. Bei Betätigen des Taster wird der eingesteuerte Bremsdruck wieder abgebaut.
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Steuerung ist in Fig. 2 anhand eines Flußdiagramms dargestellt. Dieses Flußdiagramm repräsentiert ein in einem Mikrocomputer ablaufendes Programm, beispielsweise in einem Mikrocomputer der Steuereinheit 30a. Die Steuereinheit 30a ist in einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel in die Steuereinheit 10 oder 12 integriert, wobei das dargestellte Programm dann in einem der Mikrocomputer dieser Steuereinheiten abläuft.
Der in Fig. 2 dargestellte Programmteil wird in vorgegebenen Zeitintervallen (beispielsweise alle 10 bis 100 msec) eingeleitet. Im ersten Schritt 100 werden die notwendigen Betriebsgrößen, Gangstellung, Abstand, Fahrzeuggeschwindigkeit und die Stellung eines Tastschalters eingelesen. Daraufhin wird im Abfrageschritt 102 anhand des Gangstellungssignals überprüft, ob das Fahrzeug rückwärts fährt. Ist dies nicht der Fall, wird der Programmteil beendet und mit dem nächsten Zeitintervall wiederholt. Befindet sich der Gang jedoch in Rückwärtsstellung, wird im Abfrageschritt 104 abgefragt, ob der Abstand kleiner als ein vorgegebener erster Grenzwert X, beispielsweise 1 m, ist. Ist dies nicht der Fall, wird gemäß Schritt 106 der ermittelte Abstand dem Fahrer optisch und/oder akustisch angezeigt und der Programmteil beendet. Ist der Abstand kleiner als der vorgegebene erste Wert X, so wird im darauffolgenden Abfrageschritt 108 überprüft, ob er kleiner als ein zweiter vorgegebener Wert Y ist. Dieser Wert ist beispielsweise 0,2 bis 0,5 Meter. Ist dies nicht der Fall, d. h. befindet sich das Fahrzeug in einem Abstandsbereich zwischen den Werten X und Y, so wird gemäß Schritt 110 überprüft, ob die Fahrzeuggeschwindigkeit größer als ein vorgegebener Wert Z1 ist. Dieser Wert ist in einem bevorzugten Ausführungsbeispiel 3 km/h. Übersteigt die Fahrzeuggeschwindigkeit diesen Wert nicht, so wird mit Schritt 106 fortgefahren und die Motorleistung nach Maßgabe des Fahrerwunsches eingestellt. Übersteigt die Fahrzeuggeschwindigkeit den Grenzwert Z1, so wird gemäß Schritt 112 die Motorleistung im Sinne eines Einhaltens des Geschwindigkeitsgrenzwertes unabhängig vom Fahrerwunsch reduziert und mit Schritt 106 fortgefahren. Wurde im Schritt 108 ermittelt, daß der Abstand kleiner als der Wert Y ist, so wird gemäß Schritt 114 Bremskraft in den Radbremsen aufgebaut.
Für die Realisierung dieser Betriebsphase sind zwei Wege denkbar. Der erste Weg besteht darin, daß soviel Bremskraft aufgebaut wird, daß das Fahrzeug zum Stehen kommt. Der Fahrer kann dann durch Betätigen des Kupplungspedals bei einem Handschaltgetriebe und gegebenenfalls durch Betätigung des Tasters oder des Fahrpedals das Fahrzeug in diesem Betriebsbereich mit minimaler Geschwindigkeit an das Hindernis heranführen. Dabei wird bei Betätigung des Tasters oder des Fahrpedals die Bremskraft abgebaut und die Motorleistung etwas erhöht, bis ggf. die Fahrgeschwindigkeit auf einen zweiten Grenzwert Z2 begrenzt wird. In einer anderen vorteilhaften Ausführungsform wird gerade soviel Bremskraft aufgebaut, daß das Fahrzeug mit einer Minimalgeschwindigkeit fährt. Bei Betätigen des Fahrpedals bzw. des Tasters wird durch Steuerung von Bremskraft und Motorleistung das Fahrzeug an das Hindernis herangeführt, ohne daß die vorgegebene Minimalgeschwindigkeit Z2 (z. B. 1 km/h) überschritten wird.
In dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel wird im Schritt 116 überprüft, ob der Taster betätigt ist. Ist dies nicht der Fall, wird nach dem Schritt 114 Bremsdruck aufgebaut. Das Fahrzeug wird zum Stehen gebracht. Ist der Taster betätigt, wird gemäß Schritt 118 die ggf. aufgebrachte Bremskraft gesenkt, so daß sich das Fahrzeug durch Betätigen des Fahrpedals oder durch automatische Leitungssteuerung in Richtung Hindernis bewegt. Im darauffolgenden Abfrageschritt 120 wird überprüft, ob die Fahrzeuggeschwindigkeit den vorgegebenen Grenzwert Z2 überschreitet. Ist dies der Fall, wird bei betätigtem Taster bzw. Fahrpedal gemäß Schritt 122 die Motorleistung wieder reduziert und gegebenenfalls Bremskraft aufgebaut. Nach Schritt 122 wird wie nach Schritt 114 mit Schritt 106 fortgefahren.
Die erfindungsgemäße Lösung ist in Fig. 3 anhand von Zeitdiagrammen verdeutlicht. Dabei zeigt Fig. 3a den zeitlichen Verlauf des Abstands, Fig. 3b den der Fahrzeuggeschwindigkeit, Fig. 3c den der Motorleistung, Fig. 3d den des Bremsdrucks und Fig. 3e den des Tastschaltsignals. Bis zu einem Zeitpunkt T0 bewege sich das Fahrzeug in Richtung des Hindernisses bei einer vom Fahrer gesteuerten Motorleistung und Fahrzeuggeschwindigkeit. Zum Zeitpunkt T0 werde der Abstand X unterschritten. Danach wirkt die erfindungsgemäße Lösung. Allgemein ist zu beachten, daß die Steuerung der Motorleistung weiterhin vom Fahrer durch Betätigen von Kupplung und Fahrpedal erfolgt. Die erfindungsgemäße Lösung setzt diesem Fahrereinfluß gewisse Grenzen. Ebenso kann der Fahrer jederzeit das die Fahrzeugbremsen in jedem gewünschten Ausmaß betätigen. Ist der Abstand X unterschritten, wird die Fahrzeuggeschwindigkeit unter entsprechender Regelung der Motorleistung auf den Grenzwert Z1 begrenzt, wenn durch den Fahrer eine größere Fahrgeschwindigkeit vorgegeben würde. Zum Zeitpunkt T1 unterschreitet der Abstandswert den Wert Y. Zu diesem Zeitpunkt wird Bremskraft gemäß Fig. 3d aufgebaut. Das Fahrzeug hält (Geschwindigkeit Null), die Motorleistung entspricht (durch entsprechende Steuerung durch den Fahrer) im wesentlichen der Leerlaufleistung. Der Fahrer betätigt zum Zeitpunkt T11 den Taster entsprechend Fig. 3e. Dadurch wird die Bremskraft wieder abgebaut und (bei Betätigen des Fahrpedals oder automatisch) die Motorleistung erhöht. Das Fahrzeug bewegt sich mit minimaler Geschwindigkeit in Richtung Hindernis. Gegebenenfalls wird zum Einhalten der minimalen Geschwindigkeit in dieser Betriebsphase Bremskraft auf- und abgebaut. Zum Zeitpunkt T12 wird der Taster gelöst, Bremsdruck wieder aufgebaut und das Fahrzeug zum Stehen gebracht. Zum Zeitpunkt T13 wird der Taster wieder betätigt, Bremsdruck abgebaut und die ggf. die Motorleistung erhöht. Zum Zeitpunkt T2 sei das Hindernis erreicht, so daß der Taster losgelassen wird und das Fahrzeug durch Aufbau von Bremskraft zum Stehen gebracht wird.
In einem anderen vorteilhaften Ausführungsbeispiel wird gerade soviel Bremskraft aufgebaut, daß das Fahrzeug in der zweiten Betriebsphase die zum Erreichen des Hindernis eine Grenzfahrzeuggeschwindigkeit nicht überschritten wird.
Ferner wird in einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel der Bremskraftabbau nicht von einem Taster, sondern abhängig von einen, das losgelassene und das betätigte Fahrpedal kennzeichnende Schaltsignal eingeleitet.

Claims (10)

1. Verfahren zur Steuerung der Annäherung eines Fahrzeugs an ein Hindernis, wobei der Abstand zum Hindernis erfaßt und abhängig vom Abstand in die Leistung der Antriebseinheit und/oder die an den Radbremsen erzeugte Bremskraft eingegriffen wird, dadurch gekennzeichnet, daß in einem ersten Abstandsbereich bei Annäherung an das Hindernis die Motorleistung beeinflußt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß durch Beeinflussung der Motorleistung eine vorgegebene Mindestgeschwindigkeit nicht überschritten wird.
3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, daß bei Erreichen eines zweiten Abstandsbereichs Bremskraft in den Radbremsen aufgebaut wird.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Abstandsbereich das Hindernis nicht einschließt.
5. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zweite Abstandsbereich näher zum Hindernis liegt als der erste.
6. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Taster vorgesehen ist, mit dessen Hilfe der Fahrer im zweiten Abstandsbereich den Abstand zum Hindernis verkürzen kann, wobei die aufgebaute Bremskraft geändert und/oder die Antriebsleistung gesteuert wird.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückwärtsfahrt des Fahrzeugs erkannt wird und die Steuerung der Annäherung nur bei erkannter Rückwärtsfahrt vorgenommen wird.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, eine elektronische Motorleistungssteuerung und eine elektronische Bremsensteuerung oder eine ABS-ASR-Steuereinheit vorgesehen ist.
9. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß im zweiten Abstandsbereich eine vorgegebene Minimalgeschwindigkeit nicht überschritten wird.
10. Vorrichtung zur Steuerung der Annäherung eines Fahrzeugs an ein Hindernis, mit einer Meßeinrichtung, die den Abstand des Fahrzeugs zum Hindernis erfaßt, mit einer Steuereinheit zur Steuerung der Fahrzeugbremsen und mit einer Steuereinheit zur Steuerung der Leistung der Antriebseinheit des Fahrzeugs, wobei abhängig vom Abstand zum Hindernis die Steuereinheiten die Leistung und die Bremsanlage steuern, dadurch gekennzeichnet, daß in einem ersten Abstandsbereich zum Hindernis die Leistung der Antriebseinheit des Fahrzeugs beeinflußt wird.
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