DE102018212519A1

DE102018212519A1 - Längsführendes Fahrerassistenzsystem in einem Hybridfahrzeug

Info

Publication number: DE102018212519A1
Application number: DE102018212519.8A
Authority: DE
Inventors: Norbert Lipot; Mark van Gelikum; Stefan Weindl
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2018-07-26
Filing date: 2018-07-26
Publication date: 2020-01-30
Also published as: US20200031346A1; US11097728B2

Abstract

Die Erfindung betrifft ein längsführendes Fahrerassistenzsystem in einem Hybridfahrzeug, das mindestens einen Elektroantriebsmotor, einen Verbrennungsmotor und eine diese Motoren ansteuernde elektronische Antriebssteuereinheit aufweist, wobei das Fahrerassistenzsystem folgende Komponenten umfasst:- ein Erfassungssystem zum vorausschauenden Erkennen eines Ereignisses, das ausgehend von einer Ist-Geschwindigkeit zur Vorgabe einer erhöhten Soll-Geschwindigkeit an einem vorgegebenen ortsabhängigen Zeitpunkt führt, und- eine Funktionseinheit, die dazu ausgestaltet ist, einen Soll-Beschleunigungsverlauf auf die erhöhte Soll-Geschwindigkeit vorzugeben und an die Antriebssteuereinheit zur Erzeugung eines zum Erreichen des Soll-Beschleunigungsverlaufs erforderlichen Motormoments auszugeben, wobei- die Funktionseinheit weiterhin dazu ausgestaltet ist, von der Antriebssteuereinheit bei Vorliegen einer definierten Bedingung ein begrenzendes maximal mögliches Motormoment entgegenzunehmen, das nicht zum Erreichen des Soll-Beschleunigungsverlaufs ausreicht, und basierend darauf einen geänderten Soll-Beschleunigungsverlauf vorzugeben.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein längsführendes Fahrerassistenzsystem im automatisierten Längsführungsbetrieb (z. B. bei aktiviertem Geschwindigkeitsregelsystem) in einem Hybridfahrzeug.
Grundsätzlich sind bereits viele als Geschwindigkeitsregelsysteme ausgestaltete längsführende Fahrerassistenzsysteme bekannt, welche die Geschwindigkeit eines Kraftfahrzeugs auf eine vorgegebene Soll- bzw. maximal zulässige Höchstgeschwindigkeit oder ein vorausfahrendes Zielobjekt regeln (z. B. Tempomat oder BMW „Active Cruise Control“ ACC).
Die DE 10 2012 211 967 A1 beschreibt eine Kombination aus einem Geschwindigkeitsbegrenzungssystem und einem Geschwindigkeitsregelsystem, wobei die maximal zulässige Höchstgeschwindigkeit des Geschwindigkeitsbegrenzungssystems anstelle der einstellten Setzgeschwindigkeit als (neue) Soll- bzw. Zielgeschwindigkeit für die Geschwindigkeitsregelung übernehmbar ist.
Aus der DE 10 2015 223 588 A1 ist eine situationsadaptive vorausschauende Betriebsstrategie für Hybridfahrzeug im manuellen, also nicht automatischen Längsführungsbetrieb bekannt.
Schließlich ist beispielsweise aus der DE 10 2015 213 181 B3 ein Fahrerassistenzsystem bekannt, das entweder aus Kartendaten eines Navigationssystems und/oder mittels Bildverarbeitung vorausschauend eine Geschwindigkeitsbegrenzung erkennen und dem Fahrer ab Erreichen der Geschwindigkeitsbegrenzung diese dauerhaft anzeigen können, so dass der Fahrer selbständig bei Bedarf seine Geschwindigkeit an die Geschwindigkeitsbegrenzung anpassen kann (z. B. BMW Speed Limit Assist oder BMW Eficient Dynamic Pilot).
Das aus der DE 10 2015 213 181 B3 bekannte längsführende Fahrerassistenzsystem für ein Kraftfahrzeug umfasst im Wesentlichen ein Erfassungssystem zum Erkennen aktuell geltender oder vorausliegender relevanter Ereignisse, die eine Änderung der maximal zulässigen Höchstgeschwindigkeit erfordern, ein zweites Erfassungssystem, das Teil des ersten Erfassungssystems oder auch mit diesem identisch sein kann, zum Erkennen des zu durchfahrenden Streckenverlaufs, und eine Funktionseinheit, die bei Erkennen eines relevanten aktuell geltenden oder vorlausliegenden Ereignisses unter Berücksichtigung des Orts des relevanten Ereignisses (und ggf. weiterer notwendiger Informationen, wie z. B. einer ermittelten maximal zulässigen Geschwindigkeit am Ort des relevanten Ereignisses, der Differenzgeschwindigkeit zwischen Fahrzeug und ermittelter neuer maximal zulässiger Geschwindigkeit, erkannte Freifahrt oder Folgefahrt, aktuelle oder zugelassene Verzögerungsbetriebsarten des Fahrzeugs wie z. B. Segelbetrieb, Schubbetrieb, Bremsbetrieb) einen ortsabhängigen Zeitpunkt ermittelt, bei dessen Erreichen die Funktionseinheit eine automatische Anpassung der aktuell maximal zulässigen Höchstgeschwindigkeit oder eine Ausgabe eines Aufforderungshinweises zum Zulassen einer automatischen Anpassung der aktuell maximal zulässigen Höchstgeschwindigkeit auf eine neue maximal zulässige Höchstgeschwindigkeit veranlasst. Wird eine vorausliegendes Ereignis rechtzeitig erkannt, so wird idealerweise eine Verzögerungsstrategie des Fahrzeugs zum Erreichen der ermittelten maximal zulässigen Höchstgeschwindigkeit (zumindest nahezu) am Ort des relevanten Ereignisses ermittelt. Anhand der ermittelten Verzögerungsstrategie ergibt sich dann der zu ermittelnde ortsabhängige Zeitpunkt, zu dem die automatische Anpassung der aktuell maximal zulässigen Höchstgeschwindigkeit oder die Ausgabe eines Aufforderungshinweises zum Zulassen einer automatischen Anpassung der aktuell maximal zulässigen Höchstgeschwindigkeit auf eine neue maximal zulässige Höchstgeschwindigkeit veranlasst wird.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein längsführendes Fahrerassistenzsystem für ein Hybridfahrzeug im automatischen Längsführungsbetrieb im Hinblick auf den Komfort und den Verbrauch zu verbessern.
Diese Aufgabe wird durch ein Fahrerassistenzsystem nach Patentanspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
Die Erfindung betrifft ein längsführendes Fahrerassistenzsystem in einem Hybridfahrzeug, das mindestens einen Elektroantriebsmotor, einen Verbrennungsmotor und eine diese Motoren ansteuernde elektronische Antriebssteuereinheit aufweist, wobei das Fahrerassistenzsystem folgende Komponenten umfasst:

- ein Erfassungssystem zum vorausschauenden Erkennen eines Ereignisses, das ausgehend von einer Ist-Geschwindigkeit zur Vorgabe einer erhöhten Soll-Geschwindigkeit an einem vorgegebenen ortsabhängigen Zeitpunkt führt, und
- eine Funktionseinheit, die dazu ausgestaltet ist, einen Soll-Beschleunigungsverlauf auf die erhöhte Soll-Geschwindigkeit vorzugeben und an die Antriebssteuereinheit zur Erzeugung eines zum Erreichen des Soll-Beschleunigungsverlaufs erforderlichen Motormoments bzw. Momentenverlaufs auszugeben, wobei
- die Funktionseinheit weiterhin dazu ausgestaltet ist, von der Antriebssteuereinheit bei Vorliegen einer definierten Bedingung ein begrenzendes maximal mögliches Motormoment oder einen Verlauf eines begrenzenden maximal möglichen Motormoments (insbesondere in Abhängigkeit von der Drehzahl, der Steigung, etc.) entgegenzunehmen, das oder der nicht zum Erreichen des Soll-Beschleunigungsverlaufs ausreicht, und basierend darauf einen geänderten Soll-Beschleunigungsverlauf vorzugeben.

D.h. es wird auf Basis von Informationen oder Begrenzungen aus der Betriebsstrategie, den Komfortansprüchen des Fahrers, etc. der vom ACC-System geplante Längsdynamikverlauf angepasst oder optimiert, mit dem Ziel, den Komfort und/oder die Gesamteffizienz zu steigern.
Ergänzend wird darauf hingewiesen, dass der Soll-Beschleunigungsverlauf auch Trajektorienplanung genannt wird.
Vorzugsweise ist die definierte Bedingung eine Verhinderungsregel zum Nicht-Einschalten des Verbrennungsmotors, insbesondere wenn ein Betriebsmodus mit Vorrang des Elektroantriebsmotors aktiviert ist.
Das Einschalten des Verbrennungsmotors wird vorzugsweise verhindert (Verhinderungsregel), wenn vorausschauend erfasst wurde, dass zum Erreichen des Soll-Beschleunigungsverlaufs (oder analog auch Soll-Geschwindigkeitsverlaufs) das Moment des Elektroantriebsmotors fast ausreicht und der Verbrennungsmotor für einen nur geringen Momentenbeitrag und/oder nur für eine vergleichsweise kurze Zeitspanne eingeschaltet werden müsste; d.h. der Verbrennungsmotor müsste kurz ein- und gleich wieder ausgeschaltet werden. Dies kann aus Verbrauchs- und / oder Komfortgründen unerwünscht sein.
Der Erfindung liegen folgende Überlegungen zugrunde:

Es soll durch das Zusammenspiel des erfindungsgemäßen Fahrerassistenzsystems mit der Antriebssteuereinheit eine situationsadaptive Betriebsstrategie für Hybridfahrzeuge geschaffen werden, durch die insbesondere ein emissionsreduzierendes und komfortables Zustarten und Ablegen des Verbrennungsmotors gelingt. Dabei werden die zunehmende Vorausschau und die zunehmende automatisierte Längsführung der Fahrerassistenzsysteme ausgenutzt. Insbesondere werden vorausschauende Längstrajektorien einschließlich der erforderlichen Drehmomentverläufe optimiert. Durch die Erfindung kann gegebenenfalls auch ein separates Zustartsystem bei Hybridfahrzeugen eingespart werden, da der Verbrennungsmotor immer weniger zum Einsatz kommen muss. Es ist zumindest denkbar, dass das Zustartsystem bzgl. der Lebensdauerauslegung auf weniger Zustarts ausgelegt werden kann. Durch die Erfindung kann der rein elektrische Fahrbetrieb verlängert werden.

Die Erfindung wird anhand nachfolgender Ausführungsbeispiele näher erläutert. Dabei zeigt

1 einen beispielhaften Aufbau eines als Geschwindigkeitsregelsystem in einem Hybridfahrzeug ausgebildeten längsführenden Fahrerassistenzsystems zur Regelung der Geschwindigkeit auf eine Soll-Geschwindigkeit,
2a einen beispielhaften vorausschauend vorgegebenen Soll-Beschleunigung-Verlauf (auch Soll-Trajektorie genannt),
2b eine Darstellung des zum Erreichen des Soll-Beschleunigungsverlaufs erforderlichen Antriebsmomenten-Verlauf,
2c einen bei Vorliegen einer vorgegebenen Bedingung zur Begrenzung des Antriebsmoment möglichen Antriebsmomenten-Verlauf und
2d einen geänderten Soll-Beschleunigungsverlauf.

1 zeigt schematisch folgende für die Realisierung der Erfindung wesentlichen Komponenten in einem Hybridfahrzeug:

- einen Elektroantriebsmotor EM,
- einen Verbrennungsmotor VM
- eine die Motoren EM und VM ansteuernde elektronische Antriebssteuereinheit 2,
- ein vorausschauendes Erfassungssystem 3, das beispielsweise ein Navigationssystem mit erfassbaren Zusatzinformationen (z. B. über zukünftige Verkehrs- und/oder Ortsschilder, sowie Kurven oder Autobahnauffahrten) sein kann,
- eine Anzeige-Bedieneinheit 4 mit einem Hinweissystem HS und einem Bedienelement BE und
- eine Funktionseinheit 1, die vorzugsweise ein erfindungsgemäß programmiertes Software-Modul (Computer-Programm-Produkt) enthält und sowohl mit dem Erfassungssystem 3 als auch mit der Antriebssteuereinheit 2 verbunden ist.

Bei der Erfassungseinheit 3 handelt es sich z. B. um eine kartenbasierte Erfassungseinheit, welche anhand von vorliegenden Kartendaten, der eigenen Position und einem bekannten vorausliegenden Streckenabschnitt Ereignisse e erkennt, die eine Anpassung der Soll-Geschwindigkeit erfordern (z. B. Geschwindigkeitsbegrenzung, Kreisverkehr, Autobahnausfahrt, Kurvenradien). Die kartenbasierte Erfassungseinheit 3 ist derart ausgestaltet, dass sie zum einen den Ort des vorausliegenden relevanten Ereignisses (z. B. Erreichen eines Kreisverkehrs, einer Autobahnausfahrt oder einer scharfen Kurve), also auch die Höhe der ab diesem Ort geltenden maximal erlaubte Soll-Geschwindigkeit erkennt und an die Funktionseinheit 1 als ortabhängigen Zeitpunkt - hier eine Geschwindigkeitserhöhung von 50 km/h auf 80 km/h zum Zeitpunkt t4 - übermittelt.
Zusätzlich kann die Erfassungseinheit 3 auch kamerabasiert sein, damit anhand der Daten einer nach vorne ausgerichtete (z.B. Video-) Sensorik ebenfalls vorausliegende, geschwindigkeitsbegrenzende Ereignisse erkennbar sind, die möglicherweise eine Anpassung der Soll-Geschwindigkeit erfordern.
Die Funktionseinheit 3 kann ein entsprechendes Signal an eine Anzeigebedieneinheit 4, welche ein Hinweissystem HS und ein Bedienelement BE umfasst, an den Fahrer ausgeben. Über das Bedienelement BE wird das erfindungsgemäße Fahrerassistenzsystem aktiviert und dient beispielsweise zur Vorgabe einer Setz-Geschwindigkeit, die grundsätzlich als Soll-Geschwindigkeit angenommen werden kann, aber durch die Vorausschau mittels der Erfassungseinheit 3 auch teilweise geändert werden kann. Die automatische Änderung der Geschwindigkeit kann erst nach Eingang einer Zulassungsbestätigung oder vollautomatisch erfolgen.
Die Erfindung wird im Folgenden auch anhand der 2a bis 2d noch genauer erläutert:

Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel erkennt das Erfassungssystem 3 zum Zeitpunkt t0 vorausschauend ein Ereignis e, das ausgehend von einer Ist-Geschwindigkeit von hier 50 km/h zur Vorgabe einer erhöhten Soll-Geschwindigkeit hier von 80 km/h zum ortsabhängigen Zeitpunkt t4 führt. Dieses Ereignis kann beispielsweise durch ein vorausliegendes, in einem Navigationssystem mit aktivierter Routen-Führung hinterlegtes Verkehrszeichen erfassbar sein, das die Auflösung einer vorangegangenen Geschwindigkeitsbegrenzung anzeigt. Daraufhin gibt die Funktionseinheit 1 einen ersten Soll-Beschleunigungsverlauf a_{soll_1} (siehe auch 2a) auf die erhöhte Soll-Geschwindigkeit v_soll von hier 80 km/h an die Antriebssteuereinheit 2 zur Erzeugung eines zum Erreichen des Soll-Beschleunigungsverlaufs a_{soll_1} erforderlichen Motormomentverlaufs M aus (2b). Dieser Verlauf des Motomoments M kann in einem Hybridfahrzeug durch den Elektroantriebsmotor EM und/oder den Verbrennungsmotor VM gestellt werden. Beispielsweise in einem ausgewählten ökonomischen Fahrbetrieb kann eine Betriebsstrategie mit vorrangigem Elektroantrieb vorgegeben sein. Die Antriebssteuereinheit 2 kann also vorgeben, dass das Motormoment M möglichst ausschließlich über den Elektroantriebsmotor EM gestellt wird und dass dadurch eine Verhinderungsregel zum Nicht-Einschalten des Verbrennungsmotors VM zu beachten ist. Hierbei ist aber Folgendes zu berücksichtigen: Wenn auf jeden Fall rein elektrisch gefahren werden soll, liegt ein Modus vor, in dem der Verbrenner entweder gar nicht zustarten kann oder die Zustartkennlinie entsprechend weit angehoben ist. In der vorliegenden Erfindung erfolgt jedoch eine Entscheidung unabhängig von der Höhe der Zustartkennlinie. Es sollen nur kurzfristige Zustarts vermieden werden, wenn dies ohne große Abweichung von der ursprünglichen Planung möglich ist.

Eine derartige Verhinderungsregel kann beispielsweise die vorausschauende Erfassung eines nur für eine vorgegebene vergleichsweise kurze Zeitspanne dt erforderlichen Momentenbeitrags bzw. Momentenanteils dM des Verbrennungsmotors VM sein. Zusätzlich oder alternativ kann die Verhinderungsregel zum Nicht-Einschalten des Verbrennungsmotors VM auch die vorausschauende Erfassung eines vergleichsweise geringen erforderlichen Momentenanteils dM des Verbrennungsmotors VM sein.
Somit kann also eine Bedingung vorliegen, durch die hier - zwischen den Zeitpunkten t2 und t3 - ein begrenzender maximal möglicher Motormomentverlauf (abhängig z.B. von Drehzahl, Steigung, etc.) M_max entgegenzunehmen ist, das nicht zum Erreichen des Soll-Beschleunigungsverlaufs a_{soll_1} ausreicht, weil hier das Moment M nur mit dem Elektroantriebsmotor EM zu stellen ist (2c, gestrichelte Linie). Zum Zeitpunkt t1 beginnt die Veränderung der Ist-Geschwindigkeit v_ist .
In diesem Fall nimmt also die Funktionseinheit 1 von der Antriebssteuereinheit 2 das begrenzende maximal mögliche Motormoment Mmax entgegen, das nicht zum Erreichen des Soll-Beschleunigungsverlaufs a_{soll_1} ausreicht, und gibt basierend darauf einen geänderten Soll-Beschleunigungsverlauf a_{soll_2} vor (2d, gestrichelte Linie).
Der Vollständigkeit halber ist abschließend zu erwähnen, dass das erfindungsgemäße längsführende Fahrerassistenzsystem nicht nur für Geschwindigkeitsregelsysteme sondern auch für andere Arten der Unterstützung des Fahrers bei der Längsführung zum Einsatz kommen kann. So kann das längsführende Fahrerassistenzsystem beispielsweise auch als Geschwindigkeitsbegrenzungssystem ausgebildet sein, bei dem eine maximal zulässige Grenzgeschwindigkeit vorgebbar ist, und die Funktionseinheit eingerichtet ist, ein Überschreiten der vorgegebenen bzw. eingestellten maximal zulässigen Geschwindigkeit durch eine entsprechende Ansteuerung des Antriebs zu verhindern.
Durch die Erfindung ergeben sich Vorteile hinsichtlich Komfort und/oder Effizienz.
Wenn dt und dM vergleichsweise groß sind, kann eine situationsadaptive Betriebsstrategie verwendet werden, nach der der Zustart (wenn er ohnehin erfolgen wird) vorgezogen werden sollte.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102012211967 A1 [0003]
DE 102015223588 A1 [0004]
DE 102015213181 B3 [0005, 0006]

Claims

Längsführendes Fahrerassistenzsystem in einem Hybridfahrzeug, das mindestens einen Elektroantriebsmotor (EM), einen Verbrennungsmotor (VM) und eine diese Motoren ansteuernde elektronische Antriebssteuereinheit (2) aufweist, wobei das Fahrerassistenzsystem folgende Komponenten umfasst: - ein Erfassungssystem (3) zum vorausschauenden Erkennen eines Ereignisses (e), das ausgehend von einer Ist-Geschwindigkeit (50 km/h; v_ist) zur Vorgabe einer erhöhten Soll-Geschwindigkeit (80 km/h; v_soll) an einem vorgegebenen ortsabhängigen Zeitpunkt (t4) führt, und - eine Funktionseinheit (1), die dazu ausgestaltet ist, einen Soll-Beschleunigungsverlauf (a_{soll_1}) auf die erhöhte Soll-Geschwindigkeit (v_soll) vorzugeben und an die Antriebssteuereinheit (2) zur Erzeugung eines zum Erreichen des Soll-Beschleunigungsverlaufs (a_{soll_1}) erforderlichen Motormoments (M) auszugeben, wobei die Funktionseinheit (1) weiterhin dazu ausgestaltet ist, von der Antriebssteuereinheit (2) bei Vorliegen einer definierten Bedingung ein begrenzendes maximal mögliches Motormoment oder einen Verlauf eines begrenzenden maximal möglichen Motormoments (M_max) entgegenzunehmen, das oder der nicht zum Erreichen des Soll-Beschleunigungsverlaufs (a_{soll_1}) ausreicht, und basierend darauf einen geänderten Soll-Beschleunigungsverlauf (a_{soll_2}) vorzugeben.
Längsführendes Fahrerassistenzsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die definierte Bedingung eine Verhinderungsregel zum Nicht-Einschalten des Verbrennungsmotors (VM) ist.
Längsführendes Fahrerassistenzsystem nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verhinderungsregel zum Nicht-Einschalten des Verbrennungsmotors (VM) die vorausschauende Erfassung eines nur für eine vorgegebene vergleichsweise kurze Zeitspanne (dt) erforderlichen Momentenanteils (dM) des Verbrennungsmotors (VM) ist.
Längsführendes Fahrerassistenzsystem nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verhinderungsregel zum Nicht-Einschalten des Verbrennungsmotors (VM) die vorausschauende Erfassung eines vergleichsweise geringen erforderlichen Momentenanteils (dM) des Verbrennungsmotors (VM) ist.