DE102010029223B4 - Bremsassistent für Kraftfahrzeuge mit verbesserter Bremswirkung - Google Patents
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Abstract
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 (vc) im Falle einer zukünftigen Heckkollision, und- Abbrechen des automatischen Bremsvorgangs oder Reduzieren der Bremswirkung am ersten Fahrzeug (1), wenn die ermittelte Kollisions-Differenzgeschwindigkeit (vc) einen vorgegebenen Schwellenwert überschreitet.
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, beispielsweise
EP 0 976 627 A , 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 diese Aufgabe gemäß der Erfindung durch die im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmale. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand von Unteransprüchen.
- Gemaß 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 vc 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 vc 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 vc 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 tr 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 vc 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 bis2c 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 tr. 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 vc, die vorliegen würde, wenn der Bremsvorgang des ersten Fahrzeugs 1 zum jeweils aktuellen Zeitpunkt tact abgebrochen werden würde. Im dargestellten Zeitpunkt tact ist schließlich die Bedingung erfüllt, dass die berechnete, zukünftige Kollisions-Differenzgeschwindigkeit vc 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 tc kommt es dann zum Heckaufprall mit der zuvor berechneten Kollisions-Differenzgeschwindigkeit vc.
- 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 (9)
- 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 (vc) im Falle einer zukünftigen Heckkollision, und - Abbrechen des automatischen Bremsvorgangs oder Reduzieren der Bremswirkung am ersten Fahrzeug (1), wenn die ermittelte Kollisions-Differenzgeschwindigkeit (vc) 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 (vc) basierend auf dieser Annahme berechnet. - Verfahren nach
Anspruch 1 oder2 , dadurch gekennzeichnet, dass das mathematische Modell (3) eine Kollisions-Differenzgeschwindigkeit (vc) 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 (vc) basierend auf dieser Annahme ermittelt.
- Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das mathematische Modell (3) eine Annahme über den Abstand (s0) des nachfolgenden Fahrzeugs (2) zum ersten Fahrzeug (1) zu Beginn der automatischen Bremsung enthält und die Kollisions-Differenzgeschwindigkeit (vc) 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 (vc) 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 (vc) basierend auf dieser Annahme ermittelt.
- Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwellenwert für die Kollisions-Differenzgeschwindigkeit (vc) geschwindigkeitsabhängig ist.
- Steuergerät, umfassend Mittel zum Durchführen eines der vorstehend beschriebenen Verfahren.
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