DE102010029223A1

DE102010029223A1 - Bremsassistent für Kraftfahrzeuge mit verbesserter Bremswirkung

Info

Publication number: DE102010029223A1
Application number: DE102010029223A
Authority: DE
Inventors: Ralf Schaeffler
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2010-05-21
Filing date: 2010-05-21
Publication date: 2011-11-24
Anticipated expiration: 2030-05-22
Also published as: DE102010029223B4

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum automatischen Bremsen eines Fahrzeugs in kritischen Fahrsituationen, in denen Kollisionsgefahr mit einem vor dem Fahrzeug (1) liegenden Hindernis besteht. Um die Schwere eines Auffahrunfalls durch ein nachfolgendes Fahrzeug (2) bei gleichzeitig möglichst hoher Bremsleistung zu begrenzen, ist ein mathematisches Modell (3) vorgesehen, das eine Kollisions-Differenzgeschwindigkeit (vc) zwischen dem ersten (1) und dem nachfolgenden Fahrzeug (2) bei einer möglichen Heckkollision berechnet und die automatische Bremsung abbricht oder die Bremswirkung reduziert, wenn die Kollisions-Differenzgeschwindigkeit (vc) größer ist als ein vorgegebener Schwellenwert.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum automatischen Bremsen eines Fahrzeugs in kritischen Fahrsituationen, in denen Kollisionsgefahr mit einem vor dem Fahrzeug liegenden Hindernis besteht.
Aus dem Stand der Technik sind Bremsassistenz-Systeme bekannt, die den Fahrer in kritischen Fahrsituationen, in denen eine Kollision des Fahrzeugs mit einem Hindernis droht, unterstützen. Derartige Bremsassistenten werden auch als AEB (Automatic Emergency Brake) bezeichnet. Die zugehörige Bremsassistenz-Funktion ist üblicherweise als Software in einem Steuergerät hinterlegt.
Herkömmliche Bremsassistenz-Systeme umfassen eine Umfeldsensorik, wie zum Beispiel Radar- oder optische Sensoren, mit der das Umfeld des Fahrzeugs in Bezug auf Hindernisse überwacht wird. Die Sensorsignale werden von einem Steuergerät ausgewertet, das im Falle einer kritischen Situation einen Bremsaktuator, wie zum Beispiel eine Hydraulikpumpe, automatisch ansteuert, um das Fahrzeug automatisch zu verzögern.
Sowohl die Erfassung von Hindernissen als auch die korrekte Einschätzung der Gefahrensituation sind mit den heutigen Mitteln noch relativ schwierig. Um die Auswirkungen einer Fehlauslösung des Bremsassistenten zu begrenzen, wird der automatische Bremsvorgang üblicherweise nach kurzer Zeit abgebrochen. Bekannte Bremsassistenten sind beispielsweise derart konfiguriert, dass der Bremsvorgang nach einer Verringerung der Fahrzeuggeschwindigkeit um beispielsweise 20 km/h, oder nach einer vorgegebenen Zeitdauer, wieder abgebrochen wird, und zwar auch dann, wenn eine Kollision mit einem Hindernis kurz bevorsteht. Dies hat zur Folge, dass das Fahrzeug in einer tatsächlichen Gefahrensituation noch mit relativ viel Energie gegen das Hindernis prallt. Das frühzeitige Abbrechen des Bremsvorgangs verringert zwar die Gefahr eines Heckaufpralls durch ein möglicherweise nachfolgendes Fahrzeug, das Potential des Bremsassistenten wird auf diese Weise aber nicht vollständig ausgeschöpft.
Es ist somit die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Bremsassistenz-System zu schaffen, mit dem das Potential des Bremsassistenten besser ausgeschöpft werden kann, ohne gleichzeitig die Gefahr oder Schwere eines Auffahrunfalls zu erhöhen.
Gelöst wird dieser Aufgabe gemäß der Erfindung durch die im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmale. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand von Unteransprüchen.
Gemäß der Erfindung wird vorgeschlagen, den Bremsassistenten in kritischen Fahrsituationen in bekannter Weise zu aktivieren, im weiteren Verlauf des Bremsvorgangs die Fahrzeuggeschwindigkeit des Fahrzeugs zu ermitteln, mit Hilfe eines mathematischen Modells, unter Berücksichtigung der Fahrzeuggeschwindigkeit, abzuschätzen, wie hoch die Differenzgeschwindigkeit zwischen dem Ego-Fahrzeug und einem möglicherweise nachfolgenden Fahrzeug bei einer zukünftigen Heckkollision wäre, und den Bremsvorgang abzubrechen oder die Bremskraft zu reduzieren, wenn die berechnete Differenzgeschwindigkeit einen vorgegebenen Schwellenwert überschreitet. Auf diese Weise kann die Schwere eines möglichen, zukünftigen Auffahrunfalls begrenzt und gleichzeitig eine ausreichende Bremswirkung des eigenen Fahrzeugs erzielt werden.
Das erfindungsgemäße mathematische Modell enthält vorzugsweise Annahmen über das zukünftige Bewegungsverhalten des eigenen als auch des nachfolgenden Fahrzeugs nach Abbruch des automatischen Bremsvorgangs. Mit Kenntnis dieser Daten kann eine Differenzgeschwindigkeit der beiden Fahrzeuge in einem zukünftigen Kollisionszeitpunkt (im Folgenden Kollisions-Differenzgeschwindigkeit) ermittelt werden.
Zur Berechnung der Kollisions-Differenzgeschwindigkeit wird vorzugsweise nur die Fahrzeuggeschwindigkeit des eigenen Fahrzeugs gemessen; über das Folgefahrzeug werden vorzugsweise keine Messdaten ermittelt. Die Berechnung der Kollisions-Differenzgeschwindigkeit erfolgt vorzugsweise rein basierend auf Annahmen über das zukünftige Bewegungsverhalten des Folgefahrzeugs, die im mathematischen Modell hinterlegt sind.
Das mathematische Modell kann beispielsweise Parameter über die Reaktionszeit, die der Fahrer des Folgefahrzeugs zum Betätigen der Bremse benötigt und/oder über die Verzögerung des nachfolgenden Fahrzeugs nach der Reaktionszeit umfassen.
Das mathematische Modell umfasst vorzugsweise auch Annahmen über den Anfangszustand zu Beginn der automatischen Bremsung, wie z. B. über die Anfangsgeschwindigkeit des Folgefahrzeugs. Im einfachsten Fall kann die Anfangsgeschwindigkeit des Folgefahrzeugs beispielsweise gleich der Geschwindigkeit des eigenen Fahrzeugs zu Beginn der automatischen Bremsung gesetzt werden.
Das mathematische Modell umfasst vorzugsweise auch eine Annahme über den zeitlichen oder räumlichen Abstand des Folgefahrzeugs zum eigenen Fahrzeug zu Beginn der automatischen Bremsung. Der Abstandswert kann geschwindigkeitsabhängig sein.
Ein weiterer Parameter des mathematischen Modells ist vorzugsweise auch die Verzögerung des eigenen Fahrzeugs nach dem Abbruch der automatischen Bremsung.
Das mathematische Modell berechnet vorzugsweise, welche zukünftige Kollisions-Differenzgeschwindigkeit die beiden Fahrzeuge haben würden, wenn der automatische Bremsvorgang zu einem bestimmten Zeitpunkt abgebrochen oder die Bremskraft reduziert werden würde. Dieser Zeitpunkt kann beispielsweise jeweils der aktuelle Zeitpunkt sein, an dem die Berechnung der Kollisions-Differenzgeschwindigkeit durchgeführt wird.
Die Berechnung der Kollisions-Differenzgeschwindigkeit wird vorzugsweise mit einer vorgegebenen Taktung wiederholt durchgeführt.
Der Schwellenwert für die Kollisions-Differenzgeschwindigkeit ist vorzugsweise eine Funktion der Geschwindigkeit des eigenen Fahrzeugs.
Die Erfindung wird nachstehend anhand der beigefügten Zeichnungen beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:
1 eine typische Fahrsituation mit zwei hintereinander fahrenden Fahrzeugen, von denen das erste eine automatische Bremsung durchführt;
2A den zeitlichen Verlauf der Verzögerung der beiden Fahrzeuge;
2B den zeitlichen Verlauf der Geschwindigkeit der beiden Fahrzeuge;
2C den zeitlichen Verlauf des Abstandes der beiden Fahrzeuge; und
3 ein Blockschaltbild der wesentlichen Verfahrensschritte, die von dem mathematischen Modell ausgeführt werden.
1 zeigt eine typische Fahrsituation mit zwei Kraftfahrzeugen 1, 2, die unmittelbar hintereinander in die gleiche Richtung fahren. Die Geschwindigkeit des ersten Fahrzeugs 1 ist dabei mit v₁ und die Geschwindigkeit des zweiten Fahrzeugs mit v₂ angegeben. Der Abstand zwischen den beiden Fahrzeugen ist mit s(t) und die Beschleunigung der Fahrzeuge 1, 2 mit a₁(t) beziehungsweise a₂(t) bezeichnet.
Das erste Fahrzeug 1 (im Folgenden Ego-Fahrzeug) umfasst ein Bremsassistenz-System, welches das Fahrzeug 1 in kritischen Fahrsituationen, in denen Kollisionsgefahr mit einem vor dem Fahrzeug 1 liegenden Hindernis besteht, automatisch bremst. Um die Schwere eines möglichen Auffahrunfalls durch das zweite Fahrzeug 2 (Folgefahrzeug) zu verringern, ist das Bremsassistenzsystem des Ego-Fahrzeugs 1 derart ausgelegt, dass der automatische Bremsvorgang bei Vorliegen einer bestimmten Bedingung unterbrochen und die Bremskraft gelöst oder zumindest reduziert wird.
Der Zeitpunkt des Abbruchs der automatischen Bremsung wird mit Hilfe eines mathematischen Modells bestimmt, wie es beispielhaft in 3 dargestellt ist. Das mathematische Modell 3 ist hier als Software-Algorithmus realisiert, der in einem Steuergerät hinterlegt ist. Der Algorithmus berechnet in Block 13 die bei einem möglichen Heckaufprall vorliegende Kollisions-Differenzgeschwindigkeit v_c zwischen den beiden Fahrzeugen 1 und 2, die bestehen würde, wenn der Bremsvorgang zum aktuellen Zeitpunkt abgebrochen werden würde. Der Schwellenwertvergleich erfolgt in Block 14. Wenn die berechnete Kollisions-Differenzgeschwindigkeit v_c größer ist als ein vorgegebener Schwellenwert, wird die automatische Bremsung sofort abgebrochen, wie in Block 15 dargestellt ist. Solange die berechnete Kollisions-Differenzgeschwindigkeit kleiner ist als der Schwellenwert, wird die Notbremsung fortgesetzt, wie in Block 16 dargestellt ist.
Der Algorithmus 3 benötigt zu dieser Berechnung lediglich eine einzige Messgröße, nämlich die Fahrzeuggeschwindigkeit v₁ des Ego-Fahrzeugs 1, die z. B. aus den Signalen der Rad-Drehzahlsensoren ermittelt werden kann. Zur Berechnung der Kollisions-Differenzgeschwindigkeit v_c enthält das mathematische Modell verschiedene Parameter, die den Anfangszustand zu Beginn der automatischen Bremsung und das danach folgende Bewegungsverhalten des zweiten Fahrzeugs 2 beschreiben. Als Anfangszustand wird hier angenommen, dass sich das zweite Fahrzeug 2 mit der gleichen Geschwindigkeit wie das Ego-Fahrzeug 1 bewegt. Es gilt somit v₂(t₀) = v₁(t₀). Dabei bezeichnet den Zeitpunkt, zu dem die automatische Bremsung einsetzt. Alternativ könnte der Anfangzustand natürlich auch anders definiert werden.
Das mathematische Modell 3 enthält außerdem eine Annahme über den anfänglichen Abstand s₀ zwischen den beiden Fahrzeugen zu Beginn des Bremsvorgangs, im Zeitpunkt t₀. Der Abstand s₀ kann dabei geschwindigkeitsabhängig sein. Die genannten Parameter werden in Block 10 ausgelesen. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel werden keine Messdaten aufgenommen, die die relative Position der beiden Fahrzeuge 1, 2 oder die Geschwindigkeit des zweiten Fahrzeugs 2 beschreiben.
Das Bewegungsverhalten des zweiten Fahrzeugs 2 nach dem Einleiten der automatischen Bremsung des Ego-Fahrzeugs 1 wird ebenfalls über verschiedene Parameter im mathematischen Modell 3 abgebildet. Das mathematische Modell 3 enthält hier Parameter betreffend die Reaktionszeit t_r des Fahrers des zweiten Fahrzeugs 2 und die Verzögerung des zweiten Fahrzeugs 2 nach Ablauf der Reaktionszeit. Aus dem vorgegebenen Verzögerungsverhalten des zweiten Fahrzeugs 2 ergibt sich durch Integration, die in Block 10 durchgeführt wird, die Geschwindigkeit v₂ des zweiten Fahrzeugs 2. Durch Differenzbildung an einem Knoten 17 wird aus den beiden Fahrzeuggeschwindigkeiten v₁ und v₂ eine Differenzgeschwindigkeit berechnet. Aus den beiden Fahrzeuggeschwindigkeiten v₁ und v₂ wird außerdem durch Integration, die in den Blöcken 11 und 12 dargestellt ist, jeweils der von den beiden Fahrzeugen 1 und 2 zurückgelegte Weg s₁ beziehungsweise s₂ berechnet. Aus den beiden Wegen s₁ und s₂ wird an einem Knoten 18 eine Differenz gebildet, die den Abstand der beiden Fahrzeuge beschreibt.
In Block 13 wird dann eine Kollisions-Differenzgeschwindigkeit v_c berechnet, die zwischen den beiden Fahrzeugen 1 und 2 bestehen würde, wenn der Bremsvorgang des ersten Fahrzeugs 1 zum aktuellen Berechnungszeitpunkt abgebrochen werden würde. Das mathematische Modell 3 umfasst hierzu neben den Parametern über das Bewegungsverhalten des Folgefahrzeugs 2 zusätzlich eine Annahme über das Bewegungsverhalten des ersten Fahrzeugs 1 nach Abbruch der automatischen Bremsung. In Block 14 folgt dann der eingangs genannte Schwellenwertvergleich. Die Berechnung der Kollisions-Differenzgeschwindigkeit wird mit einer bestimmten Taktrate ständig wiederholt.
Die 2a bis 2c zeigen den zeitlichen Verlauf der Verzögerung a(t), der Fahrzeuggeschwindigkeit v(t) und der zurückgelegten Strecke s(t) der beiden Fahrzeuge 1 und 2. Dabei bezeichnet der Index 1 eine Größe des ersten Fahrzeugs und der Index 2 eine Größe des zweiten Fahrzeugs.
In den Diagrammen beginnt die automatische Notbremsung des ersten Fahrzeugs 1 zum Zeitpunkt t₀. Danach verzögert das erste Fahrzeug 1 und wird langsamer, wie in den Diagrammen 2a und 2b zu erkennen ist. Das Folgefahrzeug 2 verzögert dagegen erst nach einer Reaktionszeit t_r. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist eine konstante Verzögerung a₂₀ im mathematischen Modell hinterlegt. Die Geschwindigkeit v₂ nimmt daher mit konstantem Gradienten ab. Je nach Anforderung an das Modell kann natürlich auch ein anderes Bewegungsverhalten des Folgefahrzeugs 2 definiert werden.
Im weiteren Verlauf berechnet das mathematische Modell 3 ständig die Kollisions-Differenzgeschwindigkeit v_c, die vorliegen würde, wenn der Bremsvorgang des ersten Fahrzeugs 1 zum jeweils aktuellen Zeitpunkt t_act abgebrochen werden würde. Im dargestellten Zeitpunkt t_act ist schließlich die Bedingung erfüllt, dass die berechnete, zukünftige Kollisions-Differenzgeschwindigkeit v_c größer ist als der vorgegebene Schwellenwert. Der automatische Bremsvorgang wird somit abgebrochen.
Für das nachfolgende Bewegungsverhalten des Fahrzeugs 1 wird angenommen, dass es mit einer Verzögerung a₁₀ verzögert. Für das zweite Fahrzeug 2 wird weiterhin angenommen, dass es mit einer Verzögerung a₂₀, die betragsmäßig größer ist als a₁₀, verzögert. Im Zeitpunkt t_c kommt es dann zum Heckaufprall mit der zuvor berechneten Kollisions-Differenzgeschwindigkeit v_c.
Mit Hilfe dieses mathematischen Modells 3 kann somit die Schwere eines Auffahrunfalls bei einer automatischen Notbremsung begrenzt und gleichzeitig eine möglichst gute Bremswirkung des Bremsassistenten erzielt werden.

Claims

Verfahren zum automatischen Bremsen eines Fahrzeugs (1) in kritischen Fahrsituationen, in denen Kollisionsgefahr mit einem vor dem Fahrzeug (1) liegenden Hindernis besteht, gekennzeichnet durch folgende Schritte: – automatisches Bremsen des Fahrzeugs (1), wenn eine kritische Fahrsituation erkannt wurde, – Ermitteln der Fahrzeuggeschwindigkeit (v₁) des Fahrzeugs (1) während des Bremsvorgangs, – mittels eines mathematischen Modells (3), Berechnen einer zwischen einem möglicherweise nachfolgenden Fahrzeug (2) und dem ersten Fahrzeug (1) bestehenden Kollisions-Differenzgeschwindigkeit (v_c) im Falle einer zukünftigen Heckkollision, und – Abbrechen des automatischen Bremsvorgangs oder Reduzieren der Bremswirkung am ersten Fahrzeug (1), wenn die ermittelte Kollisions-Differenzgeschwindigkeit (v_c) einen vorgegebenen Schwellenwert überschreitet.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das mathematische Modell (3) eine Annahme über das Bewegungsverhalten des nachfolgenden Fahrzeugs (2) enthält und die Kollisions-Differenzgeschwindigkeit (v_c) basierend auf dieser Annahme berechnet.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das mathematische Modell (3) eine Kollisions-Differenzgeschwindigkeit (v_c) ermittelt, die vorliegen würde, wenn der automatische Bremsvorgang zu einem bestimmten Zeitpunkt abgebrochen oder die Bremskraft reduziert werden würde.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das mathematische Modell (3) eine Annahme über die Anfangsgeschwindigkeit (v₂) des Folgefahrzeugs (2) zu Beginn der automatischen Bremsung enthält und die Kollisions-Differenzgeschwindigkeit (v_c) basierend auf dieser Annahme ermittelt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das mathematische Modell (3) eine Annahme über den Abstand (so) des nachfolgenden Fahrzeugs (2) zum ersten Fahrzeug (1) zu Beginn der automatischen Bremsung enthält und die Kollisions-Differenzgeschwindigkeit (v_c) basierend auf dieser Annahme ermittelt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das mathematische Modell (3) eine Annahme über die Reaktionszeit, die der Fahrer des nachfolgenden Fahrzeugs (2) zum Betätigen der Bremse benötigt, enthält, und die Kollisions-Differenzgeschwindigkeit (v_c) basierend auf dieser Annahme ermittelt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das mathematische Modell (3) eine Annahme über die Verzögerung des ersten Fahrzeugs (1) nach Abbruch des automatischen Bremsvorgangs enthält und die Kollisions-Differenzgeschwindigkeit (v_c) basierend auf dieser Annahme ermittelt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwellenwert für die Kollisions-Differenzgeschwindigkeit (v_c) geschwindigkeitsabhängig ist.
Steuergerät, umfassend Mittel zum Durchführen eines der vorstehend beschriebenen Verfahren.