DE102008035115A1

DE102008035115A1 - Kurvengeschwindigkeits-Steuersystem mit adaptiver Kartenvorausschauzeit und Fahrmodusauswahl

Info

Publication number: DE102008035115A1
Application number: DE102008035115A
Authority: DE
Inventors: Yong H. Troy Lee; Weiwen Rochester Hills Deng; Haicen Windsor Zhang
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2007-07-31
Filing date: 2008-07-28
Publication date: 2009-04-16
Also published as: CN101357636B; US7774121B2; US20090037062A1; CN101357636A

Abstract

Ein System und ein Verfahren zum Detektieren einer Straßenkurve, während sich ein Fahrzeug der Kurve annähert, zum automatischen Liefern von Straßenkrümmungsinformationen und zum Steuern der Fahrzeuggeschwindigkeit. Das System verwendet eine Ortungsvorrichtung und eine Kartendatenbank, um die Position des Fahrzeugs zu kennen. In Abhängigkeit von der Geschwindigkeit des Fahrzeugs erzeugt das System bei der oder um die Kurve vor dem Fahrzeug ein Krümmungsprofil für verschiedene Krümmungsdatenpunktigkeitsprofil für die Krümmungspunkte. Das Soll-Geschwindigkeitsprofil und die tatsächliche Fahrzeuggeschwindigkeit werden bei jedem Profilpunkt verglichen, um zu bestimmen, ob das Fahrzeug für die Zielgeschwindigkeit zu schnell fährt. Die Beschleunigungsberechnung kann dadurch verbessert werden, dass eine Fahrerkurvenfahrtmodus-Eingabe bereitgestellt wird, die der Fahrzeugbetreiber auf Grund dessen auswählen kann, wie aggressiv der Fahrer das System zum Verlangsamen des Fahrzeugs wirken lassen möchte.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Gebiet der Erfindung
Diese Erfindung bezieht sich allgemein auf ein System und auf ein Verfahren, um zu detektieren, ob sich ein Fahrzeug einer Kurve in der Straße zu schnell annähert, und um dann, wenn dem so ist, automatisch eine Bremsungssteuerung bereitzustellen, und insbesondere auf ein System und auf ein Verfahren, um zu bestimmen, ob sich ein Fahrzeug einer Kurve in der Straße zu schnell annähert, und um dann, wenn dem so ist, automatisch eine Bremsungssteuerung bereitzustellen, wobei das System und das Verfahren anhand der Fahrzeuggeschwindigkeit adaptiv bestimmen, wann Krümmungsinformationen der Kurve zu liefern sind, und selektiv eine Fahreraggressivitätssteuerung bereitstellen.
2. Diskussion des Standes der Technik
Das zu schnelle Fahren in einer Straßenkurve könnte nicht nur Unannehmlichkeit für Fahrzeuginsassen, sondern unter einigen Umständen außerdem den Verlust der Fahrzeugkontrolle verursachen. Wenn sich ein Fahrer einer Kurve mit einer zu hohen Geschwindigkeit annähert, beginnt die Fahrzeugsteuerung vor dem normalen Kurvenlenken mit einer Verringerung der Fahrzeuggeschwindigkeit. Der für eine Kurve erforderliche Verlangsamungsgrad hängt von vielen Faktoren wie etwa von der Krümmung der Straße, von der Fahrzeuggeschwindigkeit, von dem Kurven überhöhungswinkel, von dem Straßengefälle, von dem Straßendecken-Reibungskoeffizienten, von den Fahrzeugeigenschaften, von der Fahrerfähigkeit usw. ab. Üblicherweise stützt sich ein Fahrer auf seine visuellen Informationen über die bevorstehende Kurve, um die richtige Geschwindigkeit und den richtigen Bremsgrad zu bestimmen. Obgleich es für scharfe Kurven im Allgemeinen Warnzeichen wie etwa Geschwindigkeitsbegrenzungen gibt, beachten Fahrer diese Warnzeichen gelegentlich nicht oder folgen nicht der Geschwindigkeitsbegrenzung. Der Zeitpunkt der Bremsbetätigung relativ zur Position des Fahrzeugs in einer Kurve ist auch dahingehend wichtig, dass es im Allgemeinen notwendig ist, ausreichend zu verlangsamen, bevor das Fahrzeug die Kurve erreicht. Die Nichtausführung eines richtigen Manövers kann nicht nur zu wiederholten Einstellungen der Bremse und der Lenkung führen, sondern möglicherweise außerdem zu schweren Unfällen, indem die Fahrspurgrenze überschritten wird oder von der Straße abgekommen wird.
Im Gebiet sind bestimmte aktive Sicherheitstechniken entwickelt worden, die Fahrern helfen können, die Fahrzeugsteuerung während der Kurvenfahrt aufrechtzuerhalten. Die herkömmlichen Realisierungen der Lösungswege einer aktiven Sicherheit sind Antiblockier- und Traktionssteuersysteme, um Fahrern zu helfen, Kurven sicher zu durchfahren, indem sie den Straßenzustand erfassen und in die Brems- und Drosselsteuerungsauswahlen des Fahrers eingreifen. Allerdings kann Fahrern weiter geholfen werden, indem diese Steuersysteme mit Strategien ergänzt werden, die in die Fahrzeugsteuerung vor Eintritt in eine Kurve eingreifen.
Durch Untersuchung und Simulation ist gezeigt worden, dass ein kleinerer Kurvenradius eine größere Lenkungseingabe erfordert und dass der Lenkfehler mit dem geforderten Lenkradeinschlagwinkel linear zunimmt. Fahrer kompensieren dies, indem sie eine niedrigere Geschwindigkeit wählen, sodass die Zeitdauer bis zum Linienüberqueren zur Innengrenze über den gesamten Kurvenradius konstant ist. Somit wird der Sicherheitsfaktor bis zu den Innenfahrspurgrenzen aufrechterhalten.
Ein bekanntes System, um zu bestimmen, ob sich ein Fahrzeug einer Kurve zu schnell annähert, und um dann, wenn dem so ist, automatisch eine Fahrzeugbremsung bereitzustellen, ist in der US-Patentanmeldung Nr. 11/297,906 mit dem Titel Speed Control Method for Vehicle Approaching and Traveling an a Curve, eingereicht am 9. Dezember 2005, beschrieben, die an den Inhaber dieser Anmeldung übertragen ist und deren Offenbarungsgehalt durch Bezugnahme mit aufgenommen ist. Dieses System verwendet GPS-Signale, eine Kartendatenbank, die Fahrzeuggeschwindigkeit, die Fahrzeuggiergeschwindigkeit und den Lenkwinkel, um für ein Fahrzeug, das durch eine Kurve fährt, in verschiedenen Entfernungen von dem Fahrzeug ein Profil der richtigen Geschwindigkeit zu liefern.
Dadurch, dass das System kalibriert wird, um Straßenkrümmungsinformationen in einer vorgegebenen Entfernung von der Kurve wie etwa 250 Meter zu liefern, weist dieses System Beschränkungen auf. Im Ergebnis ist die Auflösung der Kurvendaten beschränkt, da es zwischen den Datenpunkten feste Schritte gibt und die Anzahl der Kartenpunkte wegen der Rechen- und Übermittlungszeit beschränkt wird. Falls ein Fahrzeug langsam fährt, brauchen somit die in den Inkrementen mit festem Schritt gelieferten Krümmungsinformationen in einer vorgegebenen Entfernung von der Kurve nicht notwendig zu sein, sodass die Auflösung des Systems begrenzt werden kann. Falls das Fahrzeug mit einer hohen Geschwindigkeit fährt, kann ferner die feste Entfernung von der Kurve zum Liefern der Krümmungsinformationen zu nahe an der Kurve sein, um vor Erreichen der Kurve eine gleichmäßige Verlangsamung sicherzustellen.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
In Übereinstimmung mit den Lehren der vorliegenden Erfindung werden ein System und ein Verfahren zum Detektieren einer Straßenkurve, während sich ein Fahrzeug der Kurve annähert, zum automatischen Liefern von Straßenkrümmungsinformationen und zum Steuern der Fahrzeuggeschwindigkeit offenbart. Das System verwendet eine Ortungsvorrichtung wie etwa einen GPS-Empfänger und eine Kartendatenbank, um die Position des Fahrzeugs relativ zu Kurven auf der Straße zu kennen. In Abhängigkeit von der Geschwindigkeit des Fahrzeugs erzeugt das System bei der oder um die Kurve vor dem Fahrzeug ein Krümmungsprofil für verschiedene Krümmungsdatenpunkte. Auf der Grundlage der Krümmungsprofilinformationen erzeugt das System ein Soll-Geschwindigkeitsprofil für die Krümmungspunkte. Das Soll-Geschwindigkeitsprofil und die tatsächliche Fahrzeuggeschwindigkeit werden bei jedem Profilpunkt verglichen, um zu bestimmen, ob das Fahrzeug für die Zielgeschwindigkeit zu schnell fährt. Wenn dem so ist, liefert das System einen Befehl, um das Fahrzeug zu verlangsamen, während es um die Kurve navigiert. Die Beschleunigungsberechnung kann dadurch verbessert werden, dass eine Fahrerkurvenfahrtmodus-Eingabe bereitgestellt wird, die der Fahrzeugbetreiber auf Grund dessen auswählen kann, wie aggressiv der Fahrer das System zum Verlangsamen des Fahrzeugs wirken lassen möchte.
Zusätzliche Merkmale der vorliegenden Erfindung gehen aus der folgenden Beschreibung und aus den beigefügten Ansprüchen in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen hervor.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine Draufsicht eines Fahrzeugs, das ein Kurvengeschwindigkeits-Steuersystem gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung enthält;
2 ist ein Prinzipblockschaltplan des in 1 gezeigten Kurvengeschwindigkeits-Steuersystems und
3 ist eine Draufsicht einer Reihe von Krümmungsdatenpunkten um einen Abschnitt einer Kurve auf der Straße, die Orte zum Liefern eines Straßenkurvenprofils identifizieren.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
Die folgende Diskussion der Ausführungsformen der Erfindung, die auf ein System und auf ein Verfahren zum Identifizieren einer Kurve auf der Straße für ein Fahrzeug und auf das automatische Bereitstellen einer Bremsung, wenn das Fahrzeug für die Kurve zu schnell fährt, gerichtet ist, ist dem Wesen nach lediglich beispielhaft und soll die Erfindung oder ihre Anwendungen oder Verwendungen in keiner Weise einschränken.
Die vorliegende Erfindung schlägt ein Kurvengeschwindigkeits-Steuersystem für ein Fahrzeug vor, das automatisch an die Fahrzeugbremsen einen Bremsbefehl liefert, wenn das System aktiviert ist und sich das Fahrzeug zu schnell einer Kurve annähert. Wie im Folgenden ausführlich diskutiert wird, liefert das Kurvengeschwindigkeits-Steuersystem in bestimmten Abständen von dem Fahrzeug in Abhängigkeit von der Fahrzeuggeschwindigkeit adaptiv Straßenkurveninformationen. Ferner enthält die vorliegende Erfindung einen Fahrerkurvenfahrtmodus, der zulässt, dass der Fahrzeugbetreiber wahlweise die Aggressivität steuert, mit der das Kurvengeschwindigkeits-Steuersystem das Fahrzeug durch die Kurve fahren lässt.
1 ist eine blockdiagrammartige Draufsicht eines Fahrzeugs 10, das ein Kurvengeschwindigkeits-Steuersystem 12 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung enthält. Das Fahrzeug 10 enthält Vorderräder 14 und 16 und Hinterräder 18 und 20. Falls das System 12 freigegeben ist und das Fahrzeug 10 zu schnell in Richtung einer Kurve oder um eine Kurve fährt, kann das Kurvengeschwindigkeits-Steuersystem 12 durch ein Bremssteuermodul 22 eine automatische Bremsung für die Räder 14–20 liefern. Ferner kann das Kurvengeschwindigkeits-Steuersystem 12 eine Fahrzeugbeschleunigung durch ein Beschleunigungssteuermodul 24 liefern, falls das System 12 Teil eines Fahrzeuggeschwindigkeits-Steuersystems wie etwa eines adaptiven Geschwindigkeitsregelungssystems (ACC-Systems) ist, das dem Fachmann auf dem Gebiet gut bekannt ist.
Das Kurvengeschwindigkeits-Steuersystem 12 empfängt verschiedene Fahrzeugparametereingaben wie etwa Fahrzeuggeschwindigkeitssignale von einem Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 26, Giergeschwindigkeitssignale von einem Giergeschwindigkeitssensor 28, Fahrzeuglenkwinkelsignale von einem Lenkwinkelsensor 30, Karteninformationen von einer Kartendatenbank 32 und GPS-Positionssignale von einem GPS-Empfänger 34. Der GPS-Empfänger 34 kann durch irgendein geeignetes Ortungssystem, das den geographischen Ort des Fahrzeugs 10 liefert, ersetzt oder ergänzt sein. Die Kartendatenbank 32 enthält die für das System 12 notwendigen Informationen und kann Informationen über die Straßenkrümmung, den Kurvenüberhöhungswinkel, den Straßendecken-Reibungskoeffizienten, das Straßendeckenmaterial usw. enthalten. Die Kartendaten bank 32 kann irgendeine geeignete Vorrichtung sein, die Informationen über Straßenkurven liefert, und kann durch Satelliten- oder Zellenübertragungen aktualisiert werden oder kann eine Speichervorrichtung in dem Fahrzeug 10 sein. Ferner können außerdem weitere Daten wie etwa Umgebungstemperatur, Wetter usw. geliefert werden.
2 ist ein Blockschaltplan des Kurvengeschwindigkeits-Steuersystems 12, das Beschleunigungs- und Verlangsamungsbefehle an das Bremssteuermodul 22 und an das Beschleunigungssteuermodul 24 liefert. Ein Kartenprozessor 40 wird in Verbindung mit der Kartendatenbank 32 verwendet und kann irgendein für die hier beschriebenen Zwecke geeigneter Prozessor sein.
Der Kartenprozessor 40 empfängt auf der Leitung 42 die Sensorsignale von den verschiedenen oben diskutierten Fahrzeugsensoren und auf der Leitung 44 die GPS-Signale von dem GPS-Empfänger 34, der den Ort des Fahrzeugs 10 liefert. Der Kartenprozessor 40 identifiziert auf der Grundlage der Fahrzeuggeschwindigkeit eine Anzahl von Krümmungsdatenpunkten, wobei jeder Datenpunkt durch einen Zwischenraum d_gap = g(V_x) definiert ist. 3 zeigt eine Draufsicht eines Fahrzeugs 60, das entlang einer Straße 62 fährt und sich einer Kurve 64 auf der Straße 62 annähert. Diese Orte entlang der Straße 62 identifizieren eine Reihe von Krümmungsdatenpunkten 66, für die das System 12 Krümmungsinformationen liefert. Die Entfernung zwischen dem Fahrzeug 60 und den Datenpunkten 66 und die Entfernung zwischen den Datenpunkten 66 werden durch das System 12 auf der Grundlage der Fahrzeuggeschwindigkeit V_x unter Verwendung der Abstandsberechnung adaptiv bestimmt. Wie im Folgenden ausführlich diskutiert wird, kann die Anzahl der Datenpunkte 66 ferner auf der Grundlage der vom Fahrer gewünschten Aggressivität eingestellt werden. Die Krümmung der Kurve 64 kann als Kehrwert des Radius eines Kreises berechnet werden, der für die benachbarten drei Datenpunkte der Kurve angepasst wird. Für eine simulierte Straßengeometrie können die Straßengeometriedaten offline unter Verwendung eines kubischen B-Spline berechnet werden, die an den gesamten Weg angepasst und mit den Krümmungsdaten in einem Tabellenformat gespeichert wird, sodass auf sie unter Verwendung der Fahrzeugposition Bezug genommen werden kann.
Ein Krümmungsprofilprozessor 46 empfangt und speichert für die Krümmungsdatenpunkte 66 von dem Kartenprozessor 40 die Krümmungsweggeometrie und die Krümmungsdateninformationen in jeder vorgegebenen Zeitdauer wie etwa 100 ms. Der Krümmungsprofilprozessor 46 erzeugt auf der Grundlage der Datenpunkte 66 ein Krümmungsprofil einer bevorstehenden Kurve auf der Straße, das an das Fahrzeuggeschwindigkeitssignal V_x anpassungsfähig ist. Der Straßenkrümmungsschätzwert oder das Straßenkrümmungsprofil kann durch die Krümmungsdatenpunkte 66 entlang der Kurve als ctarget = [c(0), c(1), ..., c(N)] (1)definiert werden.
In der nicht einschränkenden Ausführungsform wird der Regelkreis auf 10 ms eingestellt, sodass die Fahrzeuggeschwindigkeit, die Giergeschwindigkeit und der Lenkradeinschlagwinkel genutzt werden, um die Fahrzeugposition zu interpolieren. Wenn keine gegenwärtigen Kartendaten verfügbar sind, interpoliert der Prozessor 46 auf der Grundlage der gegenwärtigen Fahrzeugposition und des Schätzwerts der Krümmung der bevorstehenden Straße die gespeicherten Weggeometriedaten.
Das Straßenkrümmungsprofil wird daraufhin an einen Prozessor 48 für das Soll-Geschwindigkeitsprofil gesendet, der ein Soll- oder Zielfahrzeuggeschwindigkeitsprofil erzeugt, das für jeden Krümmungsdatenpunkt 66 durch Bezugnahme auf eine offline für eine gegebene Krümmung oder für einen gegebenen Straßenradius berechnete Zielgeschwindigkeitsnachschlagetabelle eine Zielgeschwindigkeit liefert. Das Zielgeschwindigkeitsprofil wird auf der Grundlage der Fahrzeugeigenschaften, der Fahrerpräferenz oder anderer Straßeninformationen wie etwa Überhöhungswinkel, Straßengefälle oder anderer Bedingungen geändert.
Die vertikalen und die radikalen Kraftgleichgewichtsgleichungen, damit ein Fahrzeug aus einer Kurve mit einem Überhöhungswinkel θ und einem Straßenreibungskoeffizienten μ gleitet, können wie folgt definiert werden: mg – Ncosθ + μNsinθ = 0, (2)
Dabei ist m die Fahrzeugmasse, R der Krümmungsradius der Kurve und g die Beschleunigungskonstante.
Die kritische Geschwindigkeit V_{x_ critical}, die veranlassen würde, dass ein Fahrzeug aus einer Kurve gleitet, kann aus den Gleichungen (2) und (3) wie folgt geliefert werden:
Dabei ist A_y = Rg.
Obgleich die Querdynamik eines Fahrzeugs ein primärer Faktor bei der Entscheidung der Soll-Kurvengeschwindigkeit ist, gibt es viele weitere definierende Faktoren wie etwa Fahrerkomfortgrad, Kurvengeschwindig keitsbegrenzung, Straßenzustand, Überhöhungswinkel, Fahrzeugeigenschaften und Fahrerstil, die die Soll-Fahrzeuggeschwindigkeit beeinflussen. Falls die maximale Querbeschleunigung für den Fahrerkomfort auf A_y begrenzt ist, kann Gleichung (4) für eine Soll-Komfortgeschwindigkeit V ^_x(i) wie folgt geschrieben werden:
Dabei ist K_v ein Faktor, der den Fahrzeugeigenschaften zugeordnet ist, K_d ein Faktor, der sich auf den Fahrstil bezieht, und K_r ein Faktor, der dem Straßentyp zugeordnet ist. Der Faktor K_v ist ein konstanter Verstärkungsfaktor, der sich auf die Schwerpunkthöhe des Fahrzeugs, die Spurweite, die Fahrzeugrolleigenschaften usw. bezieht. Der Faktor K_d ist ein Verstärkungsfaktor, der dynamisch durch den Fahrer ausgewählt werden könnte, wie etwa Fahrmodusauswahl als normal, konservativ oder aggressiv. Der Faktor K_r beruht auf aktualisierten Straßenzuständen wie etwa Autobahn, Ortsstraße, Schotterstraße usw., die in den Kartendaten enthalten sein können.
Durch Lösen von Gleichung (5) für jeden Krümmungsdatenpunkt i kann das Fahrzeugzielgeschwindigkeitsprofil V ^_{x_target} wie folgt geliefert werden: V ^x_target = [V ^x(0), V ^x(1), ..., V ^x(N)]. (6)
Das Soll-Zielgeschwindigkeitsprofil V ^_{x_target} und die tatsächliche Fahrzeuggeschwindigkeit V_x auf der Leitung 52 werden an einen Beschleunigungsprofilprozessor 50 gesendet, um auf der Grundlage der gegenwärtigen Fahrzeuggeschwindigkeit V_x und des Soll-Geschwindigkeitsprofils V ^_{x_target} für eine Kurve vor dem Fahrzeug 10 einen Beschleuni gungsbefehl A_{x_cmd} zu erzeugen. In einer nicht einschränkenden Ausführungsform kann der Beschleunigungsbefehl A_{x_cmd} durch Minimieren der Summe der Geschwindigkeitsdifferenzen zwischen der zukünftigen Fahrzeuggeschwindigkeit und der Zielgeschwindigkeit unter Verwendung eines Optimalsteuerungsprinzips berechnet werden. Falls ein konstanter Beschleunigungsbefehl A_x angewendet wird, kann die zukünftige Fahrzeuggeschwindigkeit für jeden Datenpunkt 66 aus Gleichung (7) berechnet werden. Vx(i) = Vx(0) + Ax × Δt × i. (7)
Ferner kann auf jeden Krümmungsdatenpunkt 66 in Abhängigkeit von seiner Entfernung von dem Fahrzeug 10 eine Gewichtungsfunktion W angewendet werden wie: W = [w(0), w(1), ..., w(N)]. (8)
Üblicherweise werden die Punkte näher zu dem Fahrzeug 10 höher gewichtet. Die Gewichtungsfunktion W macht den Geschwindigkeitsübergang durch die Kurve gleichmäßig.
Außerdem empfangt der Beschleunigungsprofilprozessor 50 von einem Fahrermodusprozessor 54 ein Fahrerkurvenfahrtmodussignal, das identifiziert, wie aggressiv der Fahrer das Fahrzeug 10 auf das Fahren durch eine Kurve ansprechen lassen möchte. Zum Beispiel kann ein aggressiver Fahrer wünschen, dass die Geschwindigkeit durch die Kurve höher eingestellt wird als die, die für die meisten Fahrer ein normaler Komfortgrad wäre, oder kann er wünschen, dass das Fahrzeug nicht so schnell auf eine bevorstehende Kurve reagiert. Um an den Fahrermodus anzupassen, stellt der von dem Steuersystem 12 verwendete Algorithmus in Abhängigkeit von dem ausgewählten Modus einen minimalen Indexwert K₁ und einen maximalen Indexwert K₂ wie folgt ein: K1 = Kmin(Modecsc_sw), (9) K2 = Kmax(Modecsc_sw). (10)
Die Werte K₁ und K₂ definieren die Anzahl der Datenpunkte 66, die zum Berechnen der Geschwindigkeitsprofilorte auf der Kurve verwendet werden. Die unten stehende Tabelle I gibt ein nicht einschränkendes Beispiel einer Modusschalteinstellung für einen aggressiven Fahrer bei 0 und für einen konservativen Fahrer bei 3, wobei der Wert K₁ für die Fahrermodi auf 3 eingestellt ist und wobei der Wert K₂ für jeden Fahrermodus anders eingestellt ist, wobei die Differenz zwischen K₁ und K₂ die Anzahl der Datenpunkte ist, die verwendet werden. Je kleiner die Anzahl der Datenpunkte 66 ist, desto schneller ereignen sich die Veränderungen der Geschwindigkeitsänderung an dem Fahrzeug 10. Mit anderen Worten, je kleiner die Anzahl der Punkte 66 ist, die entlang der Kurve betrachtet werden, desto schärfer ist die Verlangsamung von einem Punkt zum nächsten Punkt. Tabelle I

Modusschalteinstellung untere Schranke der Vorausschauzeit K₁ (s) obere Schranke der Vorausschauzeit K₂ (s)

0 3,0 6,0

1 3,0 7,0

2 3,0 8,0

3 3,0 9,0
Der Prozessor 50 definiert eine Leistungsindexfunktion als eine Summe von Quadraten der quadrierten Fahrzeuggeschwindigkeitsdifferenz als:
Um den optimalen Beschleunigungsbefehl zu berechnen, wird Gleichung (11) nach dem Beschleunigungsbefehl A_x differenziert, wobei ∂J/∂A_x = 0 ist.
Ein Beschleunigungsbefehlsprozessor 56 erzeugt den Beschleunigungsbefehl A_x als:
Der Beschleunigungsbefehl A_{x_cmd} wird an das Bremsmodul 22 und/oder an das Beschleunigungsmodul 24 angelegt, um die Geschwindigkeit des Fahrzeugs 10 automatisch zu steuern, während es um die Kurve fährt.
Die vorstehende Diskussion offenbart und beschreibt lediglich beispielhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung. Der Fachmann auf dem Gebiet erkennt aus dieser Diskussion und aus den beigefügten Zeichnungen und Ansprüchen leicht, dass daran verschiedene Änderungen, Abwandlungen und Veränderungen vorgenommen werden können, ohne von dem Erfindungsgedanken und Umfang der wie in den folgenden Ansprüchen definierten Erfindung abzuweichen.

Claims

Kurvengeschwindigkeits-Steuersystem zum Steuern der Geschwindigkeit eines Fahrzeugs, das in einer Kurve fährt, wobei das System umfasst: eine Kartendatenbank, die Informationen über Straßenkurven speichert, durch die das Fahrzeug fahren kann, wobei die Kartendatenbank einen Kartendatenbankprozessor enthält, der Krümmungsinformationen über die Kurven enthält; einen Krümmungsprofilprozessor, der auf die Krümmungsinformationen von dem Kartenprozessor anspricht und ein Krümmungsprofil als eine Reihe von Krümmungsdatenpunkten von den Krümmungsinformationen der Kurve liefert, wobei der Krümmungsprofilprozessor auf der Grundlage der Fahrzeuggeschwindigkeit bestimmt, wann das Krümmungsprofil zu liefern ist; einen Prozessor für das Soll-Geschwindigkeitsprofil, der auf das Krümmungsprofil von dem Krümmungsprofilprozessor anspricht, wobei der Prozessor für das Soll-Geschwindigkeitsprofil für jeden Krümmungsprofilpunkt eine Soll-Geschwindigkeit liefert und ein Soll-Geschwindigkeitsprofil liefert; eine Fahrermodusauswahleinrichtung, die einen Fahrermoduswert liefert, der auf der Fahreraggressivität beruht; einen Beschleunigungsprofilprozessor, der das Soll-Geschwindigkeitsprofil von dem Prozessor für das Soll-Geschwindigkeitsprofil, ein Fahrzeuggeschwindigkeitssignal und den Fahrermoduswert empfangt, wobei der Beschleunigungsprofilprozessor eine Leistungsindexfunktion liefert, die auf der Differenz zwischen der Fahrzeugge schwindigkeit, der Soll-Geschwindigkeit und dem Fahrermoduswert beruht; und einen Beschleunigungsbefehlsprozessor zum Liefern eines Beschleunigungsbefehls, der auf der Grundlage der Leistungsindexfunktion die Geschwindigkeit des Fahrzeugs steuert.
System nach Anspruch 1, bei dem der Krümmungsprofilprozessor durch einen Zwischenraum, der als die Entfernung zwischen den Krümmungsdatenpunkten als eine Ableitung der Fahrzeuggeschwindigkeit definiert ist, bestimmt, wann das Krümmungsprofil zu liefern ist.
System nach Anspruch 1, bei dem der Fahrermoduswert die Anzahl der Krümmungsdatenpunkte bestimmt, die zum Berechnen der Differenzen zwischen der Fahrzeuggeschwindigkeit und der Soll-Geschwindigkeit zum Liefern der Leistungsindexfunktion verwendet werden.
System nach Anspruch 3, bei dem die Leistungsindexfunktion durch die folgende Gleichung definiert ist:
wobei J die Leistungsindexfunktion ist, K₁ und K₂ ein minimaler Indexwert bzw. ein maximaler Indexwert sind, die den Fahrermoduswert definieren, V ^_x die Soll-Geschwindigkeit ist, A_x der Beschleunigungsbefehl ist, V_x die Fahrzeuggeschwindigkeit ist und w eine Gewichtungsfunktion ist.
System nach Anspruch 4, bei dem der Beschleunigungsbefehlsprozessor den Beschleunigungsbefehl wie folgt berechnet:
System nach Anspruch 1, bei dem der Beschleunigungsprofilprozessor die Leistungsindexfunktion unter Verwendung eines Optimalsteuerungsprinzips erzeugt, das die Summe der Geschwindigkeitsdifferenzen zwischen der Fahrzeuggeschwindigkeit und der Soll-Geschwindigkeit minimiert.
System nach Anspruch 1, das ferner einen GPS-Empfänger umfasst, der ein Fahrzeugortssignal an den Kartendatenbankprozessor liefert.
System nach Anspruch 1, das ferner einen Fahrzeuggeschwindigkeitssensor, der ein Fahrzeuggeschwindigkeitssignal liefert, einen Giergeschwindigkeitssensor, der ein Fahrzeuggiergeschwindigkeitssignal liefert, und einen Lenkwinkelsensor, der ein Fahrzeuglenkwinkelsignal liefert, umfasst, wobei das Fahrzeuggeschwindigkeitssignal, das Giergeschwindigkeitssignal und das Lenkwinkelsignal an den Kartenprozessor geliefert werden, um die Krümmungsinformationen zu identifizieren.
System nach Anspruch 1, das ferner ein Bremsmodul und ein Beschleunigungsmodul umfasst, wobei der Beschleunigungsbefehl so an das Bremsmodul und/oder an das Beschleunigungsmodul geliefert wird, dass in Abhängigkeit von dem Wert des Befehls eine Fahr zeugbremsungssteuerung oder -beschleunigungssteuerung geliefert wird.
System nach Anspruch 1, bei dem auf jeden Datenpunkt in dem Beschleunigungsprofilprozessor eine Gewichtungsfunktion angewendet wird.
System nach Anspruch 1, bei dem der Prozessor für das Soll-Geschwindigkeitsprofil die Soll-Geschwindigkeit für jeden Datenpunkt auf der Grundlage des Fahrerkomforts bestimmt.
System nach Anspruch 11, bei dem die Soll-Geschwindigkeit für jeden Datenpunkt durch die folgende Gleichung bestimmt wird:
wobei V ^_x die Soll-Geschwindigkeit für jeden Datenpunkt ist, K_v ein Verstärkungsfaktor ist, der sich auf den Fahrzeugschwerpunkt, die Spurweite und die Rolleigenschaften bezieht, K_d ein Verstärkungsfaktor ist, der auf der Fahreraggressivität beruht, K_r ein Faktor ist, der auf den Straßenbedingungen beruht, A_y die Fahrzeugquerbeschleunigung ist, μ der Straßendecken-Reibungskoeffizient ist und θ der Kurvenüberhöhungswinkel ist.
Kurvengeschwindigkeits-Steuersystem zum Steuern der Geschwindigkeit eines Fahrzeugs, das in einer Kurve fährt, wobei das System umfasst: eine Kartendatenbank, die Informationen über Straßenkurven speichert, durch die das Fahrzeug fahren kann, wobei die Karten datenbank einen Kartendatenbankprozessor enthält, der Krümmungsinformationen über die Kurven enthält; eine Ortungsvorrichtung, die ein Fahrzeugortssignal an den Kartendatenbankprozessor liefert; einen Krümmungsprofilprozessor, der auf die Krümmungsinformationen von dem Kartenprozessor anspricht und ein Krümmungsprofil als eine Reihe von Krümmungsdatenpunkten von den Krümmungsinformationen der Kurve liefert, wobei der Krümmungsprofilprozessor einen Zwischenraum als die Entfernung zwischen den Krümmungsdatenpunkten so durch eine Ableitung der Fahrzeuggeschwindigkeit definiert, dass das Krümmungsprofil auf der Fahrzeuggeschwindigkeit beruht; einen Prozessor für das Soll-Geschwindigkeitsprofil, der auf das Krümmungsprofil von dem Krümmungsprofilprozessor anspricht, wobei der Prozessor für das Soll-Geschwindigkeitsprofil eine Soll-Geschwindigkeit für jeden Krümmungsprofilpunkt liefert und ein Soll-Geschwindigkeitsprofil liefert; einen Beschleunigungsprofilprozessor, der das Soll-Geschwindigkeitsprofil von dem Prozessor für das Soll-Geschwindigkeitsprofil, ein Fahrzeuggeschwindigkeitssignal und einen Fahrermoduswert empfängt, wobei der Beschleunigungsprofilprozessor eine Leistungsindexfunktion liefert, die auf der Differenz zwischen der Fahrzeuggeschwindigkeit und der Soll-Geschwindigkeit beruht; und einen Beschleunigungsbefehlsprozessor zum Liefern eines Beschleunigungsbefehls, der auf der Grundlage der Leistungsindexfunktion die Geschwindigkeit des Fahrzeugs steuert.
System nach Anspruch 13, bei dem der Beschleunigungsprofilprozessor die Leistungsindexfunktion unter Verwendung eines Optimalsteuerungsprinzips erzeugt, das die Summe der Geschwindig keitsdifferenzen zwischen der Fahrzeuggeschwindigkeit und der Soll-Geschwindigkeit minimiert.
System nach Anspruch 13, das ferner einen Fahrzeuggeschwindigkeitssensor, der ein Fahrzeuggeschwindigkeitssignal liefert, einen Giergeschwindigkeitssensor, der ein Fahrzeuggiergeschwindigkeitssignal liefert, und einen Lenkwinkelsensor, der ein Fahrzeuglenkwinkelsignal liefert, umfasst, wobei das Fahrzeuggeschwindigkeitssignal, das Giergeschwindigkeitssignal und das Lenkwinkelsignal an den Kartenprozessor geliefert werden, um die Krümmungsinformationen zu identifizieren.
System nach Anspruch 13, das ferner ein Bremsmodul und ein Beschleunigungsmodul umfasst, wobei der Beschleunigungsbefehl so an das Bremsmodul und/oder an das Beschleunigungsmodul geliefert wird, dass in Abhängigkeit von dem Wert des Befehls eine Fahrzeugbremsungssteuerung oder -beschleunigungssteuerung geliefert wird.
System nach Anspruch 13, bei dem auf jeden Datenpunkt in dem Beschleunigungsprofilprozessor eine Gewichtungsfunktion angewendet wird.
System nach Anspruch 13, bei dem der Prozessor für das Soll-Geschwindigkeitsprofil die Soll-Geschwindigkeit für jeden Datenpunkt auf der Grundlage des Fahrerkomforts bestimmt.
Kurvengeschwindigkeits-Steuersystem zum Steuern der Geschwindigkeit eines Fahrzeugs, das in einer Kurve fährt, wobei das System umfasst: eine Kartendatenbank, die Informationen über Straßenkurven speichert, durch die das Fahrzeug fahren kann, wobei die Kartendatenbank einen Kartendatenbankprozessor enthält, der Krümmungsinformationen über die Kurven enthält; eine Ortungsvorrichtung, die ein Fahrzeugortssignal an den Kartendatenbankprozessor liefert; einen Krümmungsprofilprozessor, der auf die Krümmungsinformationen von dem Kartenprozessor anspricht und ein Krümmungsprofil als eine Reihe von Krümmungsdatenpunkten von den Krümmungsinformationen der Kurve liefert; einen Prozessor für das Soll-Geschwindigkeitsprofil, der auf das Krümmungsprofil von dem Krümmungsprofilprozessor anspricht, wobei der Prozessor für das Soll-Geschwindigkeitsprofil eine Soll-Geschwindigkeit für jeden Krümmungsprofilpunkt liefert und ein Soll-Geschwindigkeitsprofil liefert; eine Fahrermodusauswahleinrichtung, die einen Fahrermoduswert liefert, der auf der Fahreraggressivität beruht; einen Beschleunigungsprofilprozessor, der das Soll-Geschwindigkeitsprofil von dem Prozessor für das Soll-Geschwindigkeitsprofil, ein Fahrzeuggeschwindigkeitssignal und den Fahrermoduswert empfängt, wobei der Beschleunigungsprofilprozessor eine Leistungsindexfunktion liefert, die auf der Differenz zwischen der Fahrzeuggeschwindigkeit, der Soll-Geschwindigkeit und dem Fahrermoduswert beruht; und einen Beschleunigungsbefehlsprozessor zum Liefern eines Beschleunigungsbefehls, der auf der Grundlage der Leistungsindexfunktion die Geschwindigkeit des Fahrzeugs steuert.
System nach Anspruch 19, bei dem der Fahrermoduswert die Anzahl der Krümmungsdatenpunkte bestimmt, die zum Berechnen der Differenzen zwischen der Fahrzeuggeschwindigkeit und der Soll-Geschwindigkeit zum Liefern der Leistungsindexfunktion verwendet werden.
System nach Anspruch 20, bei dem die Leistungsindexfunktion durch die folgende Gleichung definiert ist:
wobei J die Leistungsindexfunktion ist, K₁ und K₂ ein minimaler Indexwert bzw. ein maximaler Indexwert sind, die den Fahrermoduswert definieren, V ^_x die Soll-Geschwindigkeit ist, A ^_x der Beschleunigungsbefehl ist, V_x die Fahrzeuggeschwindigkeit ist und w eine Gewichtungsfunktion ist.
System nach Anspruch 21, bei dem der Beschleunigungsbefehlsprozessor den Beschleunigungsbefehl wie folgt berechnet:
System nach Anspruch 19, bei dem der Beschleunigungsprofilprozessor die Leistungsindexfunktion unter Verwendung eines Optimalsteuerungsprinzips erzeugt, das die Summe der Geschwindigkeitsdifferenzen zwischen der Fahrzeuggeschwindigkeit und der Soll-Geschwindigkeit minimiert.
System nach Anspruch 19, das ferner einen Fahrzeuggeschwindigkeitssensor, der ein Fahrzeuggeschwindigkeitssignal liefert, einen Giergeschwindigkeitssensor, der ein Fahrzeuggiergeschwindigkeitssignal liefert, und einen Lenkwinkelsensor, der ein Fahrzeuglenkwinkelsignal liefert, umfasst, wobei das Fahrzeuggeschwindigkeitssignal, das Giergeschwindigkeitssignal und das Lenkwinkelsignal an den Kartenprozessor geliefert werden, um die Krümmungsinformationen zu identifizieren.
System nach Anspruch 19, das ferner ein Bremsmodul und ein Beschleunigungsmodul umfasst, wobei der Beschleunigungsbefehl so an das Bremsmodul und/oder an das Beschleunigungsmodul geliefert wird, dass in Abhängigkeit von dem Wert des Befehls eine Fahrzeugbremsungssteuerung oder -beschleunigungssteuerung geliefert wird.
System nach Anspruch 19, bei dem auf jeden Datenpunkt in dem Beschleunigungsprofilprozessor eine Gewichtungsfunktion angewendet wird.
System nach Anspruch 19, bei dem der Prozessor für das Soll-Geschwindigkeitsprofil die Soll-Geschwindigkeit für jeden Datenpunkt auf der Grundlage des Fahrerkomforts bestimmt.