DE102021202144A1

DE102021202144A1 - Geschwindigkeitsregelsystem für Kraftfahrzeuge

Info

Publication number: DE102021202144A1
Application number: DE102021202144.1A
Authority: DE
Inventors: Axel Gruender; Marco Desiderio; Simon Holeczek
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2021-03-05
Filing date: 2021-03-05
Publication date: 2022-09-08
Also published as: KR20220125782A; JP2022136040A; US11938934B2; US20220281450A1; CN115009276A

Abstract

Geschwindigkeitsregelsystem für Kraftfahrzeuge, mit einem Sollwertgenerator (10) zum Erzeugen eines die Fahrzeuggeschwindigkeit bestimmenden Sollwertes (a), und einer Stelleinrichtung (12), die dazu ausgebildet ist, die Geschwindigkeit des Fahrzeugs durch Eingriff in das Antriebs- und/oder Bremssystem (14, 16) auf eine Sollgeschwindigkeit zu regeln, wobei das Geschwindigkeitsregelsystem dazu konfiguriert ist, die Sollgeschwindigkeit automatisch an eine prädizierte Fahrbahnkrümmung (k) anzupassen, dadurch gekennzeichnet, dass der Sollwertgenerator (10) mindestens zwei unabhängig voneinander arbeitende Module aufweist, nämlich ein Basismodul (BM) zur Erzeugung eines Basissollwertes (as, af, ac) und ein Kurvenmodul (PCC) zur Erzeugung eines Kurvensollwertes (ap), der eine Maximalgeschwindigkeit repräsentiert, mit der eine Kurve mit gegebener Krümmung (k) durchfahren werden kann, ohne dass ein vorgegebener Grenzwert für die Querbeschleunigung des Fahrzeugs überschritten wird, und dass der Sollwertgenerator (10) weiterhin ein Fusionsmodul (24) aufweist, das dazu konfiguriert ist, aus dem Basissollwert (as, af, ac) und dem Kurvensollwert (ap) durch Minimumauswahl einen endgültigen Sollwert (a) für die Stelleinrichtung (12) zu bilden.

Description

Die Erfindung betrifft ein Geschwindigkeitsregelsystem für Kraftfahrzeuge, mit einem Sollwertgenerator zum Erzeugen eines die Fahrzeuggeschwindigkeit bestimmenden Sollwertes, und einer Stelleinrichtung, die dazu ausgebildet ist, die Geschwindigkeit des Fahrzeugs durch Eingriff in das Antriebs- und/oder Bremssystem auf eine Sollgeschwindigkeit zu regeln, wobei das Geschwindigkeitsregelsystem dazu konfiguriert ist, die Sollgeschwindigkeit automatisch an eine prädizierte Fahrbahnkrümmung anzupassen.
Stand der Technik
Aus DE 10 2018 002 335 A1 ist ein Geschwindigkeitsregelsystem dieser Art bekannt, das eine Umfeldsensorik aufweist, die es erlaubt, vorausfahrende Fahrzeuge zu erkennen und deren Abstände und Relativgeschwindigkeiten zu messen, und die es ebenso erlaubt, den voraussichtlichen Verlauf der Fahrbahn vor dem eigenen Fahrzeug zu bestimmen. Auf der Basis dieser Daten und auf der Basis der Istgeschwindigkeit des eigenen Fahrzeugs wird dann ein Sollwert für die Fahrzeugbeschleunigung so eingestellt, dass die Fahrzeuggeschwindigkeit auf eine vom Fahrer gewählte Wunschgeschwindigkeit geregelt wird, wenn kein vorausfahrendes Fahrzeug vorhanden ist, oder, wenn ein langsameres vorausfahrendes Fahrzeug in der eigenen Fahrspur vorhanden ist, der Abstand zu diesem Fahrzeug auf einen vorgegebenen Zeitabstand geregelt wird. Anhand des prädizierten Fahrbahnverlaufes kann dabei auch entschieden werden, ob sich das vorausfahrende Fahrzeug in der eigenen Spur oder einer Nebenspur befindet, und in Abhängigkeit davon wird entschieden, ob eine Abstandsregelung auf dieses Fahrzeug durchgeführt werden soll oder nicht. Darüber hinaus erlaubt es die Umfeldsensorik, Informationen zu einem in dem Bereich vor dem eigenen Fahrzeug liegenden Kurvenverlauf eines Fahrstreifens zu ermitteln, in dem sich das eigene Fahrzeug befindet, und nach Maßgabe der ermittelten Informationen die maximale Fahrzeugbeschleunigung des eigenen Fahrzeugs zu begrenzen. Bei einem gekrümmten Fahrbahnverlauf wird die Beschleunigung auf einen Wert begrenzt, der kleiner ist als die Beschleunigung bei einer entsprechenden Geschwindigkeitsregelung auf gerader Strecke.
Der von dem Sollwertgenerator erzeugte Sollwert ist in diesem Fall ein Beschleunigungs-Sollwert. Dieser Beschleunigungs-Sollwert lässt sich aus einem Sollwert für die Geschwindigkeit berechnen, indem man die Differenz zwischen dem Geschwindigkeits-Sollwert und der Istgeschwindigkeit durch eine geeignet gewählte Zeitkonstante dividiert, die bestimmt, wie schnell die Soll/Ist-Abweichung der Geschwindigkeit korrigiert wird.
Äquivalent dazu wäre ein System, bei dem der Sollwertgenerator einen Geschwindigkeits-Sollwert generiert und die nachgeschaltete Stelleinrichtung dazu ausgebildet ist, die Geschwindigkeit des Fahrzeugs auf diesen Sollwert zu regeln.
In einem Geschwindigkeitsregelsystem, das eine Abstandsregelfunktion aufweist, kann es vorkommen, dass das vorausfahrende Fahrzeug, das als Zielobjekt verfolgt wird, während der Fahrt durch eine Kurve vorübergehend aus dem Ortungsbereich der Umfeldsensorik (z. B. eines Radarsensors) verloren geht. Wenn die vom Fahrer gewählte Wunschgeschwindigkeit größer ist als die bisherige Geschwindigkeit der beiden Fahrzeuge, so würde das Regelsystem eine Beschleunigung auf die Wunschgeschwindigkeit veranlassen. Bei einer Kurvenfahrt wird diese Systemreaktion jedoch im allgemeinen unerwünscht sein, weil dadurch die Querbeschleunigung des Fahrzeugs in der Kurve unzulässig hoch werden kann.
Es sind Geschwindigkeitsregelsysteme bekannt, die zur Lösung dieses Problems einen speziellen Kurvengeschwindigkeitsregler (CSC; Curve Speed Controller) aufweisen, der in dieser Situation die Geschwindigkeitsregelung übernimmt und die Geschwindigkeit auf einen Sollwert regelt, der kleiner ist als die Wunschgeschwindigkeit und der so an die aktuelle Fahrbahnkrümmung angepasst ist, dass die Querbeschleunigung des Fahrzeugs in vertretbaren Grenzen bleibt. Diese Funktion kann auch in dem Sinne prädiktiv ausgestaltet sein, dass anhand der zeitlichen Veränderung der Krümmung des Fahrbahnabschnitts, der aktuell von dem eigenen Fahrzeug durchfahren wird, der Verlauf der Krümmung ein Stück weit in die Zukunft extrapoliert wird. Bei dieser CSC-Funktion beruht jedoch die Bestimmung der Fahrbahnkrümmung allein auf den dynamischen Daten des eigenen Fahrzeugs und nicht auf Informationen einer Umfeldsensorik. Es wäre deshalb wünschenswert, die Funktionalität so zu erweitern, dass auch Informationen der Umfeldsensorik zur Bestimmung der Fahrbahnkrümmung verwertet werden können und somit eine vorausschauendere Anpassung der Geschwindigkeit an den voraussichtlichen Fahrbahnverlauf ermöglicht wird.
Offenbarung der Erfindung
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Geschwindigkeitsregelsystem zu schaffen, das eine solche vorausschauende Geschwindigkeitsanpassung ermöglicht, sich dabei jedoch einfach in bestehende Geschwindigkeitsregelsysteme integrieren lässt.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der Sollwertgenerator mindestens zwei unabhängig voneinander arbeitende Module aufweist, nämlich ein Basismodul zur Erzeugung eines Basissollwertes und ein Kurvenmodul zur Erzeugung eines Kurvensollwertes, der eine Maximalgeschwindigkeit repräsentiert, mit der eine Kurve mit gegebener Krümmung durchfahren werden kann, ohne dass ein vorgegebener Grenzwert für die Querbeschleunigung des Fahrzeugs überschritten wird, und dass der Sollwertgenerator weiterhin ein Fusionsmodul aufweist, das dazu konfiguriert ist, aus dem Basissollwert und dem Kurvensollwert durch Minimumauswahl einen endgültigen Sollwert für die Stelleinrichtung zu bilden.
Durch den modularen Aufbau des erfindungsgemäßen Geschwindigkeitsregelsystems wird erreicht, dass die Komponenten herkömmlicher Geschwindigkeitsregelsysteme praktisch unverändert übernommen werden können, um das Basismodul für das neue System zu bilden. Die Erweiterung der Funktionalität um eine prädiktive Geschwindigkeitsanpassung in Kurven wird einfach dadurch erreicht, dass das Kurvenmodul als zusätzliches Modul hinzugefügt wird. Die einzige Anpassung, die darüber hinaus noch an dem herkömmlichem System erforderlich ist, besteht darin, dass das Fusionsmodul einen zusätzlichen Eingang für die Eingabe des Kurvensollwertes erhalten muss.
Da es sich bei den Komponenten eines Geschwindigkeitsregelsystems für Kraftfahrzeuge um sicherheitsrelevante Systeme handelt, ist vor der Markteinführung eine sorgfältige Validierung in aufwendigen Testprozeduren erforderlich. Ein wesentlicher Vorteil der Erfindung besteht deshalb darin, dass sich diese Validierung im wesentlichen auf die neu hinzugekommene Komponente, das Kurvenmodul, beschränken kann, da das Basismodul unverändert bleibt und somit die bereits in der Vergangenheit vorgenommenen Validierungen und auch die in einer oft langjährigen Praxis gesammelten Erfahrungen weiterhin gültig bleiben.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Wenn das Geschwindigkeitsregelsystem eine CSC-Funktion aufweist, so erfolgt in dem System insgesamt die Bestimmung der Fahrbahnkrümmung auf zwei unabhängige Weisen, nämlich einmal innerhalb der CSC-Funktion auf der Basis der dynamische Daten des eigenen Fahrzeugs, und zum anderen durch Auswertung von Daten der Umfeldsensorik im Kurvenmodul oder wahlweise in einem gesonderten Modul, das die Krümmungsdaten für das Kurvenmodul liefert. Die Ergebnisse der Krümmungsbestimmung im Rahmen der prädiktiven Geschwindigkeitsanpassung werden sich dabei generell auf einen Fahrbahnabschnitt beziehen, der in größerem Abstand vor dem eigenen Fahrzeug liegt als der Fahrbahnabschnitt, auf den sich die Krümmungsbestimmung auf der Basis der dynamischen Daten bezieht. Daraus ergibt sich die vorteilhafte Möglichkeit, die Ergebnisse der prädiktiven Krümmungsbestimmung später, wenn das Fahrzeug den betreffenden Fahrbahnabschnitt tatsächlich erreicht hat, anhand der dynamischen Daten zu überprüfen. Auf diese Weise kann eine Fehlfunktion eines dieser beiden Systeme leichter erkannt und gegebenenfalls korrigiert werden.
Bei der Umfeldsensorik kann es sich dabei um ein Radarsystem oder auch um ein Videosystem oder wahlweise eine Kombination beider Systeme handeln. Im letzteren Fall wird durch die Redundanz bei der Umfelderfassung ein größere Genauigkeit und Verlässlichkeit erreicht. Wahlweise können zur Krümmungsbestimmung ergänzend auch Daten eines digitalen Karte herangezogen werden, die beispielsweise von einem Navigationssystem übernommen werden können.
In einer Ausführungsform wird im prädiktiven Kurvenmodul die Maximalgeschwindigkeit, die beim Durchfahren der Kurve nicht überschritten werden soll, anhand der Fahrbahnkrümmung und eines Vorgabewertes für eine zulässige maximale Querbeschleunigung des Fahrzeugs berechnet. Dieser Vorgabewert kann dabei seinerseits situationsabhängig variieren, beispielsweise in Abhängigkeit von der Fahrgeschwindigkeit des eigenen Fahrzeugs oder gegebenenfalls auch in Abhängigkeit vom manuell eingegebenen oder automatisch festgestellten Straßenzustand (z. B. Schnee- oder Eisglätte).
In einer Ausführungsform kann auch der Abstand zwischen dem eigenen Fahrzeug und dem Fahrbahnabschnitt, für den die Krümmungsbestimmung erfolgt, manuell oder nach einem bestimmten Algorithmus variiert werden, so dass man beispielsweise auf einem Gebirgspass einen kleineren Abstand wählen kann als bei einer Fahrt auf einer Schnellstraße. Schließlich ist es auch möglich, die Fahrbahnkrümmung für mehrere Fahrbahnabschnitte zu bestimmen, die unterschiedlich weit vor dem eigenen Fahrzeug liegen. In dem Fall wird das Kurvenmodul zu jedem Zeitpunkt mehrere verschiedene Kurvensollwerte liefern, je einen für jede Krümmungsbestimmung. Diese mehrere Kurvensollwerte können jedoch ebenso wie alle anderen Sollwerte im Fusionsmodul durch Minimumauswahl miteinander fusioniert werden.
Ebenso ist es möglich, auf den Kurvensollwert eine Haltefunktion anzuwenden, die eine Erhöhung des Kurvensollwertes erst dann wieder zulässt, wenn der Fahrbahnabschnitt, auf den sich die Krümmungsbestimmung bezogen hat, tatsächlich durchfahren wurde. So lässt sich verhindern, dass das Fahrzeug noch vor dem Erreichen der Kurve wieder beschleunigt, weil die Krümmungsbestimmung dann bereits auf einen hinter der Kurve liegenden Fahrbahnabschnitt fokussiert.
Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel anhand der Zeichnung näher erläutert.
Es zeigen:

1 ein Blockdiagramm eines erfindungsgemäßen Geschwindigkeitsregelsystems,
2 eine Skizze dreier aufeinanderfolgender Phasen beim Durchfahren einer Haarnadelkurve; und
3 bis 5 Sollwertkurven für die drei in 2 illustrierten Phasen.

In 1 ist ein Geschwindigkeitsregelsystem für ein Kraftfahrzeug als Blockdiagramm dargestellt. Das System weist einen Sollwertgenerator 10 auf, der fortlaufend aktualisierte Beschleunigungs-Sollwerte a an eine Stelleinrichtung 12 liefert. Die Stelleinrichtung 12 setzt diese Sollwerte in Stellbefehle für ein Antriebssystem 14 und ein Bremssystem 16 des Fahrzeugs um.
Eine Eigensensorik 18 des Fahrzeugs umfasst einen Geschwindigkeitsmesser 20 zur Messung der Istgeschwindigkeit v des Fahrzeugs und einen Gierbewegungssensor 22 zur Messung von Daten, die sich auf die Gierbewegung des Fahrzeugs beziehen, beispielsweise die Giergeschwindigkeit ω, die Gier-Winkelbeschleunigung, die Querbeschleunigung und/oder den Lenkeinschlag.
Der Sollwertgenerator 10 weist im gezeigten Beispiel vier Sollwertmodule auf, nämlich ein Wunschgeschwindigkeitsmodul SSC (Set Speed Controller), ein Abstandsmodul FOC (Forward Object Controller), einen Kurvengeschwindigkeitsregler CSC (Curve Speed Controller) und ein prädiktives Kurvenmodul PCC (Predictive Curve Controller). Die ersteren drei Module SSC, FOC, und CSC werden zusammenfassend auch als Basismodul BM bezeichnet.
Das Wunschgeschwindigkeitsmodul SSC speichert eine vom Fahrer über eine Fahrerschnittstelle F eingegebene Wunschgeschwindigkeit und vergleicht diese fortlaufend mit der vom Geschwindigkeitsmesser 20 gemeldeten Istgeschwindigkeit v. die Die Differenz zwischen diesen beiden Geschwindigkeiten wird durch eine Zeitkonstante dividiert, und das Ergebnis bildet einen Beschleunigungs-Sollwert a_s, der an ein Fusionsmodul 24 übergeben wird.
Das Abstandsmodul FOC erfüllt die Funktion eines bekannten radarbasierten Abstandsreglers. Wenn ein zur Umfeldsensorik des Fahrzeugs gehörender Radarsensor R ein vorausfahrendes Fahrzeug in der von dem eigenen Fahrzeug befahrenen Fahrspur ortet, so meldet er dessen Abstands- und Relativgeschwindigkeitsdaten an das Abstandsmodul. Außerdem kann im Abstandsmodul über die Fahrerschnittstelle F eine Sollzeitlücke eingestellt werden, die den zeitlichen Abstand bestimmt, in dem das eigene Fahrzeug dem vorausfahrenden Fahrzeug (dem Zielobjekt) folgen soll. Im Abstandsmodul wird dann nach bekannten Algorithmen ein Geschwindigkeitsverlauf berechnet, der dazu führt, dass die Geschwindigkeit des eigenen Fahrzeugs an diejenige des vorausfahrenden Fahrzeugs angepasst wird und die Zeitlücke zwischen den beiden Fahrzeugen auf die Sollzeitlücke geregelt wird. Die durch diesen Geschwindigkeitsverlauf bestimmte Sollgeschwindigkeit wird mit der Istgeschwindigkeit v verglichen, und durch Division der Differenz durch eine Zeitkonstante (die nicht mit der Zeitkonstanten im Wunschgeschwindigkeitsmodul übereinstimmen muss) wird ein Beschleunigungs-Sollwert a_f berechnet und an das Fusionsmodul 24 übergeben.
Der Radarsensor R liefert auch Ortungswinkeldaten über das Zielobjekt. Außerdem erhält das Abstandsmodul FOC Informationen über den voraussichtlichen Verlauf der Fahrbahn von einem Fahrbahnmodul 26. Anhand dieser Daten kann das Abstandsmodul entscheiden, ob sich das geortete vorausfahrende Fahrzeug weiterhin in der von dem eigenen Fahrzeug befahrenen Spur oder in einer Nebenspur befindet. Wenn das vorausfahrende Fahrzeug die eigene Spur verlassen hat, wird die Abstandsregelung beendet, indem die im Abstandsmodul berechnete Sollgeschwindigkeit auf einen sehr hohen, in der Praxis nie erreichbaren Wert gesetzt wird. Da das Fusionsmodul 24 unter den Sollwerten, die es von den verschiedenen Sollwertmodulen erhält, jeweils das Minimum auswählt, wird der Sollwert a_f im Ergebnis funktionslos.
Das Kurvengeschwindigkeitsmodul CSC erhält vom Geschwindigkeitmesser 20 die Istgeschwindigkeit v des Fahrzeugs und vom Gierbewegungssensor 22 Daten (Giergeschwindigkeit und/oder Querbeschleunigung), die eine Berechnung der Krümmung des Fahrbahnabschnitts ermöglichen, der aktuell von dem eigenen Fahrzeug durchfahren wird. Im gezeigten Beispiel umfassen diese Daten die Giergeschwindigkeit ω. Diese Giergeschwindigkeit ω ist zugleich die Winkelgeschwindigkeit des eigenen Fahrzeugs bei einer Bahnbewegung auf einem Kreis mit dem Radius (Krümmungsradius) r. Folglich gilt für die Istgeschwindigkeit v des Fahrzeugs: v = ω r. Der Krümmungsradius r ist folglich der Quotient v/ω, und der Kehrwert dieses Krümmungsradius ist die aktuelle Fahrbahnkrümmung am Ort des Fahrzeugs. Diese Krümmung kann zu Kontrollzwecken wieder an das Fahrbahnmodul 26 zurückgemeldet werden.
Die Istgeschwindigkeit v des Fahrzeugs multipliziert mit der Giergeschwindigkeit ω ist die Querbeschleunigung des Fahrzeugs. Damit die Fahrstabilität erhalten bleibt, sollte diese Querbeschleunigung einen bestimmten Grenzwert, beispielsweise 3m/s² nicht überschreiten. Wenn man andererseits eine bestimmte Querbeschleunigung q vorgibt, so lässt sich aus der Beziehung q = ω v = v²/ r eine Geschwindigkeit berechnen, bei der das Fahrzeug genau die vorgegebene Querbeschleunigung hätte. Wenn die aktuelle Istgeschwindigkeit v über diesem Wert liegt, so kann aus der Differenz, wiederum durch Division mit einer Zeitkonstanten, ein Beschleunigungs-Sollwert a_c gebildet werden, er bewirkt, dass die Fahrzeuggeschwindigkeit auf den bei dieser Fahrbahnkrümmung zulässigen Maximalwert reduziert wird.
Zu der Umfeldsensorik des Fahrzeugs gehört neben dem Radarsensor R auch ein Videosystem V, mit dem insbesondere fortlaufend Bilder der vor dem Fahrzeug liegenden Fahrbahn aufgenommen werden. Durch bekannte Bildverarbeitungsalgorithmen lassen sich die Fahrbahngrenzen (z. B. Markierungen) identifizieren, und nach Ausgleich der perspektivischen Verzerrung lässt sich aus dem gekrümmten Verlauf dieser Fahrbahngrenzen die Krümmung k der Fahrbahn auf dem gesamten Abschnitt bestimmen, den das Videosystem einsehen kann. Somit kann das Fahrbahnmodul 26 für jeden Punkt auf diesem Fahrbahnabschnitt einen Krümmungswert k berechnen.
Die Krümmungswerte für den unmittelbar vor dem eigenen Fahrzeug liegenden Abschnitt können an das Kurvengeschwindigkeitsmodul CSC gemeldet werden und dort für eine proaktive Anpassung der Geschwindigkeit genutzt werden. Der Krümmungswert k für einen etwas weiter vor dem eigenen Fahrzeug gelegenen Punkt (im folgenden als „Fokuspunkt“ bezeichnet) wird an das prädiktive Kurvenmodul PCC gemeldet und dort auf die gleiche Weise wie im Kurvengeschwindigkeitsmodul CSC dazu benutzt, eine Geschwindigkeit zu berechnen, die das Fahrzeug nicht überschreiten sollte, wenn es diesen Punkt auf der Fahrbahn erreicht, damit der vorgegebene Wert für die Querbeschleunigung eingehalten wird. Durch Vergleich dieser Geschwindigkeit mit der Istgeschwindigkeit v und Division durch eine Zeitkonstante wird ein weiterer Beschleunigungssollwert a_p berechnet und an das Fusionsmodul 24 übergeben.
Insgesamt empfängt das Fusionsmodul 24 somit vier Beschleunigungs-Sollwerte a_s, a_f, a_c und a_p, und zu jedem Zeitpunkt wählt das Fusionsmodul 24 den kleinsten dieser Sollwerte aus und liefert ihn als endgültigen Beschleunigungs-Sollwert a an die Stelleinrichtung 12.
In Freifahrt auf gerader Fahrbahn, also wenn kein vorausfahrendes Fahrzeug geortet wird, ist der Sollwert a gleich dem Sollwert a_s, der der vom Fahrer gewählten Wunschgeschwindigkeit entspricht. Wenn ein vorausfahrendes Fahrzeug geortet wird, das langsamer ist als diese Wunschgeschwindigkeit, die Fahrbahn aber immer noch gerade verläuft, wird der Sollwert a durch den vom Abstandsmodul gelieferten Sollwert a_f gebildet.
Wenn sich das Fahrzeug einer Kurve nähert, so wird zuerst die Krümmung k zunehmen, die das Fahrbahnmodul 26 an das prädiktive Kurvenmodul PCC liefert und die sich auf einen Fokuspunkt relativ weit von dem eigenen Fahrzeug bezieht. Wenn die Querbeschleunigung, die sich aus dieser Krümmung und der momentanen Istgeschwindigkeit v des Fahrzeugs ergibt, zu groß ist, so gibt das Modul einen sehr kleinen Beschleunigungs-Sollwert a_p aus, und es ist dieser Wert, der den endgültigen Sollwert a bestimmt.
Wenn sich das Fahrzeug der Kurve weiter nähert, wird die Krümmung, die an das prädiktive Kurvenmodul PCC gemeldet wird, allmählich wieder abnehmen, da sich der Fokuspunkt nach vorn verlagert. Gleichzeitig wird die Krümmung zunehmen, die an das Kurvengeschwindigkeitsmodul CSC gemeldet wird, weil das eigene Fahrzeug mittlerweile in die Kurve einfährt. In dem Fall ist der endgültige Beschleunigungs-Sollwert a gleich dem Sollwert a_c, den das Kurvengeschwindigkeitsmodul CSC liefert.
Informationen über die Fahrbahn erhält das Fahrbahnmodul 26 im gezeigten Beispiel auch von zwei weiteren Informationsquellen, nämlich vom Radarsensor R und von einem Navigationssystem N bzw. der darin gespeicherten digitalen Karte des Straßennetzes. Bei den vom Radarsensor R gelieferten Informationen kann es sich beispielsweise um Abstands- und Winkeldaten von Leitplankenpfosten und dergleichen handeln, die ebenfalls eine Bestimmung des Fahrbahnverlaufs ermöglichen. Durch Vergleich der Daten des Radarsensors mit den Daten des Videosystems kann so die Fehleranfälligkeit verringert und die Genauigkeit verbessert werden. Entsprechendes gilt für den Abgleich der Daten mit den Daten vom Navigationssystem N. Wahlweise oder zusätzlich könnte zu der Umfeldsensorik auch ein LIDAR-Sensor gehören.
Die Funktionsweise des Systems soll unter Bezugnahme auf 2 bis 5 anhand einer Beispielsituation erläutert werden.
In 2 ist schematisch eine Fahrbahn 28 gezeigt, die in der Form einer Haarnadelkurve verläuft. Mit P3 ist die Position eines Fahrzeugs, das mit dem oben beschriebenen Geschwindigkeitsregelsystem ausgestattet ist, auf dieser Fahrbahn 28 bezeichnet. Mit F3 ist der Fokuspunkt auf der Fahrbahn bezeichnet, für den das Fahrbahnmodul 26 die prädizierte Fahrbahnkrümmung berechnet, wenn sich das Fahrzeug in der Position P3 befindet. In dieser Situation meldet das Fahrbahnmodul 26 nur eine relativ kleine Krümmung k, so dass das proaktive Krümmungsmodul PCC noch nicht aktiv wird.
Um statistische Schwankungen auszugleichen, wird die Krümmung k für den Fokuspunkt F3 berechnet, indem über eine gewisse Zeitspanne von z.B. eigen Millisekunden hinweg ein gleitender Mittelwert einer Folge von lokalen Krümmungen gebildet wird, die berechnet und aufgezeichnet werden, während sich der Fokuspunkt längs der Fahrbahn bewegt.
Zu einem etwas späteren Zeitpunkt hat das Fahrzeug eine Position P4 erreicht, und der zugehörige Fokus der Krümmungsprädiktion liegt bei F4, an der engsten Stelle der Kurve. Zu einem noch späteren Zeitpunkt hat das Fahrzeug eine Position P5 erreicht und ist gerade im Begriff, in den engsten Teil der Kurve einzufahren. Der zugehörige Fokus der Krümmungsposition liegt dann bei F5 bereits hinter der Kurve, so dass wieder eine kleinere Krümmung gemessen wird. Ohne zusätzliche Maßnahmen hätte dies zur Folge, dass die Kontrolle vom prädiktiven Kurvenmodul PCC an das Kurvengeschwindigkeitsmodul CSC übergeht. Dieses Modul könnte dann unter Umständen eine zu hohe Geschwindigkeit zulassen, weil die aktuelle Querbeschleunigung am Ort P5 noch relativ klein ist.
In 3 bis 5 sind für die in 2 gezeigten Positionen P3, P4, und P5, die relevanten Sollgeschwindigkeiten jeweils in einem Zeitdiagramm dargestellt. Es werden hier nicht die Sollbeschleunigungen nach 1 wiedergegeben, sondern die zugehörigen Sollgeschwindigkeiten, weil diese Sollgeschwindigkeiten unabhängig von der jeweiligen Istgeschwindigkeit des Fahrzeugs sind und die Diagramme deshalb besser vergleichbar sind.
In 3 ist die Situation um den Zeitpunkt herum dargestellt, an dem das Fahrzeug die Position P3 durchfährt. Die vom prädiktiven Krümmungsmodul PCC berechnete Sollgeschwindigkeit V_p, die die Sollbeschleunigung a_p bestimmt, ist wegen der geringen Fahrbahnkrümmung relativ hoch und größer als die Sollgeschwindigkeit V_s, die der vom Fahrer gewählten Wunschgeschwindigkeit entspricht. Deshalb wird die Sollbeschleunigung hier durch die Wunschgeschwindigkeit Vs bestimmt.
In 4 nimmt die Sollgeschwindigkeit V_p deutlich ab, weil der Fokus der Krümmungsmessung (bei F4) in den engen Teil der Kurve eintritt und deshalb die Fahrbahnkrümmung größer wird. Die Sollgeschwindigkeit V_p sinkt unter die Wunschgeschwindigkeit Vs, und danach übernimmt das prädiktive Krümmungsmodul PCC die Kontrolle.
In 5 steigt die Sollgeschwindigkeit V_p wieder an, weil der Fokus der Krümmungsbestimmung die Kurve bereits hinter sich gelassen hat. Das Kurvengeschwindigkeitsmodul CSC berechnet eine Sollgeschwindigkeit V_c, die mit zunehmender Fahrbahnkrümmung abnimmt, aber zunächst noch größer als V_p, so dass das prädiktive Krümmungsmodul die Kontrolle behält. Wenn im Fusionsmodul 24 eine reine Minimumauswahl stattfände, so würde die endgültige Sollgeschwindigkeit a entsprechend der Kurve für die Sollgeschwindigkeit V_p ansteigen, bis wieder die Wunschgeschwindigkeit V_s erreicht ist. Erst danach würde das Fahrzeug in die Kurve einfahren, und die abnehmende Sollgeschwindigkeit V_c würde erneut eine Verzögerung des Fahrzeugs erzwingen. Das würde zu einer sehr unruhigen Fahrweise führen, bei der das Fahrzeug zunächst beschleunigt und dann gleich danach wieder abgebremst wird.
Um dies zu verhindern ist im Fusionsmodul 24 eine Haltefunktion implementiert, die dafür sorgt, dass die Sollgeschwindigkeit V_p, wenn sie ein Minimum erreicht hat, erst nach einer gewissen Verzögerungszeit t_d wieder ansteigen kann. Diese Verzögerungszeit entspricht etwa der Zeit, die das Fahrzeug braucht, um die Strecke von seiner aktuellen Position bis zur Position des Fokus der Krümmungsbestimmung zu durchfahren. Im gezeigten Beispiel ist deshalb die Verzögerungszeit t_d erst dann abgelaufen, wenn die Sollgeschwindigkeit V_c bereits so weit abgenommen hat, dass sie eine unerwünschte Zunahme der Geschwindigkeit verhindert. Der Umstand, dass sich in 5 die endgültige Sollgeschwindigkeit sprunghaft ändert, wirkt sich auf das Fahrverhalten nicht gravierend aus, weil die entsprechende Änderung des Beschleunigungs-Sollwertes a aufgrund der Zeitkonstanten nur allmählich einsetzt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102018002335 A1 [0002]

Claims

Geschwindigkeitsregelsystem für Kraftfahrzeuge, mit einem Sollwertgenerator (10) zum Erzeugen eines die Fahrzeuggeschwindigkeit bestimmenden Sollwertes (a), und einer Stelleinrichtung (12), die dazu ausgebildet ist, die Geschwindigkeit des Fahrzeugs durch Eingriff in das Antriebs- und/oder Bremssystem (14, 16) auf eine Sollgeschwindigkeit zu regeln, wobei das Geschwindigkeitsregelsystem dazu konfiguriert ist, die Sollgeschwindigkeit automatisch an eine prädizierte Fahrbahnkrümmung (k) anzupassen, dadurch gekennzeichnet, dass der Sollwertgenerator (10) mindestens zwei unabhängig voneinander arbeitende Module aufweist, nämlich ein Basismodul (BM) zur Erzeugung eines Basissollwertes (a_s, a_f, a_c) und ein Kurvenmodul (PCC) zur Erzeugung eines Kurvensollwertes (a_p), der eine Maximalgeschwindigkeit repräsentiert, mit der eine Kurve mit gegebener Krümmung (k) durchfahren werden kann, ohne dass ein vorgegebener Grenzwert für die Querbeschleunigung des Fahrzeugs überschritten wird, und dass der Sollwertgenerator (10) weiterhin ein Fusionsmodul (24) aufweist, das dazu konfiguriert ist, aus dem Basissollwert (a_s, a_f, a_c) und dem Kurvensollwert (a_p) durch Minimumauswahl einen endgültigen Sollwert (a) für die Stelleinrichtung (12) zu bilden.
System nach Anspruch 1, bei dem das Basismodul (BM) mehrere Submodule (SSC, FOC; CSC) zur Erzeugung mehrerer Sollwerte (a_s, a_f, ac) aufweist, und das Fusionsmodul (24) dazu konfiguriert ist, diese Sollwerte durch Minimumauswahl mit dem Kurvensollwert (a_p) zu fusionsieren.
System nach Anspruch 1 oder 2, mit einem Kurvenmodul (26), das dazu konfiguriert ist, anhand von Daten einer Umfeldsensorik (R, V) den Verlauf der Fahrbahn vor dem Fahrzeug zu erkennen und für einen Fokuspunkt (F3, F4, F5) auf der Fahrbahn, der um einen bestimmten Abstand vor der aktuellen Position (P3, P4. P5) des eigenen Fahrzeugs liegt, die Krümmung (k) der Fahrbahn zu berechnen.
System nach Anspruch 3, mit einem Videosystem (V) als Teil der Umfeldsensorik.
System nach Anspruch 3 oder 4, mit einem Radarsensor (R) als Teil der Umfeldsensorik.
System nach einem der Ansprüche 3 bis 5, mit einem Navigationssystem (N) als Teil der Umfeldsensorik.
System nach einem der Ansprüche 3 bis 6, bei dem das Basismodul (BM) ein Kurvengeschwindigkeitsmodul (CSC) aufweist, das dazu ausgebildet ist, anhand der dynamischen Daten des Fahrzeugs die Krümmung der Fahrbahn am Ort des Fahrzeugs zu bestimmen und einen Sollwert (a_c) zu generieren, der einer Maximalgeschwindigkeit entspricht, bis zu der die Querbeschleunigung des Fahrzeugs unterhalb eines vorgegebenen Grenzwertes bleibt.
System nach Anspruch 3 und einem der Ansprüche 4 bis 7, bei dem das Kurvenmodul (26) dazu konfiguriert ist, Krümmungsdaten an das Kurvengeschwindigkeitsmodul (CSC) zu übermitteln.
System nach Anspruch 7 oder 8, bei dem das Kurvenmodul (26) dazu konfiguriert ist, Krümmungsdaten von dem Kurvengeschwindigkeitsmodul (CSC) zu empfangen und mit den eigenen Krümmungsdaten abzugleichen.
System nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem das Kurvenmodul (26) dazu konfiguriert ist, bei der Berechnung des Fahrbahnkrümmung an einem gegebenen Ort einen Mittelwert aus lokalen Fahrbahnkrümmungen zu bilden, die während einer Zeitspanne aufgezeichnet werden, in der sich der Fokuspunkt (F3, F4, F5) über dem gegebenen Ort hinwegbewegt.
System nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem das Kurvengeschwindigkeitsmodul (PCC) dazu konfiguriert ist, auf der Basis von Fahrzustandsvariablen wie beispielsweise der Fahrgeschwindigkeit oder des Straßenzustands einen Grenzwert für die Querbeschleunigung des Fahrzeugs zu bestimmen und den Sollwert (a_p) auf der Basis dieses Grenzwertes zu berechnen.
System nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem das Fusionsmodul (24) eine Haltefunktion aufweist, die, wenn der Kurvensollwert (a_p) ein Minimum erreicht, einen Anstieg dieses Kurvensollwertes um eine vorgegebene Zeitspanne t_d verzögert.
System nach Anspruch 12, bei dem der Abstand zwischen dem eigenen Fahrzeug und dem Fokuspunkt (F3, F4., F5) variabel ist und die Zeitspanne t_d in Abhängigkeit von diesem Abstand variiert.
Softwareprodukt mit Programmcode, der, wenn er auf einem Steuerrechner eines Geschwindigkeitsregelsystems für Kraftfahrzeuge läuft, dieses Geschwindigkeitsregelsystem zu einem System nach einem der Ansprüche 1 bis 13 macht.