DE19704890B4

DE19704890B4 - Verfahren und Vorrichtung zum Ermitteln der Relativgeschwindigkeit eines Fahrzeugs

Info

Publication number: DE19704890B4
Application number: DE19704890A
Authority: DE
Inventors: Alfred Eckert
Original assignee: Continental Teves AG and Co OHG
Current assignee: Continental Teves AG and Co OHG
Priority date: 1997-02-10
Filing date: 1997-02-10
Publication date: 2010-07-22
Anticipated expiration: 2017-02-11
Also published as: DE19704890A1

Abstract

Vorrichtung zum Ermitteln der Relativgeschwindigkeit eines Fahrzeugs zu einem oder mehreren vorausfahrenden Fahrzeugen, mit einem Infrarot- oder Radarsensor (21) zum Ermitteln der Relativgeschwindigkeit des Fahrzeugs, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (30, 31a, 33a, 32a) zum Differenzieren der gemessenen Relativgeschwindigkeit, durch eine Einrichtung (34 bis 36) zum Vergleichen des differenzierten Werts der gemessenen Relativgeschwindigkeit mit einem Grenzwert zur Überprüfung der gemessenen Relativgeschwindigkeit auf Plausibilität und durch eine Umschalteinrichtung (38a), die dann, wenn die gemessene Relativgeschwindigkeit als plausibel festgelegt wird, diese und ansonsten einen verarbeiteten Wert der Relativgeschwindigkeit durchschaltet.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Ermitteln der Relativgeschwindigkeit eines Fahrzeugs zu einem oder mehreren vorausfahrenden Fahrzeugen gemäß den Oberbegriffen der unabhängigen Ansprüche.
In modernen Fahrzeugregelungen wird die Relativgeschwindigkeit eines Fahrzeugs durch Sensoren gemessen. Insbesondere wird dabei die Relativgeschwindigkeit des eigenen Fahrzeugs zu einem oder mehreren vorausfahrenden Fahrzeugen gemessen. Im Sinne dieser Anmeldung umfaßt dabei der Ausdruck ”Relativgeschwindigkeit” auch die Bestimmung von Geschwindigkeiten des eigenen Fahrzeugs bezüglich beliebiger Hindernisse. Diese Hindernisse können entweder vorausfahrende Fahrzeuge sein, feste Hindernisse auf der Fahrbahn, langsamer Kolonnenverkehr usw. Die ermittelte Relativgeschwindigkeit wird in sog. ICC-Systemen (ICC = Intelligent Cruise Control) zur Erzeugung von Soll- und Führungsgrößen verwendet. So können beispielsweise Sollgeschwindigkeiten, Sollbeschleunigungen oder Sollabstände nach Maßgabe einer Relativgeschwindigkeit erzeugt werden. Ausführliche Darstellungen zu ICC-Systemen befinden sich in der DE 196 54 769 A1 vom gleichen Anmelder, deren Gehalt hiermit vollinhaltlich in diese Anmeldung mit einbezogen wird.
Eine ICC-Komponente, die die Relativgeschwindigkeit des eigenen Fahrzeugs als Eingangsgröße verwendet, ist die Fahrzeugfolgeregelung. Bei ihr wird die Längsdynamik des eigenen Fahrzeugs u. a. nach Maßgabe des Verhaltens eines vorausfahrenden Fahrzeugs geregelt. Das vorausfahrende Fahrzeug wird dabei durch einen Sensor im eigenen Fahrzeug erfaßt. Insbesondere wird dessen Relativgeschwindigkeit durch Sensoren gemessen. Solche Sensoren können Radargeräte oder Infrarotsensoren sein. Die Relativgeschwindigkeit ergibt sich beispielsweise aus der Untersuchung der Dopplerverschiebung zwischen ausgesandtem und reflektiertem Signal. Die so bestimmte Relativgeschwindigkeit wird im Sinne dieser Anmeldung als ”gemessene Relativgeschwindigkeit” bezeichnet, wobei der gemessene Wert auch noch bestimmte Filterungen zum Herausfiltern elektrischer Störungen etc. durchlaufen haben kann.
Die Offenlegungsschrift DE 26 23 643 A1 offenbart ein Verfahren zum autarken Regeln des Sicherheitsabstandes eines Fahrzeuges zu vorausfahrenden Fahrzeugen und eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens. Zur Ermittlung der Relativgeschwindigkeit werden Radarsensoren vorgeschlagen.
Die DE 42 31 192 A1 zeigt eine Fahrgeschwindigkeitsmeßeinrichtung zum Erfassen der Bodengeschwindigkeit eines Fahrzeugs in bezug auf eine vom Fahrzeug befahrene Fahrbahn.
Es hat sich gezeigt, daß die gemessene Relativgeschwindigkeit immer wieder deutliche Sprünge aufweist, die z. B. durch Fehlmessungen aufgrund überlappender Ziele oder Änderungen in der Objektstruktur, erklärbar sind. 1 zeigt zwei zeitliche Verläufe, oben ist der zeitliche Verlauf des Abstands s zweier fahrender Fahrzeuge gezeigt, darunter der Verlauf der Relativgeschwindigkeit v. Theoretisch müßte der Wert von v die Ableitung von s nach der Zeit sein. Es zeigt sich jedoch, daß es Zeitpunkte gibt, zu denen diese Beziehung deutlich verletzt ist. 1 zeigt bei ca. 88 s einen plötzlichen Sprung der gemessenen Relativgeschwindigkeit, obwohl der Abstand s in etwa konstant blieb. Abstand s konstant bedeutet jedoch Relativgeschwindigkeit v = 0. Der bei ca. 88 s gezeigte plötzliche Sprung der Relativgeschwindigkeit v entspricht damit nicht der Realität. Solche Sprünge können zustande kommen, weil plötzlich andere Objekte im Gesichtsfeld des Sensors auftauchen, oder aufgrund elektrischer Störungen oder ähnlichem. Solche plötzlichen drastischen Sprünge führen zu starken Auswirkungen auf die nachfolgende ICC-Regelung und sind deshalb von Nachteil.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Ermitteln der Relativgeschwindigkeit eines Fahrzeugs anzugeben, mit denen Fehlbestimmungen der Relativgeschwindigkeit zuverlässig vermieden werden können.
Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst. Abhängige Ansprüche sind auf bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung gerichtet.
Vorgeschlagen wird eine weitere Überprüfung bzw. Verarbeitung des gemessenen Relativgeschwindigkeitssignals. Eine Möglichkeit ist die Tiefpaßfilterung des gemessenen, die Relativgeschwindigkeit darstellenden Signals mittels eines Tiefpaßfilters. Damit können Sprünge, wie sie in 1 gezeigt sind, eliminiert werden. Tiefpaßfilter haben jedoch den Nachteil, daß sie vergleichsweise lange Zeitkonstanten haben und damit zu einer Verlangsamung der Regeldynamik führen.
Eine weiter verbesserte Verarbeitung des gemessenen Relativgeschwindigkeitssignals liegt deshalb darin, den die Relativgeschwindigkeit darstellenden Wert auf seine Plausibilität hin zu überprüfen und dann, wenn ein nicht plausibler Wert festgestellt wird, den Meßwert entweder für ungültig zu erklären oder zu korrigieren. Vorteil dieser Strategie ist es, daß die Plausibilitätsprüfung schnell vollzogen werden kann, so daß beim Auffinden eines nicht plausiblen Werts auch schnell Gegenmaßnahmen ergriffen werden können. Wie bei der Tiefpaßfilterung erhält man dann den Vorteil, daß ein brauchbares Relativgeschwindigkeitssignal entsteht. Darüber hinaus müssen aber nicht die langen Zeitkonstanten einer Tiefpaßfilterung abgewartet werden. Vielmehr gelangt man schnell zu einer brauchbaren Meß- bzw. Regelstrategie.
Vorzugsweise findet die Plausibilitätsprüfung statt, indem der zeitliche Verlauf des gemessenen Werts der Relativgeschwindigkeit betrachtet wird.
Nachfolgend werden einzelne Ausführungsformen der Erfindung Bezug nehmend auf die Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:
1 Phänomene bei der Messung der Relativgeschwindigkeit, wie sie bei bisher bekannten Verfahren und Vorrichtungen auftreten,
2 ein System, in dem die Erfindung angewendet werden kann,
3 eine erfindungsgemäße Vorrichtung, und
4 bis 6 Signalverläufe.
2 zeigt als Blockschaltbild in allgemeiner Form eine moderne Fahrzeugregelung, in der die Erfindung zum Einsatz kommen kann. Mit 21 ist dabei eine Einrichtung bezeichnet, mit der Beziehungen zu einem vorausfahrenden Fahrzeug erfaßt werden können. Die Einrichtung kann ein Sensor sein, insbesondere ein Radar- oder Infrarotsensor. Mit ihm können der Abstand (anhand der Laufzeit) und/oder die Relativgeschwindigkeit (anhand der Dopplerverschiebung oder Ableitung des Abstands nach der Zeit) zu einem vorausfahrenden Fahrzeug und/oder zu sonstigen Hindernissen auf der Fahrbahn oder am Fahrbahnrand ermittelt werden. Bezugsziffer 22 bezeichnet einen ICC-Regler. Unter anderem empfängt er das Signal vom Sensor 21 und erzeugt Sollwerte für die Getrieberegelung 25 und/oder die Motorregelung 26 und/oder die Bremsregelung 27.
Um Störungen der gemessenen Relativgeschwindigkeit, wie sie anhand von 1 erläutert wurden, zu eliminieren, wird die gemessene Relativgeschwindigkeit bzw. das sie darstellende Signal auf Plausibilität überprüft. Diese Überprüfung kann auf verschiedene Weise erfolgen: Es kann eine Überprüfung auf einen bestimmten Betrag hin erfolgen. Bevorzugt wird jedoch der zeitliche Verlauf der Relativgeschwindigkeit überprüft. Dies kann beispielsweise in der Weise erfolgen, daß die gemessene Relativgeschwindigkeit zyklisch abgefragt wird und der bei der Abfrage ermittelte Wert mit einem früheren Wert verglichen wird. Ist der Betrag der Differenz zwischen beiden Werten größer als ein Schwellenwert, wird ein nicht plausibler Sprung angenommen. Die oben beschriebene Differenzbildung ist ein Ansatz für zeitdiskrete Systeme. Ihm entspricht das Differenzieren der Relativgeschwindigkeit nach der Zeit. Die Ableitung einer Relativgeschwindigkeit nach der Zeit entspricht einer Beschleunigung. Eine Überprüfungsstrategie kann damit sein, die Relativgeschwindigkeit nach der Zeit abzuleiten und zu überprüfen, ob das Ergebnis einen bestimmten Bereich von zulässigen Relativbeschleunigungen verlassen hat. Diese Überprüfung kann analog kontinuierlich oder digital zeitdiskret erfolgen. Das gemessene Relativgeschwindigkeitssignal kann beispielsweise dann für ungültig erklärt werden, wenn der Betrag der bei der Überprüfung ermittelten Relativbeschleunigung einen 1,5 g entsprechenden Wert übersteigt.
Wenn bei der Plausibilitätsprüfung ein nicht plausibler Wert der Relativgeschwindigkeit festgestellt wird, können verschiedene Maßnahmen ergriffen werden:

– Es wird der Regelzustand der Fahrzeugfolgeregelung beibehalten. Erst zu dem Zeitpunkt, zu dem die bei der Plausibilitätsprüfung ermittelte Relativbeschleunigung wieder zulässige Werte eingenommen hat, wird mit der normalen Regelung fortgefahren.
– Wenn die bei der Plausibilitätsprüfung ermittelte Relativbeschleunigung einen Grenzwert überschritten hat, wird der Wert der Relativgeschwindigkeit vor dem Überschreiten des Grenzwerts beibehalten. Mit diesem Wert wird die Fahrzeugfolgeregelung fortgesetzt.
– Sobald der obengenannte Grenzwert überschritten wurde, wird die gemessene Relativgeschwindigkeit anhand des Grenzwerts für die Relativbeschleunigung extrapoliert, bis die bei der Plausibilitätsüberprüfung bestimmte Relativbeschleunigung wieder im zulässigen Bereich liegt. Danach wird die Regelung mit der tatsächlich gemessenen Relativgeschwindigkeit fortgesetzt.

3 zeigt als Blockdiagramm eine Ausführungsform, mit der die zuletzt beschriebene Maßnahme umgesetzt werden kann. Dabei ist eine zeitdiskrete Ausführungsform gezeigt. Der obere Zweig von 3 zeigt die zur Plausibilitätsprüfung durchgeführte Ermittlung eines einer Relativbeschleunigung entsprechenden Wertes sowie dessen Abfrage, der untere Zweig zeigt das ggf. stattfindende Extrapolieren der Relativgeschwindigkeit mit der Grenzbeschleunigung.
Im Addierer 33a (mit einem invertierenden Eingang) wird die Differenz zwischen einem momentanen Meßwert und einem früheren Meßwert, der die Zeitverzögerung 31a durchlaufen hat, gebildet. Die Zeitverzögerung kann dabei der Abtastfrequenz entsprechen. Die Abtastfrequenz kann beispielsweise 20 Hz sein. Die Zeitverzögerung entsprechend T_sample wäre dann 50 ms. Der Ausgang des Addiereres 33a ist ein Maß für die zeitliche Veränderung der gemessenen Relativgeschwindigkeit. Da seine Größe von der Abtastzeit abhängt, wird er mit einem von der Abtastzeit abhängigen Faktor 32a gewertet. Danach erfolgt eine Betragsbildung 34. In der Abfrage 36 wird überprüft, ob die Ausgabe der Betragsbildung 34 größer oder kleiner als ein Grenzwert 35 ist. Die Abfrage 36 kann einen ”digitalen” Ausgangswert liefern, der anzeigt, ob die Abfragebedingung erfüllt ist oder nicht.
Dieses Ausgangssignal wird den Umschaltern 38a und 38b zugeführt, die nach Maßgabe dieses Signals zwischen jeweils zwei Eingängen u2 und u3 umschalten. Die Verschaltung erfolgt dabei so, daß dann, wenn die Ausgabe der Betragsbildung 34 kleiner als der Grenzwert 35 ist, die Umschalter 38a und 38b so schalten, daß das gemessene Relativgeschwindigkeitssignal vom Eingang 30 her durchgeschaltet wird (u2), ansonsten werden Ergebnisse der Signalverarbeitung (u3) auf den Ausgang 39 geschaltet.
Im Addierer 33b wird die Differenz gebildet zwischen dem Meßwert am Signaleingang 30 und einem Signal, das letztendlich einem alten Wert entspricht (über Umschalter 38a, Eingang u3 und Verzögerung 31b). Die Differenz wird mit einem Faktor 32b bewertet, der wiederum die Abtastzeit T_sample berücksichtigt. An seinem Ausgang liegt dann ein einer Beschleunigung entsprechender Wert an. Das Ergebnis wird im Begrenzer 37 begrenzt. Dessen Ausgang wird einer Struktur zugeführt, die letztendlich einer Integration entspricht. Dadurch wird ein Wert, der dem Grenzwert der zulässigen Beschleunigung entspricht, aufintegriert, so daß dadurch die gemessene Geschwindigkeit extrapoliert wird.
Sobald die bei der Plausibilitätsprüfung ermittelte Beschleunigung wieder zulässige Werte eingenommen hat, erfolgt ein Umschalten von den verarbeiteten Werten (Eingang u3 im Umschalter 38a) hin zu den gemessenen Werten (Eingang u2 im Umschalter 38a), so daß dann die Fahrzeugregelung wieder mit der tatsächlich gemessenen Relativgeschwindigkeit erfolgt.
Die 4 bis 6 zeigen die Auswirkungen dieses Verfahrens auf drei sinusförmige Testverläufe der Relativgeschwindigkeit. Die Amplituden der Sinusschwingungen sind dabei unterschiedlich groß, so daß unterschiedliche Steigungen auftreten. Die durchgezogene Linie bezeichnet dabei im oberen Teil der jeweiligen Figuren ein beispielhaft angenommenes und für eine gemessene Relativgeschwindigkeit stehendes Signal am Eingang 30 in 3, während die untere Figur jeweils den Ausgang der Betragsbildung 34 zeigt. Die gestrichelte Linie oben zeigt den Ausgang 39.
In 4 steigt anfänglich die Relativgeschwindigkeit steil an. Dies führt zu einer ermittelten Relativbeschleunigung in 4 unten. Als zulässiger Grenzwert der für die Plausibilitätsprüfung ermittelten Relativbeschleunigung werden 15 m/s² angenommen. Die ermittelte Relativbeschleunigung liegt anfänglich über diesem Wert, so daß die Entscheidungseinrichtung 36 die Umschalter 38a und 38b anfänglich jeweils auf ihren Eingang u3 umschaltet. Somit wird nicht das Eingangssignal am Eingang 30 durchgeschaltet, sondern am Ausgang 39 liegt das extrapolierte Signal an. In 4 oben ist die gestrichelt gezeigt.
Zu einem Zeitpunkt von etwa 0,6 s sinkt die ermittelte Relativbeschleunigung auf einen Wert unterhalb des Schwellenwerts. Dies führt dazu, daß die Entscheidungseinrichtung 36 die Umschalter 38a und 38b dahingehend beeinflußt, daß sie vom Eingang u3 auf u2 umschalten. Dadurch wird das gemessene Signal vom Eingang 30 (Eingang u2 im Umschalter 38a) auf den Eingang 39 geschaltet. Es folgt dann solange direkt dem gemessenen Signal, bis abermals eine Überschreitung des Grenzwerts für die zulässige Relativbeschleunigung erfolgt. Dann wird abermals extrapoliert. In 4 ist dies der Fall etwa für die Zeiten zwischen 1,5 s und 2,6 s, danach ist das gemessene Signal wieder ”gültig” und kann unmittelbar durchgeschaltet werden.
5 zeigt einen Fall, bei dem die Signalamplitude der Sinusschwingung der gemessenen Relativgeschwindigkeit kleiner ist. Überschreitungen der zulässigen Grenzwerte treten deshalb nur kurzzeitig auf, im gezeigten Beispiel etwa zwischen den Zeitpunkten 0 und 0,2 s bzw. 1,8 und 2,2 und 3,8 und 4,2 s. In diesen Zeiten wird extrapoliert. Ansonsten wird das gemessene Signal durchgeschaltet. 6 zeigt abschließend ein Beispiel mit sehr hoher Amplitude der Schwingung der gemessenen Relativgeschwindigkeit. In diesem Beispiel wird das gemessene Signal etwa zwischen den Zeitpunkten 0 und 0,8 s sowie 1,4 und 2,8 s und 3,4 und 4,8 s für ”ungültig” erklärt. Statt dessen wird das extrapolierte Signal verwendet. In den ”gültigen” Zeiträumen (etwa 0,8 bis 1,4 s und 2,8 bis 3,4 s), wird das gemessene Signal durchgeschaltet.
Die beschriebene Vorrichtung und das beschriebene Verfahren können funktional unmittelbar in der Nähe des Sensors bzw. in dessen Bewertungselektronik implementiert sein und ausgeführt werden. Es ist auch möglich, sie funktional in der eigentlichen Motorelektronik bzw. im ICC-Regler zu implementieren bzw. auszuführen. Durch die Erfindung erfolgt eine Verarbeitung des gemessenen Signals (wobei ”gemessen” in diesem Zusammenhang auch ein Signal bezeichnet, das schon Vorverarbeitungen durchlaufen hat). Mit der Verarbeitung werden Sprünge der gemessenen Relativgeschwindigkeit gefiltert bzw. eliminiert, indem das Signal z. B. in geeigneter Weise fortgeschrieben wird.

Claims

Vorrichtung zum Ermitteln der Relativgeschwindigkeit eines Fahrzeugs zu einem oder mehreren vorausfahrenden Fahrzeugen, mit einem Infrarot- oder Radarsensor (21) zum Ermitteln der Relativgeschwindigkeit des Fahrzeugs, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (30, 31a, 33a, 32a) zum Differenzieren der gemessenen Relativgeschwindigkeit, durch eine Einrichtung (34 bis 36) zum Vergleichen des differenzierten Werts der gemessenen Relativgeschwindigkeit mit einem Grenzwert zur Überprüfung der gemessenen Relativgeschwindigkeit auf Plausibilität und durch eine Umschalteinrichtung (38a), die dann, wenn die gemessene Relativgeschwindigkeit als plausibel festgelegt wird, diese und ansonsten einen verarbeiteten Wert der Relativgeschwindigkeit durchschaltet.
Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Extrapolationseinrichtung (30, 31b, 32b, c, 33b, c, 38b), mit der die Relativgeschwindigkeit extrapoliert wird, wenn der gemessene Wert als nicht plausibel festgelegt wird, wobei der extrapolierte Wert als verarbeiteter Wert der Umschalteinrichtung (38a) zugeführt wird.
Fahrzeugfolgeregelung mit einem Infrarot- oder Radarsensor (21) zum Messen der Relativgeschwindigkeit, und einer Regeleinrichtung (22), die nach Maßgabe einer Relativgeschwindigkeit und ggf. weiterer Eingangsgrößen Sollwerte zur Regelung der Längsdynamik des Fahrzeugs erzeugt, gekennzeichnet durch eine Vorrichtung zum Ermitteln der Relativgeschwindigkeit nach Anspruch 1 oder 2.
Verfahren zum Ermitteln der Relativgeschwindigkeit eines Fahrzeugs zu einem oder mehreren vorausfahrenden Fahrzeugen, bei dem die Relativgeschwindigkeit mit einem Infrarot- oder Radarsensor (21) gemessen wird, dadurch gekennzeichnet, daß die gemessene Relativgeschwindigkeit differenziert wird, die Ableitung der gemessenen Relativgeschwindigkeit mit einem Grenzwert oder einem Wertebereich verglichen wird zum Überprüfen der gemessenen Relativgeschwindigkeit auf Plausibilität und die gemessene Relativgeschwindigkeit dann als nicht plausibel festgelegt wird, wenn die Ableitung größer als der Grenzwert ist oder außerhalb des Wertebereichs liegt und die gemessene Relativgeschwindigkeit korrigiert oder ungültig erklärt wird, wenn sie nicht plausibel ist.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß bei nicht plausibler gemessener Relativgeschwindigkeit der Meßwert ignoriert wird und die sonstigen Regelgrößen beibehalten werden.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß bei nicht plausibler gemessener Relativgeschwindigkeit der letzte plausible Wert der Relativgeschwindigkeit verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß bei nicht plausibler gemessener Relativgeschwindigkeit die zuletzt plausible gemessene Relativgeschwindigkeit extrapoliert wird.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Extrapolation anhand einer zulässigen Grenzbeschleunigung erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Relativgeschwindigkeit des eigenen Fahrzeugs zu einem vorausfahrenden Fahrzeug ermittelt wird.