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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Unterstützung des Fahrers eines Kraftfahrzeuges in Gefahrensituationen, insbesondere drohenden Kollisionen, das Kraftfahrzeug umfassend ein Bremssystem, umfassend wenigstens einen Elektromotor, der zum Druckaufbau in wenigstens einer Bremse angesteuert werden kann, und das Kraftfahrzeug weiterhin umfassend ein Sicherheitssystem, welches Objekte erkennt und aufgrund dieser Erkennung ein Gefahrenpotential bestimmt. Sie betrifft weiterhin eine Vorrichtung zur Durchführung eines derartigen Verfahrens.
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Notbremssysteme für Kraftfahrzeuge gewinnen zunehmend an Verbreitung. Bei derartigen Systemen wird anhand von Umweltsensoren wie beispielsweise Radar, Lidar oder Kameras erkannt, ob eine Kollision des Fahrzeuges mit einem Hindernis droht. In diesem Fall wird der Fahrer bei seiner Bremsung unterstützt, wobei auch autonom in die Längsdynamik des Fahrzeuges eingegriffen werden kann. Bei einigen Ausführungen wird der Fahrer auch durch einen kurzen Bremsruck, d. h. das kurzzeitige Aufbauen von Bremsdruck, vor einer bevorstehenden Kollision gewarnt.
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Ein System zur Bestimmung von Objekten in einem vor oder hinter einem Fahrzeug liegenden Blickfeld ist beispielsweise aus der
DE 10 2007 049 516 A1 bekannt.
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Problematisch bei den oben genannten Notbremssystemen ist vor allem die Druckaufbauzeit des Bremssystems und somit die Zeit, die benötigt wird, um in die Längsdynamik des Kraftfahrzeuges eingreifen zu können. Ab dem Zeitpunkt, ab dem der Eingriff stattfinden soll, muss so schnell wie möglich Bremsdruck aufgebaut werden und dadurch so schnell wie möglich eine Längsverzögerung realisiert werden. Je schneller dies geschieht, desto mehr Relativgeschwindigkeit zwischen Fahrzeug und Hindernis kann vor einem Aufprall abgebaut werden bzw. umso weniger wird das Fahrzeug während eines als Warnung dienenden Bremsruckes verzögert.
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Um diese Zeiten zu minimieren und das Ansprechverhalten des Fahrzeuges für den Fahrer zu optimieren, wird gewöhnlich bereits vorher ein geringer Druck in dem Bremssystem aufgebaut, um das Lüftspiel und die inneren Lose bzw. inneren Toleranzen zu überwinden. Diese Phase wird gewöhnlich „Prebrake“-Phase genannt.
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Eine Unterscheidung bzw. Einteilung des Vorgangs der Annäherung des Fahrzeuges an das Hindernis und das Einsetzen von Bremseingriffen ist möglich, da die Situation in der Regel nicht sofort gefährlich ist, sondern die konkrete Gefahr einer Kollision mit der Zeit steigt, beispielsweise bei einer Annäherung.
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Bei elektrohydraulischen Bremssystemen (EHB) wird zum aktiven Druckaufbau gewöhnlich ein elektromechanischer Linearaktuator verwendet, der zum Druckaufbau einen Druckkolben in einen hydraulischen Druckraum verschiebt. Bei elektromechanischen Bremssystemen mit elektromechanischen Bremsen (EMB) wird ein derartiger Linearaktuator jeweils in einer Bremse eingesetzt, um zum Bremsen einen Kolben mit einem Bremsbelag gegen eine Bremsscheibe zu fahren. Derartige Linearaktuatoren umfassen typischerweise einen Elektromotor und ein nachgeschaltetes Rotations-Translationsgetriebe, welches die rotatorische Bewegung der Motorwelle in eine translatorische Bewegung eines Kolbens umwandelt. Als Rotations-Translationsgetriebe wird gewöhnlich eine Kugelgewindetrieb (KGT) verwendet.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, in derartigen Bremssystemen den Aufbau von Bremsmoment in der PreBrake-Phase zu verbessern, insbesondere hinsichtlich des zeitlichen Stromverlaufs des Elektromotors.
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In Bezug auf das Verfahren wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass bei Überschreiten wenigstens einer vorgegebenen Sicherheitsschwelle durch das Gefahrenpotential wenigstens ein Elektromotor zum Druckaufbau derart angesteuert wird, dass seine Drehzahl bei steigendem Gefahrenpotential im Wesentlichen beibehalten wird (und damit gleich bleibt) oder erhöht wird. Dabei gilt, dass die Drehzahl des Motors bei Beibehaltung nicht Null ist, und dass die Drehung des Elektromotors derart erfolgt, dass Druck aufgebaut wird. Unter einem Druckaufbau wird hierbei auch das Fahren eines Bremsbelags gegen eine Bremsscheibe in einer elektromechanischen Bremse verstanden.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Die Erfindung geht von der Überlegung aus, dass in Bremssystemen, in denen zum Aufbau von Bremsdruck Linearaktuatoren mit Elektromotoren eingesetzt werden, im oben beschriebenen Gefahrenfall zum Lüftspiel und der inneren Lose noch die Trägheit des Elektromotors hinzu kommt. Soll beispielsweise der Druck von dem geringen PreBrake-Druck der oben beschriebenen PreBrake-Phase auf einen sehr hohen Bremsdruck (nahe der Vollverzögerung) gebracht werden, muss zunächst der Elektromotor auf Drehzahl gebracht werden.
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Wie nunmehr erkannt wurde, lässt sich die PreBrake-Phase dadurch verbessern bzw. optimieren, dass bei ansteigendem Gefahrenpotential eine Bremsdruckaufbau durch Ansteuern des Elektromotors erfolgt, durch das der Elektromotor anfängt zu drehen bzw. fortfährt sich zu drehen, d. h. losläuft oder weiterläuft. Bei gleichbleibender Drehzahl erfolgt ein im Wesentlichen gleichförmiger bzw. linearer Druckanstieg, während eine Erhöhung der Drehzahl zu einem stärker werdenden Druckanstieg führt.
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Das Sicherheitssystem detektiert bzw. erkennt bzw. Objekte in einem insbesondere vom Fahrzeug aus kegelförmig verlaufenden Gesichtsfeld in Fahrtrichtung des Kraftfahrzeuges, also insbesondere bei Vorwärtsfahrt vor und bei Rückwärtsfahrt hinter dem Fahrzeug. Aufgrund der erkannten Objekte bestimmt das Sicherheitssystem ein Gefahrenpotential, welches die Wahrscheinlichkeit für das Eintreten einer gefährlichen Situation, insbesondere einer Kollision repräsentiert, wenn das Kraftfahrzeug nicht abbremsen würde. Ein beispielhaftes Sicherheitssystem ist der Notbremsassistent. Je höher die Verzögerung ist, die zur Vermeidung des Unfalls notwendig wäre, desto höher ist das Gefahrenpotential.
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Vorteilhafterweise ist der Elektromotor Teil eines Linearaktuators mit einem Rotations-Translationsgetriebe, insbesondere einem Kugelgewindetrieb, zur Umwandlung der rotatorischen Bewegung der Motorwelle in eine translatorische Bewegung eines Bremselementes, insbesondere eines Kolbens.
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In einer ersten bevorzugten Ausführung ist das Bremssystem als elektrohydraulisches Bremssystem ausgestaltet, wobei das Bremselement des Linearaktuators als Druckkolben ausgestaltet ist, welcher zum Druckaufbau in wenigstens einer Bremse in einem hydraulischen Druckraum verfahren wird.
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In einer zweiten bevorzugten Ausführung ist das Bremssystem als elektromechanisches Bremssystem ausgestaltet, wobei das Bremselement des Linearaktuators als Kolben ausgestaltet, der in einer elektromechanischen Bremse zum Aufbau von Bremsmoment wenigstens einen Bremsbelag gegen eine Bremsscheibe drückt.
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Vorteilhafterweise wird bei Überschreiten einer Bremsrucksicherheitsschwelle ein kurzzeitiger starker Aufbau und im Wesentlichen vollständiger Abbau des Bremsdruckes zur Erzeugung eines Bremsruckes als Warnung für den Fahrer durchgeführt. Durch den Bremsruck wird der Fahrer gewissermaßen haptisch vor einer drohenden Gefahrensituation, insbesondere einer Kollision, die mit hoher Wahrscheinlichkeit zur Vermeidung oder Schadensbegrenzung eine (starke) Abbremsung erfordert, gewarnt. Diese Warnung erfolgt durch ein Ruckeln des Fahrzeuges, so dass der Fahrer sie mit hoher Wahrscheinlichkeit auch als solche erkennt. Zudem wird durch den Bremsruck auch bereits signalisiert, dass ein Bremsmanöver in naher Zukunft durchgeführt werden sollte.
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In einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens hängt das bei einem Eingriff maximal anwendbare Bremsmoment von der Höhe eines Gefahrenerkennungssicherheitsgrades ab. Der Gefahrenerkennungssicherheitsgrad charakterisiert bzw. repräsentiert dabei die Zuverlässigkeit des erkannten Gefahrenpotentials und kann daher auch als Zuverlässigkeitsschwelle angesehen werden. Dieser Ausgestaltung liegt die Überlegung zugrunde, dass ein starker Eingriff in das Bremssystem, insbesondere eine Notbremsung mit optimiertem Bremsweg und hohem Bremsmoment nur dann erfolgen sollte, wenn auch wirklich eine Gefahr vorliegt und demnach abgewendet werden sollte. Eine Fehleinschätzung könnte gegebenenfalls erst eine gefährliche Situation erzeugen. Zudem würde der Fahrer in diesem Fall von dem Eingriff eventuell vollkommen überrascht werden, so dass er nicht adäquat reagieren kann.
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Der Gefahrenerkennungssicherheitsgrad bzw. die Zuverlässigkeitsschwelle wird vorzugsweise bei wiederholtem Erkennen einer Gefahr erhöht, wobei eine Erhöhung einer größer gewordenen Zuverlässigkeit entspricht. Das auch mehrfach wiederholte Erkennen einer Gefahr, beispielsweise eines Hindernisses durch Radar, erhöht die Zuverlässigkeit, dass die Gefahr auch tatsächlich besteht, so dass mit jedem wiederholten Erkennen die Wahrscheinlichkeit einer Fehlerkennung sinkt.
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Das Verfahren kann auch in Situationen ausgeführt werden, in denen statt einer Notbremsung ein Ausweichmanöver oder auch eine Folge oder Kombination von Bremsmanöver und Ausweichmanöver durchgeführt werden soll. In diesen Fällen wird vorzugsweise eine wahrscheinliche Ausweichseite ermittelt, wobei in den Bremsen des Fahrzeuges, die zu dieser Ausweichseite korrespondieren, Bremsdruck aufgebaut wird.
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Die Objekterkennung erfolgt bevorzugt mittels Radar, Lidar und/oder Kameras, wobei beliebige Kombinationen davon möglich sind. Neben Kameras, die im optisch sichtbaren elektromagnetischen Spektrum empfindlich sind, können auch Kameras mit Empfindlichkeiten in anderen Bereichen, insbesondere Infrarot- bzw. Wärmebildkameras, eingesetzt werden.
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In Bezug auf die Vorrichtung wird die oben genannte Aufgabe erfindungsgemäß gelöst mit Mitteln zur Durchführung eines oben genannten Verfahrens. Diese Mittel umfassen vorzugsweise eine Steuer- und Regeleinheit, in der software- und/oder hardwaremäßig implementierte Module zur Durchführung des Verfahrens implementiert sind.
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Die Vorteile der Erfindung liegen insbesondere darin, dass durch ein Loslaufen des Motors in der PreBrake-Phase die Überwindung des Massenträgheit des Elektromotors, die besonders viel Energie kostet, deutlich reduziert wird, so dass der benötigte Anlaufstrom stark reduziert werden kann. Die maximal erforderliche Dynamik kann auf diese Weise leicht reduziert werden, wodurch Kosten eingespart werden können.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen in stark schematisierter Darstellung:
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1 einen zeitlichen Verlauf eines Gefahrenpotentials und eines Bremsdruckes in einem Verfahren nach dem Stand der Technik,
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2 die zu 1 zugehörigen zeitlichen Verläufe von Umdrehungszahl und Strom eines Elektromotors,
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3 einen zeitlichen Verlauf eines Gefahrenpotentials und eines Bremsdruckes in einem Verfahren in einer bevorzugten Ausführungsform,
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4 die zu 3 zugehörigen zeitlichen Verläufe von Umdrehungszahl und Strom eines Elektromotors,
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5 die zeitlichen Verläufe eines Gefahrenpotentials und eines Gefahrenerkennungssicherheitsgrades, und
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6 die zu 5 korrespondierenden Verläufe von Strom und Bremsmoment.
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Gleiche Teile sind in allen Figuren mit denselben Bezugszeichen versehen.
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Zunächst wird ein bekanntes Verfahren zur Durchführung einer PreBrake-Phase mit Hilfe der 1 und 2 beschrieben. In 1 ist auf einer x-Achse 2 die Zeit abgetragen. Auf einer gemeinsamen Achse 4 ist zum einen in einer Kurve 6 ein Gefahrenpotential und in einer Kurve 8 ein Bremsdruck aufgetragen. Das Gefahrenpotential steigt in dem abgebildeten Zeitraum monoton und leicht parabelförmig an. Bis zu einem Zeitpunkt 10 wird kein Bremsdruck aufgebaut. Ab dem Zeitpunkt 10 wird relativ schnell Bremsdruck bis zu einem Zeitpunkt 14 aufgebaut, ab dem er im Wesentlichen konstant gehalten wird. Zu einem weiteren Zeitpunkt 18 wird eine Notbremsung eingeleitet und der Bremsdruck wird sehr schnell und sehr stark erhöht.
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Der schnelle Aufbau von Bremsdruck zum Zeitpunkt 10 erfolgt, da das Gefahrenpotential einen ersten Schwellenwert überschritten hat. Er ist vom Fahrer als Bremsruck spürbar, führt aber nur zu einer schwachen Verzögerung des Fahrzeuges, da die Bremsbeläge nur anliegen. Nachdem das Gefahrenpotential zu einem Zeitpunkt 18 einen weiteren Schwellenwert überschreitet, wird die Notbremsung durchgeführt.
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Ein Verlauf der Umdrehungszahl der Motorwelle des Elektromotors und der zugehörige Stromfluss sind in 2 dargestellt und entsprechen dem in 1 gezeigten zeitlichen Ablauf des Betriebs des Elektromotors. Auf den gemeinsamen Achsen 2, 4 aufgetragen sind die Umdrehungszahl in rpm (Umdrehungen pro Minute) in einer Kurve 22 und der Strom in einer Kurve 26. Wie insgesamt erkennbar ist, folgt der Motor in seiner Rotation dem zeitlichen Stromverlauf mit geringer zeitlicher Verzögerung, die insbesondere auf die Massenträgheit des Elektromotors zurückzuführen ist. Der Druckaufbau ab dem Zeitpunkt 10 geht mit einem steilen Anstieg der Umdrehungszahl und des Stroms einher, die beide wieder jeweils auf den Wert Null zurückgehen, nach dem der Druckaufbau im Zeitpunkt 14 – vorerst – beendet ist. Die Notbremsung am dem Zeitpunkt 18 geht wieder mit starkem Anstieg von Umdrehungszahl und Strom einher.
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Der Verlauf des Bremsmomentes bzw. Bremsdruckes (beide sind in der Regel linear miteinander verbunden bzw. proportional zueinander) in einer Gefahrensituation, wie sie in 1 dargestellt ist, also mit dem gleichen Gefahrenpotential, repräsentiert wieder durch die Kurve 6, gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren in einer bevorzugten Ausführung ist in 3 durch eine Kurve 30 dargestellt. Bis zu einem Zeitpunkt 34 wird kein Bremsdruck bzw. Bremsmoment aufgebaut. Zu dem Zeitpunkt 34 überschreitet das Gefahrenpotential einen Schwellenwert 38. Ab diesem Zeitpunkt wird nun langsam und kontinuierlich Bremsdruck aufgebaut derart, dass der Bremsdruck mit zeitlich steigendem Gefahrenpotential stetig wächst. Das heißt, im Gegensatz zu dem im Zusammenhang mit 1 diskutierten bekannten Verfahren wird nicht relativ schnell Bremsdruck aufgebaut und dann gehalten, sondern im Vergleich dazu langsam und stetig bzw. kontinuierlich der Bremsdruck erhöht. Dies resultiert in einer stetig immer stärker werdenden Verzögerung des Kraftfahrzeuges.
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Zu einem Zeitpunkt 40 überschreitet das Gefahrenpotential einen weiteren, im Vergleich zum Schwellenwert 38 höheren Schwellenwert 42. Nun wird zur Durchführung einer Notbremsung das Bremsmoment stark erhöht und auf einem Wert gehalten, der dem aus 1 entspricht.
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In 4 sind, korrespondierend zu 3, durch eine Kurve 48 die Drehzahl und durch eine Kurve 50 der Strom dargestellt. Im Vergleich zu den Verläufen gemäß 2 verlaufen sowohl Drehzahl als auch Strom gleichmäßiger und mit geringeren Schwankungen. Die Stromspitze, die mit dem Beginn des Druckaufbaus zum Zeitpunkt 34 einhergeht, fällt aufgrund des nun langsam steigenden Druckaufbaus deutlich geringer aus. Da der Bremsdruck kontinuierlich gesteigert wird, wodurch auch der Strom steigt, ist der Übergang zur Notbremsung in dem Verlauf der Kurve 50 (Strom) deutlich weicher, und auch der maximal notwendige Strom ist geringer als im vorherigen Beispiel gemäß 1. Dadurch werden die maschinellen Komponenten und das Bordnetz deutlich weniger belastet.
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Auch bei dem erfindungsgemäßen Verfahren kann ein Bremsruck durchgeführt werden (nicht eingezeichnet in 3), indem kurzzeitig stark Bremsdruck auf- und wieder abgebaut wird, insbesondere um den Fahrer zu warnen bzw. eine bevorstehende Notbremsung anzukündigen.
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In 5 ist übereinandergelegt einerseits das Gefahrenpotential (Kurve 6) als Funktion der Zeit, und andererseits durch eine Kurve 54 das maximal verfügbare Bremsmoment bei einem Eingriff, beispielsweise einer Notbremsung, als Funktion eines Gefahrenerkennungssicherheitsgrades, also eines Maßes für die Zuverlässigkeit der Erkennung des Gefahrenpotentials, eingezeichnet. Der Gefahrenerkennungssicherheitsgrad steigt stufenweise mit wiederholtem Erkennen der Gefahr, wobei nach jeder neuen Erkennung auch der Wert für das maximal verfügbare Bremsmoment gesteigert wird. Dadurch wird gewissermaßen eine Relation zwischen Stärke des bevorstehenden Eingriffs und Zuverlässigkeit der Gefahrenerkennung gebildet, so dass nur bei zuverlässiger Erkennung von Gefahr auch starke Eingriffe mit hohem Bremsmoment erlaubt werden.
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Wie aus 6 hervorgeht, in der eine Kurve 58 das resultierende Bremsmoment und eine Kurve 60 den Stromverlauf zeigt, wird dadurch der Anstieg des Bremsmomentes noch etwas weiter aufgeweicht, so dass ein noch weicherer und gleichmäßiger Stromverlauf ermöglicht wird.
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Das Verfahren wird nun anhand eines beispielhaften Gefahrenszenarios erläutert: Ein Kraftfahrzeug droht mit einer Relativgeschwindigkeit von 50 km/h auf ein vorderes Fahrzeug, welches ein Hindernis darstellt, aufzufahren, d. h., es nähert sich mit einer Relativgeschwindigkeit von 50 km/h einem vor ihm stehenden oder fahrenden Kraftfahrzeug. Der Fahrer des Kraftfahrzeuges reagiert bisher nicht. Zunächst wird im Innenraum des Kraftfahrzeuges eine optische und/oder akustische Warnung abgegeben. Ein im Kraftfahrzeug installiertes Sicherheitssystem führt eine aktive Objekterkennung durch, welche beispielsweise durch Radar/Lidar und/oder optische Objekterkennung mittels einer oder mehrerer Kameras durchgeführt wird, erfüllt derzeit noch nicht ein erstes Sicherheitskriterium bzw. überschreitet noch nicht eine erste Schwelle, welche Voraussetzung für einen aktiven Eingriff in das Bremssystem ist. Trotzdem wird bereits von dem Sicherheitssystem ein Bremsdruck angefordert.
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Das Sicherheitslevel hat jedoch bereits eine geringeres, zweites Sicherheitskriterium erfüllt bzw. eine zweite, geringere Schwelle überschritten, welche den Beginn der optimierten PreBrake-Phase kennzeichnet. Aufgrund dieses Überschreitens beginnt der jeweilige Elektromotor des jeweiligen Aktuators nun bereits anzulaufen, wodurch Bremsdruck aufgebaut wird.
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Kurze Zeit später überschreitet das Sicherheitslevel der Objekterkennung den ersten Schwellenwert, und das Bremssystem steigert nun den Bremsdruck sehr stark, um einen Bremsruck als Warnung an den Fahrer zu erzeugen. Nach der Erzeugung des Bremsruckes werden Bremsdruck bzw. Bremsmoment wieder auf null reduziert.
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Der Fahrer reagiert immer noch nicht, und die Kritikalität bzw. des Gefahrenpotential wachsen weiterhin bzw. steigen weiter an. Mit nunmehr weiter ansteigender Kritikalität fängt/fangen der/die Elektromotor/en wieder an zu laufen und somit Bremsdruck aufzubauen. Wenig später tritt der Fahrer schließlich auf Bremspedal und erhält sofort bzw. unmittelbar die volle Unterstützung des Bremssystems, da die Motoren nun die Drehzahl beibehalten können bzw. bereits haben, so dass die zeit- und energieintensive Anlaufphase der Motoren, die mit der Überwindung der Massenträgheit der Motoren einhergeht, entfällt.
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Bezugszeichenliste
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- 2
- x-Achse
- 4
- Y-Achse
- 8
- Kurve
- 10
- Zeitpunkt
- 14
- Zeitpunkt
- 18
- Zeitpunkt
- 22
- Kurve
- 26
- Kurve
- 30
- Kurve
- 34
- Zeitpunkt
- 38
- Schwellenwert
- 40
- Zeitpunkt
- 42
- Schwellenwert
- 48
- Kurve
- 50
- Kurve
- 54
- Kurve
- 58
- Kurve
- 60
- Kurve
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102007049516 A1 [0003]
