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Die
Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur situationsabhängigen
Anpassung der Fahrpedalcharakteristik in einem Fahrzeug.
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Stand der Technik
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Aus
der
DE 10 2004
061 263 A1 ist ein Verfahren zur Beeinflussung des Fahrpedalverhaltens
in einem Kraftfahrzeug bekannt, bei dem ermittelt wird, ob eine
fahrdynamisch gefährliche Situation für das Fahrzeug
vorliegt, woraufhin das Pedalverhalten des Fahrpedals beeinflusst
wird. Die fahrdynamisch gefährliche Situation wird anhand
von Sensordaten einer Umfeldsensorik oder eines Navigationssystems festgestellt.
Die Änderung der Fahrpedalcharakteristik erfolgt in der
Weise, dass die Kennlinie modifiziert wird, die den Zusammenhang
zwischen der Motormomentenanforderung des Fahrers und der Fahrpedalstellung
beschreibt. Um der fahrdynamisch gefährlichen Situation
Rechnung zu tragen, wird die Motormomentenanforderung für
die aktuell vorliegende Fahrpedalstellung verringert, so dass im
Vergleich zu einer regulären Fahrsituation ein geringeres Motormoment
angefordert wird als der Fahrpedalstellung entspricht.
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Auch
aus der
DE 10
2005 033 087 A1 ist es bekannt, die Fahrpedalkennlinie
umzuparametrieren, so dass bei einer bestimmten Fahrpedalposition
eine geringere Beschleunigungsanforderung erzeugt wird, als im üblichen Fahrbetrieb.
Die Umparametrierung wird in Anfahrsituationen durchgeführt,
um eine Kollision mit dem vorausbefindlichen Fahrzeug zu vermeiden.
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Sowohl
bei der
DE 10
2004 061 263 A1 als auch bei der
DE 10 2005 033 087 A1 wird
die Fahrpedalcharakteristik dahingehend geändert, dass
das angeforderte Motormoment auf einem geringeren Niveau verharrt,
als der Fahrpedalposition entspricht.
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Offenbarung der Erfindung
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, die Fahrpedalcharakteristik
in einem Fahrzeug situationsabhängig so anzupassen, dass
insbesondere kritische Fahrsituationen mit höherer Sicherheit
absolviert werden.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen
der unabhängigen Ansprüche gelöst. Die
abhängigen Ansprüche geben zweckmäßige Weiterbildungen
an.
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Gemäß eines
ersten Aspektes der Erfindung ist das Verfahren zur situationsabhängigen
Anpassung der Fahrpedalcharakteristik in einem Fahrzeug in der Weise
ausgebildet, dass je nach aktueller Fahrsituation der Zusammenhang
zwischen der Fahrpedalstellung und dem angeforderten Motormoment
dahingehend modifiziert wird, dass die Änderung des Motormoments
gegenüber einem üblicherweise linearen Zusammenhang
von Fahrpedalstellung und Motormoment progressiv oder degressiv modifiziert
wird. Demzufolge wird die Änderung des Motormoments im
Vergleich zu Änderungen während des Normalbetriebes
nicht linear, sondern mit entweder geringerer oder mit größer
ansteigender Kennlinie durchgeführt. Da sich die Modifikation
auf die Änderung des Motormoments bezieht, die mit einer Fahrpedaländerung
einhergeht, kann grundsätzlich das gleiche Endniveau erreicht
werden wie bei einer nicht-modifizierten Kennlinie. Die Modifikation
bezieht sich somit lediglich auf eine Änderung der Fahrpedalstellung
mit einhergehender Änderung der Momentenanforderung. Gleichwohl
kann es zweckmäßig sein, auch ein gegenüber
der regulären Kennlinie unterschiedliches Endniveau des
Motormomentes einzustellen.
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Der
Vorteil dieser Vorgehensweise liegt darin, dass je nach aktueller
Fahrsituation ein agileres Fahren (bei progressiv ansteigender Kennlinie)
oder ein zurückhaltenderes Fahrverhalten (bei degressiv ansteigender
Kennlinie) zur Reduzierung der Unfallgefahr eingestellt werden kann.
Damit kann in einem weiten Spektrum auf unterschiedlichste Fahrsituationen
reagiert werden und einerseits das fahrdynamische Potenzial und
andererseits die Sicherheitsreserven besser ausgeschöpft
werden. So ist es beispielsweise möglich, zur Unterstützung
eines Beschleunigungsvorganges einen progressiven Anstieg durchzuführen,
beispielsweise zur Vermeidung einer Kollision beim Einfahren in
eine Straße oder zum Beschleunigen aus einer Kurve heraus.
Eine Kennlinienabsenkung kann ebenfalls zur Kollisionsvermeidung
eingesetzt werden, beispielsweise für den Fall, dass ein
Hindernis vor dem eigenen Fahrzeug steht, wobei die Kennlinienabsenkung
zu einer geringeren Beschleunigung führt und damit dem
Fahrer mehr Zeit für Ausweichmaßnahmen lässt.
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Gemäß eines
weiteren Aspektes der Erfindung wird das Motormoment, das der vom
Fahrer vorgegebenen Pedalstellung entspricht, geändert, wobei
diese Änderung nach Ablauf einer bestimmten Zeitspanne
zumindest teilweise, zweckmäßig aber vollständig
wieder zurückgenommen wird, so dass sich das der vorgegebenen
Pedalstellung entsprechende Motormoment wieder einstellt. Bei dieser zeitabhängigen
Modifikation der Kennlinie wird das Motormoment über einen
begrenzten Zeitraum gegenüber dem normalen Motormomentverlauf
erhöht oder abgesenkt, wobei anschließend nach
Ablauf der Zeitspanne wieder das reguläre Niveau erreicht
wird. Diese Überhöhung oder Absenkung kann auch
bei gleich bleibender Gaspedalstellung als Reaktion auf die aktuelle
Fahrsituation in Abhängigkeit der Umfeldinformationen durchgeführt
werden. Grundsätzlich ist es aber auch möglich,
beispielsweise während einer Änderung der Fahrpedalstellung
eine kurzzeitige Überhöhung des Motormomentes
mit anschließendem Abfallen durchzuführen.
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Auch
mit dieser Modifikation des Motormomentes kann situativ das Fahrverhalten
des Fahrzeuges beeinflusst werden. So ist beispielsweise bei einer Überhöhung
ein agileres Fahrverhalten einstellbar. Die Überhöhung
wird innerhalb eines begrenzten Zeitraumes wieder auf den regulären
Wert zurückgeführt, so dass sich anschließend
wieder eine normale Fahrpedalcharakteristik einstellt mit entsprechend
unbeeinflusstem Fahrverhalten.
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Die Änderung
des Motormomentes erfolgt beispielsweise in Abhängigkeit
der Änderung der Pedalstellung, also des Gradienten der
Pedalstellung. Hierbei wird rechnerisch eine modifizierte Ersatzpedalstellung
ermittelt, die sich aus der tatsächlichen Pedalstellung
sowie einem Gradientenanteil zusammensetzt, wobei die Ersatzpedalstellung
anstelle der tatsächlichen Pedalstellung in die Motorkennlinie
zur Ermittlung des anzufordernden Motormoments einfließt.
Auf Grund des Gradientenanteils wird eine Überhöhung
erreicht, die zu dem oben genannten agileren Fahrverhalten führt.
Das Maß der Überhöhung ist hierbei über
einen Faktor einstellbar, mit dem der Gradient der Fahrpedalstellung
multipliziert wird. Es handelt sich bei diesem Faktor um eine Vorhaltezeit,
die entweder als vorgegebene Konstante oder als situationsabhängige
Variable ermittelt wird, beispielsweise in Abhängigkeit
der aktuellen Gefährdungssituation des Fahrzeuges.
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Grundsätzlich
ist es auch möglich, anstelle einer Gradientenfunktion
einen PDT1-Filter vorzusehen, mit dem der
Zusammenhang zwischen Ersatz-Fahrpedalstellung und tatsächlicher
Fahrpedalstellung beschrieben wird. Die Zeitparameter im PDT1-Filter bestimmen hierbei ebenfalls die Überhöhung
im Verlauf der Ersatz-Fahrpedalstellung, die als Eingangsgröße
in die Kennlinie eingeht, welche den Zusammenhang zwischen angefordertem
Motormoment und Fahrpedalstellung beschreibt.
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Gemäß eines
weiteren Aspektes der Erfindung wird der aktuelle Fahrzustand des
Fahrzeugs auf der Grundlage der das Umfeld beschreibenden Informationen
in verschiedene Risikostufen einklassifiziert, wobei das Maß der Änderung
des Motormoments von der aktuellen Risikostufe abhängt.
Diese Klassifizierung führt dazu, dass verschiedene Fahrsituationen
in verschiedene Kategorien eingruppiert werden, denen jeweils ein
bestimmtes Gefährdungsmaß zugeordnet wird, wobei
ausgehend von diesem Gefährdungsmaß die Kennlinie
modifiziert wird. Hierbei ist sowohl eine degressive als auch eine
progressive Änderung der Kennlinie möglich. Wird
beispielsweise über die Umfeldsensorik erkannt, dass ein
hohes Risiko vorliegt, beispielsweise das Risiko einer Kollision
mit einem vorausbefindlichen Gegenstand oder Fahrzeug, kann eine
entsprechend größere Modifikation des Motormomentes
durchgeführt werden als bei einem geringern Risiko. Vorteilhafterweise wird
eine begrenzte Anzahl von Risikostufen berücksichtigt,
beispielsweise drei Risikostufen mit hohem, mittlerem und niedrigem
Gefährdungspotenzial, wobei jede Risikostufe eine festgelegte Änderung
des Motormoments bewirkt. Wird dagegen kein erhöhtes Risiko
festgestellt, so kann auch die Modifikation der Kennlinie unterbleiben.
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Weitere
Vorteile und zweckmäßige Ausführungen
sind den weiteren Ansprüchen, der Figurenbeschreibung und
den Zeichnungen zu entnehmen. Es zeigen:
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1 ein
Strukturbild zum Verfahren zur situationsabhängigen Anpassung
der Fahrpedalcharakteristik in einem Kraftfahrzeug,
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2 ein
Schaubild mit Kennlinien des angeforderten Motormoments in Abhängigkeit
von der modifizierten Fahrpedalposition, die als Ersatzgröße anstelle
der tatsächlichen Fahrpedalposition in die Kennlinie eingeht,
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3 ein
Schaubild mit dem Verlauf der Fahrpedalposition in Abhängigkeit
der Zeit mit einer dargestellten Überhöhung, die
als Ersatz-Fahrpedalposition in die Kennlinie eingeht,
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4 ein
Ablaufdiagramm mit den einzelnen Verfahrensschritten zur Durchführung
des Verfahrens zur situationsabhängigen Anpassung der Fahrpedalcharakteristik.
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Das
Strukturdiagramm gemäß 1 enthält diverse
Blöcke 1 bis 9, die jeweils ein Teilsystem
des Fahrzeuges einschließlich des Fahrers repräsentieren.
Block 1 symbolisiert den Fahrer, der mit dem Fahrzeug interagiert.
Die Blöcke 2b bis 2d stehen für diverse
Sensoren einer Umfeldsensorik, die beispielsweise als Radar-, Lidar-
oder Infrarotsensoren oder als videobasierte Systeme ausgebildet
sind oder auch ein Navigationssystem mit hinterlegter Straßenkarte
umfassen können. Die von der Umfeldsensorik 2a bis 2d gelieferten
Sensorinformationen IS1 bis IS4 werden
einem Block 3 zugeleitet, in welchem eine Sensordatenfusion
durchgeführt wird. In einem nachfolgenden Block 4 erfolgt
auf der Grundlage der Sensordaten eine Situationserkennung, insbesondere
die Erkennung, ob das Fahrzeug sich in einer Gefahrensituation befindet
bzw. sich einer solchen nähert. Die Gefahrensituation kann
beispielhaft durch außerhalb des Fahrzeuges liegende Ereignisse
gekennzeichnet sein, beispielsweise durch Hindernisse auf der Fahrbahn.
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In
Block 4 kann außerdem eine Klassifizierung in
verschiedene Risikostufen RS1, RS2, RS3 ... durchgeführt
werden, wobei die verschiedenen Risikostufen jeweils einem unterschiedlich
hohen Risikopotenzial entsprechen.
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Der
Situationserkennungsblock 4 kommuniziert zum einen mit
einem Block 6, in welchem eine Anpassung der Fahrpedalcharakteristik
durchgeführt wird, sowie zum andern mit einem Block 5,
der für eine Anpassung sonstiger Regel- bzw. Steuersysteme
im Fahrzeug steht, beispielsweise Bremssysteme, Lenksysteme oder
die Motorelektronik. Bei der Anpassung der Fahrpedalcharakteristik
gemäß Block 6 werden in Abhängigkeit
zum einen der Sensordaten IS1 bis IS4 und zum andern der ermittelten Risikostufe
Fahrpedal-Kenngrößen berechnet, die Einfluss auf
die Fahrpedalcharakteristik haben, also auf den Zusammenhang zwischen
angefordertem Motormoment und Fahrpedalbetätigung. Bei
den anzupassenden Kenngrößen handelt es sich beispielsweise
um Zeitparameter.
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Diese
in Block 6 ermittelten Fahrpedal-Kenngrößen
werden einem Block 7 zugeführt, dem zugleich als
Eingangsgröße die tatsächliche und aktuelle
Fahrpedalstellung sFP zugeführt
wird, die vom Fahrer durch Betätigung des Fahrpedals erzeugt
wird. Der Block 7 beinhaltet eine so genannte Vorhaltefunktion,
bei der, wie in 3 und 4 beschrieben wird,
eine Überhöhung des angeforderten Motormomentes
durch eine entsprechende Überhöhung einer Ersatz-Fahrpedalstellung
SFP,mod generiert wird. Diese Ersatz-Fahrpedalstellung
SFP,mod wird als Eingangsgröße
dem nächsten Block 8 zugeführt, dem außerdem
die Kenngrößen des Kennlinienverlaufes der Fahrpedalcharakteristik
aus dem Block 6 zugeführt wird. Der Block 8 enthält
die Fahrpedalkennlinie, also den Zusammenhang von angefordertem
Motormoment MMot und Fahrpedalstellung,
wobei nicht die tatsächliche Fahrpedalstellung, sondern
die Ersatz-Fahrpedalstellung SFP,mod in
die Kennlinie einfließt.
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Als
Ausgangsgröße produziert der Block 8 das
angeforderte Motormoment MMot, das schließlich der
im Block 9 symbolisierten Motorsteuerung zugeführt
wird.
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In 2 ist
die Fahrpedalkennlinie dargestellt, welche in 1 im
Block 8 hinterlegt ist. Die Fahrpedalkennlinie stellt den
Zusammenhang zwischen angefordertem Motormoment MMot und
Fahrpedalstellung her, wobei in 2 analog
zu Block 8 aus 1 auf der Ordinate die Ersatz-Fahrpedalstellung
sFP,mod abgebildet ist, die anstelle der
tatsächlichen Fahrpedalstellung sFP der
Ermittlung des angeforderten Motormomentes MMot zu
Grunde gelegt wird. Eingetragen sind in 2 drei Kennlinien 10 bis 12,
wobei die Kennlinie 10 als Ursprungsgerade ausgeführt
ist, die bis zu einem Maximalwert MMot,max des angeforderten
Motormomentes ansteigt und danach auf diesem Maximalwert verharrt.
Die linear ansteigende, als Ursprungsgerade ausgebildete Kennlinie 10 stellt
den Grund- bzw. Regelfall dar, bei dem das angeforderte Motormoment
proportional zur Fahrpedalstellung ansteigt. Von diesem Regelfall
kann situationsabhängig abgewichen werden, was mit der progressiv
verlaufenden Kennlinie 11 oberhalb der Kennlinie 10 und
der degressiv verlaufenden Kennlinie 12 unterhalb der Kennlinie 10 dargestellt
ist. Die progressive Kennlinie 11 hat während
des Anstieges der Fahrpedalstellung, also während der Änderung der
Fahrpedalstellung ein agileres Fahrverhalten zur Folge, wohingegen
die degressive Kennlinie 12 auf Grund der geringeren Motormomentanforderung
ein trägeres Fahrverhalten bewirkt. Die Kennlinien 11 und 12 sind
jeweils aus zwei geraden Abschnitten zusammengesetzt und steigen
bis zum Maximalwert MMot,max der Momentenanforderung
an und verharren anschließend auf diesem Wert. Der Verlauf
der Kennlinien 11 und 12 ist stetig, Momentensprünge
werden vermieden.
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In 3 ist
ein zeitabhängiger Verlauf der Fahrpedalstellung sFP bzw. der modifizierten Ersatz-Fahrpedalstellung
sFP,mod dargestellt. Oberhalb des Schaubildes
ist der Block 7 aus 1 mit der Vorhaltefunktion
dargestellt, aus der die modifizierte Fahrpedalstellung SFP,mod aus der tatsächlichen Fahrpedalstellung
sFP ermittelt wird. Die Vorhaltefunktion gemäß Block 7 ist
beispielhaft als PDT1-Filter ausgebildet.
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Die Änderung
des Motormoments zwischen der modifizierten Ersatz-Fahrpedalstellung
s
FP,mod und der tatsächlichen Fahrpedalstellung
s
FP wird über den PDT
1-Filter
durchgeführt, der durch die Übertragungsfunktion
G(s) gemäß
charakterisiert ist, wobei
s die Laplace-Variable, T
V die Vorhaltezeit
und T
N einen weiteren Zeitparameter bezeichnet.
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Die
Vorhaltezeit TV kann entweder als konstante
Größe vorgegeben werden oder, gemäß einer alternativen
Ausführung, situationsabhängig festgelegt werden,
wobei beispielhaft in risikoreicheren Situationen ein größerer
Wert für die Vorhaltezeit TV festgelegt
wird, um ein agileres Fahrverfahren und schnelleres Ansprechen des
Fahrzeuges einzustellen. Je nach Art der risikoreichen Situation
kann es aber auch angezeigt sein, einen kleineren Wert für die
Vorhaltezeit TV festzulegen, beispielsweise
um einer Beschleunigung des Fahrzeuges entgegenzuwirken.
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Im
Schaubild gemäß 3 ist der
Verlauf der tatsächlichen Fahrpedalstellung sFP mit
strichlierter Linie dargestellt, der Verlauf der modifizierten Ersatz-Fahrpedalstellung
SFP,mod dagegen mit durchgezogenem Strich.
Wie zu erkennen, weist die Ersatz-Fahrpedalstellung sFP,mod gegenüber
der tatsächlichen Fahrpedalstellung sFP eine Überhöhung
auf, die jedoch innerhalb eines begrenzten Zeitraumes wieder zurückgeführt
wird, so dass nach Ablauf dieses begrenzten Zeitraumes die Ersatz-Fahrpedalstellung
SFP,mod mit der tatsächlichen Fahrpedalstellung
zusammenfällt. Die Überhöhung wirkt demnach also
nur kurzzeitig.
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Die Überhöhung
des Motormoments erfolgt in einer alternativen Ausführung über
einen gradientenabhängigen Zuschlag der Pedalstellung gemäß der
Beziehung
wobei
den aktuellen Gradienten
der tatsächlichen Fahrpedalstellung S
FP bezeichnet.
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Nachdem
die Fahrpedaländerung, ausgelöst vom Fahrer, keinen
weiteren Zuwachs aufweist, der Fahrer also die Fahrpedalstellung
konstant hält, ist auch der Wert des aktuellen Gradienten
bei Null, so dass keine weitere Überhöhung stattfindet.
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In 4 ist
ein Ablaufschema mit dem Ablauf der einzelnen Verfahrensschritte
zur situationsabhängigen Anpassung der Fahrpedalcharakteristik dargestellt.
Zunächst werden in einem ersten Verfahrensschritt 20 mittels
der Umfeldsensorik die Informationen IS1,
IS2, IS3 usw. über
das Umfeld beschafft bzw. bereitgestellt, wobei die Umfeldsensorik
diverse Sensoren wie Radar, Lidar oder videobasierte Systeme sowie
auch ein GPS- bzw. Navigationssystem umfassen kann. Über
die Umfeldsensorik kann beispielsweise der Straßentyp festgestellt
werden, beispielweise die Tatsache, ob sich das Fahrzeug auf einer Landstraße,
in der Stadt oder auf einer Autobahn bewegt, sowie Hindernisse auf
der Fahrbahn bzw. vorausfahrende Fahrzeuge detektiert werden.
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Ausgehend
von diesen, das Umfeld beschreibenden Informationen ISi wird
im nächsten Verfahrensschritt 21 eine Klassifikation
in verschiedene Risikostufen RSi durchgeführt.
Zweckmäßigerweise wird eine diskrete Anzahl von
verschiedenen Risikostufen vorgegeben, in die je nach Wert der Umfeldinformationen
ISi die aktuelle Fahrzeugsituation eingestuft
wird. So kann es zweckmäßig sein, beispielsweise
drei Risikostufen RS1, RS2 und
RS3 mit hohem, mittlerem und niedrigem Risiko
vorzusehen, von denen das hohe Risiko beispielsweise ein Hindernis
mit Kollisionsrisiko, die mittlere Risikostufe einen Überholvorgang
und die niedrige Risikostufe eine Änderung des Straßentyps
kennzeichnet.
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Je
nach Risikostufe RSi können verschiedene
Parametersätze aktiviert werden oder errechnet werden,
die anschließend in die Modifikation der Fahrpedalcharakteristik
einfließen. Der Verfahrensschritt 22 entspricht
dem Block 7 aus 1 bzw. der Kennlinie aus 3,
in der die Ersatz-Fahrpedalbetätigung SFP,mod bestimmt
wird. Die beispielhaft eingezeichnete Überhöhung
stellt sich hierbei je nach aktiviertem Parametersatz ein.
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Im
letzten Verfahrensschritt 23, der dem Block 8 aus 1 bzw.
der in 2 dargestellten Kennlinie entspricht, wird aus
der Ersatz-Fahrpedalstellung sFP,mod sowie
unter Berücksichtigung des aktivierten Parametersatzes
das angeforderte Motormoment MMot bestimmt,
wobei je nach aktiviertem Parametersatz eine Verschiebung der Motorkennlinie zugunsten
eines progressiveren oder degressiven Verlaufes stattfindet.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 102004061263
A1 [0002, 0004]
- - DE 102005033087 A1 [0003, 0004]