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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur automatisierten Anpassung der Beschleunigung eines Fahrzeugs gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
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Aktuelle Längsregelsysteme unterstützen den Fahrer eines Fahrzeugs in vielen Belangen, steigern den Komfort für den Fahrer und tragen zur Verbrauchsreduzierung des Fahrzeugs bei. Solche sogenannten Assistenzsysteme erfassen z.B. den Abstand zum Vorderfahrzeug, Verkehrszeichen, Hindernisse, die aktuelle Position des Fahrzeugs über z.B. GPS-Daten etc. Eine Weiterentwicklung von solchen Systemen ist z.B. das ACC-System (Adaptive Cruise Control), bei dem das System individuelle Einstellmöglichkeiten durch den Fahrer zulässt und basierend auf vorgegebenen Einstellungen beispielsweise einem vorausfahrenden Fahrzeug hinterher fährt bzw. eine z.B. vom Fahrer vorgegebene Setzgeschwindigkeit einhält, wobei ein vom Fahrer vorgegebener Abstand zum Vorderfahrzeug eingehalten wird.
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In bisher bekannten Systemen werden zur Reduzierung des Verbrauchs teilweise Betriebsstrategien angewendet, die vom Fahrer schlecht akzeptiert werden, da er sich dadurch unwohl oder verunsichert oder irritiert fühlt. Beispielsweise wird bei bekannter Strecke und einem erwarteten Bergauffahren das Fahrzeug vorher auf eine höhere Geschwindigkeit beschleunigt, um beim Bergauffahren weniger Energie in Beschleunigung investieren zu müssen. Dies ist vor allem im LKW-Bereich ein gutes Mittel, um Energie zu sparen. Allerdings ist dies aus Komfort- und Akzeptanzgründen beim PKW, vor allem in der Premiumklasse, keine Option. Ferner kann beispielsweise beim Bergauffahren die eingestellte Setzgeschwindigkeit durch das System herabgesetzt werden, um eine unnötig hohe bzw. schnelle Beschleunigung zum Halten oder Erreichen der Setzgeschwindigkeit beim Bergauffahren zu vermeiden. Dadurch wird zwar die Beschleunigung verringert und Energie gespart, aber der Fahrer bekommt (subjektiv) das Gefühl, dass das Fahrzeug langsamer wird bzw. das ACC-System nicht mehr oder nicht korrekt funktioniert.
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Deshalb ist es eine Aufgabe dieser Erfindung, ein Verfahren bereitzustellen, das die oben genannten Nachteile überwindet, d.h. dass eine Verbesserung eines aktiven Längsführungssystems bereitgestellt wird, durch das sowohl Energie einspart als auch die Fahrerakzeptanz für das Anwenden des Verfahrens erhöht wird. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Vorgeschlagen wird erfindungsgemäß ein Verfahren zur automatisierten Anpassung der Beschleunigung eines Fahrzeugs, wobei das Fahrzeug ein aktives Längsführungssystem umfasst und eine Setzgeschwindigkeit vorgegeben ist, wobei bei Erkennen eines Befahrens einer Steigung eine durch das System maximal einstellbare Beschleunigung zum Erreichen der Setzgeschwindigkeit in Abhängigkeit von zumindest der Steigung vorgegeben wird. Dadurch wird ein unnötig heftiges Beschleunigen bis zur Setzgeschwindigkeit vermieden, wodurch Energie eingespart werden kann. Gleichzeitig wird die Akzeptanz durch den Fahrer erhöht, da dieser trotzdem eine Beschleunigung erfährt.
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Ferner wird vorgeschlagen, dass die Vorgabe der maximal einstellbaren Beschleunigung zum Erreichen der Setzgeschwindigkeit zusätzlich basierend auf einem Erkennen des Wegfalls eines Hindernisses und/oder einer Änderung der Setzgeschwindigkeit erfolgt. In einigen Fällen kann beim Befahren der Steigung ein langsameres Vorderfahrzeug das Erreichen der Setzgeschwindigkeit behindern oder es wird eine neue Setzgeschwindigkeit eingestellt, da der Fahrer dies wünscht oder eine vorgegebene erlaubte Geschwindigkeit erhöht oder erniedrigt wird. Wenn diese Hindernisse wegfallen besteht auch die Gefahr, dass das Fahrzeug eine sehr aggressive bzw. hohe Beschleunigung wählt, um möglichst schnell auf die Setzgeschwindigkeit zu beschleunigen. Dies ist vor allem bei Steigungen nicht nötig, weshalb durch das vorgeschlagene Verfahren eine moderate Beschleunigung erfolgt, welche dem Fahrer das Beschleunigungsgefühl vermittelt, aber trotzdem Energie einspart. Wenn mehrere Ereignisse hintereinander auftreten, die betrachtet und berücksichtigt werden können, kann eine gezieltere Anpassung der maximal einstellbaren Beschleunigung durch Berücksichtigung einer Kombination dieser Ereignisse erfolgen, so dass eine Maximierung der Einsparung an Energie möglich ist.
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Ferner wird vorgeschlagen, dass die maximal einstellbare Beschleunigung innerhalb eines Bereichs zwischen einer für einen Fahrer gerade noch wahrnehmbaren Beschleunigung und einer maximal möglichen Beschleunigung abhängig vom eingestellten Fahrmodus liegt. Vorteilhafterweise liegt der Bereich zwischen 0,3 m/s2 und 1 m/s2. Somit kann die Beschleunigung abhängig vom aktiven Fahrmodus angepasst werden, was die Akzeptanz durch den Fahrer aufgrund Erfüllens dessen Vorstellungen weiter erhöht.
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Ferner wird vorgeschlagen, dass die maximal einstellbare Beschleunigung basierend auf zumindest einer vorgegebenen Kennlinie in Abhängigkeit von der erfassten Steigung eingestellt wird. Durch Bereitstellen von einer oder mehrerer Kennlinien kann eine schnelle und effiziente Berechnung der maximal erlaubten Beschleunigung abhängig von der erfassten Steigung erreicht werden.
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Ferner wird vorgeschlagen, dass das Erkennen des Befahrens einer Steigung durch im Fahrzeug vorhandene Erfassungseinrichtungen erfolgt. Vorteilhafterweise erfolgt das Erkennen des Befahrens einer Steigung zusätzlich durch Erfassung von Navigationsdaten, wobei Navigationsdaten Streckeninformationen, GPS-Positionsinformationen und Topografieinformationen der abgefahrenen Strecke umfassen. Durch das Verwenden von bereits im Fahrzeug vorhandenen Systemen und Sensoren kann eine Effizienzsteigerung ohne Kostenerhöhung aufgrund von zusätzlich benötigter Hardware realisiert werden. Je nach Ausstattung des Fahrzeugs können mehrere Erfassungseinrichtungen oder Erfassungsmittel verwendet werden, so dass eine noch genauere Erfassung der Steigung erfolgen kann.
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Ferner wird ein Softwareprogrammprodukt bereitgestellt, das dazu eingerichtet ist, das vorgeschlagene Verfahren auszuführen.
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Ferner wird eine Steuervorrichtung für ein Fahrzeug mit aktivem Längsführungssystem bereitgestellt, die dazu eingerichtet ist, Informationen über eine durch das Fahrzeug befahrene Steigung zu empfangen und zu verarbeiten und daraus dem aktiven Längsführungssystem eine maximal einstellbare Beschleunigung vorzugeben, wobei die Steuervorrichtung ein vorher beschriebenes Softwareprogrammprodukt umfasst. Eine Steuervorrichtung kann aus einem oder mehreren miteinander kommunizierenden Steuergeräten bestehen. Die Steuervorrichtung bzw. die einzelnen Steuergräte dienen dazu, Daten zu empfangen, zu verarbeiten und Signale auszugeben, welche dann z.B. in Beschleunigung durch das Längsregelsystem umgesetzt werden und an den Antriebsstrang 200 zur Umsetzung weitergegeben werden.
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Ferner wird ein Fahrzeug bereitgestellt, zumindest umfassend ein aktives Längsführungssystem, zumindest eine Erfassungseinrichtung, die dazu eingerichtet ist, eine vom Fahrzeug befahrene Steigung zu erfassen, sowie zumindest eine vorher beschriebene Steuervorrichtung.
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Ferner wird vorgeschlagen, dass das Fahrzeug ferner umfasst: ein Anzeigeelement, welches eine Fahrzeuginsassen die Höhe der aufgrund der Anwendung des vorgeschlagenen Verfahrens erreichte Energieeinsparung und/oder Effizienzsteigerung anzeigt. Somit wird die Akzeptanz durch den Fahrer weiter erhöht, die dieser die aktuelle Energieeinsparung bzw. Effizienzsteigerung optisch wahrnehmen kann.
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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung, anhand der Figuren der Zeichnung, die erfindungsgemäße Einzelheiten zeigt, und aus den Ansprüchen. Die einzelnen Merkmale können je einzeln für sich oder zu mehreren in beliebiger Kombination bei einer Variante der Erfindung verwirklicht sein.
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Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert.
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1 zeigt schematisch wesentliche Komponenten des Fahrzeugs mit der erfindungsgemäßen Steuervorrichtung gemäß einer Ausführung der vorliegenden Erfindung.
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2 zeigt ein Ablaufdiagramm des Verfahrens gemäß einer Ausführung der vorliegenden Erfindung.
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Voraussetzung für die Anwendung des Verfahrens ist, dass ein Fahrzeug 100 mit aktivem Längsführungssystem 10 bereitgestellt ist, durch das der Antriebsstrang 200, d.h. Geschwindigkeit, Beschleunigung, Moment etc. gesteuert wird, wie in 1 gezeigt. Ein aktives Längsführungssystem umfasst jegliche (Assistenz)Systeme, welche die Längsführung des Fahrzeugs beeinflussen können, z.B. eine Geschwindigkeitsregelung, eine Abstandsregelung für (teil-)automatisiertes Hinterherfahren, evtl. sogar mit entsprechender Sensorik sowie Auffahrwarnung, automatisches Bremsen etc.
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Ferner ist Voraussetzung, dass sich das Fahrzeug 100 im (teil-)automatisiert fahrenden Modus befindet, d.h. dass das System die Geschwindigkeits- und Abstandregelung etc. selbständig durchführt.
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Ferner ist es nötig, dass das Fahrzeug 100 bzw. die Signale verarbeitende Steuervorrichtung 11, welche entweder Teil des aktiven Längsführungssystems 10 ist oder dieses als eigene Einheit mit Signalen, also Befehlen, versorgt, über die Möglichkeit verfügt, Steigungsdaten der gerade befahrenen Strecke zu erfassen oder zu erhalten. In 1 ist die Trennung oder das Vorhandensein in einer Einheit der Steuervorrichtung 11 und des aktiven Längsführungssystems 10 durch die gestrichelte Linie dargestellt. Zur Erfassung von Steigungsdaten können Daten von einem oder mehreren vorhandenen Neigungs- oder Beschleunigungssensoren 12, wenn vorhanden, verwendet werden, oder die Steigung wird aus entsprechenden Fahrzeugdaten geschätzt. Zusätzlich können externe Daten, welche beispielsweise über ein Navigationssystem 13 empfangen oder darin hinterlegt sind, verwendet werden. Hier können vor allem Topografiedaten über die abgefahrene bzw. die abzufahrende Strecke verwendet werden.
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Unter Steigung ist nachfolgend sowohl eine positive Steigung, wie sie üblicherweise beim Bergauffahren oder eine negative Steigung, wie sie üblicherweise beim Bergabfahren auftritt, zu verstehen.
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Unter Beschleunigung ist nachfolgend sowohl eine positive Beschleunigung, wie sie bei Treten des Gas- bzw. Fahrpedals auftritt, oder eine negative Beschleunigung, wie sie bei Treten Bremspedals auftritt, zu verstehen. Dabei liegt der Bereich, in dem ein Fahrzeug in der Regel beschleunigt wird, zwischen einer für einen Fahrer gerade noch wahrnehmbaren Beschleunigung und einer maximal möglichen Beschleunigung und kann abhängig vom eingestellten Fahrmodus sein. Fahrmodi können über z.B. über ein Anzeige-Bedienelement 14 eingestellt werden und beispielsweise ein Komfortmodus, ein Ecomodus, ein Sportmodus oder ein anderer Modus sein. Durch das Einstellen unterschiedlicher Fahrmodi wird das Verhalten des Fahrzeugs 100 vor allem in Bezug auf Beschleunigung, Fahrstrategie, z.B. Weg zum Ziel bei Navigation, Einstellung des Fahrwerks, Aggressivität beim Hinterherfahren und Bremsen etc. bestimmt. Das heißt, dass auch je nach Fahrmodus die maximale bzw. maximal benötigte Beschleunigung unterschiedlich ist und auch vom Fahrer das entsprechende Verhalten des Systems erwartet wird. Eine übliche Beschleunigung im Ecomodus liegt momentan bei etwa 0,3 m/s2, im Komfortmodus bei ca. 0,6 m/s2 und im Sportmodus bei bis zu 1 m/s2. Eine Beschleunigung von 0,3 m/s2, wie im Ecomodus liegt im noch wahrnehmbaren Bereich für den Fahrer, vor allem auf ebenen Strecken. Eine noch geringere Beschleunigung kann auch noch im gerade noch wahrnehmbaren Bereich für den Fahrer liegen. Diese Grenze wird durch den Fachmann abhängig von dem Fahrzeug und auch abhängig von Streckengegebenheiten festgelegt und kann für jedes Fahrzeug und jede Strecke, also z.B. Fahrten in der Ebene und Bergfahrten, variieren.
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Das in 2 gezeigte Ablaufdiagramm zeigt lediglich schematisch dargestellt das Verfahren nach einer Ausführung der Erfindung. In einem ersten Schritt S1 wird dem aktiven Längsführungssystem 10 des Fahrzeugs eine Setzgeschwindigkeit vorgegeben. Bisher bekannte aktive Längsregelungssysteme versuchen, die vorgegebene Setzgeschwindigkeit, wenn möglich, zügig zu erreichen. Dabei wird je nach aktueller Fahrsituation die Beschleunigung entsprechend eingestellt. Das heißt, dass beispielsweise bei einer Folgefahrt, bei der das Vorderfahrzeug langsamer ist, aber schließlich z.B. abbiegt und damit nicht mehr als verlangsamendes Hindernis dient, das Ego-Fahrzeug möglichst schnell auf die neue Setzgeschwindigkeit beschleunigt wird. Dasselbe gilt beispielsweise bei einem manuellen Erhöhen der Setzgeschwindigkeit durch den Fahrer oder bei einem Erkennen basierend auf Verkehrszeichen oder Kartendaten etc., dass eine höhere Geschwindigkeit erlaubt ist und automatischem Setzen dieser Geschwindigkeit. Dies führt zu einem erhöhten Energieverbrauch. Hier setzt das neue Verfahren an.
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Wenn nun in einem zweiten Schritt S2 zusätzlich erkannt wird, dass das Fahrzeug 100 eine Steigung befährt, also bergauf oder bergab fährt, kann es dazu kommen, dass die Setzgeschwindigkeit nur durch sehr zügiges bzw. heftiges Beschleunigen erreicht werden kann, da z.B. ein vorher langsames Fahrzeug nun den Weg freigibt, eine höhere Geschwindigkeit, z.B. nach eine Kuppe, erlaubt ist, oder andere denkbare Szenarien, in denen die Setzgeschwindigkeit höher als die aktuell gefahrene Geschwindigkeit ist und diese gefahren werden kann, da keine Hindernisse vorliegen. Gemäß dem vorgeschlagenen Verfahren versucht das Fahrzeug bzw. das aktive Längsregelungs- bzw. Längsführungssystem 10 nun ebenfalls, möglichst zügig die ihm vorgegebene Setzgeschwindigkeit zu erreichen, wobei die maximal mögliche Beschleunigung derart angepasst wird, dass Energie eingespart wird, aber der Fahrer trotzdem das Gefühl hat, dass das Fahrzeug beschleunigt. Dies wird nicht wie bei anderen System üblich erreicht, indem in Kenntnis einer zu befahrenden Steigung die Setzgeschwindigkeit herabgesetzt wird, da dadurch der Fahrer die Beschleunigung nicht mehr wahrnimmt bzw. als Verringern der Geschwindigkeit wahrnimmt. Somit kann das Gefühl entstehen, dass das aktive Längsregelungssystem ausgefallen sein könnte oder nicht mehr richtig funktioniert. Deshalb kann der Fahrer irritiert sein oder auch selbst wieder eine Beschleunigung, z.B. durch treten des Fahrpedals anfordern, obwohl dies nicht nötig wäre. Somit kann keine Energie eingespart werden.
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Aus diesem Grund wird beim vorliegenden Verfahren im dritten Schritt S3 eine maximal einstellbare Beschleunigung zum Erreichen der Setzgeschwindigkeit in Abhängigkeit von der erfassten Steigung vorgegeben, um einerseits nicht durch unnötig hohes Beschleunigen dem Fahrer ein unkomfortables Gefühl zu geben und andererseits um Energie zu sparen. Energie kann Kraftstoff, aber auch elektrische Energie sein.
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Um eine schnelle Berechnung zu ermöglichen, können eine oder mehrere vorgegebene Kennlinien verwendet werden, die eine maximal zulässige Beschleunigung abhängig vom gewählten Fahrmodus für vorgegebene Steigungswerte umfassen. Somit kann bei Erkennen, dass eine Steigung befahren wird und wie groß die Steigung ist, d.h. sowohl positiv, also bergauf, als auch negativ, also bergab, auf Basis der durch die Kennlinie vorgegebenen Werte die maximal erlaubte Beschleunigung für den jeweiligen Fall schnell ermittelt und eingestellt werden.
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Vorteilhafterweise wird dem Fahrer angezeigt, dass das beschriebene Verfahren angewendet wird und wieviel Energie eingespart wird und/oder welche Effizienzsteigerung aufgrund der Anwendung des Verfahrens erreicht wurde. Somit kann die Akzeptanz für das Verfahren gesteigert werden.
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Nachfolgend werden zwei anschauliche Beispiele gezeigt, wie das Verfahren beim Bergauffahren und beim Bergabfahren durchgeführt wird.
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Folgendes Szenario wird für die Bergauffahrt als Beispiel gezeigt:
- – das Fahrzeug erkennt eine Bergauffahrt, also eine Steigung, z.B. über Neigungs- oder Beschleunigungssensoren, über eine Schätzung basierend auf Fahrzeugdaten und/oder über Navigationsdaten,
- – es wird gleichzeitig erfasst, dass ein vor dem eigenen Fahrzeug fahrendes Fahrzeug, welches eine geringere Geschwindigkeit als die eingestellte Setzgeschwindigkeit fährt, wegfährt bzw. nicht mehr vorausfährt, also kein Hindernis mehr darstellt
- – gemäß dem vorgeschlagenen Verfahren wird nun eine maximal einstellbare Beschleunigung zum Erreichen der Setzgeschwindigkeit in Abhängigkeit von der Steigung vorgegeben, so dass sowohl Energie eingespart werden kann als auch der Fahrer trotzdem eine Beschleunigung erfährt.
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Folgendes Szenario wird für die Bergabfahrt als Beispiel gezeigt:
- – das Fahrzeug erkennt eine Bergabfahrt, also eine negative Steigung oder Neigung, z.B. über Neigungs- oder Beschleunigungssensoren, über eine Schätzung basierend auf Fahrzeugdaten und/oder über Navigationsdaten
- – es wird gleichzeitig z.B. über Navigationsdaten oder im Fahrzeug vorhandene Erfassungsmittel wie ein Kamerasystem erfasst, dass die nunmehr erlaubte Geschwindigkeit von z.B. 50 km/h auf 100 km/h erhöht wurde und ein manuelles oder automatisches Einstellen auf diese neu erlaubte Geschwindigkeit erfolgt
- – gemäß dem vorgeschlagenen Verfahren wird nun eine maximal einstellbare Beschleunigung zum Erreichen der Setzgeschwindigkeit in Abhängigkeit von der (negativen) Steigung vorgegeben, so dass sowohl Energie eingespart werden kann als auch der Fahrer trotzdem eine Beschleunigung erfährt.
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Beim Bergabfahren kann sich ferner ein zusätzlicher Vorteil ergeben, nämlich wenn die Beschleunigung des Längsführungssystems soweit abgesenkt wird, dass die Wunschgeschwindigkeit bzw. die Setzgeschwindigkeit durch Segeln realisiert werden kann. Somit kann eine zusätzliche Energieeinsparung und damit Effizienzsteigerung erzielt werden. Ferner kann zusätzlich bei einem Hybridfahrzeug oder einem Elektrofahrzeug eine Rekuperation erfolgen, wodurch eine weitere Effizienzsteigerung erreicht werden kann.
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In beiden Fällen, also sowohl beim Bergauf- als auch beim Bergabfahren, darf die Beschleunigung wegen der erfassten Steigung geringer ausfallen, um denselben Effekt bzw. dasselbe Beschleunigungsgefühl wie auf der Ebene zu erreichen. Die Einstellung der maximal einstellbaren bzw. erlaubten Beschleunigung kann, wie oben beschrieben, basierend auf entsprechenden vorgegebenen Kennlinien und abhängig vom eingestellten Fahrmodus erfolgen.
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Durch das vorgeschlagene Verfahren werden sowohl Energiesparmaßnahmen optimiert als auch gleichzeitig die Akzeptanz solcher Energiesparmaßnahmen durch den Fahrer verbessert.
