DE102016207077A1

DE102016207077A1 - Brems- und Ausweichassistent für Nutzkraftfahrzeuge

Info

Publication number: DE102016207077A1
Application number: DE102016207077.0A
Authority: DE
Inventors: Sven Gohl; Christoph Schall; Friedrich Tenbrock
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2016-04-26
Filing date: 2016-04-26
Publication date: 2017-10-26
Also published as: WO2017186434A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Verwendung in einem Fahrzeug; wobei das Fahrzeug mit einem Lenksystem und einem Bremssystem ausgestattet ist; wobei die Anordnung ausgebildet ist, das Lenksystem und das Bremssystem mindestens in einem Zeitintervall [tStart, tEnde] zu beeinflussen; und wobei |∝→ |max(t) einen Maximalwert eines Betrags einer zum Zeitpunkt t von dem Fahrzeug durch Bremsen und/oder Lenken aufgebrachten Beschleunigung ∝→ (t) bezeichnet. Für alle t ∊ [t1, t2] und für alle t ∊ [t3, t4], mit tStart ≤ t1 < t2 ≤ t3 < t4 ≤ tEnde, gilt: |∝→ (t)| = |∝→ |max(t).

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung nach dem Oberbegriff von Anspruch 1.
Aus dem Stand der Technik sind Brems- und Ausweichassistenten bekannt, die im Falle einer drohenden Kollision mit einem Hindernis ein Fahrzeug autonom abbremsen und um das Hindernis herumlenken. Derartige Systeme werden etwa beschrieben in Karrenberg, S.: „Zur Erkennung unvermeidbarer Kollisionen von Kraftfahrzeugen mit Hilfe von Stellvertretertrajektorien", Berichte aus dem DIR- Institut für Verkehrssystemtechnik, Band 2, Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e. V., 2008 und Gußner, T., Bürkle, L., Marberger, C.: „Erweiterung aktiver Fußgängerschutzsysteme durch eine fahrerinitiierte Ausweichunterstützung", 10. Uni-DAS e. V. Workshop Fahrerassistenzsysteme 2015.
Die aus dem Stand der Technik bekannten Systeme zeichnen sich dadurch aus, dass sie unter Einhaltung einer Reihe vorgegebener Randbedingungen Polynome n-ter Ordnung berechnen. Die so ermittelten Trajektorien sind stetig differenzierbar. Als Randbedingung dient unter anderem die von einem Fahrzeug erzielbare Querbeschleunigung.
Der Vorteil einer Trajektorie mit einem Polynomansatz n-ter Ordnung liegt in einer ruckfreien Fahrzeugführung. Von Nachteil ist allerdings, dass das fahrdynamische Potenzial des Fahrzeugs nicht optimal ausgenutzt wird. Insbesondere bei Nutzfahrzeugen ist dies relevant, da hier der Fahrkomfort untergeordneter Bedeutung ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Brems- und Ausweichassistenten unter Umgehung der den aus dem Stand der Technik bekannten Lösungen innewohnenden Nachteile verfügbar zu machen. Insbesondere soll das fahrdynamische Potenzial eines Fahrzeugs, insbesondere eines Nutzfahrzeugs, voll ausgeschöpft und somit die Sicherheit im Falle einer drohenden Kollision verbessert werden.
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Anordnung nach Anspruch 1. Bevorzugte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben.
Die Anordnung ist zur Verwendung in einem Fahrzeug vorgesehen. Es kann sich dabei um ein Kraftfahrzeug, insbesondere ein Nutzkraftfahrzeug handeln. Das Fahrzeug ist mit einem Lenksystem und einem Bremssystem ausgestattet.
Bei einem Lenksystem handelt es sich um ein System, dass ausgebildet ist, einen Spurwinkel der Räder mindestens einer Achse des Fahrzeugs wahlfrei zu verändern. Insbesondere kann der Spurwinkel in eineindeutiger Abhängigkeit einer Führungsgröße gewählt werden. Bei herkömmlichen Lenksystemen bildet ein Lenkwinkel eines Lenkrads diese Führungsgröße.
Ein Bremssystem umfasst eine oder mehrere Bremsen. Die Bremsen wirken jeweils auf ein Rad des Fahrzeugs. Eine Aktivierung der Bremsen und damit eine Verzögerung des Fahrzeugs erfolgt in eineindeutiger Abhängigkeit mindestens einer Führungsgröße. Bei einem herkömmlichen Bremssystem bildet der von einem Bremspedal aufgebrachte Druck diese Führungsgröße.
Die erfindungsgemäße Anordnung ist ausgebildet, das Lenksystem und das Bremssystem mindestens in einem Zeitintervall [t_Start, t_Ende] zu beeinflussen. Die Beeinflussung des Lenksystems und des Bremssystems ist gleichbedeutend mit einer Beaufschlagung des Lenksystems mit einer ersten Führungsgröße und des Bremssystems mit einer zweiten Führungsgröße. Zwischen der ersten Führungsgröße und einem Lenkwinkel der Räder mindestens einer Achse des Fahrzeugs besteht ein eineindeutiger Zusammenhang. Ebenso besteht ein eineindeutiger Zusammenhang zwischen der zweiten Führungsgröße und einem Bremsmoment, das auf mindestens ein Rad des Fahrzeugs wirkt.
Vorzugsweise werden das Lenksystem ausschließlich durch die erste Führungsgröße und das Bremssystem ausschließlich durch die zweite Führungsgröße beeinflusst. Werden die erste Führungsgröße und die zweite Führungsgröße durch die erfindungsgemäße Anordnung vorgegeben, fährt das Fahrzeug in dem Zeitintervall [t_Start, t_Ende] autonom. Das Lenksystem und das Bremssystem werden dabei ohne Einflussnahme des Fahrers, d. h. ohne Beeinflussung der ersten Führungsgröße und der zweiten Führungsgröße durch den Fahrer, betrieben.
|∝ →|_max(t) kennzeichnet das Beschleunigungsvermögen des Fahrzeugs. Unter dem Beschleunigungsvermögen ist ein Maximalwert eines Betrags einer zum Zeitpunkt t von dem Fahrzeug durch Bremsen und/oder Lenken aufbringbaren Beschleunigung ∝ →(t) zu verstehen. Dies bedeutet, dass es physikalisch möglich ist, das Fahrzeug so zu bremsen und/oder zu lenken, dass gilt, bzw. dass aufgrund der vorliegenden physikalischen Gegebenheiten zum Zeitpunkt t kein Betriebszustand des Fahrzeugs gibt möglich ist, in dem gilt: |∝ →(t)| > |∝ →|_max(t).
|∝ →|_max(t) wird zum einem beeinflusst durch einen Haftreibungskoeffizienten der Räder des Fahrzeugs. Insbesondere bei Nutzfahrzeugen wird |∝ →|_max(t) darüber hinaus von einer Kippgrenze des Fahrzeugs beeinflusst. Bei Nutzfahrzeugen wird die Kippgrenze gewöhnlich erreicht, bevor die Reifen des Fahrzeugs ihre Haftgrenze erreichen. Auch bei maximaler Querbeschleunigung, d. h. bei größtmöglicher Querbeschleunigung innerhalb der Haftgrenze bieten die Reifen daher das Potenzial, das Fahrzeug abzubremsen.
Die Erfindung basiert auf der Erkenntnis, dass eine ruckfreie Ausweichtrajektorie das fahrdynamische Potenzial des Fahrzeugs nicht voll ausschöpft. Erfindungsgemäß wird daher das Fahrzeug mindestens in zwei Teilintervallen des Zeitintervalls [t_Start, t_Ende] so gelenkt und/oder gebremst, dass die durch das Bremsen und/oder Lenken aufgebrachte Beschleunigung des Fahrzeugs dessen physikalisch mögliches Beschleunigungsvermögen voll ausschöpft. Eine nicht n-fach stetig differenzierbare Trajektorie wird dabei zu Gunsten einer besseren Fahrdynamik und einer höheren Sicherheit in Kauf genommen.
So gilt erfindungsgemäß für alle Zeitpunkte t eines ersten Teilintervalls [t₁, t₂] und eines zweiten Teilintervalls [t₃, t₄], mit t_Start ≤ t₁ < t₂ ≤ t₃ < t₄ ≤ t_Ende: |∝ →(t)| = |∝ →|_max(t).
Eine entsprechende Trajektorie des Fahrzeugs kann insbesondere in den Zeitpunkten t₁, t₂, t₃ und t₄ Unstetigkeitsstellen aufweisen.
In einer bevorzugten Weiterbildung toleriert das Fahrzeug Querbeschleunigungen, d. h. Beschleunigungen in Querrichtung bzw. orthogonal zu einer Längsachse oder Fahrtrichtung des Fahrzeugs bei Geradeausfahrt, mit einem Betrag von bis zu |∝ quer / max|. Dieser Wert kann insbesondere durch die Kippgrenze des Fahrzeugs bedingt sein. Das Fahrzeug kippt demnach, wenn der Betrag seiner Querbeschleunigung den Wert |∝ quer / max| überschreitet.
Weiterbildungsgemäß gilt für jeden Zeitpunkt t des ersten Teilintervalls [t₁, t₂] und jeden Zeitpunkt t des zweiten Teilintervalls [t₃, t₄]: |∝ quer / max| < |∝ →|_max(t).
Dies bedeutet, dass das Beschleunigungsvermögen des Fahrzeugs zum Zeitpunkt t die Kippgrenze des Fahrzeugs überschreitet. Damit die aufgebrachte Beschleunigung ∝ →(t) dennoch das Beschleunigungsvermögen des Fahrzeugs ausnutzt, beinhaltet ∝ →(t) neben einem Vektor einer Querbeschleunigung weiterbildungsgemäß einen Vektor einer Längsbeschleunigung. Um das Beschleunigungsvermögen des Fahrzeugs auszuschöpfen wird das Fahrzeug also zusätzlich abgebremst.
In einer darüber hinaus bevorzugten Weiterbildung wird für alle Zeitpunkte t des ersten Teilintervalls [t₁, t₂] und alle Zeitpunkte t des zweiten Teilintervalls [t₃, t₄] eine Beschleunigung ∝ →(t) aufgebracht, deren Vektor in Fahrzeugquerrichtung ∝^quer(t) der maximal tolerierten Querbeschleunigung |∝ quer / max| des Fahrzeugs entspricht. Für jeden Zeitpunkt t eines der beiden Teilintervalle gilt also: |∝ →^quer(t)| = |∝ quer / max|.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur

Karrenberg, S.: „Zur Erkennung unvermeidbarer Kollisionen von Kraftfahrzeugen mit Hilfe von Stellvertretertrajektorien”, Berichte aus dem DIR- Institut für Verkehrssystemtechnik, Band 2, Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e. V., 2008 [0002]
Gußner, T., Bürkle, L., Marberger, C.: „Erweiterung aktiver Fußgängerschutzsysteme durch eine fahrerinitiierte Ausweichunterstützung”, 10. Uni-DAS e. V. Workshop Fahrerassistenzsysteme 2015 [0002]

Claims

Anordnung zur Verwendung in einem Fahrzeug; wobei das Fahrzeug mit einem Lenksystem und einem Bremssystem ausgestattet ist; wobei die Anordnung ausgebildet ist, das Lenksystem und das Bremssystem mindestens in einem Zeitintervall [t_Start, t_Ende] zu beeinflussen; und wobei |∝ →|_max(t) einen Maximalwert eines Betrags einer zum Zeitpunkt t von dem Fahrzeug durch Bremsen und/oder Lenken aufgebrachten Beschleunigung ∝ →(t) bezeichnet; dadurch gekennzeichnet, dass für alle t ∊ [t₁, t₂] und für alle t ∊ [t₃, t₄], mit t_Start ≤ t₁ < t₂ ≤ t₃ < t₄ ≤ t_Ende, gilt: |∝ →(t)| = |∝ →|_max(t).
Anordnung nach Anspruch 1; dadurch gekennzeichnet, dass das Fahrzeug Querbeschleunigungen mit einem Betrag von bis zu |∝ quer / max| toleriert; wobei für alle t ∊ [t₁, t₂] und für alle t ∊ [t₃, t₄] gilt: |∝ quer / max| < |∝ →|_max(t).
Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche; dadurch gekennzeichnet, dass für alle t ∊ [t₁, t₂] und für alle t ∊ [t₃, t₄] gilt: |∝ →^quer(t)| = |∝ quer / max|; wobei ∝^quer(t) einen Vektor von ∝ →(t) in Fahrzeugquerrichtung bezeichnet.