DE10019190A1 - Verfahren zur adaptiven Abstands- und/oder Fahrgeschwindigkeitsregelung bei einem Kraftfahrzeug - Google Patents

Verfahren zur adaptiven Abstands- und/oder Fahrgeschwindigkeitsregelung bei einem Kraftfahrzeug

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Abstract

Verfahren zur adaptiven Abstands- und/oder Fahrgeschwindigkeitsregelung bei einem Kraftfahrzeug, wobei wenigstens in einem ersten Betriebsmodus ein Motor (14) des Kraftfahrzeugs und in einem zweiten Betriebsmodus eine Bremse (14) des Kraftfahrzeugs in Abhängigkeit von einer eine Beschleunigung repräsentierenden Größe (a¶Soll¶) ansteuerbar ist, wobei die die Sollbeschleunigung repräsentierende Größe (a¶Soll¶) wenigstens in Abhängigkeit von wenigstens einem Basiswert (a¶BaseMax¶, a¶BaseMin¶) gebildet und/oder begrenzt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur adaptiven Abstands- und/oder Fahrgeschwindigkeitsregelung bei einem Kraftfahrzeug nach dem Oberbegriff des Hauptanspruchs. Gattungsgemäße Regelsysteme werden beispielsweise auch als Adaptive-Cruise-Control-System (ACC-System) bezeichnet.
Stand der Technik
Aus dem SAE-Paper 961010 (SAE Technical Paper Series 961010, International Congress & Exposition, Detroit, February 26-­ 29, 1996, "Adaptive Cruise Control System - Aspects an Development Trends", Winner, Witte, Uhler, Lichtenberg, Robert Bosch GmbH) ist ein auf Radarbasis basierendes ACC- System bekannt. Hierbei ist der mehrzielfähige Radarsensor an der Frontseite eines Kraftfahrzeugs angebracht, um Abstände und Relativgeschwindigkeiten zu vorausfahrenden Fahrzeugen zu bestimmen. Die von dem Radarsystem ermittelten Daten werden über ein Bussystem einer Kontrolleinheit zugeführt. Diese Kontrolleinheit bestimmt anhand der übermittelten Radardaten und des Fahrerwunsches eine entsprechende Beschleunigungsanforderung, die wiederum an eine Längsregeleinheit übermittelt wird. Die Längsregeleinheit steuert entsprechend der Beschleunigungsanforderung der Kontrolleinheit Aktuatoren an. Diese Aktuatoren können der Motor des Kraftfahrzeugs, die Kupplung oder die Bremsen des Kraftfahrzeugs sein. Aufgrund der entsprechenden Ansteuerung der Aktuatoren wird sich ein bestimmtes Verhalten des Kraftfahrzeugs ergeben, dass wiederum auf die Kontrolleinheit rückgekoppelt ist und somit eine Regelschleife bildet. In Abhängigkeit von der entsprechenden Beschleunigungsanforderung wird entweder der Antriebsstrang oder die Bremsen aktiviert. Bei dieser Auswahl wird eine geschätzte Steigung des Fahrweges berücksichtigt. Zusätzlich müssen die Grenzen bzw. die physikalischen Limitierungen des Antriebsstrangs und des Bremssystems bekannt sein oder müssen entsprechend berechnet werden.
Vorteile der Erfindung
Ein Verfahren zur adaptiven Abstands- und/oder Fahrgeschwindigkeitsregelung bei einem Kraftfahrzeug, wobei wenigstens in einem ersten Betriebsmodus ein Motor (14) des Kraftfahrzeugs und in einem zweiten Betriebsmodus eine Bremse (14) des Kraftfahrzeugs in Abhängigkeit von einer eine Beschleunigung repräsentierenden Größe (aSoll) ansteuerbar ist, ist dadurch weitergebildet, dass die die Sollbeschleunigung repräsentierende Größe (aSoll) wenigstens in Abhängigkeit von wenigstens einem Basiswert (aBaseMax, aBaseMin) gebildet und/oder begrenzt wird. Eine bevorzugte Ausgestaltung sieht vor, dass die zeitliche Änderung der die Sollbeschleunigung repräsentierende Größe (aSoll) in positiver und in negativer Richtung in Abhängigkeit von bestimmbaren Grenzwerten (aMinus, aPlus) begrenzbar ist, wobei es weiterhin vorteilhaft ist, dass bei der Begrenzung der die Sollbeschleunigung repräsentierenden Größe (aSoll) die Zykluszeit (dt) eines Steuergerätes (10) und/oder eines Reglers (13) berücksichtigt wird.
Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird besonders effektiv ein "Fahrzeugruckeln" bei der Ansteuerung von Motorsteuerung und Bremse (hier: Subsysteme) verhindert. Durch Addition/Subtraktion eines bestimmten Betrags auf die Basiswerte wird eine ruckfreie Beschleunigungsänderung erzielt. Unter einem Ruck ist hierbei die zeitliche Änderung der Beschleunigung zu verstehen. Es ist besonders vorteilhaft, dass externe und interne Beschleunigungsanforderungen durch eine entsprechende Vorgabe von Basiswerten umsetzbar sind. Ebenso sind beispielsweise Hysteresen oder nichtstellbare Bereiche in den Subsystemen durch die Definition entsprechender Basiswerte realisierbar, ohne dass für diese Betriebszustände eine aufwendige/zusätzliche Sonderbehandlung erforderlich, ist.
Beschreibung von Ausführungsbeispielen
Fig. 1 zeigt eine Regelschleife eines Systems zur adaptiven Abstands- und/oder Fahrgeschwindigkeitsregelung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Fig. 2 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel zur Bestimmung von Basiswerten.
Fig. 3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel zur Bestimmung von Basiswerten.
Fig. 1 zeigt eine adaptive Abstands- und/oder Fahrgeschwindigkeitsregelung für ein Kraftfahrzeug. Hierbei stellt eine zentrale Kontrolleinheit 10 (ACC-Controller, ACC-Steuergerät), den zentralen Punkt der Regelung dar. Der Kontrolleinheit 10 werden von einem Radarsensor 11 Geschwindigkeits- und Abstandsdaten vorausfahrender Fahrzeuge übermittelt. Das hier dargestellte Radarsystem 11 basiert auf einer hochfrequenten Mikrowellenstrahlung, kann alternativ aber auch als LIDAR oder Infrarotsensor ausgeführt sein. Hinsichtlich der Radartechnik ist das erfindungsgemäße Verfahren nicht auf einen FMCW-Radar beschränkt, sondern ist auch in Verbindung beispielsweise mit einem nach dem Impulsradarprinzip arbeitenden System einsetzbar. Die von der Radareinheit 11 an die Kontrolleinheit 10 übermittelten Geschwindigkeitsdaten vorausfahrender Fahrzeuge (und auch anderer detektierter Objekte, beispielsweise stehende Objekte am Straßenrand) sind Relativgeschwindigkeitswerte bezogen auf die Geschwindigkeit des eigenen Fahrzeugs. Weiterhin werden der Kontrolleinheit 10 vom Fahrer 12 des Kraftfahrzeugs Signale übermittelt. Diese Signale können beispielsweise Gaspedalstellungen, Bremseingriffe, Lenkbewegungen aber auch Bedienfunktionen für das ACC-System sein. Aus den von dem Fahrer 12 und der Radareinheit 11 gelieferten Daten bestimmt die Kontrolleinheit 10 eine Beschleunigungsanforderung, die an eine Längsregeleinheit 13 (Longitudinalcontrol, LOC) übermittelt wird. Die Längsregeleinheit 13 hat den Zweck, die von der Kontrolleinheit 10 übermittelte Beschleunigungsanforderung in entsprechende Ansteuersignale für die Aktuatoren 14 umzusetzen. Die Aktuatoren 14 können im allgemeinen beschleunigende oder verzögernde Mittel sein. Als beschleunigendes Mittel wäre beispielsweise eine Drosselklappenansteuerung denkbar, während als verzögerndes Mittel beispielsweise ein Eingriff in das (aktive) Bremssystem angesehen werden kann. Entsprechend der Ansteuerung der Aktuatoren 14 ergibt sich ein entsprechendes Fahrverhalten des Fahrzeugs 15. Diese aktuellen Fahrzeugzustandsdaten werden von dem Fahrzeug 15 an die Kontrolleinheit 10 übermittelt.
Erfindungsgemäß werden von der Längsregeleinheit 13 die bestimmten Basiswerte aBaseMax und aBaseMin zum ACC- Steuergerät 10 zurückgeführt/rückgekoppelt, was in Fig. 1 durch die Rückkopplung 16 dargestellt ist. Die Basiswerte aBaseMax und aBaseMin werden in der Längsregeleinheit 13 auf Grund von Basiswerten gebildet, die von den Aktuatoren 14 (Motorsteuerung bzw. aktive Bremse/Verzögerungsregler) übermittelt werden (aBaseHystMax/aBaseHystMin).
Aus Komfort- und Sicherheitsgründen soll die Fahrzeugbeschleunigung (und damit die Sollbeschleunigung aSoll) nicht in beliebigen Sprüngen verändert werden, sondern der Ruck (definiert als zeitliche Änderung der Beschleunigung) wird in positiver und negativer Richtung durch die Grenzwerte z. B. aMinus und aPlus beschränkt. Eine neue Sollbeschleunigung wird deshalb im ACC-Regler 10 gemäß
aSoll = MAX (aBaseMin - aMinus.dt, MIN(aSoll, aBaseMax + aPlus.dt))
begrenzt, wobei dt die Zykluszeit des Längsreglers 13 bedeutet und aBaseMin bzw. aBaseMax die Basiswerte darstellen, durch die der Referenzpunkt für die Ruckbegrenzung festgelegt wird.
Diese Basiswerte aBaseMin bzw. aBaseMax berücksichtigen folgende Störgrößen:
  • - Je nach Motorisierung können gewünschte Beschleunigungssollwerte möglicherweise nicht erreicht werden (Steigung, Gang). Eine dauernde Vergrößerung des Sollwertes hat somit nicht die gewünschten Auswirkungen, sondern führt im Gegenteil dazu, dass ein späterer Abbau der Beschleunigung länger dauert. Die Basiswerte aBaseMin bzw. aBaseMax werden entsprechend an die Steigung bzw. die Gangstellung angepaßt.
  • - Es gibt Beschleunigungsbereiche, die nicht realisiert werden können (Schubmoment, minimale Einspritzmenge). Hier sollte eine "bewußte" Auswahl der Sollbeschleunigung durch den ACC-Regler möglich werden. Hierbei werden die Basiswerte aBaseMin bzw. aBaseMax auf spezielle applizierbare Beschleunigungswerte gesetzt.
  • - Bei der Bremsenregelung werden aus Komfortgründen Hysteresen in der Regelung verwendet. Sollwertänderungen wirken sich folglich erst aus, wenn die Änderung diesen Hysteresebereich übersteigt. Hierbei wird bei der Bildung der Basiswerte aBaseMin bzw. aBaseMax der Hysteresebereich berücksichtigt.
  • - Beim Übergang zur Bremsenregelung wird zur Schonung der Bremsanlage und zur Reduktion von Bremslichtflackern eine Einschalthysterese eingeschaltet. Hier wird bei der Bildung der Basiswerte aBaseMin bzw. aBaseMax die Einschalthysterese berücksichtigt.
Deshalb erfolgt die Berechnung eines neuen ACC-Sollwertes (aSoll) nicht allein auf Basis des alten Sollwertes (aSollAlt), sondern der LOC 13 (Längsregler, LogitudinalControl) stellt dem ACC-Regler 10 ein Werte-Paar aBaseMin/aBaseMax zur Verfügung. Die beiden Werte werden wie folgt definiert:
Der Basiswert aBaseMax ist derjenige Wert, den eine vom ACC- Regler 10 vorgegebene Sollbeschleunigung aSoll mindestens überschreiten muss, damit eine positive Beschleunigungsänderung des Fahrzeugs 15 auftritt.
Und entsprechend:
Der Basiswert aBaseMin ist derjenige Wert, den eine vom ACC- Regler 10 vorgegebene Sollbeschleunigung aSoll mindestens unterschreiten muss, damit eine negative Beschleunigungsänderung des Fahrzeugs 15 auftritt.
Zur Berechnung der Basiswerte aBaseMax und aBaseMin wird zunächst ein Steuerungsflag BrakeByACC gebildet. Dieses Flag BrakeByACC wird gesetzt, wenn eine Bremsenanforderung vom ACC-System vorliegt (DCEnable = 1). Das Flag BrakeByACC steuert die Basiswertbildung. Ist es gesetzt, so werden die Basiswerte aBaseMin und aBaseMax aus dem alten Sollwert aSollAlt und der Referenzbeschleunigung und sonst aus dem aktuellen Motormoment berechnet. Für die Bildung von BrakeByACC wird ein Timer BrakeForceDelayTimer mit einer applizierbaren Zeitlänge benötigt. Dieser wird mit Setzen von DCEnable (Ansteuerung der aktiven Bremse: DCEnable = 1) gestartet. Solange das Flag DCEnable gesetzt ist (DCEnable = 1) ist die Ansteuerung für den Antrieb gesperrt. Innerhalb der Laufzeit von BrakeForceDelayTimer hat der Verzögerungsregler bzw. die aktive Bremse Zeit mit der Rücknahme von NoBrakeForce zu reagieren. Das Signal NoBrakeForce ist ein Signal, das von der aktiven Bremse bzw. vom Verzögerungsregler selbständig, beispielsweise im Rahmen einer Eigendiagnose, generiert wird. Das Signal NoBrakeForce wird auf 1 gesetzt, sobald eine verzögernde Wirkung der aktiven Bremse vorliegt, bzw. bleibt auf Null, solange im wesentlichen keine verzögernde Wirkung der aktiven Bremse vorliegt. Während dieser Zeit wird nicht auf den Antriebszweig zurückgeschaltet auch wenn NoBrakeForce gesetzt bleibt.
Fall 1 (Normalfall)
Die Darstellung dieses Falls zeigt Fig. 2: Nach Ansteuerung der aktiven Bremse (DCEnable = 1) reagiert diese mit einem kleinen Zeitverzug durch Rücknahme des Flags NoBrakeForce, das Flag NoBrakeForce wird also mit einem kleinen Zeitverzug auf 1 gesetzt (allgemein auf high level). Der gezeigte Zeitverzug ist darauf zurückzuführen, dass in der aktiven Bremse zunächst ein Druck aufgebaut werden muss, bevor eine verzögernde Wirkung entsteht. Der BrakeForceDelay-Timer wird mit Setzen von DCEnable gestartet und läuft mit einer applizierbaren Zeit. Mit Start des Timers wird auch das Steuerungsflag BrakeByACC gesetzt.
Fall 2 (NoBrakeForce wird nicht von der aktiven Bremse zurückgenommen)
Die Darstellung dieses Falls zeigt Fig. 3: In seltenen Fällen kann es vorkommen, dass die aktive Bremse bzw. der Verzögerungsregler nicht mit dem Aufbau von Bremsdruck auf eine ACC-Anforderung (DCEnable = 1) reagiert. Dies kann z. B. passieren, wenn der ACC-Sollwert (aSoll) den sich durch das Motorschleppmoment ergebenden Beschleunigungswert (aSchlepp) nur knapp unterschreitet, die Ansprechhysteresen der aktiven Bremse aber nicht überschritten werden. In diesem Fall wird nach Ablauf des Timers BrakeForceDelayTimer die Umschaltmöglichkeit auf den Antrieb wieder freigegeben und DCEnable wieder auf Null gesetzt.
Im folgenden werden Regeln zur Bildung der Basiswerte aBaseMax und aBaseMin beschrieben:
  • 1. Bei aktiver Regelung (d. h. im ActiveControl Mode), also im aktiven Regelbetrieb des ACC-Systems, werden die Basiswerte aBaseMin und aBaseMax im Antriebsfall aus dem aktuellen Basiswert aBaseAct und dem letzten Sollwert aSollAlt gebildet:
    aBaseMin = MAX (MIN(aBaseAct, aSollAlt), aBaseAct - aBaseDiff),
    aBaseMax = MIN (MAX(aBaseAct, aSollAlt), aBaseAct + aBaseDiff).
    Hierbei stellt die applizierbare Variable aBaseDiff die maximal zulässige Abweichung zwischen den Basiswerten aBaseMin und aBaseMax dar.
  • 2. Bei allen Übergängen in den Antriebsfall oder in den ActiveControl Mode werden die Basiswerte aBaseMin und aBaseMax auf den aktuellen Basiswert aBaseAct initialisiert:
    aBaseMin = aBaseMax = aBaseAct.
  • 3. Bei Regelung mit Bremseingriff (Ansteuerung der aktiven Bremse bzw. des Verzögerungsreglers) werden die Basiswerte aBaseMin und aBaseMax aus den vom Verzögerungsregler bzw. der aktiven Bremse bereitgestellten Basiswerten aBaseHystMax und aBaseHystMin und dem letzten Sollwert aSollAlt gebildet:
    aBaseMin = MAX (MIN(aBaseHystMin, aSollAlt), aBaseHystMin - aBaseDiff),
    aBaseMax = MIN (MAX(aBaseHystMax, aSollAlt), aBaseHystMax + aBaseDiff).
    Alternativ können die Basiswerte aBaseMin und aBaseMax auf Basis des alten Beschleunigungssollwerts aSollAlt bestimmt werden, sofern vom Verzögerungsregler bzw. der aktiven Bremse die rückgekoppelten Werte aBaseHystMax und aBaseHystMin nicht zur Verfügung gestellt werden:
    aBaseMin = aBaseMax = asollAlt.
  • 4. Wenn der Sollwert aSoll unterhalb der Minimalbeschleunigung des Antriebs liegt, aber der Bremseingriff noch nicht aktiviert ist, wird bei aBaseMin von einem Minimalbeschleunigungswert aMin ein Bremseinschalthysteresewert aBrakeHyst abgezogen:
    aBaseMax = aMin,
    aBaseMin = aMin - aBrakeHyst.
    Die Minimalbeschleunigung aMin ist hierbei die Beschelunigung, die allein durch das im aktuellen Motorzustand maximal mögliche Schleppmoment (aSchlepp) erreicht werden kann. Die Minimalbeschleunigung aMin wird auf Basis des Verlust- oder Reibmoments bzw. der entsprechende Füllung und dem geschätzten Steigungskoeffizient berechnet. Verwendet wird diese Größe bei der Entscheidung, ob ein Wechsel von Antriebssteuerung nach Bremsansteuerung erfolgen soll. Weiterhin wird es im Rahmen der Regelung als Mindestverzögerung angesetzt, so dass keine Sollwertbegrenzung nach unten im Bereich des durch den Antrieb darstellbaren Beschleunigungsbereichs erfolgt.
    Der Bremseinschalthysteresewert aBrakeHyst dient zur Vermeidung von Pendelungen um den Bereich der Minimalbeschleunigung und vermeidbaren Bremsansteuerungen. Der Bremseinschalthysteresewert aBrakeHyst muss beim Wechsel in die Bremsansteuerung unterschritten sein, bevor der Bremszweig erlaubt wird. Der Wechsel findet nur statt, wenn der Sollwert unterhalb (aMin - aBrakeHyst) liegt. Um eine zu starke zeitliche Verzögerung des Bremseingriffs zu verhindern wird die Hysterese proportional mit der Zeit und (aSoll - aMin) verkleinert
  • 5. Wenn der Fahrer des Kraftfahrzeugs eine größere Motorleistung als ACC anfordert (Fahrerübertreten):
    aBaseMax = aBaseAct,
    aBaseMin = aDrvMin.
    Die Berücksichtigung der alten Sollwerte (1. und 3.) verhindert das Blockieren einer Regelungsänderung durch falsch bestimmten Schwellen. Daher ist die maximale Abweichung aBaseDiff zwischen den Werten deutlich größer zu wählen als der Wert der erlaubten maximalen Beschleunigungsänderung pro Zeitschritt.

Claims (7)

1. Verfahren zur adaptiven Abstands- und/oder Fahrgeschwindigkeitsregelung bei einem Kraftfahrzeug, wobei wenigstens in einem ersten Betriebsmodus ein Motor (14) des Kraftfahrzeugs und in einem zweiten Betriebsmodus eine Bremse (14) des Kraftfahrzeugs in Abhängigkeit von einer eine Beschleunigung repräsentierenden Größe (aSoll) ansteuerbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die die Sollbeschleunigung repräsentierende Größe (aSoll) wenigstens in Abhängigkeit von wenigstens einem Basiswert (aBaseMax, aBaseMin) gebildet und/oder begrenzt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zeitliche Änderung der die Sollbeschleunigung repräsentierende Größe (aSoll) in positiver und in negativer Richtung in Abhängigkeit von bestimmbaren Grenzwerten (aMinus, aPlus) begrenzbar ist.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Begrenzung der die Sollbeschleunigung repräsentierenden Größe (aSoll) die Zykluszeit (dt) eines Steuergerätes (10) und/oder eines Reglers (13) berücksichtigt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die die Sollbeschleunigung repräsentierende Größe (asoll) nach der folgenden Beziehung bestimmbar ist:
aSoll = MAX (aBaseMin - aMinus.dt, MIN (aSoll, aBaseMax + aPlus.dt))
5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Basiswerte (aBaseMax, aBaseMin) zur Initialisierung und/oder beim Übergang in den aktiven Abstands- und/oder Fahrgeschwindigkeitsregelmodus auf einen Startwert (aBaseAct) gesetzt werden, der auf Basis eines Motormomentensollwerts (erster Betriebmodus) oder eines Füllungssollwerts (zweiter Betriebsmodus) sowie eines geschätzten Steigungskoeffizienten des Fahrwegs des Kraftfahrzeugs bestimmt wird.
6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Basiswerte (aBaseMax, aBaseMin) im ersten Betriebsmodus wenigstens in Abhängigkeit von einem aktuellen Basiswert (aBaseAct) und dem letzten eine Sollbeschleunigung repräsentierenden Wert (aSollAlt) bestimmt werden.
7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Basiswerte (aBaseMax, aBaseMin) im zweiten Betriebsmodus wenigstens in Abhängigkeit von einem vom Verzögerungsregler (13) und/oder einer aktiven Bremse (14) rückgekoppelten Basiswert (aBaseHystMax, aBaseHystMin) und dem letzten eine Sollbeschleunigung repräsentierenden Wert (aSollAlt) bestimmt werden.
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