DE102005044968A1 - Fahrer-Assistenzsystem - Google Patents

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Abstract

Es wird ein Fahrerassistenzsystem zur Geschwindigkeitsregelung eines Kraftfahrzeugs vorgeschlagen, Das Fahrerassistenzsystem weist Steuermittel zur Steuerung des Kraftfahrzeugs und eine Eingabevorrichtung auf, mittels der der Fahrer des Kraftfahrzeugs eine gewünschte Sollgeschwindigkeit des Kraftfahrzeugs sowie mindestens eine weitere Größe zur Längsführung des Kraftfahrezeugs eingeben kann. Die Steuermittel regeln durch Motor- und/oder Bremseingriffe entweder die tatsächliche Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs auf die Sollgeschwindigkeit oder setzen einen Fahrerbefehl entsprechend der mindestens einen weiteren Größe zur Längsführung des Kraftfahrzeugs um.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Fahrerassistenzsystem zur Geschwindigkeitsregelung eines Kraftfahrzeugs. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf ein Fahrerassistenzsystem, bei dem der Fahrer unterstützt wird, eine vorgebbare Sollgeschwindigkeit für das Fahrzeug einzuhalten.
  • Im Folgenden werden die Begriffe und Abkürzungen verwendet:
    • CC
    Cruise Control: Tempomat ohne Bremseneingriff
    DCC
    Dynamic Cruise Control: Tempomat mit Bremseneingriff
    ACC
    Adaptive Cruise Control: Abstandsregelung mit Bremseneingriff
  • Autobahnverkehr ist heute insbesondere bei hoher Verkehrsdichte hochdynamisch und aus diesem Grund für einen Fahrer mit Stress verbunden. Durch das hohe Verkehrsaufkommen wird häufig in Kolonnen gefahren, wobei ständig die Möglichkeit besteht, dass vorausfahrende Fahrzeuge stark bremsen.
  • Wenn ein vorausschauender Fahrer sieht, dass der Abstand zu einem vorausfahrenden Fahrzeug abnimmt, wird er seinen rech ten Fuß von dem Fahrpedal nehmen und auf das Bremspedal stellen, unabhängig davon, ob er tatsächlich bremsen muss oder nicht. Nimmt der Abstand zu dem vorausfahrenden Fahrzeug wieder zu, kehrt der rechte Fuß von dem Bremspedal wieder zu dem Fahrpedal zurück. Bei einer ungleichmäßig schnell fahrenden Kolonne kann es sein, dass sich diese Hin- und Herbewegung des Fußes sehr oft wiederholt, was das Fahren für den Fahrer unkomfortabel macht.
  • Um den Fahrer in dieser Situation zu entlasten, kommen Fahrerassistenzsysteme in Frage, die eine automatische Geschwindigkeitseinstellung (CC und DCC Systeme) und teilweise darüber hinaus eine Abstandsregelung (ACC System) vornehmen. Diese Systeme sind meist über eine Taste aktivierbar und/oder anpassbar. Sie sind in der Lage, den Fahrer bei der Längsführung seines Fahrzeugs zu unterstützen, ohne dass er ständig in das System eingreifen muss.
  • Bei CC und DCC Systemen gibt der Fahrer über eine Taste eine Sollgeschwindigkeit ein. Diese Systeme haben aber den Nachteil, dass der Abstand zu einem vorausfahrenden Fahrzeug nicht automatisch eingehalten wird. Theoretisch könnte der Fahrer durch ständiges Anpassen der Sollgeschwindigkeit versuchen, den Abstand zu halten. In der Praxis wird das jedoch deshalb nicht funktionieren, weil das CC oder DCC System so ausgelegt ist, dass die Sollgeschwindigkeit möglichst komfortabel und somit nur sehr langsam eingestellt wird. Dadurch bedingt ist der Fahrer häufig gezwungen, die Bremse zu betätigen, wenn eine stärkere Verzögerung notwendig ist als mit dem Motorschleppmoment erreichbar ist. Die Betätigung der Bremse führt jedoch zur Abschaltung des CC oder DCC Systems. Um dann wieder mit CC oder DCC System fahren zu können, muss das System erst wieder aktiviert werden, was abermals als komfortsenkende Zusatzaktion anzusehen ist.
  • Das eingangs genannte ACC-System ist im Grundsatz besser in der Lage, den Fahrer in dieser Hinsicht zu unterstützen. Aber das ACC-System ist relativ teuer. Eine Tatsache, die sich durch den teuren, aber notwendigen Abstandsensor in absehbarer Zeit nicht ändern wird. Der hohe Preis des ACC führt dazu, dass typische Ausrüstungsraten von Fahrzeugen unter 10% liegen.
  • Aber auch das ACC-System wird bei hohem Verkehrsaufkommen an seine Grenzen stoßen, wenn die Kombination aus eingestellter Sollgeschwindigkeit und hoher Verkehrsdichte relativ starke Verzögerungen erfordern. Zurzeit ist für ACC Systeme gesetzlich eine maximale Verzögerung erlaubt, die dem 0.3-fachen der Erdbeschleunigung entspricht (0.3 g). Sobald eine Verzögerung größer als 0.3 g notwendig ist, um den Mindestabstand zu einem vorausfahrenden Fahrzeug einzuhalten, muss der Fahrer selbst aktiv werden und bremsen. Hierauf schaltet sich das ACC-System genauso wie ein CC- oder DCC-System ab. Um dann wieder mit ACC-System fahren zu können, muss das ACC-System erst wieder aktiviert werden, was wiederum als komfortsenkende Zusatzaktion anzusehen ist.
  • Aber nicht nur die derzeitige Verzögerungsgrenze von 0.3 g limitiert den Einsatz des Systems. Selbst ein RCC-System kann nie die Qualität eines vorausschauenden Fahrers erreichen, der mit viel Fahrerfahrung Verkehrssituationen nicht „nur sieht", sondern auch eine komplexe Bewertung vornimmt.
  • Ein vorausschauender Fahrer kann seine eigene Fahrgeschwindigkeit schon anpassen, bevor sich der Abstand zu dem vorausfahrenden Fahrzeug ändert. Auf diese Weise erzielt ein vorausschauender Fahrer eine „flüssigere" Fahrweise als ein ACC-System, zumal tagsüber die Sichtweite eines Fahrers in den meisten Fällen deutlich über der Sensorreichweite eines ACC-Systems liegt.
  • Hiervon ausgehend ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Fahrerassistenzsystem zu schaffen, das dem Fahrer mehr Eingriffsmöglichkeiten bietet als bekannte Systeme zur Geschwindigkeitsregelung.
  • Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Fahrerassistenzsystem zur Geschwindigkeitsregelung eines Kraftfahrzeugs gelöst. Das Fahrerassistenzsystem weist Steuermittel zur Längsführung des Kraftfahrzeugs und eine Eingabevorrichtung auf, mittels der der Fahrer des Kraftfahrzeugs eine gewünschte Sollgeschwindigkeit des Kraftfahrzeugs sowie mindestens eine weitere Größe zur Längsführung des Kraftfahrzeugs eingeben kann. Die Steuermittel regeln durch Motor- und/oder Bremseneingriffe entweder die Fahrgeschwindigkeit des Kraftfahrzeugs auf die Sollgeschwindigkeit oder setzen einen Fahrerbefehl entsprechend der mindestens einen weiteren Größe zur Längsführung des Kraftfahrzeugs um.
  • Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Eingabeeinrichtung als Wipptaste, als Joystick oder als Rollrad ausgebildet.
  • Zweckmäßigerweise kann die weitere Größe zur Längsführung positive oder negative Fahrzeugbeschleunigung, Bremsdruck oder Bremsmoment umfassen.
  • Mit Vorteil ist deshalb bei einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ein Auswahlelement vorgesehen, mittels dessen der Fahrer die weitere Größe auswählen kann. Das Auswahlelement kann als Schiebeschalter oder Drehschalter im Lenkradbereich des Fahrzeugs ausgebildet sein.
  • Bei einer zweckmäßigen Weiterbildung des erfindungsgemäßen Fahrerassistenzsystems sind Mittel vorgesehen, um aus dem Fahrverhalten quantitative Werte für die weitere physikalische Größe zu ermitteln, die von dem Fahrerassistenzsystem benutzt werden.
  • Weitere Vorteile, Besonderheiten und zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Darstellung bevorzugter Ausführungsbeispiele anhand der Figuren.
    •
  • Von den Figuren zeigt:
  • 1 eine schematische Übersicht über eine Auswahl sicherheitstechnischer Komponenten eines Kraftfahrzeugs und
  • 2 ein schematisches Blockdiagramm des erfindungsgemäßen Fahrerassistenzsystems.
  • 1 zeigt schematisch ein Kraftfahrzeug, das als Ganzes mit dem Bezugszeichen 1 bezeichnet ist. Das Kraftfahrzeug ist rein schematisch dargestellt und zeigt die für Fahrdynamikregelungen erforderlichen Sensoren und Regeleinheiten. An den Rädern sind Raddrehzahlsensoren 3 angeordnet, welche die Drehzahlen der einzelnen Räder getrennt erfassen. Ein Sensorcluster 4 erfasst die dynamischen Bewegungen des Fahrzeugs um dessen Hauptachsen. Ein Lenkradwinkelsensor 6 nimmt die Stellung des Lenkrades auf. Ein aktiver Bremskraftverstärker 7 oder eine aktive Hydraulik, die einen aktiven Druckaufbau erzeugen kann, der bzw. die von einer hydraulisch elektronischen Regeleinheit 8 angesteuert wird, dient zur Betätigung einer Fahrzeugbremse. Schließlich ist eine Motorsteuerung 9 für das Motormanagement vorgesehen.
  • Der Antriebsstrang einschließlich Motor und Getriebe ist in 1 der Übersichtlichkeit halber nicht dargestellt, ebenso wenig wie das Motor und Getriebemanagement, das in modernen Fahrzeugen zur Steuerung des Antriebes zum Einsatz kommt. In modernen Kraftfahrzeugen sind die Motorsteuerung und die Getriebesteuerung häufig in einer einheitlichen Motorgetriebesteuerung zusammengefasst.
  • In das insoweit beschriebene Kraftfahrzeug wird ein erfindungsgemäßes Fahrerassistenzsystem integriert, das in 2 dargestellt und im Folgenden auch kurz mit VCC-System („Variable Cruise Control") bezeichnet wird. Das erfindungsgemäße VCC-System wird als Ganzes mit dem Bezugszeichen 11 bezeichnet.
  • Mit einem Bedienelement 12, das beispielsweise als Wipptaste ausgebildet ist, nimmt der Fahrer des Kraftfahrzeugs 1 eine Einstellung einer physikalischen Größe vor, die zur Längsführung des Kraftfahrzeugs benutzt wird. Bei der physikalischen Größe handelt es sich beispielsweise um die Sollgeschwindigkeit des Fahrzeugs oder auch um eine Beschleunigung oder Verzögerung des Fahrzeugs (positive oder negative Beschleunigung).
  • Unabhängig davon, um welche Größe es sich in einem konkreten Fall handelt, gibt das Bedienelement 12 Steuersignale an einen Signalgenerator 13 ab, um die jeweils ausgewählte Größe zu vergrößern oder zu verkleinern.
  • Welche Größe in einem konkreten Fall verändert wird, legt ein von einem Fahrzeugcomputer 14 an den Signalgenerator 13 abgegebenes Auswahlsignal SEL fest. Das Auswahlsignal SEL seinerseits wird durch eine Fahrereinstellung vorgegeben. Der Fahrer gibt zum Beispiel mit einem Schiebeschalter oder Drehschalter ein, dass er die Fahrzeugsollgeschwindigkeit oder die Beschleunigung des Fahrzeugs verändert möchte.
  • In dem Fall, wo der Fahrer die Fahrzeugsollgeschwindigkeit verändert hat, erzeugt der Signalgenerator 13 ein Ausgangssignal S(v), das an einen Geschwindigkeitsregler 16 abgegeben wird. Der Geschwindigkeitsregler 16 erzeugt aus einem Vergleich der aktuellen Istgeschwindigkeit des Fahrzeugs und dessen vorgegebener Sollgeschwindigkeit ein Ausgangssignal S'(a), das an einen Beschleunigungsregler 17 abgegeben wird.
  • Wenn es notwendig ist, die Geschwindigkeit des Fahrzeugs zu erhöhen, gibt der Beschleunigungsregler 17 ein Ausgangssignal SMot an die Motorsteuerung 9 ab. Das Ausgangssignal SMot verändert die Motorsteuerung 9 in geeigneter Weise, um die Fahrzeuggeschwindigkeit zu erhöhen.
  • Umgekehrt kann die Motorsteuerung 9 auch eine leichte Verzögerung des Fahrzeugs mit Hilfe des Motorschleppmomentes erreichen, zum Beispiel bei einer Bergabfahrt des Fahrzeugs. Die erzielbare Verzögerung ist durch das maximale Motorschleppmoment begrenzt. Das insoweit beschriebene Fahrerassistenzsystem entspricht im Wesentlichen einer bekannten CC-Geschwindigkeitsregelegung.
  • Wenn die Istgeschwindigkeit des Fahrzeugs die Sollgeschwindigkeit so weit übersteigt, dass eine Verzögerung des Fahrzeugs alleine mit dem Motorschleppmoment nicht mehr ausreichend ist, gibt der Beschleunigungsregler 17 ein Steuersignal S(p) an einen Druckregler 19 der Fahrzeugbremse ab, der ein Steuersignal SBr an den aktiven Bremskraftverstärker 7 sendet. Der aktive Bremskraftverstärker 7 erzeugt einen Bremsdruck in der Fahrzeugbremse und bewirkt eine Verzögerung des Fahrzeugs. Das insoweit beschriebene Fahrerassistenzsystem entspricht einer bekannten DCC Geschwindigkeitsregelung.
  • Das erfindungsgemäße VCC-Fahrerassistenzsystem gibt dem Fahrer darüber hinaus die Möglichkeit, nicht nur die Sollge schwindigkeit des Kraftfahrzeugs sondern auch manuell die Beschleunigung des Fahrzeugs zu beeinflussen, ohne dass sich dabei das VCC-System abschaltet. Hierbei soll unter dem Begriff Beschleunigung sowohl die Erhöhung der Fahrzeuggeschwindigkeit als auch die Verringerung der Fahrzeuggeschwindigkeit verstanden werden.
  • Der Fahrer kann zum Beispiel mit einem in 2 nicht dargestellten Auswahlelement anstelle der Sollgeschwindigkeit die Fahrzeugbeschleunigung als diejenige physikalische Größe auswählen, die verändert werden soll. Hierfür wirkt das Auswahlelement auf den Fahrzeugcomputer 14 ein, der ein entsprechendes Auswahlsignal SEL an den Steuersignalgenerator 13 abgibt. Der Steuersignalgenerator 13 interpretiert die Ausgangssignale des Bedienelementes 12 dann als Beschleunigungsbefehle. Der Steuersignalgenerator 13 gibt entsprechend der Eingangssignale von dem Bedienelement 12 ein Ausgangssignal S(a) an den Beschleunigungsregler 17 ab. Der Beschleunigungsregler 17 setzt das Steuersignal S(a) in ein Steuersignal SMot für die Motorsteuerung 9 oder in ein Steuersignal S'(p) für den Druckregler 19 um.
  • Es ist auch möglich, dass der Fahrer mit dem Bedienelement 12 direkt einen Bremsdruck oder ein Bremsmoment vorgibt. In diesem Fall erzeugt der Steuersignalgenerator 13 Ausgangssignale S(p) bzw. S(M), die an den Druckregler 19 abgegeben werden. Der Druckregler 19 setzt diese Steuersignale in ein entsprechendes Befehlssignal SBr für den aktiven Bremskraftverstärker 7 bzw. die Hydraulik für den aktiven Druckaufbau um, wie es bereits oben beschrieben worden ist.
  • Bei Fahrzeugen mit elektrohydraulischem Bremssystem kann das Befehlssignal SBr anstatt an den aktiven Bremskraftverstärker 7 an ein elektrohydraulisches Aggregat abgegeben werden, das einen entsprechenden Bremsdruck aufbaut.
  • Auf diese Weise ist der Fahrer in die Lage versetzt, durch Handbedienung die Fahrzeuglängsführung zu übernehmen. Das Fahrerassistenzsystem kann so ausgestaltet sein, dass der Fahrer über das Bedienelement 12 einen konstanten Wert vorgibt, beispielsweise eine bestimmte Bremsverzögerung, oder einen variablen Wert. Eine variable Ausprägung kann durch eine Programmierung des Fahrerassistenzsystems durch den Fahrer erfolgen.
  • Bevorzugt wird jedoch, dass das Fahrerassistenzsystem 11 im Normalbetrieb, das heißt wenn der Fahrer das Fahrzeug durch Betätigen des Fahr- und Bremspedals führt, Beschleunigungs- und Verzögerungswerte ermittelt, die zu dem Fahrverhalten dieses Fahrers passen. Auf diese Weise kann sich das Fahrerassistenzsystem selbsttätig an ruhige oder sportliche Fahrweisen anpassen.
  • Das erfindungsgemäße VCC-System eröffnet dem Fahrer neue Möglichkeiten, um die Anforderungen einer Kolonnenfahrt zu bewältigen.
  • Hat der Fahrer mittels des Auswahlelementes als zu verändernde physikalische Größe zum Beispiel die Fahrzeugbeschleunigung ausgewählt, kann er mit der am Lenkrad angeordneten Wipptaste sein Fahrzeug manuell beschleunigen oder abbremsen, ohne dass hierfür eine Umsetzbewegung seines rechten Fußes zwischen dem Fahrpedal und dem Bremspedal notwendig ist und ohne dass sich das VCC-System abschaltet.
  • Wie üblich ist eine Seite der Wipptaste mit Minus bezeichnet und die andere Seite mit Plus. Der Fahrer kann durch Betätigen der Minusseite der Wipptaste einen Bremsdruck aufbauen. Sobald er die Wipptaste wieder loslässt, fällt der Bremsdruck auf Null ab. Die dann erreichte Geschwindigkeit wird als neue Sollgeschwindigkeit abgespeichert und von dem VCC-System gehalten. Wenn der Fahrer die Plusseite der Wipptaste betätigt, beschleunigt das Fahrzeug, bis der Fahrer die Wipptaste wieder loslässt. Die dann erreichte Geschwindigkeit wird wieder als neue Sollgeschwindigkeit abgespeichert und von dem VCC-System gehalten.
  • Das VCC-System kann so ausgelegt sein, dass Beschleunigung und Verzögerung als feste Werte vorgegeben sind. Bei einem Ausführungsbeispiel der Erfindung nehmen Beschleunigung und Verzögerung jedoch allmählich zu, je länger der Fahrer eine Seite der Wipptaste gedrückt hält.
  • Das VCC-System funktioniert in ganz entsprechender Weise, wenn anstelle eines Verzögerungswertes ein Bremsdruck oder ein Bremsmoment vorgegeben werden.
  • Bei einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen VCC-Systems ist das Bedienelement 12 als Joystick ausgebildet. Mit dem Joystick kann der Fahrer zum Beispiel Verzögerungs- oder Beschleunigungswerte proportional zur Auslenkung des Joysticks vorgeben. Diese Ausführungsform unterstützt eine dynamische Fahrweise, die trotzdem sehr komfortabel ist.
  • Alternativ zu dem Joystick kann auch ein Rollrad vorgesehen sein, das in eine neutrale Stellung vorgespannt ist. Je weiter das Rollrad von dem Fahrer in die eine Richtung gedreht wird, desto stärker wird das Fahrzeug gebremst. Umgekehrt wird das Fahrzeug umso stärker beschleunigt je weiter das Rollrad in die andere Richtung gedreht wird. Kehrt das Rollrad in die neutrale Stellung zurück, wird die aktuelle Fahrgeschwindigkeit als Sollgeschwindigkeit übernommen und von dem VCC-System gehalten.
    • 1
    Fahrzeug
    3
    Raddrehzahlsensoren
    4
    Sensorcluster
    6
    Lenkradwinkelsensor
    7
    Bremskraftverstärker
    8
    Regeleinheit
    9
    Motorsteuerung
    11
    VCC-System
    12
    Bedienungselement
    13
    Signalgenerator
    14
    Fahrzeugcomputer
    16
    Geschwindigkeitsregler
    17
    Beschleunigungsregler
    19
    Druckregler

Claims (6)

  1. Fahrerassistenzsystem zur Geschwindigkeitsregelung eines Kraftfahrzeugs (1) mit Steuermitteln zur Längsführung des Kraftfahrzeugs, mit einer Eingabevorrichtung, mittels der der Fahrer des Kraftfahrzeugs eine gewünschte Sollgeschwindigkeit des Kraftfahrzeugs sowie mindestens eine weitere Größe zur Längsführung des Kraftfahrzeugs eingeben kann, wobei die Steuermittel durch Motor- und/oder Bremseneingriffe entweder die Fahrgeschwindigkeit des Kraftfahrzeugs auf die Sollgeschwindigkeit regeln oder einen Fahrerbefehl entsprechend der mindestens einer weiteren Größe zur Längsführung des Kraftfahrzeugs umsetzen.
  2. Fahrerassistenzsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Eingabeeinrichtung (12) als Wipptaste, als Joystick oder als Rollrad ausgebildet ist.
  3. Fahrerassistenzsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die weitere Größe zur Längsführung positive oder negative Fahrzeugbeschleunigung, Bremsdruck oder Bremsmoment umfasst.
  4. Fahrerassistenzsystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein Auswahlelement vorgesehen ist, mittels dessen der Fahrer die weitere Größe auswählen kann.
  5. Fahrerassistenzsystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Auswahlelement als Schiebeschalter oder Drehschalter im Lenkradbereich des Fahrzeugs ausgebildet ist.
  6. Fahrerassistenzsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel vorgesehen sind, um aus dem Fahrverhalten quantitative Werte für die weitere physikalische Größe zu ermitteln, die von dem Fahrerassistenzsystem benutzt werden.
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