DE102011102493B4

DE102011102493B4 - Fahrzeugsteuerungsverfahren

Info

Publication number: DE102011102493B4
Application number: DE102011102493.3A
Authority: DE
Inventors: Chad T. Zagorski; Aamrapali Chatterjee; Nikolai K. Moshchuk; Shih-Ken Chen
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2010-05-28
Filing date: 2011-05-24
Publication date: 2020-01-02
Anticipated expiration: 2031-05-25
Also published as: US20110295464A1; US9156447B2; DE102011102493A1

Abstract

Fahrzeugsteuerungsverfahren, mit den Schritten:(a) Definieren eines Satzes vorbestimmter Kriterien in Bezug auf die Bewegung eines Fahrzeugs (102) bezüglich einer Oberfläche (202);(b) Definieren eines Satzes von Fahrzeugmaßnahmen, die mit dem Satz vorbestimmter Kriterien verbunden sind, wobei die Fahrzeugmaßnahmen jeweils eine Lenkmaßnahme und/oder eine Bremsmaßnahme spezifizieren;(c) Empfangen von Reibungsdaten, die eine Reibungseigenschaft einer Kontaktregion (206) zwischen dem Fahrzeug (102) und der Oberfläche (202) angeben;(d) Modifizieren des Satzes vorbestimmter Kriterien basierend auf den Reibungsdaten;(e) Bestimmen basierend auf den modifizierten Kriterien, ob Notsteuerungsmaßnahmen notwendig sind;(f) falls Notsteuerungsmaßnahmen notwendig sind, Anwenden von Notsteuerungsmaßnahmen;(g) Messen der Wegabweichung zwischen dem tatsächlichen Weg des Fahrzeugs (102) und dem beabsichtigten Weg des Fahrzeugs (102), nachdem die Notsteuerungsmaßnahmen ergriffen wurden;(h) Bestimmen von Reibungsdaten, welche die Reibungseigenschaft einer Kontaktregion (206) zwischen dem Fahrzeug (102) und der Oberfläche (202) angeben;(i) Bestimmen basierend auf der im Schritt (g) gemessenen Wegabweichung und den im Schritt (h) bestimmten Reibungsdaten, ob Notsteuerungsmaßnahmen notwendig sind; und(j) falls Notsteuerungsmaßnahmen notwendig sind, Anwenden von Notsteuerungsmaßnahmen und wiederholtes Durchführen der Schritte (g) bis (i), bis im Schritt (i) bestimmt wird, dass keine Notsteuerungsmaßnahmen notwendig sind.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die Erfindung bezieht sich auf ein Fahrzeugsteuerungsverfahren.
HINTERGRUND
Moderne Fahrzeuge enthalten oft eine irgendeine Form von Stabilitätssteuerungssystem, um sicherzustellen, dass der tatsächliche Weg des Fahrzeugs dem vom Fahrer beabsichtigten Weg entspricht, insbesondere während starker Bremsvorgänge. Solche Fahrzeuge können auch Kollisionsvermeidungssysteme enthalten, die erkennen, ob ein Gegenstand im Weg des Fahrzeugs ist, und dann dementsprechend eine Korrekturmaßnahme ergreifen. Diese Korrekturmaßnahme kann in der Form erfolgen, dass der Fahrer alarmiert oder automatisch gebremst und/oder gelenkt wird, um die relative Geschwindigkeit zwischen dem Fahrzeug und dem Hindernis zu reduzieren.
Systeme nach dem Stand der Technik nehmen an, dass das Fahrzeug eine bestimmte laterale (seitliche) und longitudinale (vorwärts/rückwärts) Beschleunigung, gewöhnlich etwa 0,8 g lateral und 0,9 g longitudinal, einhalten kann. Diese Beschleunigungswerte werden dann vom System verwendet, um zu bestimmen, wie stark gebremst und gelenkt werden kann, während noch eine geeignete Traktion zwischen dem Fahrzeug und der Straße aufrechterhalten wird.
Unter bestimmten Bedingungen wie zum Beispiel Regen, Schnee etc. können die tatsächlichen maximalen lateralen und longitudinalen Beschleunigungspotentiale des Fahrzeugs reduziert sein. Dementsprechend ist es wünschenswert, verbesserte Notbrems- und -lenksysteme vorzusehen, in denen Eigenschaften der Reifen- und Straßenreibung berücksichtigt werden. Andere wünschenswerte Merkmale und Eigenschaften der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung und den beigefügten Ansprüchen ersichtlich werden, die in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen und dem vorhergehenden technischen Gebiet und Hintergrund geliefert werden.
Herkömmliche Fahrzeugsteuerungsverfahren sind aus den Druckschriften DE 103 56 501 A1 , DE 11 2006 002 273 B4 , US 2007 / 0 191 997 A1 und DE 10 2005 054 754 A1 bekannt.
KURZE ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Ein erfindungsgemäßes Fahrzeugsteuerungsverfahren umfasst folgende Schritte:

(a) Definieren eines Satzes vorbestimmter Kriterien in Bezug auf die Bewegung eines Fahrzeugs bezüglich einer Oberfläche;
(b) Definieren eines Satzes von Fahrzeugmaßnahmen, die mit dem Satz vorbestimmter Kriterien verbunden sind, wobei die Fahrzeugmaßnahmen jeweils eine Lenkmaßnahme und/oder eine Bremsmaßnahme spezifizieren;
(c) Empfangen von Reibungsdaten, die eine Reibungseigenschaft einer Kontaktregion zwischen dem Fahrzeug und der Oberfläche angeben;
(d) Modifizieren des Satzes vorbestimmter Kriterien basierend auf den Reibungsdaten;
(e) Bestimmen basierend auf den modifizierten Kriterien, ob Notsteuerungsmaßnahmen notwendig sind;
(f) falls Notsteuerungsmaßnahmen notwendig sind, Anwenden von Notsteuerungsmaßnahmen;
(g) Messen der Wegabweichung zwischen dem tatsächlichen Weg des Fahrzeugs und dem beabsichtigten Weg des Fahrzeugs, nachdem die Notsteuerungsmaßnahmen ergriffen wurden;
(h) Bestimmen von Reibungsdaten, welche die Reibungseigenschaft einer Kontaktregion zwischen dem Fahrzeug und der Oberfläche angeben;
(i) Bestimmen basierend auf der im Schritt (g) gemessenen Wegabweichung und den im Schritt (h) bestimmten Reibungsdaten, ob Notsteuerungsmaßnahmen notwendig sind; und
(j) falls Notsteuerungsmaßnahmen notwendig sind, Anwenden von Notsteuerungsmaßnahmen und wiederholtes Durchführen der Schritte (g) bis (i), bis im Schritt (i) bestimmt wird, dass keine Notsteuerungsmaßnahmen notwendig sind.

Figurenliste
Ein vollständigeres Verständnis des Gegenstands kann abgeleitet werden, indem auf die ausführliche Beschreibung und Ansprüche Bezug genommen wird, wenn sie in Verbindung mit den folgenden Figuren betrachtet werden, wobei gleiche Bezugszeichen sich auf ähnliche Elemente in den Figuren beziehen.

1 ist ein konzeptionelles Blockdiagramm eines Fahrzeugs und Systems gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
2 ist ein konzeptionelles Diagramm, das das Wesen der Straßen/ Reifenreibung veranschaulicht;
3 ist ein beispielhafter Reibungskreis, der beim Beschreiben der vorliegenden Erfindung nützlich ist;
4 ist ein Blockdiagramm, das ein Verfahren gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt;
5 ist ein konzeptionelles Blockdiagramm, das verschiedene Verfahren zum Erlangen von Reibungsdaten zeigt; und
6 - 8 sind Diagramme in Draufsicht, die eine Kollisionsvermeidung gemäß einem Beispiel veranschaulichen.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Die folgende ausführliche Beschreibung ist in ihrer Art nur veranschaulichend. Der Kürze halber werden viele herkömmlichen Techniken und Prinzipien, die sich auf Fahrzeugbremssysteme, -lenksysteme, - steuerungssysteme und dergleichen beziehen, hierin nicht im Detail beschrieben.
Techniken und Technologien können hier im Sinne funktionaler und/oder logischer Blockkomponenten und verschiedener Verarbeitungsschritte beschrieben werden. Es sollte erkannt werden, dass solche Blockkomponenten durch eine beliebige Anzahl von Hardware-, Software- und/oder Firmware-Komponenten realisiert werden können, die dafür eingerichtet sind, die spezifizierten Funktionen zu liefern. Zum Beispiel kann eine Ausführungsform eines Systems oder einer Komponente verschiedene integrierte Schaltungskomponenten verwenden, zum Beispiel Speicherelemente, digitale Signalverarbeitungselemente, logische Elemente, Nachschlagetabellen oder dergleichen, welche eine Vielzahl von Funktionen unter der Steuerung eines oder mehrerer Mikroprozessoren oder anderer Steuerungsvorrichtungen ausführen können.
Die folgende Beschreibung kann auf Elemente oder Knoten oder Merkmale verweisen, die miteinander „verbunden“ oder „gekoppelt“ sind. Wie hierin verwendet bedeutet, außer es ist andernfalls ausdrücklich erklärt, „verbunden“, dass ein Element/Knoten/Merkmal mit einem anderen Element / Knoten / Merkmal direkt verbunden ist (oder direkt damit kommuniziert), und nicht notwendiger mechanisch. Gleichfalls bedeutet, außer es ist ansonsten ausdrücklich erklärt, „gekoppelt“, dass ein Element / Knoten / Merkmal direkt oder indirekt mit einem anderen Element / Knoten / Merkmal verbunden ist (oder direkt oder indirekt damit kommuniziert), und nicht notwendigerweise mechanisch.
1 ist ein konzeptionelles Blockdiagramm in Draufsicht eines beispielhaften Kollisionsvermeidungssystems 100 für ein Kraftfahrzeug (oder ein fach „Fahrzeug“) 102. Man beachte, dass der Klarheit halber verschiedene Komponenten des Fahrzeugs 102 wie zum Beispiel Reifen, Räder, Bremsen, Lenkmechanismen und dergleichen in 1 nicht dargestellt sind. Ähnlich erkennt der Fachmann, dass, obgleich das Fahrzeug 102 in 1 als Standardautomobil dargestellt ist, die vorliegende Erfindung im Zusammenhang mit Lastwagen oder irgendeinem anderen Fahrzeug, in welchem eine Notlenkung/bremsung wünschenswert sein kann, verwendet werden kann.
Wie dargestellt enthält das System 100 einen Satz Bremsstellglieder 104, die mit einem Brems-Controller 120 gekoppelt sind, und ein Lenkstellglied 106, das mit einem Lenk-Controller 110 gekoppelt ist. Sowohl der Brems-Controller 120 als auch der Lenk-Controller 110 sind mit einem Stabilitäts-Controller 122 und einem Controller 124 zur Einstellung eines Kollisionsvorbereitungssystems (CPS) gekoppelt, welcher selbst Information (zum Beispiel Information bezüglich einer möglichen Kollision) von einem CPS-System 108 empfängt.
Im Allgemeinen empfängt der Stabilitäts-Controller 122 verschiedene Eingaben 132 von Sensoren und anderen Komponenten des Kraftfahrzeugs 102 bezüglich zum Beispiel der Geschwindigkeit, Beschleunigung, Radwinkel und anderer Eigenschaften des Kraftfahrzeugs 102. Der Stabilitäts-Controller 122 verarbeitet dann diese Eingaben und bestimmt, ob bestimmte Maßnahmen ergriffen werden sollen, um die Stabilität (des Fahrzeugs 102) aufrechtzuerhalten. In einer Ausführungsform ist zum Beispiel der Stabilitäts-Controller 122 wie in der Druckschrift US 5 941 919 A beschrieben implementiert.
Das CPS-System 108 ist dafür eingerichtet, den Zustand des Fahrzeugs 102 bezüglich Hindernissen in dessen Umgebung - zum Beispiel Objekte im Weg des Fahrzeugs 102, die eine Kollisionsgefahr darstellen können - zu bestimmen und das entsprechende Signal und/oder Information an den Controller 124 zur CPS-Einstellung zu liefern. In einer Ausführungsform ist das CPS-System 108 in der Weise implementiert, die in einem oder mehreren von den Druckschriften US 6 084 508 A und US 2010 /0 006 363 A1 offenbart ist, und enthält somit ein oder mehrere Radarkomponenten kurzer Reichweite, Radarkomponenten langer Reichweite oder irgendeine andere Zusammenstellung von Komponenten, die dafür eingerichtet ist, das Vorhandensein von Objekten in der Nähe des Fahrzeugs 102 zu erkennen.
Der Controller 124 zur CPS-Einstellung empfängt ein Signal oder eine andere Information vom CPS-System 108, verarbeitet diese Information und bestimmt, ob Lenk- und/oder Bremsmanöver durchgeführt werden sollten, um die Wahrscheinlichkeit einer Kollision mit einem Objekt im Weg des Fahrzeugs 102 zu verhindern oder zu reduzieren. Das heißt, während der Stabilitäts-Controller 122 im Wesentlichen mit einem Aufrechterhalten der Stabilität des Fahrzeugs 102 befasst ist, ist der Controller zur CPS-Einstellung darauf gerichtet, die Kollision des Fahrzeugs 102 in dem Fall, dass bestimmte Kriterien erfüllt sind, zu verhindern oder abzumildern.
Der Controller 124 zur CPS-Einstellung, der Stabilitäts-Controller 122, der Brems-Controller 120 und der Lenk-Controller arbeiten zusammen, um das Bremsen und/oder Lenken des Kraftfahrzeugs 102 als Antwort auf eine von dem CPS-System 108 empfangene Information einzustellen. Das heißt, in dem Fall, dass die Bewegung des Fahrzeugs 102 innerhalb gewisser vorbestimmter Kriterien (nötigenfalls durch eine auf Straßenbedingungen bezogene Information modifiziert) liegt, sendet der Controller 124 zur CPS-Einstellung ein Bremssignal an das System des Brems-Controller 120 und/oder ein Lenksignal an den Lenk-Controller 110, wodurch veranlasst wird, dass das Bremsstellglied 104 und/oder Lenkstellglied 106 die geeigneten Manöver zur Kollisionsvermeidung ausführen.
Gemäß der vorliegenden Erfindung empfängt der Controller 124 zur CPS-Einstellung auch eine Eingabe 130, die eine Reibungseigenschaft (zum Beispiel statischer oder dynamischer Reibungskoeffizient) der Straßenoberfläche bezüglich der Reifen des Fahrzeugs 102 (worauf im Allgemeinen als „Reibungsdaten“ 130 verwiesen wird) angibt, und nutzt diese Information, um zu bestimmen, ob und in welchem Maß Manöver zur Kollisionsvermeidung durchgeführt werden sollten. Der Ausdruck „Reibungsdaten“ wird somit ohne Verlust der Allgemeinheit so verwendet, dass er jegliche Form von Signal, ob digital oder analog, meint, das eine Straßen/Reifenreibung direkt repräsentiert, oder kann verwendet werden, um eine Straßen/Reifenreibung abzuleiten und/oder abzuschätzen. Zum Beispiel können Reibungsdaten 130 einen Analogstrom oder -spannung umfassen, der/die (zum Beispiel über eine Nachschlagetabelle oder empirisch abgeleitete Gleichung) mit einer Reibungseigenschaft korreliert wurde. Alternativ dazu können Reibungsdaten 130 ein digitales Signal umfassen, das eine ganzzahlige oder reelle Zahl repräsentiert, die gemäß irgendeinem herkömmlichen digitalen Kommunikationsprotokoll übermittelt wird.
Die Reibungsdaten 130 können auf eine Vielzahl von Arten ermittelt werden. Bezug nehmend auf 5 kann zum Beispiel der Controller 124 zur CPS-Einstellung mit einem oder mehreren Sensoren 506 gekoppelt sein, die direkt oder indirekt Reibungsdaten 130 bestimmen können, und/oder einem oder mehreren Sende-Empfangsgeräten 504, die dafür eingerichtet sind, ein externes Signal 502 drahtlos zu empfangen, das die Reibungsdaten 130 (oder Daten, aus denen diese Information abgeleitet werden kann) enthält.
In einer Ausführungsform ist der Controller zur CPS-Einstellung dafür eingerichtet, Reibungsdaten 130 direkt von einem anderen (nicht dargestellten) Fahrzeug zu empfangen, das Kenntnis der Straßenbedingungen in der Umgebung des Fahrzeugs 102 hat. Dieses kann zum Beispiel ein Fahrzeug vor dem Fahrzeug 102 auf der gleichen Straße einschließen, das sich in der gleichen Richtung bewegt. Die Reibungsdaten 130 können über irgendein herkömmliches Datenübertragungsmedium wie zum Beispiel WiFi (IEEE 802.11), zellulare Netzwerke (GSM, CDMA etc.), ZigBee, WiMax oder irgendein anderes drahtloses Übertragungsmedium, das heute bekannt ist oder später entwickelt wird, empfangen werden.
In einer anderen Ausführungsform ist der Controller 124 zur CPS-Einstellung dafür eingerichtet, Wetterinformation zu empfangen, die mit dem geographischen Ort des Fahrzeugs 102 verbunden ist, wie er durch ein globales Positionsbestimmungssysten (GPS) oder ein anderes Lokalisierungsschema bestimmt wird. Die Wetterinformation kann dann verwendet werden, um die Reibungsdaten 130 abzuleiten (oder zu modifizieren). Die Wetterinformation kann als Antwort auf eine Anforderung vom Controller 124 zur CPS-Einstellung periodisch empfangen werden, oder wenn bestimmte Wetterbedingungen (zum Beispiel starker Regen) für die Region vorhergesagt sind, durch die das Fahrzeug 102 fährt. Zum Beispiel kann das Fahrzeug 102 (über ein Sende-Empfangsgerät 504) einen Wetterbericht von einem Wettermeldedienst empfangen, der angibt, dass die Region, in der das Fahrzeug 102 fährt, kürzlich starken Regen abbekommen hatte. Die Information kann dann vom Controller 124 zur CPS-Einstellung verwendet werden, um Reibungsdaten 130 zu modifizieren (das heißt, indem angenommen wird, dass der tatsächliche Koeffizient geringer als dessen gegenwärtige Schätzung ist). Die Wetterinformation kann in irgendeinem herkömmlichen offenen oder geschützten Format einschließlich Klartext, XML oder dergleichen vorliegen.
In einer anderen Ausführungsform ist der Controller 124 zur CPS-Einstellung dafür eingerichtet, einen direkten Wert von Reibungsdaten 130 von einem Computersystem oder einem externen Server 510 zu empfangen, wie er von anderen Fahrzeugen bestimmt wurde, die in dem gleichen Gebiet innerhalb eines bestimmten Zeitrahmens gewesen sind. Das heißt, die Reibungsdaten 130 können „aus einer Menge geschöpft werden“ (engl.: crowdsourced) durch Fahrzeuge, die beliebige Reibungsdaten, die gemessen oder auf andere Weise ermittelt wurden, messen und zu einem Server 510 hochladen können.
In einer anderen Ausführungsform bestimmt der Controller 124 zur CPS-Einstellung (über den Stabilitäts-Controller 122 von 1), dass ein ABS- oder Stabilitätssteuerungsereignis aufgetreten ist, wenn ein Manöver durchgeführt wird, das normalerweise kein solches Ereignis hervorrufen würde. Der Controller 124 zur CPS-Einstellung reduziert dann dementsprechend seine Schätzung der Reibungsdaten 130.
In einer anderen Ausführungsform kann der Controller zur CPS-Einstellung den Brems-Controller 120 von 1 anweisen, einen kurzen Bremsimpuls auszuführen, und dann die longitudinale Beschleunigung des Fahrzeugs prüfen überwachen und, wenn/falls das Fahrzeug ABS-Reibungsdaten 130 eingibt. In einer anderen Ausführungsform ist der Sensor 506 ein Beschleunigungsmesser, der in das Profil eines Reifens (zum Beispiel eines „Smartreifens“) eingebaut ist, der mit dem Fahrzeug 102 gekoppelt ist, und ist dadurch dafür eingerichtet, die Reibungsdaten 130, die mit dem Kontakt des Reifens mit der Straßenoberfläche verbunden sind, direkt zu messen. In einer anderen Ausführungsform umfasst der Sensor 506 einen Sensor, der die Straßenoberfläche prüft, während das Fahrzeug 102 über sie fährt. Die resultierenden optischen, Infrarot-, UV-, IR- oder andere Daten werden dann verwendet, um die Reibungseigenschaften der Oberfläche zu schätzen.
In einer anderen Ausführungsform werden äußere Wetterbedingungen direkt in der herkömmlichen Weise abgefühlt, und die abgefühlten Ablesungen (zum Beispiel Temperatur, Feuchtigkeit, Nutzung der Scheibenwischer, Regensensoren etc.) werden zum Teil verwendet, um Reibungsdaten 130 abzuleiten. In dieser Hinsicht können ein oder mehrere der oben beschriebenen Verfahren verwendet werden, und der Server 510 und/oder Controller 124 zur CPS-Einstellung können eine beste Abschätzung für Reibungsdaten 130 auswählen, wenn konkurrierende und inkonsistente Daten vorliegen. Zum Beispiel kann ein Gewichtungsschema basierend auf geographischer Nähe, zeitlicher Nähe, Genauigkeit eines Messverfahrens und anderen derartigen Faktoren verwendet werden.
Ungeachtet der Art und Weise, in der Reibungsdaten 130 ermittelt oder abgeleitet werden, enthalten diese Daten vorzugsweise zumindest einen Wert eines Reibungskoeffizienten. Insbesondere berührt Bezug nehmend auf 2 ein Reifen 204 (zum Beispiel bezüglich 1 ein Reifen an einem Fahrzeug 102, der indirekt mit einem Bremsstellglied 104 und Lenkstellglied 106 mechanisch gekoppelt ist) eine Oberfläche 202 (zum Beispiel eine Straßenoberfläche). Infolge des Gewichts des Fahrzeugs 102 wird auf den Reifen 204 eine Kraft F ausgeübt, die eine entgegengesetzte und gleiche Normalkraft N am Reifen 204 innerhalb einer Kontaktregion (oder „Kontaktfleck“) 206 der Oberfläche 202 erzeugt. Die veranschaulichte Reibungskraft F_f ist dann die Kraft, die der relativen longitudinalen Bewegung des Reifens 204 bei der Kontaktregion 206 bezüglich der Oberfläche 202 Widerstand entgegensetzt (das heißt Gleitbewegung). Während die Vektorkraft F_f als von links nach rechts zeigend dargestellt ist, erkennt der Fachmann, dass in Abhängigkeit von kinematischen Bedingungen F_f in jede beliebige Richtung orthogonal zur Normalkraft N gerichtet sein kann.
Diese Kraft F_f wird ausgedrückt als das Produkt der Normalkraft N und eines dimensionslosen Parameters µ, auf den als der Reibungskoeffizient verwiesen wird. Dieser Reibungskoeffizient µ kann ein Maß entweder des statischen Reibungskoeffizienten oder des dynamischen Reibungskoeffizienten sein. Der statische Reibungskoeffizient ist mit der Reibung zwischen zwei Objekten verbunden, die sich in Bezug aufeinander an ihrem Kontaktpunkt (das heißt Region 206) nicht bewegen. Umgekehrt ist der dynamische Reibungskoeffizient mit der Reibung zwischen zwei Objekten verbunden, die an ihrem Kontaktpunkt eine Relativbewegung durchmachen.
Im Kontext der vorliegenden Erfindung bezieht sich der Ausdruck Reibungskoeffizient im Wesentlichen auf den effektiven statischen Reibungskoeffizienten zwischen dem Reifen 204 und der Oberfläche 202 und kann somit jede der verschiedenen Unterkategorien von Reibungseffekten einschließlich Fluidreibung, trockener Reibung, Oberflächenreibung und dergleichen berücksichtigen. Das heißt, der Reibungskoeffizient kann das Vorhandensein von Wasser, Öl, Geröll und/anderem Material berücksichtigen, das zwischen dem Reifen 204 und der Oberfläche 202 vorhanden sein könnte.
Weiter auf 2 Bezug nehmend wird dann, falls angenommen wird, dass der Reifen 204 im Uhrzeigersinn dreht und sich somit von links nach rechts bewegt, der Reifen 204 in wohlgeordneter Weise weiterdrehen, wobei Traktion aufrechterhalten wird, solange die durch den Reifen 204 in der Region 206 angelegte longitudinale Kraft die Größe der Reibungskraft F_f nicht überschreitet. Falls jedoch die longitudinale Kraft (zum Beispiel infolge einer übermäßigen Vorwärtsbeschleunigung oder eines plötzlichen Bremsens) die Größe von F_f übersteigt, wird dann der Reifen 204 Traktion verlieren und bezüglich der Oberfläche 202 rutschen, das heißt statt in Richtung des Uhrzeigersinns rollen.
Um ein Fahrzeug innerhalb seiner Reibungskraftgrenzen wie in Verbindung mit 2 beschrieben zu halten, ist es oft zweckmäßig, die „Reibungsellipse“ oder den „Reibungskreis“ darzustellen, der die Bewegung des Fahrzeugs bestimmt. Bezug nehmend auf 3 ist genauer gesagt ein Reibungskreisdiagramm 300 ein Konzept, das das Traktionsvermögen eines Fahrzeugs unter verschiedenen Kombinationen von Beschleunigung und Kurvenfahrt graphisch darstellt. Die horizontale Achse entspricht der Richtung, in der der Wagen abbiegt (links, rechts), und die vertikale Achse entspricht den Beschleunigungsbedingungen (Vorwärtsbeschleunigung, Bremsen). Anders gesagt repräsentiert jeder Punkt innerhalb des Diagramms 300 einen Vektor, der sich aus der Vektoraddition eines Vektors der longitudinalen Beschleunigung und eines Vektors der senkrechten lateralen Beschleunigung ergibt.
Somit entspricht der Ursprung im Diagramm 300 im Allgemeinen einem Fahrzeug, das bei einer konstanten Geschwindigkeit geradeaus fährt, der obere rechte Quadrant entspricht einem Fahrzeug, das beschleunigt und nach rechts abbiegt, der linke untere Quadrant entspricht einem Fahrzeug, das verlangsamt (bremst), während es nach links abbiegt, und so weiter.
Die geschlossene Kurve (das heißt der „Reibungskreis“) 302 ist die Grenze zwischen Bedingungen, in denen das Fahrzeug Traktion aufrechterhalten kann (die Fläche innerhalb des Kreises 302), und Bedingungen, in denen das Fahrzeug Traktion nicht aufrechterhalten wird (die Fläche außerhalb des Kreises 302). Beispielsweise liegen Punkte 310 und 312 (und die Vektoren, die sie repräsentieren) innerhalb des Reibungskreises 302, während Punkt 314 außerhalb des Reibungskreises 302 liegt.
Die Punkte, wo der Reibungskreis 302 die x-Achse schneidet, entsprechen dem maximalen lateralen Beschleunigungspotential des Fahrzeugs. Ähnlich entsprechen die Punkte, wo der Reibungskreis 302 die y-Achse schneidet, dem maximalen longitudinalen Beschleunigungspotential des Fahrzeugs.
In jeder praktischen Anwendung hängt die Form des Reibungskreises 302 von einer Unzahl von Faktoren ab, einschließlich der Reifeneigenschaften (Reifenmaterial, Profil, Temperatur etc.), Bedingungen der Straßenoberfläche, Fahrzeuggewicht, dynamische Eigenschaften des Fahrzeugs und dergleichen. Als Folge wird die Form des Reibungskreises 302 im Allgemeinen empirisch durch experimentelle Untersuchung und/oder Modellierung bestimmt. In diesem Zusammenhang erkennt der Fachmann, dass der Ausdruck „Reibungskreis“ ein technischer Ausdruck ist und dass die Form der geschlossenen Kurve 302 nahezu niemals perfekt kreisförmig ist, eher zu einem Ellipsoid tendierend, dessen Hauptachse entlang der horizontalen Achse des Diagramms 300 (wie veranschaulicht) liegt. Infolgedessen ist es für ein Fahrzeug typisch, eine größere Traktion beim Bremsen als beim Abbiegen aufzuweisen. Nichtsdestotrotz ist es, da ein Lenkmanöver zur Kollisionsvermeidung oft schneller als ein Bremsmanöver zur Kollisionsvermeidung bewerkstelligt werden kann, in einigen Situationen zur Kollisionsvermeidung wünschenswert, Lenkmanöver einzubeziehen, um die traditionellen Bremsmanöver zu erweitern.
Im Allgemeinen beinhaltet ein Prozess zur Kollisionsvermeidung, der von dem Controller 124 zur CPS-Einstellung von 1 durchgeführt, ein Speichern eines Satzes von Kriterien und eines Satzes entsprechender Maßnahmen (zum Beispiel ausweichende Brems- und Lenkmanöver), Modifizieren der Kriterien basierend auf den Reibungsdaten, dann ein Durchführen der geeigneten Maßnahmen, wenn die entsprechenden Kriterien erfüllt werden.
Bezug nehmend nun auf 1 in Verbindung mit 4 beginnt ein beispielhaftes Fahrzeugsteuerungsverfahren mit einem Definieren eines Satzes vorbestimmter Kriterien und zugeordneter Fahrzeugmaßnahmen (Schritt 402). Die vorbestimmten Kriterien können zum Zeitpunkt der Herstellung in dem Controller 124 zur CPS-Einstellung gespeichert oder zu einem späteren Datum elektronisch heruntergeladen werden.
Die vordefinierten Kriterien können zum Beispiel beinhalten, worauf als „Fahrermaßnahmenlinien“ verwiesen wird - das heißt konzeptionelle vertikale Linien, die entlang einer Zeitachse verteilt sind, jede entsprechend einer bestimmten „Zeit bis zur Kollision“ (TTC) und jede eine Maßnahme spezifizierend, die ergriffen werden sollte (oder eine Maßnahme, die ein vernünftiger Fahrer schon zu diesem Zeitpunkt ergriffen haben sollte). Diese Linien können berechnet werden, indem ein Fahrerverhalten geprüft wird und indem die Grenzen des Fahrverhaltens des Fahrzeugs genutzt werden. Im letztgenannten Fall wird auf die Linien oft als Kollisionsbeurteilungslinien Bezug genommen.
Zum Beispiel könnte eine Fahrermaßnahmenlinie einer TTC von 4,8 Sekunden entsprechen (das heißt eine Kollision wird in 4,8 Sekunden stattfinden, falls das gegenwärtige Bremsen und Lenken unverändert bleiben). In solch einem Fall könnte die entsprechende Fahrzeugmaßnahme ein normales Bremsen (0,25 g Verzögerung) einschließen. Während die TTC kleiner wird, wird die entsprechende Maßnahme typischerweise schärfer. Folglich könnte eine andere Fahrermaßnahmenlinie bei einer TTC von 3,0 Sekunden ein starkes Bremsen (0,4 g Verzögerung), gefolgt von einer Vollbremsung (0,9 g) bei einer TTC von 1,0 Sekunden und ein optimiertes Bremsen/Lenken bei einer TTC von 0,62 Sekunden spezifizieren.
Die Kollisionsbeurteilungslinien für irgendein bestimmtes Fahrzeug können aus einem Reibungskreisdiagramm wie in 3 gezeigt oder aus einer anderen Information abgeleitet werden, die die Grenzen einer lateralen und longitudinalen Beschleunigung kennzeichnet. Das heißt, bekannte Verfahren (Kreisbahn- bzw. Schleuderplattentest, Simulation, etc.) können für ein bestimmtes Fahrzeug durchgeführt werden, um einen nominellen Reibungskreis zu bestimmen, oder eine Teilmenge an Information bezüglich dieses Kreises (zum Beispiel maximale und minimale Punkte entlang jeder Achse). Diese Information kann dann, wie im Folgenden detaillierter beschrieben wird, verwendet werden, um zu bestimmen, welch starkes Bremsen und/oder Lenken das Fahrzeug ohne Überschreiten seiner Reibungskreisgrenzen beibehalten kann.
Als Nächstes bestimmt in Schritt 404 das System die Daten 130 der Reifen/Straßenreibung. Dies kann auf eine Vielzahl von Arten bewerkstelligt werden, einschließlich eines oder mehrerer der Verfahren, die oben beschrieben wurden. Ungeachtet des Verfahrens, das verwendet wird, um die Reibungsdaten zu ermitteln, modifiziert dann das System dementsprechend die vorbestimmten Kriterien.
Insbesondere kann unter bestimmten Straßenbedingungen (zum Beispiel nach einem leichten Regen) der Reibungskoeffizient zwischen der Straßenoberfläche und den Reifen des Fahrzeugs 102 signifikant reduziert sein, wodurch der Reibungskreis effektiv schrumpft. Dies ist in 3 als die gestrichelte Linie 303 dargestellt, welche konzeptionell die Reduzierung der Fläche repräsentiert, die eine Reduzierung des Reibungskoeffizienten begleitet. Gemäß der vorliegenden Erfindung werden die vorbestimmten Kriterien und entsprechende Maßnahmen basierend auf den Reibungsdaten 130 modifiziert, wodurch das Fahrzeug 102 innerhalb des tatsächlichen Reibungskreises 303 statt des nominellen Reibungskreises 302 (das heißt bester Fall) gehalten wird.
Es ist bekannt, dass zwischen beliebigen zwei Fahrzeugen (wie in 6 gezeigt) die Zeit bis zur Bremsung (um eine Kollision zu vermeiden) TTB gegeben ist als: $TTB = - {V/A}_{s}$
wo V die Entfernungsrate zwischen einem Host (das heißt Fahrzeug 102 in 2) und einem Zielfahrzeug (das Fahrzeug im Weg des Host-Fahrzeugs) ist und A_s die maximale Verzögerung des Host-Fahrzeugs subtrahiert von der Verzögerung des Zielfahrzeugs ist, das heißt: $A_{s} = A_{dec} - A_{t} .$
Somit ist die Entfernung (Distanz zwischen Fahrzeugen) bei TTB gegeben durch $R = 0,5 V * TTB = - 0,5 * V^{2} {/A}_{s} .$
Eine vereinfachte Zeit bis zur Kollision (TTC) kann dann berechnet werden als die Entfernung geteilt durch die Entfernungsrate, oder: $TTC = - 0,5 * {V/A}_{s} .$
Das Kriterium der Lenkkollisionsbeurteilungslinie (CJLS) kann aus dem obigen abgeleitet werden als: ${CJLS}_{t} = {CJLS}_{d} / (V_{h} - V_{t})$
${CJLS}_{d} = R_{f} * sin (e) - L - V_{t} * R_{f} * {I'/V}_{h}$
wobei:

V_h = Geschwindigkeit des Host-Fahrzeugs (Fahrzeug 102)
V_t = Geschwindigkeit des Zielobjektes
R_f = ((V_h ⁴/A_ymax ²-b²) 0,5 + T/2)² + L²) 0,5 + (W - T)
e = cos^-1 ((R_f - L²) - a₀ / R_f)
L = Radstand des Host-Fahrzeugs
I' = Winkel, um den das Host-Fahrzeug abbiegen wird
- = cos^-1((R_f - L²) - a₀ / R_f) - sin^-1(L / R_f)
b = Distanz des Schwerpunktes zur Hinterradachse für das Host- Fahrzeug
W = Breite des Host-Fahrzeugs
T = Spur des Host-Fahrzeugs

Sind diese Relationen gegeben, modifiziert dann das System die Kriterien (in diesem Fall die Werte der Kollisionsbeurteilungslinie CJLS), indem die longitudinalen und lateralen Beschleunigungspotentiale (A_dec und A_ymax) eingestellt werden. Während zum Beispiel gewöhnlich angenommen wird, dass A_dec unter normalen Straßenbedingungen etwa 1,0 g beträgt, könnte das System diesen Wert basierend auf den Reibungsdaten 130 auf 0,6 g reduzieren. Ähnlich kann der Wert von A_ymax, der oft als etwa 0,8 g angenommen wird, dementsprechend reduziert werden. In einer Ausführungsform wird eine lineare Funktion verwendet, um diese Werte (zum Beispiel auf etwa 0,4 g) zu reduzieren.
Die obigen Relationen können auch verwendet werden, um andere derartige Kriterien wie zum Beispiel die Kollisionsbeurteilungslinie für eine Bremsung (CJLB) oder irgendwelche anderen Kriterien zu modifizieren, die bei einer Kollisionsvermeidung und Fahrzeugsteuerung verwendet werden.
Zurückkehrend zu 4 bestimmt in Block 408 das System basierend auf den vorbestimmten Kriterien, welche durch die Reibungsdaten 130 modifiziert worden sein könnten, ob Steuerungsmaßnahmen notwendig sind. Das heißt, das System bestimmt, ob zum Beispiel das Fahrzeug die CJLB- oder CJLS-Beurteilungslinien erreicht hat, ohne dass der Fahrer in einer geeigneten Weise reagiert, um eine Kollision zu vermeiden.
Falls nicht, kehrt das Verfahren zu Schritt 404 zurück und fährt fort wie zuvor. Falls Ja, ergreift jedoch das System Notsteuerungsmaßnahmen (Schritt 410). Das heißt mit vorübergehendem Verweis auf 1, sendet der Controller 124 zur CPS-Einstellung die geeigneten Befehle an den Brems-Controller 120 und Lenk-Controller 110, um den gewünschten Fahrzeugweg zu erreichen.
Als Nächstes kann in Schritt 412 das System die Wegabweichung messen - das heißt die Differenz zwischen dem tatsächlichen Weg des Fahrzeugs und dem beabsichtigten Weg des Fahrzeugs, nachdem die Notsteuerungsmaßnahmen ergriffen wurden. Als Nächstes werden die Reibungsdaten ebenfalls neu bestimmt (Schritt 414). Basierend auf den neu bestimmten Reibungsdaten und der gemessenen Wegabweichung hat das System zusätzliche Information für dessen Bestimmung in Schritt 408 diesbezüglich, ob und in welchem Maße Notmaßnahmen notwendig sind. Das heißt, das System kann bestimmen, dass extremere Maßnahmen ergriffen werden sollten, wie zum Beispiel kraftvolleres Bremsen und/oder ein drastischeres autonomes Lenken.
Das System setzt die Schleife (Schritte 408, 410, 412 und 414) fort, bis keine weiteren Notsteuerungsmaßnahmen benötigt werden. Die Operation setzt dann den Normalbetrieb (Schritte 404, 406 und 408) fort.
Ein Beispiel des obigen Verfahrens ist in der Draufsicht der 6 - 8 veranschaulicht. Das oberste Bild, 6, stellt ein Fahrzeug 102 (das „Host-Fahrzeug“) dar, das sich von links nach rechts in Richtung auf ein zweites Fahrzeug 602 (das „Zielfahrzeug“) bewegt. Für die Zwecke dieses Beispiels wird angenommen, dass die Distanz zwischen den beiden Fahrzeugen (610) 40 m beträgt, und die Entfernungsrate V (die Differenz zwischen den Geschwindigkeiten der Fahrzeuge 102 und 602) 13,0 m/s beträgt. Das heißt, das Fahrzeug 102 fährt mit einer Relativgeschwindigkeit von 13,0 m/s auf das Fahrzeug 602 mit einer Zeit bis zur Kollision (TTC) von 3 s auf. Gemäß den oben beschriebenen Verfahren wird auch angenommen, dass das System bestimmt hat, dass die Straßenbedingungen derart sind, dass das maximale longitudinale Beschleunigungspotential auf 0,6 g (von etwa 1,0 g) reduziert wurde. Unter solchen Bedingungen sind in diesem Beispiel keine der vorbestimmten Kriterien erfüllt, und daher werden keine Notfallmaßnahmen für das Fahrzeug ergriffen.
In 7, jedoch wenn die Entfernung zwischen den Fahrzeugen auf 20 m reduziert wurde, mit einer TTC von 1,5 s. Unter diesen Bedingungen ist eines der vorbestimmten Kriterien erfüllt, und das System fordert ein Bremsen von 0,3 g an. Unter normalen Bedingungen würde, ohne Berücksichtigung des reduzierten Reibungskoeffizienten, das System nicht festgestellt haben, dass das Kriterium erfüllt ist, und würde dieses Bremsen nicht anfordern.
In 8 sind mit einem Abstand von 9,9 m und einer TTC von 0,9 sein oder mehrere zusätzliche Kriterien erfüllt, und das System fordert ein 0,6 g Bremsen an. Der Nettoeffekt der Notsteuerungsmaßnahmen besteht darin, dass die als Ziel gesetzte Geschwindigkeitsverminderung (in diesem Fall 10,3 m/s) gleich der tatsächlichen Geschwindigkeitsverminderung ist.
Ohne Kompensieren der Verringerung des Reibungskoeffizienten ist es wahrscheinlich, dass die tatsächliche Geschwindigkeitsverminderung geringer als die beabsichtigte Geschwindigkeitsverminderung gewesen wäre. Das heißt, geeignete Lenk- und/oder Bremsmaßnahmen würden später im Prozess stattfinden.
Das Beispiel in 8 könnte auch Lenkbefehle beinhaltet haben. Das heißt, zusätzlich zu den Forderungen nach einem Bremsen könnte das System eine Kombination von Lenk- und Bremsbefehlen angefordert haben, um das Fahrzeug 102 innerhalb des Reibungskreises, wie er auf der Basis der Reibungsdaten (130 in 1) modifiziert wurde, zu halten.
Ein Kollisionsvermeidungsverfahren für ein Fahrzeug kann umfassen ein Liefern eines Satzes vorbestimmter Kriterien in Bezug auf die Bewegung des Fahrzeugs bezüglich einer Straßenoberfläche, wobei der Satz vorbestimmter Kriterien Kollisionsbeurteilungskriterien beinhaltet, die eine mögliche Kollision des Fahrzeugs mit einem Objekt im Weg des Fahrzeugs angeben; ein Liefern eines Satzes von Fahrzeugmaßnahmen entsprechend dem Satz vorbestimmter Kriterien, wobei die Fahrzeugmaßnahmen jeweils eine Lenkmaßnahme und/oder Bremsmaßnahme spezifizieren; ein Empfangen von Reibungsdaten, die eine Reibungseigenschaft einer Kontaktregion zwischen dem Fahrzeug und der Oberfläche angeben; und ein Modifizieren des Satzes vorbestimmter Kriterien basierend auf den Reibungsdaten; ein Bestimmen, dass die Kollisionsbeurteilungskriterien erfüllt wurden; und ein Durchführen einer ausgewählten Lenkmaßnahme und/oder einer ausgewählten Bremsmaßnahme entsprechend den Kollisionskriterien, wobei die Reibungsdaten insbesondere ein Reibungskoeffizient sind und/oder wobei die Reibungsdaten von einem Computersystem, das vom Fahrzeug geographisch entfernt ist, drahtlos empfangen werden.

Claims

Fahrzeugsteuerungsverfahren, mit den Schritten: (a) Definieren eines Satzes vorbestimmter Kriterien in Bezug auf die Bewegung eines Fahrzeugs (102) bezüglich einer Oberfläche (202); (b) Definieren eines Satzes von Fahrzeugmaßnahmen, die mit dem Satz vorbestimmter Kriterien verbunden sind, wobei die Fahrzeugmaßnahmen jeweils eine Lenkmaßnahme und/oder eine Bremsmaßnahme spezifizieren; (c) Empfangen von Reibungsdaten, die eine Reibungseigenschaft einer Kontaktregion (206) zwischen dem Fahrzeug (102) und der Oberfläche (202) angeben; (d) Modifizieren des Satzes vorbestimmter Kriterien basierend auf den Reibungsdaten; (e) Bestimmen basierend auf den modifizierten Kriterien, ob Notsteuerungsmaßnahmen notwendig sind; (f) falls Notsteuerungsmaßnahmen notwendig sind, Anwenden von Notsteuerungsmaßnahmen; (g) Messen der Wegabweichung zwischen dem tatsächlichen Weg des Fahrzeugs (102) und dem beabsichtigten Weg des Fahrzeugs (102), nachdem die Notsteuerungsmaßnahmen ergriffen wurden; (h) Bestimmen von Reibungsdaten, welche die Reibungseigenschaft einer Kontaktregion (206) zwischen dem Fahrzeug (102) und der Oberfläche (202) angeben; (i) Bestimmen basierend auf der im Schritt (g) gemessenen Wegabweichung und den im Schritt (h) bestimmten Reibungsdaten, ob Notsteuerungsmaßnahmen notwendig sind; und (j) falls Notsteuerungsmaßnahmen notwendig sind, Anwenden von Notsteuerungsmaßnahmen und wiederholtes Durchführen der Schritte (g) bis (i), bis im Schritt (i) bestimmt wird, dass keine Notsteuerungsmaßnahmen notwendig sind.