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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum autonomen Abbremsen.eines Fahrzeuges umfassend eine Antriebseinheit, mit welcher ein Drehmoment in einen Antriebsstrang des Fahrzeuges einleitbar ist, und eine Bremseinrichtung, mit welcher das Fahrzeug unter Bereitstellung eines erzeugten Bremsmomentes Tßrake(t) verzögerbar ist, bei dem eine Vorrichtung zum Bestimmen der momentanen Geschwindigkeit v(t) des Fahrzeugs vorgesehen ist, wobei zum Abbremsen des Fahrzeuges unterhalb einer vorgebbaren Grenzgeschwindigkeit νthreshold das Bremsmoment TBrake(t) mittels einer Steuereinheit erhöht wird.
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Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Fahrzeug zur Durchführung eines derartigen Verfahrens.
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Eine Antriebseinheit der genannten Art kann grundsätzlich jede Drehmoment-Quelle zum Antrieb eines Fahrzeuges sein, insbesondere eine Brennkraftmaschine. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung umfasst der Begriff Brennkraftmaschine Ottomotoren und Dieselmotoren, aber auch Hybrid-Brennkraftmaschinen, die ein Hybrid-Brennverfahren nutzen, sowie Hybrid-Antriebe, die neben der Brennkraftmaschine mindestens eine weitere Drehmoment-Quelle zum Antrieb eines Kraftfahrzeuges umfassen, beispielsweise eine mit der Brennkraftmaschine antriebsverbindbare bzw. antriebsverbundene Elektromaschine, welche anstelle der Brennkraftmaschine oder zusätzlich zur Brennkraftmaschine Leistung abgibt.
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Moderne Fahrzeuge weisen Bremssysteme, d.h. Bremseinrichtungen auf, die autonom oder teilautonom betrieben werden, um das Fahrzeug abzubremsen und die Fahrzeuggeschwindigkeit zu regeln. Autonom betriebene Bremssysteme kommen bei autonom fahrenden Fahrzeugen zum Einsatz, bei denen der Fahrer keine oder allenfalls eine sehr begrenzte Einflussmöglichkeit auf die vom Fahrzeug ausgeführten Fahrmanöver hat. Teilautonom betriebene Bremssysteme können in bestimmten Fahrsituationen ein Bremsmanöver einleiten, ohne dass der Fahrer hierzu aktiv tätig werden muss, obwohl er am Steuer sitzt. Beispiele hierfür sind adaptive Geschwindigkeitsregelungen, bei denen ein bestimmter Abstand zum vorausfahrenden Fahrzeug durch gezielte Bremseingriffe nicht unterschritten wird. Bei Kollisionsschutzsystemen wird eine Bremsung automatisch eingeleitet, wenn ein Aufprall auf einen Gegenstand, insbesondere auf ein Fahrzeug, zu erwarten ist. Weitere Anwendungen von teilautonom betriebenen Bremssystemen sind Stauassistenten, bei welchen der Fahrer das Fahrzeug unterhalb einer bestimmten Fahrzeuggeschwindigkeit, insbesondere in einem Stau, weder beschleunigen noch abbremsen muss. Weiterhin werden Bremssysteme bei Parkassistenten, die das Fahrzeug selbständig in eine Parklücke oder in eine Garage manövrieren, autonom betätigt. Ein weiteres Beispiel für das autonome bzw. teilautonome Anhalten eines Fahrzeuges ist das genaue Positionieren des Fahrzeuges als vorbereitende Maßnahme für das Einparken, um dem Fahrer das anschließende Einparkmanöver zu erleichtern bzw. zu ermöglichen.
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Im Einzelfall werden das autonome sowie das teilautonome Anhalten und Abbremsen des Fahrzeuges im Rahmen der vorliegenden Erfindung einheitlich als autonomes Anhalten und Abbremsen des Fahrzeuges bezeichnet.
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Aus Komfortgründen sollte das Bremsgeräusch, welches vom Fahrer regelmäßig als Ächzen wahrgenommen wird, weitestgehend minimiert bzw. eliminiert werden. Aus diesem Grunde wird grundsätzlich angestrebt, den Bremsvorgang zeitlich so kurz wie nur möglich zu gestalten, wobei wiederum aus Komfortgründen fahrerseitig ein weiches Abbremsen bevorzugt wird. Ein Kompromiss ist erforderlich.
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Bremssysteme nach dem Stand der Technik, mit denen modernen Fahrzeuge ausgestattet sind, werden häufig hydraulisch oder pneumatisch betrieben. Derartige Bremssysteme weisen eine relativ grobe Druckauflösung des Druckmediums auf mit der Folge, dass sie nur mit einem minimalen Bremsmoment betrieben werden können, welches mehr oder weniger deutlich von 0 Nm abweicht. Je nach Bremssystem beträgt das minimale Bremsmoment zwischen 30 Nm und 50 Nm. Wird ein Bremsmoment angefordert, welches unter diesem Bremsmoment liegt, reagiert das Bremssystem nicht. Hieraus ergibt sich die Situation, dass ein Fahrzeug, welches sich mit einer geringen Geschwindigkeit bewegt, nur verhältnismäßig ruckartig abgebremst werden kann, da mindestens das minimale Bremsmoment verwendet werden muss, auch wenn ein geringeres Bremsmoment zum Abbremsen genügen würde. Zudem kann der Fall eintreten, dass das Fahrzeug eine bestimmte Zeit rollt, obwohl ein Bremsvorgang eingeleitet wurde, was aus Sicherheitsaspekten problematisch ist.
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Neben den Komforteinbußen sind hiermit noch weitere Nachteile verbunden. Wie bereits erwähnt, spielt die momentane Geschwindigkeit des Fahrzeugs eine sehr wichtige Rolle für das Bremsen und das bereitgestellte Bremsmoment. Die Geschwindigkeit des Fahrzeugs kann beispielsweise mit Inkrementalgebern ermittelt werden. Diese produzieren Signale, welche an eine Steuereinheit weitergegeben werden, die wiederum das Bremssystem in Abhängigkeit der ermittelten Fahrzeuggeschwindigkeit ansteuert. Die Steuereinheit des betreffenden Fahrzeugs verwendet in vielen Fällen einen sogenannten PI-Regler (Proportional-Integral-Controller), der aus einem Proportionalglied und einem integrierenden Glied zusammengesetzt ist. PI-Regler sind Teil eines linearen Regelungskonzepts, wobei die oben beschriebene Eigenschaft von hydraulisch oder pneumatisch betriebenen Bremssystemen, erst ab einem bestimmten Bremsdruck zu reagieren, eine Unstetigkeit darstellt, die mit PI-Reglern trotz des integrierenden Glieds nur schwer zu beherrschen ist. Da es sich beim PI-Regler um einen stetigen Regler handelt, kann es bei geringen Geschwindigkeiten dazu kommen, dass der Inkrementalgeber für eine bestimmte Zeit kein Geschwindigkeitssignal produziert, obwohl sich das Fahrzeug bewegt, und der PI-Regler keine Führungsgröße mehr aufweist und nicht weiß, ob sich das Fahrzeug bewegt oder nicht. Soll beispielsweise ein autonom bewegtes Fahrzeug in eine Garage oder in eine Parklücke gefahren werden, kann es hierdurch zu der Situation kommen, dass das Fahrzeug bereits vor der vorgesehenen Position (Sollposition) zum Stehen kommt, obwohl es noch mit einer geringen Geschwindigkeit bewegt werden muss, um die Sollposition zu erreichen. Die Steuereinheit löst in diesem Fall die Bremsen und das Fahrzeug wird beschleunigt, um anschließend mit dem bereits oben genannten minimalen Bremsmoment wieder abgebremst zu werden. Hierdurch kommt es zu einer ungewünschten Aneinanderreihung von Beschleunigungs- und Bremsvorgängen. Diese Aneinanderreihung von Beschleunigungs- und Bremsvorgängen kann dadurch verstärkt werden, wenn das Fahrzeug aufgrund von äußeren Einflüssen wie einem Windstoß oder aufgrund der Neigung der Parklücke beschleunigt wird. Ein weiterer Punkt ist, dass beim Übergang von höheren zu geringen Fahrzeuggeschwindigkeiten, die im Folgenden als > Kriechgeschwindigkeit bezeichnet werden sollen, die Reibung insbesondere zwischen den Rädern des Fahrzeugs und dem Boden von einem dynamischen Verhalten in ein statisches Verhalten übergeht, wodurch sich die Fahrzeugdynamik ändert und die Regelung der Bremsvorgänge weiter erschwert.
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Ein Verfahren zur Auflösung der vorstehend beschriebenen Problematik beschreibt die deutsche Offenlegungsschrift
DE 10 2017 204 639 A1 . Wenn die Geschwindigkeit des Fahrzeugs einen Grenzwert unterschreitet, wird mittels einer Steuereinheit zum Abbremsen des sich mit geringer Geschwindigkeit bewegenden Fahrzeuges zum einen das auf den Antriebsstrang übertragene Antriebsdrehmoment erhöht und zum anderen das auf die Räder des Fahrzeuges wirkende Bremsmoment erhöht.
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Vor dem Hintergrund des Gesagten ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 aufzuzeigen, mit dem das autonome Abbremsen eines sich mit geringer Geschwindigkeit bewegenden Fahrzeuges verbessert wird.
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Eine weitere Teilaufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Fahrzeug zur Durchführung eines derartigen Verfahrens bereitzustellen.
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Gelöst wird die erste Teilaufgabe durch ein Verfahren zum autonomen Abbremsen eines Fahrzeuges umfassend eine Antriebseinheit, mit welcher ein Drehmoment in einen Antriebsstrang des Fahrzeuges einleitbar ist, und eine Bremseinrichtung, mit welcher das Fahrzeug unter Bereitstellung eines erzeugten Bremsmomentes-Tßrake(t) verzögerbar ist, bei dem eine Vorrichtung zum Bestimmen der momentanen Geschwindigkeit v(t) des Fahrzeugs vorgesehen ist, wobei zum Abbremsen des Fahrzeuges unterhalb einer vorgebbaren Grenzgeschwindigkeit νthreshold das Bremsmoment Tßrake(t) mittels einer Steuereinheit erhöht wird, und das dadurch gekennzeichnet ist, dass das Bremsmoment Tßrake(t) linear erhöht wird mit einem Gradienten dTBrake(t)/dt = k1, sobald eine momentane Geschwindigkeit v(t) des Fahrzeugs detektiert wird, die die vorgegebene Grenzgeschwindigkeit νthreshold unterschreitet, wobei k1 eine Konstante ist.
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Das erfindungsgemäße Bremsverfahren verzögert das Fahrzeug, falls die Fahrzeuggeschwindigkeit v(t) eine vorgegebene Grenzgeschwindigkeit νthreshold unterschreitet.
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Dabei wird das Bremsmoment TBrake(t) mittels einer Steuereinheit kontinuierlich erhöht und zwar mit einem konstanten Gradienten dTBrake(t)/dt = k1.
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Die erfindungsgemäße Vorgehensweise beim Bremsen sorgt für ein weiches, aber auch zügiges Abbremsen. Die Steuerung ist vergleichsweise wenig komplex, d.h. einfach, da momentane Betriebsparameter des Fahrzeuges wie Geschwindigkeit, Beschleunigung oder beim Einsatz einer Brennkraftmaschine als Antriebseinheit der momentan eingelegte Getriebegang nicht berücksichtigt werden.
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Das erfindungsgemäße Verfahren verbessert das autonome Abbremsen eines sich mit geringer Geschwindigkeit bewegenden Fahrzeuges. Damit löst das erfindungsgemäße Verfahren die erste der Erfindung zugrunde liegende Teilaufgabe.
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Weitere vorteilhafte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens werden in Zusammenhang mit den Unteransprüchen erörtert.
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Vorteilhaft sind Ausführungsformen des Verfahrens, bei denen das Fahrzeug mittels Abbremsens angehalten wird.
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Diese Verfahrensvariante kommt beispielsweise als vorbereitende Maßnahme beim Einparken zur Anwendung, insbesondere für das genaue Positionieren des Fahrzeuges vor dem Einparken. Damit wird dem Fahrer das anschließende Einparkmanöver erleichtert oder ein autonomes Einparken des Fahrzeuges vorbereitet bzw. eingeleitet.
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Ein weiterer Anwendungsfall ist der Stop-and-Go-Verkehr, wie er sich beispielsweise im Stau auf Autobahnen und Landstraßen einstellt. Im innerstädtischen Verkehr ist der Stop-and-Go-Verkehr infolge der vorhandenen und nicht aufeinander abgestimmten Ampelanlagen sowie des gestiegenen Verkehrsaufkommens nicht mehr die Ausnahme, sondern sogar die Regel. Weitere Anwendungsfälle bieten beschrankte Bahnübergänge und dergleichen.
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Vorteilhaft sind Ausführungsformen des Verfahrens, bei denen beim Einleiten eines Bremsvorganges zunächst von einem Kräftegleichgewicht zwischen der Bremskraft, der Antriebskraft und der Trägheitskraft, die auf das Fahrzeug wirken, ausgegangen wird.
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Ist diese Voraussetzung erfüllt, arbeitet das erfindungsgemäße Verfahren besonders akkurat, d.h. mit der kleinsten Abweichung bzw. dem kleinsten Fehler.
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Ist aber die Geschwindigkeit v(t) des Fahrzeugs beim Einleiten des Bremsvorganges höher gewesen als ursprünglich angenommen oder wird das Fahrzeug während des Bremsvorganges beschleunigt mit a(t) > 0, ist es vorteilhaft, dass Bremsmoment zusätzlich zu der linearen Erhöhung um weitere Beträge zu erhöhen, die diesen besonderen Umständen Rechnung tragen.
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Vorteilhaft sind daher Ausführungsformen des Verfahrens, bei denen das Bremsmoment TBrake(t) zusätzlich um einen Betrag (dTBrake(t)/dt)2 erhöht wird mit (dTBrake(t)/dt)2 = k2*ν(t), so dass gilt: dTßrake(t)/dt = k1 + k2*ν(t), wobei k2 eine Konstante ist.
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Vorteilhaft sind in diesem Zusammenhang AusfÜhrungsformen des Verfahrens, bei denen das Bremsmoment TBrake(t) nur dann zusätzlich um einen Betrag (dTBrake(t)/dt)2 erhöht wird, falls die Geschwindigkeit v(t) des Fahrzeugs beim Einleiten eines Bremsvorganges höher gewesen ist als ursprünglich detektiert.
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Vorteilhaft sind in diesem Zusammenhang auch Ausführungsformen des Verfahrens, bei denen das Bremsmoment TBrake(t) nur dann zusätzlich um einen Betrag (dTßrake(t)/dt)2 erhöht wird, falls die Geschwindigkeit v(t) des Fahrzeugs beim Einleiten eines Bremsvorganges höher gewesen ist als die vorgegebene Grenzgeschwindigkeit νthreshold .
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Vorteilhaft sind darüber hinaus Ausführungsformen des Verfahrens, bei denen das Bremsmoment Tßrake(t) zusätzlich um einen Betrag (dTßrake(t)/dt)3 erhöht wird mit (dTBrake(t)/dt)3 = k3*α(t), so dass gilt: dTßrake(t)/dt = k1 + k2*ν(t) + k3*α(t), wobei k3 eine Konstante und a(t) die momentane Beschleunigung a(t) des Fahrzeugs ist.
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Vorteilhaft sind auch Ausführungsformen des Verfahrens, bei denen das Bremsmoment Tßrake(t) zusätzlich um einen Betrag (dTßrake(t)/dt)3 erhöht wird mit (dTßrake(t)/dt)3 = k3*α(t), so dass gilt: dTßrake(t)/dt = k1 + k3*α(t), wobei k3 eine Konstante und a(t) die momentane Beschleunigung a(t) des Fahrzeugs ist.
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Vorteilhaft sind in diesem Zusammenhang Ausführungsformen des Verfahrens, bei denen das Bremsmoment Tßrake(t) nur dann zusätzlich um einen Betrag (dTBrake(t)/dt)3 erhöht wird, falls das Fahrzeug beim Bremsen beschleunigt wird mit a(t) > 0.
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Vorteilhaft sind Ausführungsformen des Verfahrens, bei denen die Geschwindigkeit v(t) des Fahrzeugs oberhalb der vorgegebenen Grenzgeschwindigkeit νthreshold mittels Closed-Loop-Regelung gesteuert wird.
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Die zweite Teilaufgabe, nämlich ein Fahrzeug zur Durchführung eines Verfahrens einer vorstehenden Art bereitzustellen, wird gelöst durch ein Fahrzeug umfassend eine Antriebseinheit, mit welcher ein Drehmoment in einen Antriebsstrang des Fahrzeuges einleitbar ist, und eine Bremseinrichtung, mit welcher das Fahrzeug unter Bereitstellung eines erzeugten Bremsmomentes TBrake(t) verzögerbar ist, mit einer Vorrichtung zum Bestimmen der momentanen Geschwindigkeit v(t) des Fahrzeugs und einer Steuereinheit zum autonomen Abbremsen des Fahrzeuges unterhalb einer vorgebbaren Grenzgeschwindigkeit νthreshold , und das dadurch gekennzeichnet ist, dass die Steuereinheit in der Weise eingerichtet ist, dass das Bremsmoment TBrake(t) linear erhöht wird mit einem Gradienten (dTBrake(t)/dt)1 = k1 , sobald eine momentane Geschwindigkeit v(t) des Fahrzeugs detektiert wird, die die vorgegebene Grenzgeschwindigkeit νthreshold unterschreitet, wobei k1 eine Konstante ist.
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Das bereits für das erfindungsgemäße Verfahren Gesagte gilt auch für das erfindungsgemäße Fahrzeug, weshalb an dieser Stelle im Allgemeinen Bezug genommen wird auf die hinsichtlich der Verfahrensvarianten gemachten Ausführungen.
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Vorteilhaft sind Ausführungsformen des Fahrzeuges, bei denen die Steuereinheit in der Weise eingerichtet ist, dass das Bremsmoment TBrake(t) zusätzlich um einen Betrag (dTBrake(t)/dt)2 erhöht wird mit (dTßrake(t)/dt)2 = k2*ν(t), so dass gilt: dTBrake(t)/dt = k1 + k2*ν(t), wobei k2 eine Konstante ist.
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Vorteilhaft sind in diesem Zusammenhang Ausführungsformen des Fahrzeuges, bei denen die Steuereinheit in der Weise eingerichtet ist, dass das Bremsmoment TBrake(t) zusätzlich um einen Betrag (dTßrake(t)/dt)3 erhöht wird mit (dTßrake(t)/dt)3 = k3*α(t), so dass gilt: dTBrake(t)/dt = k1+ k2*ν(t) + k3*α(t), wobei k3 eine Konstante und a(t) die momentane Beschleunigung a(t) des Fahrzeugs ist.
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Vorteilhaft sind auch Ausführungsformen des Fahrzeuges, bei denen die Steuereinheit in der Weise eingerichtet ist, dass das Bremsmoment Tßrake(t) zusätzlich um einen Betrag (dTßrake(t)/dt)3 erhöht wird mit (dTBrake(t)/dt)3 = k3*α(t), so dass gilt: dTBrake(t)/dt = k1 + k3*α(t), wobei k3 eine Konstante und a(t) die momentane Beschleunigung a(t) des Fahrzeugs ist.
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Vorteilhaft sind Ausführungsformen des Fahrzeuges, bei denen die Steuereinheit zu einer Motorsteuerung gehört.
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Im Folgenden wird die Erfindung anhand von zwei Diagrammen gemäß den 1 und 2 näher erläutert. Hierbei zeigt:
- 1 die Fahrzeuggeschwindigkeit v(t) über der Zeit t, und
- 2 das Bremsmoment Tßrake(t) über der Zeit t.
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1 zeigt die Fahrzeuggeschwindigkeit v(t) über der Zeit t, wobei die Zeit t auf der Abszisse und die Fahrzeuggeschwindigkeit v(t) auf der Ordinatenachse aufgetragen sind.
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Eingetragen ist sowohl der tatsächliche Geschwindigkeitsverlauf (Kurve A) als auch der Verlauf der Sollgeschwindigkeit (Kurve B).
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2 zeigt das Bremsmoment TBrake(t) über der Zeit t, wobei die Zeit t auf der Abszisse und das Bremsmoment Tßrake(t) auf der Ordinatenachse aufgetragen sind.
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Erreicht die momentane Fahrzeuggeschwindigkeit v(t) eine vorgegebene Grenzgeschwindigkeit νthreshold wird zum Abbremsen des Fahrzeuges das Bremsmoment TBrake(t) mittels einer Steuereinheit erhöht.
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Vorliegend wird das Bremsmoment Tßrake(t) nicht nur linear erhöht, sondern zusätzlich um weitere Beträge.
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Bezugszeichenliste
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- a(t)
- Beschleunigung des Fahrzeugs
- k1
- Konstante, erste Konstante
- k2
- Konstante, zweite Konstante
- k3
- Konstante, dritte Konstante
- TBrake(t)
- Bremsmoment, Bremsmoment als Funktion der Zeit
- (dTBrake(t)/dt)1
- erster Gradient
- (dTBrake(t)/dt)2
- zweiter Gradient, zusätzlicher Betrag
- (dTBrake(t)/dt)2
- dritter Gradient, zusätzlicher Betrag
- t
- Zeit
- v(t)
- Geschwindigkeit des Fahrzeugs
- νthreshold
- vorgebbare Grenzgeschwindigkeit
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102017204639 A1 [0002, 0010]