DE10118707A1 - Verfahren zur Kollisionsverhinderung bei Kraftfahrzeugen - Google Patents
Verfahren zur Kollisionsverhinderung bei KraftfahrzeugenInfo
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Abstract
Verfahren zur Kollisionsverhinderung bei Kraftfahrzeugen (10), bei dem vor dem Fahrzeug befindliche Hindernisse mit einem fahrzeugeigenen Ortungssystem (16) erfaßt werden, aus den Ortungsdaten (D) eine Kollisionswahrscheinlichkeit (P) berechnet wird und in Abhängigkeit von der Kollisionswahrscheinlichkeit (P) eine oder mehrere abgestufte Reaktionen zur Vermeidung der Kollision ausgelöst werden, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine der Reaktionen eine vorbereitende Maßnahme ist, die die Umsetzung eines eventuell später ausgegebenen Befehls (B) zur Verzögerung des Fahrzeugs beschleunigt, ohne selbst eine wesentlichen fahrzeugverzögernde Wirkung zu haben.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Kollisions
verhinderung bei Kraftfahrzeugen, bei dem vor dem Fahrzeug
befindliche Hindernisse mit einem fahrzeugeigenen
Ortungssystem erfaßt werden, aus den Ortungsdaten eine
Kollisionswahrscheinlichkeit berechnet wird und in
Abhängigkeit von der Kollisionswahrscheinlichkeit eine oder
mehrere abgestufte Reaktionen zur Vermeidung der Kollision
ausgelöst werden.
Das Verfahren ist insbesondere für den Einsatz in Verbindung
mit einem System zur adaptiven Geschwindigkeits- und
Abstandsregelung bei Kraftfahrzeugen vorgesehen, wie es in
der Veröffentlichung "Adaptive Cruise Control System-
Aspects and Development Trends" von Winner, Witte, Uhler und
Lichtenberg, Robert Bosch GmbH, in SAE Technical Paper
Series 961010, International Congress & Exposition, Detroit,
26-29 Februar 1996, beschrieben wird. Das in dieser
Veröffentlichung beschriebene Regelsystem, das auch als ACC-
System (Adaptive Cruise Control) bezeichnet wird, basiert
auf einem Abstandssensor, beispielsweise einem
mehrzielfähigen Radarsensor, der an der Frontseite des
Fahrzeugs angebracht ist, um Abstände und Relativ
geschwindigkeiten zu vorausfahrenden Fahrzeugen zu messen.
In Abhängigkeit von den Meßdaten dieses Radarsensors wird
dann die Geschwindigkeit des eigenen Fahrzeugs so geregelt,
daß zu dem unmittelbar vorausfahrenden Fahrzeug ein
vorbestimmter Abstand eingehalten wird, den der Fahrer in
der Form einer sogenannten Sollzeitlücke bestimmen kann.
Wenn sich kein vorausfahrendes Fahrzeug im Ortungsbereich
des Radars befindet, erfolgt eine Regelung auf eine vom
Fahrer eingestellte Wunschgeschwindigkeit.
Normalerweise greift dieses System beispielsweise über eine
Drosselklappe in das Antriebssystem des Fahrzeugs ein, so
daß die Fahrzeuggeschwindigkeit über das Antriebsdrehmoment
des Motors geregelt wird. Wenn jedoch beispielsweise auf
Gefällstrecken oder, wenn abstandsbedingt eine stärkere
Verzögerung des Fahrzeugs erforderlich ist, das
Schleppmoment des Motors nicht ausreicht, eine ausreichende
Verzögerung des Fahrzeugs zu bewirken, so erfolgt ein
Eingriff in das Bremssystem des Fahrzeugs.
In der DE 36 37 165 A1 wird ein Verfahren der eingangs
genannten Art beschrieben, bei dem aus den erfaßten
Ortungsdaten die relative Annährungsgeschwindigkeit des
Objektes, von dem die Kollisionsgefahr ausgeht, die
theoretische Zeitspanne bis zum Aufprall ohne Reaktion und
die momentan erforderliche Fahrzeugverzögerung zur sicheren
Verhinderung des Aufpralls berechnet werden und unter der
Berücksichtigung der möglichen Bremsverzögerung des
Fahrzeugs ein ausreichender Sicherheitsabstand bestimmt
wird. Das Ausmaß der Unterschreitung dieses Sicherheits
abstands stellt dann ein Maß für die Kollisionswahrschein
lichkeit dar. In Abhängigkeit von der so ermittelten
Kollisionswahrscheinlichkeit erfolgt dann eine Reaktion in
drei Stufen. In Stufe 1 wird lediglich ein akustisches oder
optisches Warnsignal für den Fahrer ausgegeben. In Stufe 2
erfolgt ein automatischer Eingriff in das Bremssystem mit
zuvor berechneter Bremskraft. In Stufe 3 wird schließlich
ein Bremsvorgang mit maximaler Bremskraft ausgelöst.
Bei diesen Verfahren erweist sich jedoch aufgrund der
unvermeidlichen Unsicherheit bei der Abschätzung der
Kollisionsgefahr insbesondere die Festlegung der Kriterien
für die Auslösung der Stufe 2 als problematisch. Wird die
Schwelle für die Auslösung dieser Stufe zu hoch angesetzt,
so können Kollisionen nicht sicher vermieden werden. Bei
einer Verringerung dieser Schwelle steigt jedoch die
Wahrscheinlichkeit, daß es aufgrund einer falschen
Beurteilung der Kollisionsgefahr zu unnötigen und aus der
Sicht der Fahrers unmotivierten Bremsmanövern kommt, die den
Komfort und das Sicherheitsgefühl der Fahrzeuginsassen
beeinträchtigen, den Nachfolgeverkehr irritieren oder gar
ihrerseits der Auslöser für Auffahrunfälle im Nachfolgever
kehr sind.
Aufgabe der Erfindung ist es, bei Beibehaltung einer hohen
Kollisionssicherheit die Häufigkeit von unnötigen
Fahrzeugverzögerungen zu reduzieren.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß
mindestens eine der Reaktionen eine vorbereitende Maßnahme
ist, die die Umsetzung eines eventuell später ausgegebenen
Befehls zur Verzögerung des Fahrzeugs beschleunigt, ohne
selbst eine wesentliche fahrzeugverzögernde Wirkung zu
haben.
Die Erfindung beruht auf der Überlegung, daß zwischen der
Ausgabe eines Befehls, der eine Verringerung der
Fahrzeuggeschwindigkeit zum Ziel hat, und dem tatsächlichen
Einsetzen der Fahrzeugverzögerung stets eine systembedingte
Reaktionszeit vergeht. Statt nun diese Reaktionszeit durch
eine entsprechend frühere Ausgabe des Befehls zu
kompensieren, werden erfindungsgemäß zunächst vorbereitende
Maßnahmen ergriffen, die zu einer Verkürzung dieser
Reaktionszeit führen. Wenn sich dann der Verdacht der
Kollisionsgefahr bestätigt und tatsächlich ein Eingriff im
Sinne einer Verzögerung des Fahrzeugs erforderlich wird, so
kann die gewünschte Verzögerung des Fahrzeugs unverzüglich
einsetzen. Wenn sich der Verdacht hingegen nicht bestätigt,
so kann die vorbereitende Maßnahme wieder rückgängig gemacht
werden, ohne daß es zu einer unnötigen Fahrzeugverzögerug
kommt. In diesem Fall bleiben die vorsorglich ergriffenen
Maßnahmen vom Fahrer und den übrigen Fahrzeuginsassen sowie
vom Nachfolgeverkehr praktisch unbemerkt.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus
den Unteransprüchen.
Ein wesentlicher Anteil der Reaktionszeit, die zwischen der
Auslösung eines Bremsbefehls und dem tatsächlichen Wirksam
werden der Fahrzeugbremse vergeht, ist auf unvermeidliche
Totvolumina im Hydrauliksystem der Bremsanlage zurückzu
führen. Diese Totvolumina müssen erst mit Bremsflüssigkeit
gefüllt werden, bevor die Bremsbeläge mit den Bremsscheiben
oder Bremstrommeln der Radbremsen in Reibberührung kommen
und die Bremse wirksam wird. Die für das Befüllen der
Totvolumina benötigte Zeit beträgt bei bekannten Brems
anlagen etwa 200 bis 300 ms. Bei einer Fahrgeschwindigkeit
von etwa 30 m/s (108 km/h) entspricht dies einer
Verlängerung des Anhalteweges um bis zu 9 m.
Bei Antriebsschlupfregelsystemen und vergleichbaren
Systemen, bei denen ebenfalls unter bestimmten Bedingungen
ein fahrerunabhängiger Bremseingriff erfolgt, ist es bereits
bekannt, diese Totzeit dadurch zu vermeiden oder zu
verkürzen, daß schon vor dem eigentlichen Bremseingriff ein
Befehl zum Vorbefüllen oder "Vorspannen" der Bremsanlage
erzeugt wird (DE 196 15 294 A1).
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird nun
ein solcher Befehl zum Vorspannen der Bremsansanlage in
Abhängigkeit von der errechneten Kollisionswahrscheinlich
keit erzeugt. Auf diese Weise wird das Fahrzeug bei
mittlerer Kollisionsgefahr in einen Zustand erhöhter
Bremsbereitschaft versetzt, so daß, wenn sich die
Kollisionsgefahr bestätigt und ein Bremseingriff
erforderlich wird, die Bremswirkung wesentlich rascher
einsetzt.
Unter "Vorspannen" des Bremssystems soll hier allgemein eine
Maßnahme verstanden werden, die das Bremssystem in einen
Zustand versetzt, in dem es schneller auf einen Bremsbefehl
reagieren kann, ohne daß bereits eine wesentliche
Bremswirkung eintritt. Dieses Vorspannen kann beispielsweise
dadurch geschehen, daß in den Radbremszylindern und/oder in
den Komponenten des Hydrauliksystems, die diesen unmittelbar
vorgelagert sind, schon ein gewisser Bremsdruckaufbau
erfolgt, so daß sich die Bremsbacken bereits an die
Bremsscheibe oder -trommel der Radbremse annähern oder diese
gar schon berühren, ohne daß jedoch schon eine nennenswerte
Reibungskraft ausgeübt wird. Alternativ oder zusätzlich kann
das Vorspannen auch dadurch bewirkt werden, daß in einem
Druckakkumulator oder in einem Bremskraftverstärker ein
gewisser Vordruck bereitgestellt wird, der bei tatsächlicher
Betätigung der Bremse ein schnelleres Auffüllen des
Totvolumens ermöglicht.
Bei Fahrzeugen mit ACC-System, bei denen auch ein Eingriff
in die Bremsanlage vorgesehen ist, muß generell eine
Umschaltung vorgenommen werden zwischen Motorbetrieb, bei
dem die positive oder negative Beschleunigung des Fahrzeugs
allein durch das Antriebsdrehmoment bzw. Schleppmoment des
Motors erzeugt wird, und Bremsbetrieb, bei dem die
Fahrzeugverzögerung durch Aktivieren der Bremse bewirkt
wird. Um ein "flackerndes" Umschalten zwischen Motorbetrieb
und Bremsbetrieb zu vermeiden, ist es hier zweckmäßig, die
Umschaltung in Abhängigkeit von einem
Beschleunigungsanforderungssignal mit einer gewissen
Hysterese vorzunehmen. Die Umschaltung von Motorbetrieb auf
Bremsbetrieb erfolgt dann, wenn das Beschleunigungsanfor
derungssignal einen niedrigen Schwellenwert unterschreitet,
während das Zurückschalten auf Motorbetrieb erfolgt, wenn
das Beschleunigungsanforderungssignal wieder einen höheren
Schwellenwert überschreitet, der der mit dem Schleppmoment
des Motors erzeugbaren Fahrzeugverzögerung entspricht. Diese
an sich erwünschte Hysteresecharakteristik hat allerdings
zur Folge, daß der Bremseingriff erst mit einer gewissen
Verspätung erfolgt, nämlich erst dann, wenn das
Beschleunigungsanforderungssignal den niedrigeren
Schwellenwert erreicht. Eine "vorbereitende Maßnahme" im
Sinne der Erfindung kann deshalb auch darin bestehen, daß
bei mittlerer Kollisionsgefahr das Hystereseintervall
verkleinert und vorzugsweise ganz auf null zurückgeführt
wird, so daß der Bremsbefehl unverzüglich erzeugt wird, wenn
das Schleppmoment des Motors nicht mehr ausreicht, die
notwendige Fahrzeugverzögerung zu bewirken.
Bei Fahrzeugen mit Automatikgetriebe besteht eine denkbare
vorbereitende Maßnahme weiterhin darin, daß bei mittlerer
Kollisionsgefahr automatisch - ohne unmittlebare Änderung
der Sollbeschleunigung - auf eine niedrigere Getriebestufe
zurückgeschaltet wird, so daß schon im Motorbetrieb ein
größeres Schleppmoment des Motors für die Fahrzeug
verzögerung zur Verfügung steht. Diese Maßnahme hat zugleich
den Vorteil, daß auf eine vorübergehende Störung im
Verkehrsfluß in vielen Fällen ohne Bremseingriff reagiert
werden kann, so daß der Nachfolgeverkehr nicht durch ein
Bremslichtflackern irritiert wird, und daß nach Beseitigung
der Störung schneller wieder auf die Wunschgeschwindigkeit
beschleunigt werden kann.
All diese Maßnahmen können miteinander kombiniert und bei
demselben Schwellenwert oder wahlweise auch bei unterschied
lichen Schwellenwerten der Kollisionswahrscheinlichkeit
ausgelöst werden.
Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung
anhand der Zeichnung näher erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1 ein Blockdiagramm eines ACC-Systems eines
Kraftfahrzeugs, das für die Durchführung des
erfindungsgemäßen Verfahrens ausgebildet ist;
Fig. 2 ein Zeitdiagramm von Signalen, die in dem ACC-
System nach Fig. 1 auftreten; und
Fig. 3 ein Zeitdiagramm entsprechend Fig. 2 für den Fall,
daß durch eine erhöhte Bremsbereitschaft auf eine
erkannte Kollisionsgefahr reagiert wird.
In Fig. 1 ist symbolisch ein Kraftfahrzeug 10 gezeigt,
dessen Geschwindigkeit mit Hilfe eines ACC-Systems geregelt
wird. Ein Regler 12 erhält von einem Geschwindigkeitssensor
14 ein Signal, das die Istgeschwindigkeit des Fahrzeugs
angibt. Weiterhin ist vorn am Fahrzeug ein Ortungsgerät, im
gezeigten Beispiel ein Radarsensor 16 angebaut, der
Abstands- und Relativgeschwindigkeitsdaten von georteten,
vor dem Fahrzeug befindlichen Objekten an den Regler 12
meldet. Vorzugsweise hat der Radarsensor 16 ein gewisses
Winkelauflösungsvermögen, so daß auch die Azimutwinkel der
georteten Objekte erfaßt und an den Regler 12 gemeldet
werden können. Auf diese Weise ist es dem Radarsystem
und/oder dem Regler 12 möglich, vorausfahrende Fahrzeuge auf
der eigenen Fahrspur von Fahrzeugen auf anderen Fahrspuren
sowie von Standzielen am Fahrbahnrand zu unterscheiden. Wenn
sich vorausfahrende Fahrzeuge auf der eigenen Fahrspur
befinden, so wird das unmittelbar vorausfahrende Fahrzeug
als Zielobjekt ausgewählt, und die Geschwindigkeit des
Kraftfahrzeugs 10 wird so geregelt, daß ein bestimmter
Sollabstand zu dem vorausfahrenden Fahrzeug eingehalten
wird. Dieser Sollabstand ist vom Fahrer wählbar durch
Eingabe einer Sollzeitlücke, die den zeitlichen Abstand
angibt, in dem das vorausfahrende Fahrzeug und das eigene
Fahrzeug denselben Punkt auf der Fahrbahn passieren. Der
Sollabstand wird somit dynamisch an die jeweilige
Fahrgeschwindigkeit angepaßt.
Wenn die Fahrbahn vor dem eigenen Fahrzeug frei ist, so
erfolgt, falls der Fahrer einen entsprechenden Befehl
gegeben hat, eine Regelung auf eine vom Fahrer gewählte
Wunschgeschwindigkeit.
Darüber hinaus wertet der Regler 12 auch Bedienungsbefehle
sowie Fahrbefehle des Fahrers aus, insbesondere den Grad der
Betätigung des Gaspedals und ggf. des Bremspedals. Der
Fahrer hat somit jederzeit die Möglichkeit, aktiv in das
Geschehen einzugreifen, um in kritischen Fahrsituationen
angemessen zu reagieren.
Im Regler 12 sind somit verschiedene Regelungs- und
Steuerungsstrategien implementiert, und je nach
Fahrsituation oder Befehlen des Fahrers werden ein oder
mehrere Regelstrategien ausgewählt, und ihre Ergebnisse
werden, wie im Stand der Technik bekannt ist, in geeigneter
Weise zu einem Beschleunigungsanforderungssignal asoll
verknüpft, das die augenblickliche Sollbeschleunigung des
Fahrzeugs angibt.
Eine Entscheidungseinheit 18 entscheidet anhand des
Beschleunigungsanforderungssignals asoll, ob ein Eingriff in
das Antriebssystem oder in das Bremssystem des Fahrzeugs
erforderlich ist. Bei positiven Werten des
Beschleunigungsanforderungssignals erfolgt ein Eingriff in
das Antriebssystem. In diesem Fall wird ein Stellbefehl A an
ein elektronisches Motorsteuersystem 20 ausgegeben, das über
verschiedene Aktoren, hier symbolisiert durch eine
Drosselklappe 22, auf den Motor und ggf. das Getriebe 22'
des Kraftfahrzeugs 10 einwirkt. Allgemein können die
Funktionen des Motorsteuersystems 20 die Steuerung der
Drosselklappe 22, die Steuerung des Kraftstoff-
Einspritzsystems, der Zündung und anderer Komponenten des
Antriebssystems des Fahrzeugs umfassen. Im Fall eines
Fahrzeugs mit Automatikgetriebe kann dazu auch die Wahl der
Getriebestufe gehören. Anhand des Stellbefehls A und der
aktuellen Betriebsparameter des Motors steuert das
Motorsteuersystem 20 den Motor so an, daß ein dem
Beschleunigungsanforderungssignal entsprechendes
Antriebsdrehmoment des Motors erzeugt wird.
Wenn das Beschleunigungsanforderungssignal asoll negative
Werte annimmt, so wird zunächst durch das Motorsteuersystem
20 der Motor gedrosselt, so daß das Schleppmoment des Motors
zur Verzögerung des Fahrzeugs ausgenutzt wird. Wenn jedoch
die Entscheidungseinheit 18 feststellt, daß die so
erzielbare Fahrzeugverzögerung nicht ausreicht, die
Istbeschleunigung des Fahrzeugs mit der durch asoll
repräsentierten Sollbeschleunigung in Übereinstimmung zu
halten, so wird durch die Entscheidungseinheit 18 auf
Bremsbetrieb umgeschaltet. In diesem Fall bleibt der Motor
gedrosselt, und die Entscheidungseinheit 18 liefert einen
Stellbefehl B an ein Brems-Steuersystem 24 des Fahrzeugs.
Das Brems-Steuersystem 24 steuert über die hydraulische
Bremsanlage des Fahrzeugs die Funktion der an den einzelnen
Rädern angeordneten Bremsen 26 und erfüllt beispielsweise
die Funktion eines Antiblockiersystems, eines
Antriebsschlupfregelsystems und/oder eines ESP-Systems zur
dynamischen Stabilisierung des Fahrzeugs.
Die hydraulische Bremsanlage des Fahrzeugs ist aus Gründen
der Ausfallsicherheit direkt mit dem Bremspedal des
Fahrzeugs gekoppelt und enthält mindestens einen
Druckerzeuger oder Booster, der die vom Fahrer über das
Bremspedal ausgeübte Bremskraft verstärkt. Im Rahmen der
Antriebsschlupfregelung oder des ESP-Systems ist der
Druckerzeuger auch in der Lage, unabhängig von der
Betätigung des Bremspedals einen Bremsdruck aufzubauen und
die Bremsen 26 zu betätigen. Ebenso löst auch der von der
Entscheidungseinheit 18 übermittelte Stellbefehl B eine
Betätigung der Bremse mit fester oder variabler Bremskraft
aus.
Wenn bei unbetätigter Fahrzeugbremse und drucklosen
Radbremszylindern der Stellbefehl B ausgegeben wird, so
müssen zunächst die unvermeidlich in der hydraulischen
Bremsanlage und insbesondere in den Radbremszylindern
vorhandenen Totvolumina mit Bremsflüssigkeit aufgefüllt
werden, bevor es tatsächlich zu einem Reibschluß zwischen
den Bremsbacken und den Bremstrommeln oder Bremsscheiben
kommt und die Bremse wirksam wird. Um die für das Auffüllen
dieser Totvolumina benötigte Zeit zu verkürzen, weist das
Brems-Steuersystem 24 eine Funktion auf, die es gestattet,
eine Vorbefüllung der Bremsanlage zu veranlassen. Bei diesem
Vorgang, der hier als "Vorspannen" bezeichnet werden soll,
wird die Bremsanlage so weit unter Druck gesetzt, daß die
Totvolumina aufgefüllt werden und die Bremsbeläge dicht an
die Bremsscheiben oder Bremstrommeln heranrücken oder diese
sogar schon leicht berühren. Im letzteren Fall wird ein
geringfügiger Verschleiß an der Bremse in Kauf genommen.
Diese Vorspannfunktion kann nicht nur innerhalb des Brems-
Steuersystems 24 ausgelöst werden, sondern sie kann auch
extern durch ein entsprechendes Füllsignal ausgelöst werden,
das in der Form eines Flags F von der Entscheidungseinheit
18 ausgegeben wird. Je nach Zustand der Bremsanlage bewirkt
somit das Setzen des Flags F, daß von der Brems-
Steuereinheit 24 ein Vorbefüllen der Bremsanlage ausgelöst
wird. Wird das Flag F wieder zurückgesetzt, so wird dieser
Vorbefüllvorgang von der Brems-Steuereinheit 24 rückgängig
gemacht, sofern nicht inzwischen eine tatsächliche
Aktivierung der Bremse durch den Stellbefehl B erfolgt ist.
Die Parameter, die den Zustand des Motors und der
Bremsanlage des Fahrzeugs kennzeichnen, sind in dem
Antriebssteuersystem 20 bzw. dem Brems-Steuersystem 24
verfügbar und können über einen Datenbus 28 (CAN-Bus) an
andere Systemkomponenten des Fahrzeugs übermittelt werden,
so daß sie im Bedarfsfall auch für eine Auswertung im Regler
12 und in der Entscheidungseinheit 18 zur Verfügung stehen.
Die durch den Eingriff in das Antriebssystem oder das
Bremssystem des Fahrzeugs verursachten Änderungen der
Fahrzeugbeschleunigung führen zu entsprechenden Änderungen
der Fahrzeuggeschwindigkeit und des Abstands zum
vorausfahrenden Fahrzeug und werden über den
Geschwindigkeitssensor 14 und den Radarsensor 16
zurückgekoppelt.
Ein Kollisionswächter 30 erhält vom Regler 12 innerhalb
jedes Regelzyklusses von beispielsweise 1 ms einen Satz von
Daten D, die eine Abschätzung der Kollisionswahrscheinlich
keit ermöglichen. Beispielsweise umfassen diese Daten für
jedes vom Radarsensor 16 erfaßte Objekt den Abstand des
eigenen Fahrzeugs zu diesem Objekt, die Relativgeschwindig
keit zwischen Objekt und eigenem Fahrzeug, den Azimutwinkel
des Objekts relativ zur Geradeaus-Richtung des eigenen
Fahrzeugs und/oder den daraus berechneten Querversatz des
Objekts relativ zum Fahrzeug sowie die vom Geschwindigkeits
sensor 14 gemessene Fahrzeuggeschwindigkeit und den von
einem nicht gezeigten Lenkwinkelsensor gemessenen Lenkein
schlag des eigenen Fahrzeugs. Aus diesen Daten errechnet der
Kollisionswächter 30 zunächst für jedes erfaßte Objekt eine
Kollisionswahrscheinlichkeit, die um so größer ist, je
kleiner der Abstand des Objekts ist, je größer der Betrag
der (negativen) Relativgeschwindigkeit ist und je kleiner
der Querversatz des Objektes ist. Aus den so erhaltenen
Kollisionswahrscheinlichkeiten für die einzelnen Objekte
wird beispielsweise durch Maximumauswahl eine
Kollisionswahrscheinlichkeit P gebildet, die an die
Entscheidungseinheit 18 und an den Regler 12 übermittelt
wird.
Die Entscheidungseinheit 18 und der Regler 12 vergleichen
die Kollisionswahrscheinlichkeit P mit mehreren
voreingestellten Schwellenwerten P1, P2, bei deren
Überschreitung jeweils eine bestimmte Reaktion ausgelöst
wird. Im hier betrachteten Beispiel soll angenommen werden,
daß bei Überschreitung eines ersten Schwellenwertes P1, der
einer mittleren Kollisionswahrscheinlichkeit entspricht, das
Flag F gesetzt wird, um das Fahrzeug in einen Zustand
erhöhter Bremsbereitschaft zu versetzen. Die Überschreitung
des höheren zweiten Schwellenwertes P2 bedeutet akute
Kollisionsgefahr und führt zur Auslösung eines
Bremsvorgangs.
Unter Bezugnahme auf Fig. 2 soll nun zunächst die
Funktionsweise des in Fig. 1 gezeigten Regelsystems ohne
Berücksichtigung der Funktion des Kollisionswächters 30
erläutert werden.
In Fig. 2 zeigt die Kurve 32 im oberen Teil des Diagramms
ein Beispiel für den zeitlichen Verlauf des
Beschleunigungssignals asoll, das vom Regler 12 ausgegeben
wird. Ein Beschleunigungswert amin repräsentiert die
kleinstmögliche (negative) Beschleunigung, die unter den
aktuellen Betriebsbedingungen mit dem Schleppmoment des
Motors erzeugbar ist. Die Ausgabe des Stellbefehls B und
damit die Umschaltung auf Bremsbetrieb erfolgt jedoch erst,
wenn asoll zur Zeit t2 einen etwas kleineren Wert ahys
unterschreitet. Das Zurückschalten auf Motorbetrieb erfolgt
dagegen zu dem Zeitpunkt t3, an dem das Beschleunigungs
anforderungssignal asoll wieder größer wird als amin. Durch
diese Hysteresefunktion wird vermieden, daß die
Entscheidungseinheit 18 "flackernd" zwischen Bremsbetrieb
und Motorbetrieb umschaltet. Das Hystereseintervall
amin-ahys ist jedoch nicht statisch, sondern wird dynamisch
variiert. Von dem Augenblick an, an dem das
Beschleunigungsanforderungssignal asoll den Wert amin
unterschreitet, wird das Hystereseintervall mit konstanter
Änderungsrate auf 0 verringert, so daß ahys sich dem Wert
amin annähert. So wird erreicht, daß zwar eine kurzzeitige
Unterschreitung von amin toleriert wird, doch wenn diese
Unterschreitung länger anhält, kommt es durch die Anhebung
der Auslöseschwelle ahys doch zu einer Umschaltung auf
Bremsbetrieb (im gezeigten Beispiel zur Zeit t2).
In Fig. 2 ist weiterhin ein Schwellenwert TH angegeben, der
um einen festen Betrag Δa größer ist als ahys. Wenn asoll
zur Zeit t1 diesen Schwellenwert TH unterschreitet, so wird
das Flag F gesetzt und damit das Vorbefüllen der Bremsanlage
eingeleitet. Die Zeit τ, die für die Vorbefüllung der Brems
anlage benötigt wird, beträgt je nach Bauart etwa 200 bis
300 ms. Der Regler 12 ist so ausgebildet, daß die zeitliche
Änderungsrate des Beschleunigungssignals asoll nach unten
beschränkt ist, z. B. gilt: d/dt(asoll) < - 1,0 m/s3. Damit
die Vorbefüllung der Bremsanlage in der Zeitspanne zwischen
t1 und t2 abgeschlossen werden kann, muß deshalb gelten:
Δa < |τ.d/dt(asoll)|. Im hier angenommenen Beispiel wäre
deshalb Δa = 0,35 m/s2 ein geeigneter Wert, um den der
Schwellenwert TH über der Auslöseschwelle ahys liegen
sollte.
Wenn das Beschleunigungsanforderungssignal asoll unter die
Auslöseschwelle ahys sinkt und die Bremse tatsächlich
ausgelöst wird, so wird das Flag F wieder zurückgesetzt.
Falls asoll die Auslöseschwelle ahys nicht erreicht, wird
das Flag F spätestens nach Ablauf einer vorgegebenen
Zeitspanne ΔT zurückgesetzt, die durch das Signal T eines
Zeitgebers bestimmt wird. Der Zeitgeber wird gestartet, wenn
asoll den Schwellenwert TH erreicht (bei t1), und das Signal
T fällt dann nach Ablauf der vorgegebenen Zeitspanne ΔT
wieder ab. Mit der abfallenden Flanke wird auch das Flag F
wieder zurückgesetzt, falls es dann noch aktiv ist. Dieser
Fall ist in Fig. 2 bei dem Signalverlauf des Flags F
gestrichelt eingezeichnet.
Im gezeigten Beispiel steigt das Beschleunigungs
anforderungssignal asoll zur Zeit t3 wieder über amin an,
und zu diesem Zeitpunkt schaltet die Entscheidungseinheit 18
wieder auf Motorbetrieb um, so daß der an das Brems-
Steuersystem 24 ausgegebene Stellbefehl B wieder abfällt. Zu
diesem Zeitpunkt wird das Flag F erneut gesetzt. Falls das
Beschleunigungsanforderungssignal wieder unter amin sinkt,
ohne zwischendurch den Schwellenwert TH zu erreichen, kann
somit die Bremse wieder ohne Verzögerung aktiviert werden.
Erst wenn das Beschleunigungsanforderungssignal asoll wieder
über den (nun erhöhten) Schwellenwert TH angestiegen ist
(zur Zeit t4) oder wenn erneut die Zeitspanne ΔT abgelaufen
ist, wird das Flag F wieder zurückgesetzt, und der
vorgespannte Zustand der Bremsanlage wird aufgehoben.
In Fig. 3 ist der Fall illustriert, daß die vom
Kollisionswächter 30 gelieferte Kollisionswahrscheinlichkeit
P zu einem Zeitpunkt t1 den ersten Schwellenwert P1
überschreitet. Beispielsweise kann dieser Anstieg der
Kollisionswahrscheinlichkeit P dadurch verursacht sein, daß
ein auf der Nachbarspur fahrendes langsameres Fahrzeug nicht
mehr seine Spur hält und sich bedenklich der eigenen
Fahrspur annährt. Da dies noch nicht dazu führt, daß dieses
auf der Nachbarspur fahrende Fahrzeug als Zielobjekt für die
Abstandsregelung ausgewählt wird, bleibt das
Beschleunigungsanforderungssignal asoll hiervon zunächst
unbeeinflußt. Dieses Signal bleibt deshalb oberhalb des
Wertes amin, wie durch die in durchgezogenen Linien
eingezeichnete Kurve 32 in Fig. 3 illustriert wird. Dennoch
wird das Flag F gesetzt, wenn die Kollisionsgefahr P zum
Zeitpunkt t1 den Schwellenwert überschreitet. Anders als bei
dem in Fig. 2 betrachteten Fall bleibt das Flag F hier ohne
zeitliche Beschränkung bestehen, bis die Kollisionsgefahr P
zum Zeitpunkt t3 wieder unter den Schwellenwert P1 absinkt,
beispielsweise weil das auf der Nebenspur fahrende Fahrzeug
wieder auf die Mitte dieser Spur zurückgekehrt ist.
Weiterhin wird in der Zeitspanne zwischen t1 und t3 die
Auslöseschwelle für den Stellbefehl B von ahvs auf amin
erhöht, so daß bei der Umschaltung zwischen Motorbetrieb und
Bremsbetrieb keine Hysterese mehr stattfindet. Da das
Beschleunigungsanforderungssignal asoll jedoch oberhalb von
amin bleibt, hat auch dies keinen Einfluß auf die
Fahrzeuggeschwindigkeit. Allenfalls könnte es durch das
Vorspannen der Bremsanlage, die durch das Flag F veranlaßt
wurde, zu einem geringfügigen Schleifen der Bremsbeläge an
den Bremstrommeln oder Bremsscheiben kommen. Der dadurch
verursachte Verzögerungseffekt ist jedoch vernachlässigbar.
Insgesamt verharrt somit das Fahrzeug in der Zeitspanne
zwischen t1 und t3 in einem Zustand, in dem noch keine
wirkliche Verzögerung des Fahrzeugs stattfindet, sondern nur
die Bremsbereitschaft erhöht ist.
Falls das auf der Nebenspur fahrende Fahrzeug nicht auf die
Mitte dieser Nebenspur zurückkehrt, sondern tatsächlich auf
die eigene Spur wechselt, so wird es vom Regler 12 als
Zielobjekt ausgewählt, und es erfolgt nunmehr eine
Abstandsregelung auf dieses Fahrzeug. Dies führt zu einer
deutlichen Abnahme des Beschleunigungsanforderungssignals
asoll entsprechend der gestrichelt eingezeichneten Kurve 32'
in Fig. 3.
Falls es durch den Spurwechsel des vorausfahrenden Fahrzeugs
zu einer akuten Gefahrensituation kommt, so überschreitet
die Kollisionswahrscheinlichkeit P auch den höheren
Schwellenwert P2. Der Regler 12 reagiert auf diese Situation
damit, daß die Beschränkung der Änderungsrate des
Beschleunigungsanforderungssignals ausgesetzt wird. Das
Beschleunigungsanforderungssignal asoll kann deshalb sehr
rasch abnehmen, mit einer Änderungsrate, die dem Betrage
nach größer ist als die Schranke von 1 m/s3. Aufgrund dieses
Umstands und aufgrund der Anhebung der Auslöseschwelle von
ahvs auf amin wird schon nach sehr kurzer Zeit, zum
Zeitpunkt t2, der Stellbefehl B zum Aktivieren der Bremse
ausgegeben. Da die Bremsanlage schon vorab zum Zeitpunkt t1
vorgespannt wurde, wird die Bremse unverzüglich wirksam, so
daß die Kollision abgewendet werden kann.
Bei noch höherer Kollisionswahrscheinlichkeit kann ein
Befehl zur Betätigung der Bremse mit maximaler Bremskraft
auch direkt von der Entscheidungseinheit 18 erzeugt werden,
ohne Rücksicht auf das vom Regler gelieferte
Beschleunigungsanforderungssignal. Auch in diesem Fall führt
das vorbereitende Setzen des Flags F zu einer unverzüglichen
Ausführung des Bremsbefehls. Ebenso wirkt sich das
automatische Vorspannen der Bremsanlage auch positiv aus,
wenn der Fahrer selbst die akute Kollisionsgefahr bemerkt
und das Bremspedal betätigt.
Claims (4)
1. Verfahren zur Kollisionsverhinderung bei
Kraftfahrzeugen (10), bei dem vor dem Fahrzeug befindliche
Hindernisse mit einem fahrzeugeigenen Ortungssystem (16)
erfaßt werden, aus den Ortungsdaten (D) eine
Kollisionswahrscheinlichkeit (P) berechnet wird und in
Abhängigkeit von der Kollisionswahrscheinlichkeit (P) eine
oder mehrere abgestufte Reaktionen zur Vermeidung der
Kollision ausgelöst werden, dadurch gekennzeichnet, daß
mindestens eine der Reaktionen eine vorbereitende Maßnahme
ist, die die Umsetzung eines eventuell später ausgegebenen
Befehls (B) zur Verzögerung des Fahrzeugs beschleunigt, ohne
selbst eine wesentliche fahrzeugverzögernde Wirkung zu
haben.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß eine der vorbereitenden Maßnahmen die Ausgabe eines
Befehls (F) zum Vorspannen der Bremsanlage (24, 26) des
Fahrzeugs ist.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet, daß bei nicht vorhandener oder geringer
Kollisionswahrscheinlichkeit im Rahmen einer
Geschwindigkeitsregelfunktion mit einer
Hysteresecharakteristik zwischen Eingriff in das
Antriebssystem (20, 22) und Eingriff in das Bremssystem (24,
26) des Fahrzeugs umgeschaltet wird und daß eine der
vorbereitenden Maßnahmen bei zunehmender
Kollisionswahrscheinlichkeit eine Verringerung des
Hystereseintervalls ist.
4. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, für
Kraftfahrzeuge (10) mit Automatikgetriebe, dadurch
gekennzeichnet, daß eine der vorbereitenden Maßnahmen ein
Getriebeeingriff zur Herabsetzung der Getriebestufe ist.
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