DE102006003625A1 - Verfahren zur Regelung des Abstands eines Fahrzeugs zu einem vorausfahrenden Führungsfahrzeug - Google Patents

Abstract

Bei einem Verfahren zur Abstandsregelung wird der momentane Abstand (d) zwischen einem Fahrzeug (F1) und einem Führungsfahrzeug (F2) sensorisch erfasst und mit zwei vorgegebenen Abstandsschwellen (do, du) verglichen. Wenn der erfasste momentane Abstand (d) zwischen den beiden Abstandsschwellen (do, du) liegt, wird der momentane Fahrzustand beibehalten, wenn er hingegen unterhalb oder oberhalb der beiden Abstandsschwellen (do, du) liegt, wird ein verzögernder bzw. beschleunigender Systemeingriff vorgenommen. Weiterhin werden Topographieinformationen über das Steigungsprofil h(x) einer vorausliegenden Fahrstrecke mittels eines Navigationssystems und einer digitalen Karte bereitgestellt und die Größe des durch die beiden Abstandsschwellen (do, du) begrenzten Abstandsbereichs (Deltad) wird dynamisch an die bereitgestellten Topographieinformationen angepasst, um vor dem Beginn einer Steigung zunächst eine Abstandsvergrößerung und anschließend nahe an der Steigung eine Abstandsverringerung zuzulassen. Durch die Abstandsverringerung kann eine Beschleunigung des Fahrzeugs bewirkt werden, so dass das Fahrzeug vor der Steigung Schwung holt und diesen anschließend zur Überwindung der Steigung nutzt.

Description

• Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung des Abstands eines Fahrzeugs zu einem vorausfahrenden Führungsfahrzeug gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
• Ein derartiges Verfahren ist beispielsweise aus der DE 35 25 927 A1 bekannt. Dieses Verfahren basiert auf der Bestimmung von zwei Abstandsschwellen, die jeweils um einen vorgegebenen Wert oberhalb bzw. unterhalb eines einzuhaltenden Sicherheitsabstands liegen. Wenn der ermittelte Abstand zwischen den beiden Abstandsschwellen liegt, wird der momentane Fahrzustand unverändert beibehalten. Wenn die untere der beiden Abstandsschwellen hingegen unterschritten wird, wird ein Systemeingriff zur Verzögerung des Fahrzeugs vorgenommen, um eine Vergrößerung des Abstands zu bewirken. Die Verzögerungsphase dauert dabei solange an, bis die obere der beiden Abstandsschwellen überschritten wird. Wenn die obere der beiden Abstandsschwellen überschritten wird, wird ein Systemeingriff zur Beschleunigung des Fahrzeugs vorgenommen, um das Fahrzeug in Richtung einer vorgegebenen Sollgeschwindigkeit zu beschleunigen. Die Beschleunigungsphase dauert dabei solange an, bis die untere der beiden Abstandsschwellen unterschritten wird oder die Sollgeschwindigkeit erreicht wird. Die beiden Abstandsschwellen definieren somit eine Hysterese für die Umschaltung zwischen dem beschleunigenden und verzögernden Systemeingriff.
• Aus der DE 198 59 744 A1 ist ein Verfahren zur Abstandsregelung und zur Geschwindigkeitsregelung bekannt, bei dem grundsätzlich eine Geschwindigkeitsregelung durchgeführt wird, um die Geschwindigkeit eines Fahrzeugs auf einen vorgegebenen Geschwindigkeitssollwert zu regeln, und bei dem eine Abstandsregelung durchgeführt wird, um den Abstand des Fahrzeugs auf einem vorgegebenen Abstandssollwert zu regeln, wenn die Geschwindigkeitsregelung zu einer Unterschreitung des Abstandssollwert führen würde. Bei diesem Verfahren wird eine vorausschauende Bestimmung des Steigungsprofils der vorausliegenden Fahrstrecke vorgenommen und es wird vor dem Beginn einer Steigung eine Geschwindigkeitserhöhung bzw. eine Abstandsverringerung zu dem vorausfahrenden Führungsfahrzeug zugelassen, um eine Fahrweise zu erzielen, die der Fahrweise eines geübten Fahrers entspricht. Nachteilig ist hierbei, dass die Abstandsverringerung zu einer Verkehrsgefährdung führen kann, da durch die Zulassung eines unterhalb des Abstandssollwerts liegenden Abstands der erforderliche Sicherheitsabstand zu dem vorausfahrenden Fahrzeug unterschritten werden kann.
• Aus der DE 101 422 74 A1 ist ein Verfahren zur Geschwindigkeitsregelung bekannt, bei dem die Regelung durch einen beschleunigenden Motoreingriff oder verzögernden Bremseingriff vorgenommen wird, wobei die Schwellen für die Umschaltung zwischen den beiden Eingriffsarten in Abhängigkeit von Topographieinformationen variiert werden, um vor einer Steigung ein Geschwindigkeitsüberschuss zu erzielen, der in Form von kinetischer Energie gezielt zur Überwindung der Steigung genutzt wird.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Abstandregelung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 anzugeben, das ohne Beeinträchtigung der Verkehrssicherheit eine Einsparung von Kraftstoff ermöglicht.
• Die Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
• Erfindungsgemäß wird bei einem Verfahren zur Regelung des Abstands eines Fahrzeugs zu einem vorausfahrenden Führungsfahrzeug der momentane Abstand zwischen dem Fahrzeug und dem Führungsfahrzeug sensorisch erfasst und auf einen Abstandsbereich geregelt, der durch zwei vorgegebene Abstandsschwellen begrenzt ist. Dabei wird der erfasste momentane Abstand mit den beiden Abstandsschwellen verglichen und der momentane Fahrzustand beibehalten, wenn der momentane Abstand zwischen den beiden Abstandsschwellen liegt, ein verzögernder Systemeingriff vorgenommen, wenn der momentane Abstand unterhalb der unteren der beiden Abstandsschwellen liegt, und ein beschleunigender Systemeingriff vorgenommen wird, wenn der momentane Abstand oberhalb der oberen der beiden Abstandsschwellen liegt, sofern und eine vorgegebene Sollgeschwindigkeit nicht überschritten wird. Weiterhin werden Topographieinformationen über das Steigungsprofil der vorausliegenden Fahrstrecke mittels eines auf eine digitale Karte zugreifenden Navigationssystems bereitgestellt und die Größe des Abstandsbereichs zwischen den beiden Abstandsschwellen wird dynamisch an die Topographieinformationen angepasst, um vor dem Beginn einer Steigung zunächst eine Abstandsvergrößerung und dann eine Abstandsverringerung zuzulassen. Durch die Abstandsverringerung kann eine Beschleunigung des Fahrzeugs bewirkt werden, so dass das Fahrzeug vor der Steigung Schwung holt und diesen anschließend zur Überwindung der Steigung nutzt.
• Vorzugsweise wird die Anpassung des Abstandsbereichs an die Topographieinformationen dadurch erzielt, dass die obere Abstandsschwelle vor dem Beginn der Steigung zunächst erhöht und anschließend nahe an der Steigung auf einen Wert reduziert wird, der sich ohne die vorhergehende Erhöhung ergeben würde.
• In einer vorteilhaften Weiterbildung des Verfahrens wird der der Beladungszustand des Fahrzeugs bestimmt und der Betrag der Erhöhung der oberen Abstandsschwelle sowie die Zeitpunkte der Erhöhung und Reduzierung der oberen Abstandsschwelle werden in Abhängigkeit des Beladungszustands bestimmt. Hierdurch wird eine Anpassung der Abstandsschwellenerhöhung an die von der Trägheit des Fahrzeugs abhängige Beschleunigungsfähigkeit des Fahrzeugs erzielt.
• Vorzugsweise wird die die untere Abstandsschwelle unabhängig von den Topographieinformationen festgelegt. Ein verzögernder Systemeingriff, der Energie vernichtet, wird dann nicht unnötigerweise vorgenommen, sondern erst dann, wenn dies aus Sicherheitsgründen zur Einhaltung eines Sicherheitsabstands zum Führungsfahrzeug auch erforderlich ist.
• Vorzugsweise umfasst der beschleunigende Systemeingriff einen Eingriff in die Kraftstoffzufuhr des Fahrzeugs und der verzögernde Systemeingriff einen Eingriff in das Bremssystem des Fahrzeugs.
• Verfahren eignet sich bestens für den Einsatz in einem Nutzfahrzeug, kann aber ohne weiteres auch in sonstigen Kraftfahrzeugen zum Einsatz kommen.
• Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Figuren näher beschrieben Dabei zeigen:
• 1 ein Beispiel eines Steigungsprofils einer Fahrstrecke,
• 2 ein zu dem Steigungsprofil aus 1 zugehöriges Diagramm mit für die Abstandsregelung maßgeblichen Abstandsschwellen.
• Die Erfindung basiert auf einem herkömmlichen Abstandsregelsystem, das den momentanen Abstand eines Fahrzeugs zu einem vorausfahrenden Führungsfahrzeug sensorisch erfasst, beispielsweise mit einem Radar- oder Lidarsystem, und das den erfassten momentanen Abstand durch einen beschleunigenden oder verzögernden Systemeingriff dahingehend variiert, dass ein innerhalb eines vorgegebenen Abstandsbandes liegender Abstandswert erzielt wird. Überschreitet der momentane Abstand das Abstandsband, wird das Fahrzeug durch einen beschleunigenden Systemeingriff in Richtung einer vorgegebenen Sollgeschwindigkeit beschleunigt.
• Die Erfindung basiert weiterhin auf einer vorausschauenden Bestimmung des Steigungsprofils einer vor einem Fahrzeug liegenden Fahrstrecke. Das Fahrzeug ist hierzu mit einem Navigationssystem ausgestattet, das beispielsweise sattelitengestützt die momentane Fahrzeugposition ermittelt und das auf eine digitale Karte zugreift, in der positionsbezogen Topographieinformationen hinterlegt sind.
• Die Positionsbestimmung kann insbesondere mit dem an sich bekannten GPS-System vorgenommen werden. Anhand der momentanen Position und der hinterlegten Topographiedaten ist das Navigationssystem nun in der Lage, vorausschauend ein Steigungsprofil für die demnächst zu durchfahrende Fahrstrecke zu bestimmen.
• 1 zeigt ein Beispiel für ein auf diese Weise bestimmtes Steigungsprofil h(x). Auf der Abszisse ist dabei die Weglänge x und auf der Ordinate die Höhe h eingezeichnet. 1 zeigt weiterhin symbolhaft das mit dem erfindungsgemäßen Abstandsregelsystem ausgestattete Fahrzeug F1 und das vor diesem im Abstand d vorausfahrende Führungsfahrzeug F2.
• Das mit dem Navigationssystem ermittelte Steigungsprofil h(x) wir nun vom Abstandsregelsystem bei der Festlegung von Abstandsschwellen für die beschleunigenden bzw. verzögernden Systemeingriffe berücksichtigt, wie dies anhand von 2 dargestellt ist.
• Für die Abstandsregelung wird zunächst in herkömmlicher Weise ein Abstandssollwert ds bestimmt. Dieser Abstandssollwert ds stellt einen vom Regelsystem oder vom Fahrer vorgegebenen Sicherheitsabstand dar, der während der Fahrt an die momentane Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs F1 angepasst wird und als Abstand d zu dem Führungsfahrzeug F2 eingehalten werden soll. Das Abstandsregelsystem definiert oberhalb und unterhalb des Abstandssollwerts ds eine obere Abstandsschwelle do bzw. eine untere Abstandsschwelle du.
• Falls der ermittelte momentane Abstand d zwischen dem Fahrzeug F1 und dem Führungsfahrzeug F2 innerhalb des durch die beiden Abstandsschwelle du, do definierten Abstandsbandes Δd liegt, wird der momentane Fahrzustand des Fahrzeugs F1 beibehalten, d.h. es wird weder ein beschleunigender noch ein verzögernder Systemeingriff vorgenommen.
• Sobald die untere Abstandsschwelle du aber unterschritten wird, wird ein verzögernder Systemeingriff vorgenommen, um den momentanen Abstand d zu erhöhen und wiederum einen innerhalb des Abstandsbandes Δd liegenden Abstandswert zu erzielen. Der verzögernde Systemeingriff kann dabei als Eingriff in die Motorsteuerung zur Verringerung der Kraftstoffzufuhr vorgenommen werden und kann zusätzlich auch einen Bremseingriff in das Bremssystem des Fahrzeugs umfassen. Beim Bremseingriff handelt es sich insbesondere um einen Eingriff in eine ggf. im Fahrzeug vorgesehene Retarderbremse.
• Sobald der momentane Abstand d die obere Abstandsschwelle do überschreitet, wird ein beschleunigender Systemeingriff vorgenommen, um das Fahrzeug in Richtung der vorgegebenen Sollgeschwindigkeit zu beschleunigen und die Geschwindigkeit des Fahrzeugs F1 auf die Sollgeschwindigkeit einzuregeln. Der beschleunigende Systemeingriff umfasst beispielsweise einen die Kraftstoffzufuhr erhöhenden Eingriff in die Motorsteuerung des Fahrzeugs.
• Die beiden Abstandsschwellen do, du definieren somit eine Hysterese, die ein Schwingen zwischen den beiden Systemeingriffsarten verhindert. Zudem wird dem Fahrzeug bei einer geringfügigen Unterschreitung des Sollabstands ds nicht gleich unnötig Energie entzogen, was zu einem Kraftstoffmehrverbrauch führen würde.
• Erfindungsgemäß wird nun die Hysterese, d.h. die Breite des Abstandsbandes Δd, in Abhängigkeit des erwarteten Steigungsprofils h(x) variiert, um vor dem Beginn einer Steigung zunächst eine Erhöhung des momentanen Abstands d zu erlauben und um anschließend nahe am Beginn der Steigung eine Beschleunigung der Fahrzeugs F1 durch Reduzierung des Abstands d zu ermöglichen, ohne dass hierdurch der gewünschte Sicherheitsabstand unterschritten wird. Durch die Beschleunigung soll vor der Steigung zusätzliche Antriebskraft bereitgestellt werden, um den hieraus resultierenden Schwung bei der Überwindung der Steigung auszunutzen. Das Fahrzeug F1 wird daher nicht bereits am Beginn der Steigung an seine Leistungsgrenzen geraten, und es wird somit ein angenehmes Fahrgefühl bei gleichzeitiger Einsparung von Kraftstoff erzielt.
• Gemäß 2 sieht die Anpassung des Abstandsbands Δd vor, dass die obere Abstandsschwelle do weit vor dem Beginn der Steigung um einen Erhöhungswert Δdo erhöht wird. Diese Erhöhung hat zur Folge, dass nunmehr ein größerer Abstand d zwischen dem Fahrzeug F1 und Führungsfahrzeug F2 zugelassen wird, bevor ein korrigierender Systemeingriff vorgenommen wird. Nahe an dem Beginn der Steigung wird die obere Abstandsschwelle do dann zurück auf den für eine Fahrt auf einer horizontalen Ebene geltenden Wert reduziert, d.h. auf den Wert, der sich ohne die Erhöhung ergeben würde. Ist der Abstand d vorher auf einen innerhalb des Erhöhungsbereichs liegenden Wert angestiegen, wird nun durch die Reduzierung der oberen Abstandsschwelle do eine Beschleunigung des Fahrzeugs erzwungen. Vorteilhafterweise wird erkannt, dass die Beschleunigung eine Reaktion auf die Reduzierung der oberen Abstandsschwelle do ist und die Beschleunigung wird in diesem Fall mit Vollgas durchgeführt, um die maximale Antriebskraft für die Überwindung der Steigung bereit zu stellen.
• Es ist zwar denkbar, die untere Abstandsschwelle du ebenfalls in Abhängigkeit des Steigungsprofils h(x) zu variieren, die untere Abstandsschwelle du wird aber vorteilhafterweise unabhängig von der Topographie festgelegt, so dass ein verzögernder und energievernichtender Systemeingriff nur dann vorgenommen wird, wenn eine Verzögerung aus Sicherheitsgründen zur Einhaltung des Sicherheitsabstands notwendig ist.
• Vorteilhafterweise werden der Betrag Δdo, um den die obere Abstandsschwelle do erhöht wird, sowie die Zeitpunkte der Erhöhung und Reduzierung der oberen Abstandsschwelle do in Abhängigkeit des Beladungszustands des Fahrzeugs F1 bestimmt. Der Beladungszustand kann dabei vom Fahrer über geeignete Eingabemittel eingegeben werden oder während der Fahrt automatisch aus dem angeforderten Antriebsmoment und der erzielten Beschleunigung ermittelt werden.
• Durch die Berücksichtigung des Beladungszustands ist es möglich, bei voller Beladung eine größere Abstandsvergrößerung als bei geringer Beladung zu erlauben und dem Fahrzeug F1 bei voller Beladung mehr Zeit für die Beschleunigung bis zum Beginn der Steigung zu gewähren als bei geringer Beladung. Damit wird eine Anpassung der Hysterese an von der Trägheit des Fahrzeugs F1 abhängige Beschleunigungsfähigkeit des Fahrzeugs F1 erreicht.
• Falls kein Führungsfahrzeug F2 detektiert wird oder falls der Abstand d zum Führungsfahrzeug F2 größer ist als die obere Abstandsschwelle do, wird das Fahrzeug F1 in Richtung der vorgegebenen Sollgeschwindigkeit beschleunigt und eine Geschwindigkeitsregelung zur Haltung der Sollgeschwindigkeit durchgeführt.
• Analog zur Abstandsregelung werden auch für die Geschwindigkeitsregelung zwei Geschwindigkeitsschwellen definiert: eine oberhalb der Sollgeschwindigkeit liegende obere Geschwindigkeitsschwelle und eine unterhalb der Sollgeschwindigkeit liegende untere Geschwindigkeitsschwelle. Die Geschwindigkeitsregelung sieht nun vor, dass der momentane Fahrzugstand beibehalten wird, wenn die erfasste momentane Geschwindigkeit innerhalb des durch die beiden Geschwindigkeitsschwellen begrenzten Geschwindigkeitsbandes liegt, dass ein verzögernder Systemeingriff vorgenommen wird, wenn die momentane Geschwindigkeit oberhalb der oberen der beiden Geschwindigkeitsschellen liegt, und dass ein beschleunigender Systemeingriff vorgenommen wird, wenn die momentane Geschwindigkeit unterhalb der unteren der beiden Geschwindigkeitsschwellen liegt. Die beiden Geschwindigkeitsschellen definieren somit ebenfalls eine Hysterese für die Umschaltung der beiden Systemeingriffsarten.
• Diese Hysterese, d.h. die Breite des durch die beiden Geschwindigkeitsschwellen definierten Geschwindigkeitsbandes, kann ebenfalls an die bereitgestellten Topographieinformationen, d.h. an das Streckenprofil h(x) angepasst werden, so dass das Fahrzeug F1 kurz vor dem Beginn der Steigung durch Zulassen einer höheren Geschwindigkeit noch Schwung holt diesen bei der Überwindung der Steigung ausnutzt.
• Das erfindungsgemäße Verfahren kann zur Längsregelung sowohl von Personenkraftwagen als auch von Nutzfahrzeugen eingesetzt werden.

Claims (7)

1. Verfahren zur Regelung des Abstands (d) eines Fahrzeugs (F1) zu einem vorausfahrenden Führungsfahrzeug (F2), bei dem der momentane Abstand (d) zwischen dem Fahrzeug (F1) und dem Führungsfahrzeug (F2) sensorisch erfasst wird und auf einen durch zwei vorgegebene Abstandsschwellen (do, du) begrenzten Abstandsbereich (Δd) geregelt wird, wobei der momentane Abstand (d) mit den beiden Abstandsschwellen (do, du) verglichen wird und der momentane Fahrzustand beibehalten wird, wenn der momentane Abstand (d) zwischen den beiden Abstandsschwellen (do, du) liegt, ein verzögernder Systemeingriff vorgenommen wird, wenn der momentane Abstand (d) unterhalb der unteren der beiden Abstandsschwellen (du) liegt, und ein beschleunigender Systemeingriff vorgenommen wird, wenn der momentane Abstand (d) oberhalb der oberen der beiden Abstandsschwellen (do) liegt, dadurch gekennzeichnet, dass Topographieinformationen über das Steigungsprofil (h(x)) einer vorausliegenden Fahrstrecke mittels eines auf eine digitale Karte zugreifenden Navigationssystems bereitgestellt werden und dass die Größe des Abstandsbereichs (Δd) dynamisch an die Topographieinformationen angepasst wird, um vor dem Beginn einer Steigung zunächst eine Abstandsvergrößerung und dann eine Abstandsverringerung zuzulassen.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Anpassung des Abstandsbereichs (Δd) an die Topographieinformationen dadurch erzielt wird, dass die obere Abstandsschwelle (do) vor dem Beginn einer Steigung zunächst erhöht und anschließend nahe an der Steigung auf einen Wert reduziert wird, der sich ohne die vorhergehende Erhöhung ergeben würde.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Beladungszustand des Fahrzeugs (F1) bestimmt wird und dass der der Betrag der Erhöhung (Δdo) der oberen Abstandsschwelle (do) und die Zeitpunkte der Erhöhung und Reduzierung der oberen Abstandsschwelle (do) in Abhängigkeit des Beladungszustands bestimmt werden.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die untere Abstandsschwelle (du) unabhängig von den Topographieinformationen festgelegt wird.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der beschleunigende Systemeingriff einen Eingriff in die Kraftstoffzufuhr des Fahrzeugs umfasst.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der verzögernde Systemeingriff einen Eingriff in das Bremssystem des Fahrzeugs umfasst.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es in einem Nutzfahrzeug angewendet wird.