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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines Kraftfahrzeugs. Daneben betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug.
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Es sind eine Vielzahl von Assistenzsystemen bekannt, die einen Fahrer beim Halten einer Wunschgeschwindigkeit unterstützen. Die bekanntesten Systeme hierfür sind Tempomaten beziehungsweise Abstandstempomaten. Es sind jedoch auch Unterstützungssysteme bekannt, die einen Fahrer dabei unterstützen sollen, bei einer manuellen Betätigung des Fahrpedals eine vorgegebene Grenzgeschwindigkeit nicht zu überschreiten. Dies kann durch eine haptische Rückkopplung über einen Aktor, beispielsweise durch Erhöhung einer Gegenkraft beziehungsweise durch Vibration des Fahrpedals bei Erreichen der Grenzgeschwindigkeit, erfolgen. Durch die zusätzliche Aktorik entstehen jedoch ein zusätzlicher Materialaufwand, zusätzliche Kosten und ein zusätzlicher Energieverbrauch im Kraftfahrzeug, wodurch Reichweiten reduziert werden können.
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Die Druckschrift US 2018 / 0 237 009 A1 schlägt vor, den Fahrer bei der Einhaltung einer vorgegebenen Maximalgeschwindigkeit dadurch zu unterstützen, dass eine weitere Beschleunigung beim Erreichen beziehungsweise Überschreiten der vorgegebenen Maximalgeschwindigkeit unterdrückt wird, falls der Fahrer nicht durch eine geeignete Bedienhandlung, beispielsweise durch einen besonders starken Druck auf das Fahrpedal, zum Ausdruck bringt, dass eine Geschwindigkeitsüberschreitung explizit gewünscht ist.
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Eine harte Begrenzung der Fahrgeschwindigkeit, die nur durch eine sehr deutliche Bedienhandlung überwunden werden kann, wird von Fahrern jedoch teils als lästig beziehungsweise als Bevormundung empfunden, so dass die Akzeptanz eines solchen Assistenzsystems niedrig sein kann. Zudem kann eine starke Betätigung des Fahrpedals, die zur Überwindung der Geschwindigkeitsbegrenzung erforderlich ist, zu einem sehr plötzlichen Beschleunigen nach der Zulassung der Geschwindigkeitsüberschreitung führen und somit den Fahrkomfort senken, was die Akzeptanz eines solchen Assistenzsystems weiter reduzieren kann.
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Die Druckschrift
DE 10 2011 113 909 A1 offenbart eine Vorrichtung zur Geschwindigkeitsbegrenzung eines Fahrzeugs. Zunächst wird ein Geschwindigkeits-Toleranzbereich vorgegeben, an dessen Untergrenze die Grenzgeschwindigkeit liegt. Eine Kennlinie, die den Zusammenhang zwischen einer Fahrpedalauslenkung und einer gefahrenen Geschwindigkeit angibt, wird derart modifiziert, dass sie in dem Geschwindigkeits-Toleranzbereich eine geringere Steigung aufweist als außerhalb dieses Geschwindigkeits-Toleranzbereichs.
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Die Druckschrift
DE 600 38 387 T2 schlägt vor, einen Fahrstil eines Fahrers auf Basis der Fahrpedalbetätigung, der Geschwindigkeit des Fahrzeugs, eines eingelegten Gangs, einer Motordrehzahl und der Benutzung der Bremse zu ermitteln. In Abhängigkeit des ermittelten Fahrstils wird ein Motorprogramm, dass eine Fahrpedal-Kennlinie vorgibt, und ein Getriebeprogramm zur Steuerung von Schaltvorgängen gewählt.
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Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, einen Fahrer bei der Einhaltung einer vorgegebenen Maximalgeschwindigkeit besser zu unterstützen, wobei insbesondere durch Vermeidung der obigen Nachteile Akzeptanzprobleme vermieden werden sollen.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren zum Betrieb eines Kraftfahrzeugs gelöst, dass die folgenden Schritte umfasst:
- - Ermitteln einer maximalen Sollgeschwindigkeit,
- - Erfassen einer Fahrpedalstellung eines Fahrpedals des Kraftfahrzeugs durch einen Fahrpedalsensor,
- - Ermitteln einer Steuerinformation in Abhängigkeit der Fahrpedalstellung, der maximalen Sollgeschwindigkeit und einer Fahrerinformation, die ein ermitteltes oder voraussichtliches Betätigungsverhalten eines Fahrers des Kraftfahrzeugs bei einer Betätigung des Fahrpedals betrifft,
- - Steuern wenigstens eines Antriebsmotors in Abhängigkeit der Steuerinformation, wobei die Steuerinformation insbesondere ein durch den Antriebsmotor bereitzustellendes Drehmoment vorgibt,
wobei die Fahrerinformation in Abhängigkeit von mehreren, während der Nutzung des Kraftfahrzeugs durch den Fahrer, erfassten Fahrpedalstellungen ermittelt und/oder aktualisiert wird, wobei ausschließlich Fahrpedalstellungen bei der Ermittlung oder Aktualisierung der Fahrerinformation berücksichtigt werden, die innerhalb wenigstens eines Auswerteintervalls erfasst werden, das eine Auswertebedingung erfüllt, wobei die Auswertebedingung erfüllt wird oder nur dann erfüllbar ist, wenn innerhalb des Auswerteintervalls die Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs und/oder die Fahrpedalstellung maximal um einen vorgegebenen absoluten oder relativen Abweichungswert schwankt und/oder wenn der Betrag der Beschleunigung des Kraftfahrzeugs durchgehend kleiner als ein vorgegebener Grenzwert ist.
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Dem erfindungsgemäßen Verfahren liegt die Idee zugrunde, durch die Berücksichtigung der maximalen Sollgeschwindigkeit bei der Ermittlung der Steuerinformation einen Fahrer dabei zu unterstützen, die maximale Sollgeschwindigkeit nicht zu überschreiten beziehungsweise es ihm zu erleichtern, die maximale Sollgeschwindigkeit beziehungsweise eine etwas darunter liegende Geschwindigkeit zu halten. Wie später noch im Detail erläutert werden wird, kann dies insbesondere dadurch erreicht werden, dass ein Stellgrößenverlauf, der die Abhängigkeit der Steuerinformation von der Fahrpedalstellung vorgibt, lokal abgeflacht beziehungsweise in ein Plateau umgeformt wird, so dass beispielsweise bei einer Fahrt im Bereich der Sollgeschwindigkeit geringfügige Änderungen der Fahrpedalstellung zu keiner oder nur einer geringfügigen Änderung der Steuerinformation, also beispielsweise des bereitgestellten Drehmoments, führen.
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Hierbei wurde jedoch erkannt, dass verschiedene Fahrer ein deutlich unterschiedliches Betätigungsverhalten an den Tag legen, wenn sie versuchen, eine bestimmte Fahrgeschwindigkeit im Wesentlichen konstant zu halten. Dies wird später noch im Detail erläutert. Wesentlich ist hierbei, dass bei einigen Fahrern in solchen Fahrsituationen die Fahrpedalstellung relativ stark variiert, so dass im obigen Beispiel bei der Berücksichtigung der maximalen Sollgeschwindigkeit bei der Ermittlung der Steuerinformation eine relativ starke Abflachung des Stellgrößenverlaufs beziehungsweise ein relativ breites Plateau erforderlich wäre, um den Fahrer robust bei der Einhaltung der maximalen Sollgeschwindigkeit zu unterstützen. Andererseits existieren jedoch auch Fahrer, die beim Fahren mit einer im Wesentlich konstanten Geschwindigkeit die Fahrpedalstellung nur sehr geringfügig variieren. Ein recht breites Plateau beziehungsweise ein recht breites Abflachungsintervall des Stellgrößenverlaufs würde von solchen Fahrern typischerweise als träges Fahrverhalten des Kraftfahrzeugs beurteilt, womit die Akzeptanz einer entsprechenden Funktion im Kraftfahrzeug durch diese Fahrer voraussichtlich eher gering wäre.
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Daher wird erfindungsgemäß bei der Ermittlung der Steuerinformation zusätzlich die Fahrerinformation berücksichtigt, um auch Fahrern mit deutlich unterschiedlichem Betätigungsverhalten des Fahrpedals einerseits robust bei der Einhaltung der maximalen Sollgeschwindigkeit zu unterstützen und andererseits ein angenehmes Fahrerlebnis zu ermöglichen.
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Die maximale Sollgeschwindigkeit kann insbesondere einer für die befahrene Strecke, beispielsweise gesetzlich bzw. durch eine entsprechende Beschilderung, vorgegebenen Maximalgeschwindigkeit entsprechen oder in Abhängigkeit von dieser ermittelt werden. Das erfindungsgemäße Verfahren kann den Fahrer somit bei der Einhaltung von Maximalgeschwindigkeiten unterstützen, wobei gegenüber der eingangs erläuterten harten Geschwindigkeitsbegrenzung mit Übersteuerungsmöglichkeit durch eine bestimmte Bedienhandlung ein höherer Fahrkomfort erreicht wird.
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Im Gegensatz zu Ansätzen, die eine aktorische Rückkopplung am Fahrpedal nutzen, wird der Vorteil erreicht, dass keine zusätzlichen Teile erforderlich sind und somit die Komplexität und Kosten des Kraftfahrzeugs reduziert werden. Zudem entfällt ein Energiebedarf für eine entsprechende Aktorik, womit beispielsweise bei Elektrofahrzeugen höhere Reichweiten erreicht werden können.
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Das erfindungsgemäße Verfahren kann zudem besonders einfach implementiert werden, da eine Fahrpedalstellung typischerweise ohnehin bereits über einen Fahrpedalsensor erfasst wird und andere Parameter, beispielsweise ein gewählter Fahrmodus, bei der Ermittlung von Steuerinformationen für wenigstens einen Antriebsmotor in Abhängigkeit dieser Fahrpedalstellung bereits berücksichtigt werden. Das erfindungsgemäße Verfahren kann in einem Kraftfahrzeug daher unter Umständen durch ein einfaches Softwareupdate bereitgestellt werden beziehungsweise als „Feature on Demand“ implementiert werden.
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Die Fahrerinformation wird in Abhängigkeit von mehreren, während der Nutzung des Kraftfahrzeugs durch den Fahrer, erfassten Fahrpedalstellungen ermittelt und/oder aktualisiert. Prinzipiell ist es möglich, die erfassten Fahrpedalstellungen beziehungsweise deren Abweichung von einem Mittelwert für ein berücksichtigtes Auswerteintervall unmittelbar als Fahrerinformation oder als Teil der Fahrerinformation zu nutzen. Dies kann beispielsweise zweckmäßig sein, wenn die Steuerinformation beziehungsweise ein Zusammenhang zwischen Fahrpedalstellung und Steuerinformation durch einen Algorithmus ermittelt wird, der durch Maschinenlernen trainiert ist. Ein Maschinenlernen ermöglicht es, auch Algorithmen mit sehr vielen Eingangsparametern mit vertretbarem Aufwand zu trainieren.
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Um in verschiedenen Auswerteintervallen erfasste Fahrpedalstellungen beziehungsweise deren Verlauf gemeinsam analysieren zu können, kann es vorteilhaft sein, aus der Wertfolge der erfassten Fahrpedalstellungen in einem jeweiligen Auswerteintervall zunächst wenigstens einen Parameter für das Betätigungsverhalten zu ermitteln. Wie später noch erläutert wird, können insbesondere Auswerteintervalle berücksichtigt werden, in denen davon ausgegangen werden kann, dass der Fahrer versucht, das Fahrpedal im Wesentlichen konstant stark zu betätigen.
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Im einfachsten Fall kann somit beispielsweise die maximale und minimale Fahrpedalstellung beziehungsweise der Unterschied zwischen diesen Grö-ßen ermittelt werden. Es sind jedoch ergänzend oder alternativ auch statistische Analysen, beispielsweise die Ermittlung einer Varianz der Fahrpedalstellung im Auswerteintervall, und/oder die Trennung der Änderung der Fahrpedalstellungen in unterschiedliche Anteile, also beispielsweise in einen langsamen Pedaldrift und in schnellere Schwankungen beziehungsweise Korrekturen, möglich.
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Besonders vorteilhaft kann das Betätigungsverhalten charakterisiert werden, indem einerseits die Stärke einer langsamen, kontinuierlichen Fahrpedalstellungsänderung, also ein Fahrpedaldrift, und/oder andererseits die Stärke und/oder Häufigkeit von Schwankungen beziehungsweise Korrekturen der Fahrpedalstellung berücksichtigt werden. Entsprechende Parameter können beispielsweise über mehrere Auswerteintervalle gemittelt werden beziehungsweise es können auch separate Parameter für unterschiedliche Fahrpedalstellungen und/oder andere Gruppierungsmerkmale bestimmt werden.
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Kenngrößen beziehungsweise Parameter, die aus den erfassten Fahrpedalstellungen ermittelt wurden beziehungsweise Gruppen von diesen für verschiedene Betätigungsbedingungen können als Fahrerinformation verwendet werden.
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Es ist jedoch auch möglich, dass unmittelbar ein gewünschter Einfluss auf den Zusammenhang aus Fahrpedalstellung und Steuerinformation als Fahrerinformation angegeben wird, beispielsweise eine Breite eines Abflachungsintervalls des Stellgrößenverlaufes beziehungsweise eine Stärke der Abflachung, die für den jeweiligen Fahrer besonders zweckmäßig ist.
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Wird das Kraftfahrzeug von mehreren Fahrern genutzt, soll eine separate Fahrerinformation für die verschiedenen Fahrer ermittelt werden. Es ist daher zweckmäßig, zur Ermittlung einer jeweiligen Fahrerinformation nur Fahrpedalstellungen heranzuziehen, die auch während einer Nutzung durch diesen Fahrer erfasst wurden. Dies kann durch übliche Ansätze zur Fahrererkennung erreicht werden. Beispielsweise kann der Fahrer durch eine Innenraumkamera des Kraftfahrzeugs erfasst werden und auf Basis der Bilddaten, beispielsweise durch eine Gesichtserkennung, erkannt werden. Ergänzend oder alternativ können beispielsweise personalisierte Fahrzeugschlüssel genutzt werden und/oder es kann ein dem jeweiligen Fahrer zugeordneter Datenträger, beispielsweise ein Smartphone, ausgelesen beziehungsweise identifiziert werden, um den Fahrer zu identifizieren.
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Erfindungsgemäß werden ausschließlich Fahrpedalstellungen bei der Ermittlung oder Aktualisierung der Fahrerinformation berücksichtigt, die innerhalb wenigstens eines Auswerteintervalls erfasst werden, das eine Auswertebedingung erfüllt, wobei die Auswertebedingung erfüllt wird oder nur dann erfüllbar ist, wenn innerhalb des Auswerteintervalls die Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs und/oder die Fahrpedalstellung maximal um einen vorgegebenen absoluten oder relativen Abweichungswert schwankt und/oder wenn der Betrag der Beschleunigung des Kraftfahrzeugs durchgehend kleiner als ein vorgegebener Grenzwert ist. Als relativer Abweichungswert kann hierbei beispielsweise eine prozentuale Abweichung betrachtet werden. Insbesondere werden ausschließlich Auswerteintervalle berücksichtigt, die eine gewisse Mindestlänge aufweisen beziehungsweise bei denen die Auswertebedingung über diese Mindestlänge hinweg erfüllt ist. Durch die beschriebene Auswertebedingung können insbesondere ausschließlich Auswerteintervalle berücksichtigt werden, in denen der Fahrer anscheinend die Geschwindigkeit konstant halten möchte.
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Ergänzend kann die Fahrerinformation aus einem dem Fahrer zugeordneten Datenträger, beispielsweise aus einem personalisierten Schlüssel oder von einem Smartphone, ausgelesen beziehungsweise durch einen solchen Datenträger bereitgestellt werden und/oder auf Basis einer Fahreridentifikation, beispielsweise durch eine Gesichtserkennung, Schlüsselinformationen eines personalisierten Fahrzeugschlüssels oder Ähnliches, aus einer fahrzeugseitigen oder fahrzeugexternen Datenbank, beispielsweise von einem Backendserver, ausgelesen werden. Wird die Fahrerinformation, wie obig erläutert, auf Basis von erfassten Fahrpedalstellungen ermittelt beziehungsweise aktualisiert, kann der ermittelte beziehungsweise aktualisierte Wert auch auf den dem Fahrer zugeordneten Datenträger gespeichert beziehungsweise in der entsprechenden Datenbank abgelegt werden.
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In Abhängigkeit der maximalen Sollgeschwindigkeit und der Fahrerinformation kann eine Wertzuordnung ermittelt werden, die Werten der Fahrpedalstellung einen jeweiligen Wert der Steuerinformation zuordnet, wobei die Steuerinformation durch Nutzung dieser Wertzuordnung aus der Fahrpedalstellung ermittelt wird. Eine solche Wertzuordnung kann beispielsweise durch eine Look-up-Tabelle implementiert oder analytisch beschrieben werden, beispielsweise durch Parametrisierung einer vorgegebenen Funktion.
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Insbesondere wird nach Ermittlung der Wertzuordnung die Ermittlung der Fahrpedalstellung mehrfach wiederholt und die gleiche Wertzuordnung zur Ermittlung der jeweils zugeordneten Steuerinformation genutzt. Die Wertzuordnung kann beispielsweise unverändert bleiben, bis sich die maximale Sollgeschwindigkeit ändert und/oder bis eine andere Abbruchbedingung erfüllt ist, also beispielsweise bis eine deutliche Abweichung von der maximalen Sollgeschwindigkeit und/oder das Verlassen eines vorgegebenen Intervalls für die Fahrpedalstellungen erfolgt.
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Die genannte Wertzuordnung kann als Fahrpedalkennlinie betrachtet werden. Beispielsweise kann ein gewünschtes Drehmoment, eine Drosselklappenstellung, eine Einspritzmenge oder eine Stromzufuhr für eine Elektromaschine als Steuerinformation, insbesondere unmittelbar, aus der Fahrpedalstellung ermittelt werden.
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Die Wertzuordnung kann hierbei zusätzlich von weiteren Parametern abhängigen. So kann beispielsweise die Fahrpedalstellung zum Aufrechterhalten der maximalen Sollgeschwindigkeit von einer befahrenen Steigung und/oder von einer Bereifung des Fahrzeugs abhängen, so dass entsprechende Parameter bei der Ermittlung der Wertzuordnung mit berücksichtigt werden können. Zudem ist es aus üblichen Fahrzeugen bekannt, dass beispielsweise in Abhängigkeit eines gewählten Fahrmodus verschiedene Fahrpedalkennlinien wählbar sind. Die im erfindungsgemäßen genutzte Wertzuordnung kann daher beispielsweise auch einen genutzten Fahrmodus berücksichtigen.
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Insbesondere kann die im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens ermittelte Wertzuordnung von einer üblicherweise genutzten Wertzuordnung ausgehen und dies, insbesondere ausschließlich durch Abflachen der Fahrpedalkennlinie in einem bestimmten Abflachungsintervall, modifizieren, um ein Halten der Geschwindigkeit in diesem Bereich zu erleichtern.
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Die Wertzuordnung kann einen die Steuerinformation in Abhängigkeit der Fahrpedalstellung vorgebenden Stellgrößenverlauf vorgeben, wobei die Steigung des Stellgrößenverlaufs in einem Abflachungsintervall von Fahrpedalstellungen geringer ist als in den zu dem Abflachungsintervall benachbarten Werteintervallen der Fahrpedalstellung. Insbesondere kann die Steigung im Abflachungsintervall Null oder maximal halb so groß oder maximal ein Drittel so groß sein wie in den benachbarten Werteintervallen, so dass eine Variation der Fahrpedalstellung im Abflachungsintervall zu einer erheblich geringeren Änderung der Fahrzeuggeschwindigkeit beziehungsweise Fahrzeugbeschleunigung führt als eine Variation außerhalb des Abflachungsintervalls.
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Die Steigung in dem Abflachungsintervall und/oder die Breite des Abflachungsintervalls kann von der Fahrerinformation abhängen. Durch Anpassung der genannten Parameter kann eine einfache und effektive Anpassung der Abhängigkeit der Steuerinformation von der Fahrpedalstellung an das Betätigungsverhalten des Fahrers erfolgen.
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Ergänzend oder alternativ kann der Wert der Steuerinformation, insbesondere des Drehmoments, der voraussichtlich für eine Aufrechterhaltung der maximalen Sollgeschwindigkeit erforderlich ist, ausschließlich wenigstens einer der Fahrpedalstellungen zugeordnet sein, die jeweils innerhalb des Abflachungsintervalls liegt und/oder die eine stärkere Fahrpedalbetätigung anzeigt als alle Fahrpedalstellungen im Abflachungsintervall. Hierdurch wird der Fahrer beim Halten der Geschwindigkeit bei der maximalen Sollgeschwindigkeit beziehungsweise etwas unterhalb der maximalen Sollgeschwindigkeit unterstützt, da eine stärkere Fahrpedalbetätigung innerhalb des Abflachungsintervalls, die beispielsweise durch einen Fahrpedaldrift beziehungsweise geringere Schwankungen beim Versuch des Geschwindigkeitshaltens auftreten kann, beispielsweise allenfalls zu einer geringen Drehmomenterhöhung führt.
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Die Ermittlung der Fahrerinformation aus den erfassten Fahrpedalstellungen und/oder die Ermittlung der Wertzuordnung in Abhängigkeit der maximalen Sollgeschwindigkeit und der Fahrerinformation kann durch einen Algorithmus erfolgen, der durch ein Verfahren des Maschinenlernens trainiert ist. Dies ermöglicht es beispielsweise, eine anfängliche Parametrisierung durch Maschinenlernen im Feld zu optimieren.
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Beispielsweise kann eine Optimierung darauf erfolgen, dass in Betriebssituationen, in denen ein Fahrer anscheinend versucht, die maximale Sollgeschwindigkeit zu halten, das Abflachungsintervall möglichst optimal ausgenutzt wird. Eine im Rahmen der Optimierung genutzte beziehungsweise minimierte Kostenfunktion kann somit beispielsweise einen ersten Beitrag umfassen, der von dem Grad der Überschreitung der maximalen Sollgeschwindigkeit abhängt und der insbesondere stärker gewichtet wird. Ein zweiter, insbesondere schwächer gewichteter, Beitrag der Kostenfunktion kann umso höher sein, je geringer der Anteil des Abflachungsintervalls ist, der durch die tatsächlich aufgetretenen Fahrpedalstellungen überstrichen wurde.
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Somit wird im Rahmen der Optimierung das Abflachungsintervall daraufhin optimiert, dass ein unabsichtliches Überschreiten der maximalen Sollgeschwindigkeit möglichst robust vermieden wird und zugleich ein unnötig breites Abflachungsintervall vermieden wird, so dass tatsächliche Fahrerwünsche ohne für den Fahrer erkennbare Verzögerungen oder einen Komfortverlust umgesetzt werden können.
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Ansätze zum Training von Algorithmen, die darauf abstellen, eine Kostenfunktion zu minimieren, beispielsweise eine Fehlerrückführung, sind im Stand der Technik aus anderen Anwendungsbereichen wohlbekannt und sollen daher nicht detailliert erläutert werden.
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Die Steuerinformation und/oder die Wertzuordnung können zusätzlich in Abhängigkeit einer Geschwindigkeit und/oder einer Beschleunigung des Kraftfahrzeugs ermittelt werden. Beispielsweise ist es möglich, die maximale Sollgeschwindigkeit nicht oder weniger stark bei der Ermittlung der Steuerinformation zu berücksichtigen, wenn die aktuelle Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs weit von der maximalen Sollgeschwindigkeit entfernt ist, wodurch beispielsweise ein zügiges Beschleunigen mit beispielsweise relativ hohen Drehmomenten bis zu einer Geschwindigkeit, die etwas unterhalb der maximalen Sollgeschwindigkeit liegt, erreicht werden kann. Die erläuterten Beschränkungen der Steuerinformation beziehungsweise speziell des Drehmoments können erst dann erfolgen, wenn sie tatsächlich zur Geschwindigkeitsbegrenzung relevant werden.
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Die Beschleunigung des Kraftahrzeugs kann einerseits berücksichtigt werden, um bei gezielt sehr starken Beschleunigungen des Fahrzeugs, beispielsweise bei einem Kickdown, die Steuerinformation unabhängig von der maximalen Sollgeschwindigkeit vorzugeben, so dass Leistungseinbrüche bei offensichtlich vom Fahrer gewünschter starker Beschleunigung vermieden werden können.
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Andererseits kann bei einer mittelstarken Beschleunigung und einer Annäherung der tatsächlichen Geschwindigkeit an die maximale Sollgeschwindigkeit zunächst eine stärkere Abhängigkeit der Steuerinformation von der maximalen Sollgeschwindigkeit, beispielsweise eine geringere Steigung der Steuerinformation im Abflachungsintervall beziehungsweise ein breiteres Abflachungsintervall, genutzt werden als bei einer geringeren Beschleunigung, so dass der Fahrer dabei unterstützt wird, auch bei zügiger Beschleunigung robust die maximale Sollgeschwindigkeit einzuhalten.
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Die maximale Sollgeschwindigkeit kann in Abhängigkeit von Bilddaten eines bildgebenden Sensors des Kraftfahrzeugs, insbesondere durch eine Verkehrsschilderkennung, und/oder in Abhängigkeit von die Position des Kraftfahrzeugs beschreibenden Positionsdaten und einer digitalen Karte ermittelt werden. Insbesondere können durch eine Verkehrsschilderkennung oder andere Bilddatenauswertungen beziehungsweise auf Basis der digitalen Karte im befahrenen Bereich geltende zulässige Höchstgeschwindigkeiten ermittelt werden, wonach diese unmittelbar als maximale Sollgeschwindigkeit genutzt werden können beziehungsweise wonach beispielsweise ein Offset oder ein Skalierungsfaktor genutzt werden kann, um die maximale Sollgeschwindigkeit aus einer solchen Höchstgeschwindigkeit zu bestimmen.
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Neben dem erfindungsgemäßen Verfahren betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug mit einem Fahrpedalsensor, wenigstens einem Antriebsmotor und einer Steuereinrichtung zur Steuerung des Antriebsmotors in Abhängigkeit der Fahrpedalstellung, wobei die Steuereinrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens eingerichtet ist.
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Das erfindungsgemäße Verfahren kann insbesondere als aktivierbares Fahrerassistenzsystem implementiert sein oder auch als „Feature on Demand“, das ausschließlich auf expliziten Wunsch eines Kunden oder gegen Zahlung einer Gebühr bereitgestellt werden kann.
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Merkmale, die zum erfindungsgemäßen Verfahren erläutert wurden, insbesondere bezüglich der Nutzung von weiteren Komponenten des Kraftfahrzeugs, können mit den genannten Vorteilen auf das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug übertragen werden und umgekehrt. Das Kraftfahrzeug kann insbesondere den bildgebenden Sensor umfassen und/oder eine Positionsbestimmungseinrichtung zur Bestimmung der Positionsdaten, beispielsweise einen GPS-Sensor, und/oder eine Quelle für die digitale Karte, beispielsweise ein Navigationssystem.
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Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den folgenden Ausführungsbeispielen und den zugehörigen Zeichnungen. Hierbei zeigen schematisch:
- 1 eine Verkehrssituation, in der ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens durch das gezeigte Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs ausführbar ist,
- 2 ein Ablaufdiagramm eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens, und
- 3 ein Beispiel für einen im Rahmen des mit Bezug zur 2 beschriebenen Verfahrens ermittelten Stellgrößenverlauf.
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1 zeigt eine Verkehrssituation, in der das Kraftfahrzeug 1, wie durch den Pfeil 37 angedeutet ist, entlang der Fahrspur 36 geführt wird. Durch ein Verkehrsschild 28 am Straßenrand wird eine Höchstgeschwindigkeit vorgegeben, wobei ein Fahrer 8 durch die Steuereinrichtung 32 beziehungsweise das im Folgenden noch mit Bezug auf 2 erläuterte, durch die Steuereinrichtung 32 durchgeführte Verfahren dabei unterstützt werden soll, die vorgegebene Höchstgeschwindigkeit einzuhalten, ohne dass hierdurch eine Absenkung des Fahrkomforts beziehungsweise eine wahrnehmbare Verschlechterung der Fahrzeugdynamik resultieren soll.
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In dem in 2 gezeigten Ausführungsbeispiel eines solchen Verfahrens zum Betrieb des Kraftahrzeugs 1 wird zunächst in den Schritten S1 und S2 eine maximale Sollgeschwindigkeit 2 ermittelt, die insbesondere der Höchstgeschwindigkeit entsprechen kann oder beispielsweise auch unter der Höchstgeschwindigkeit liegen kann.
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Die Schritte S3 bis S6 dienen dazu, eine Fahrerinformation 7, die ein ermitteltes oder voraussichtliches Betätigungsverhalten des Fahrers 8 des Kraftfahrzeugs 1 bei der Betätigung des Fahrpedals 4 betreffen, zu ermitteln beziehungsweise zu aktualisieren. Die Fahrerinformation 7 kann beispielsweise angeben, wie stark bei dem Fahrer 8, wenn dieser versucht eine Geschwindigkeit zu halten, langsame Veränderungen der Fahrpedalstellung, also ein Fahrpedaldrift, ausgeprägt ist und/oder mit welcher Häufigkeit und Stärke hierbei Korrekturen beziehungsweise Schwankungen der Fahrpedalstellung auftreten.
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Um einen Initialwert der Fahrerinformation 7 bereitzustellen, kann die Fahrerinformation 7 beispielsweise auch über eine Schnittstelle beziehungsweise Kommunikationseinrichtung 33 aus einem dem Fahrer 8 zugeordneten Datenträger 34, beispielsweise einem Smartphone, ausgelesen werden oder der Fahrer 8 kann mithilfe eines solchen Datenträgers 34, eines personalisierten Fahrzeugschlüssels oder einer Bilderkennung über die Innenraumkamera 35 identifiziert werden und auf Basis dieser Identifikationsinformation kann die Fahrerinformation 7 einer fahrzeugseitigen beziehungsweise fahrzeugexternen Datenbank entnommen werden. Ergänzend oder alternativ kann nach der in dem Ausführungsbeispiel gemäß 2 genutzten Ermittlung beziehungsweise Aktualisierung der Fahrerinformation 7 dies entsprechend auf dem Datenträger 34 beziehungsweise in der Datenbank gespeichert werden.
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Auf Basis der im Beispiel in Schritt S2 ermittelten maximalen Sollgeschwindigkeit 2, der im Beispiel in Schritt S6 ermittelten Fahrerinformation 7 und der in Schritt S3 ermittelten Fahrpedalstellung 3 kann, im Beispiel in Schritten S9 und S10, eine Steuerinformation 6, beispielsweise ein Drehmoment, ermittelt und zur Ansteuerung des Antriebsmotors 9 des Kraftfahrzeugs 1 verwendet werden. Die einzelnen Schritte des Ausführungsbeispiels werden im Folgenden genauer erläutert: In Schritt S1 werden über einen bildgebenden Sensor 27 des Kraftfahrzeugs 1, beispielsweise über eine Kamera, das Umfeld des Kraftfahrzeugs 1 abbildende Bilddaten 26 erfasst.
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Da die Bilddaten 26 im Beispiel das Verkehrsschild 28 abbilden, kann in Schritt S2 durch eine Verkehrsschilderkennung beziehungsweise allgemein durch Auswertung der Bilddaten 26 die durch das Verkehrsschild vorgegebene Höchstgeschwindigkeit, im Beispiel 70 km/h, erkannt und als maximale Sollgeschwindigkeit 2 verwendet werden. Optional könnte in diesem Schritt ein absoluter oder relativer Offset genutzt werden, um eine von der Höchstgeschwindigkeit abweichende maximale Sollgeschwindigkeit 2 vorzugeben.
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Ergänzend oder alternativ wäre es im Kraftfahrzeug 1 auch möglich, die zulässige Höchstgeschwindigkeit mithilfe von digitalen Kartendaten 31 zu ermitteln, die im Beispiel in einem Navigationsgerät 29 des Kraftfahrzeugs 1 gespeichert sind. Dieses umfasst zudem einen Positionssensor 30, beispielsweise einen GPS-Sensor, so dass durch Abgleich der Position des Kraftfahrzeugs 1 mit den digitalen Kartendaten 31 die aktuell befahrene Straße und somit, bei geeigneten Kartendaten 31, die maximal zulässige Höchstgeschwindigkeit ermittelt werden kann, die dann wiederum als maximale Sollgeschwindigkeit 2 herangezogen werden kann oder auf deren Basis die maximale Sollgeschwindigkeit 2 bestimmt werden kann.
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In Schritt S3 wird über einen Fahrpedalsensor 5 die aktuelle Fahrpedalstellung 3 des Fahrpedals 4 erfasst. Zusätzlich werden in Schritt S4 über nicht gezeigte Sensoren die Geschwindigkeit 12 und Beschleunigung 13 des Kraftfahrzeugs 1 erfasst.
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In Schritt S5 wird anschließend geprüft, ob für wenigstens ein Auswerteintervall 10, innerhalb dem mehrere der Fahrpedalstellungen 3 erfasst wurden, eine Auswertebedingung 11 erfüllt ist. Die Auswertebedingung 11 ist insbesondere dann erfüllt, wenn über das jeweilige Auswerteintervall 10 hinweg anscheinend fahrerseitig versucht wurde, die Geschwindigkeit 12 des Kraftfahrzeugs 1 im Wesentlichen konstant zu halten.
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Als notwendige oder hinreichende Teilbedingung für die Erfüllung der Auswertebedingung 11 kann somit geprüft werden, ob während des jeweiligen Auswerteintervalls 10 die Geschwindigkeit 12 des Kraftfahrzeugs und/oder die Fahrpedalstellung 3 maximal um einen vorgegebenen Abweichungswert schwankt. Der Abweichungswert kann ein absoluter Abweichungswert sein, also beispielsweise eine Geschwindigkeitsabweichung von 3 km/h oder 5 km/h beziehungsweise ein geeigneter Winkelabweichungswert für die Fahrpedalstellung, oder es kann sich um eine relative Abweichung, beispielsweise um eine prozentuale Abweichung, handeln. Ergänzend oder alternativ kann die Auswertebedingung 11 auswerten, ob alle erfassten Beschleunigungen 13 während des Auswerteintervalls 10 unterhalb eines Grenzwertes liegen.
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Bei Erfüllung der Auswertebedingung 11 für das jeweilige Auswerteintervall 10 kann davon ausgegangen werden, dass die während des Auswerteintervalls 10, insbesondere periodisch, erfassten Fahrpedalstellungen 3 ein für den jeweiligen Fahrer 8 typisches Betätigungsmuster für die Betätigung des Fahrpedals 4 zum Konstanthalten der Geschwindigkeit darstellen. Die Fahrpedalstellungen 3 beziehungsweise ihre Abweichungen von einem Mittelwert der Fahrpedalstellung für das jeweilige Auswerteintervall 10 könnten somit prinzipiell unmittelbar als Fahrerinformation 7 weiter verwendet werden.
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Um jedoch auch Beobachtungen über eine Vielzahl von Auswerteintervallen kompakt abbilden zu können, wird im gezeigten Beispiel ein Algorithmus 24 genutzt, um die Fahrerinformation 7 zu ermitteln, die im Beispiel einerseits die Stärke eines durchschnittlichen Fahrpedaldrifts für die berücksichtigten Auswerteintervalle 10, also eine Stärke von langsamen, tendenziell monotonen Änderungen der Fahrpedalstellung, beschreibt, und andererseits eine Häufigkeit und Stärke von Schwankungen der Fahrpedalstellung, die typischerweise aus bewussten oder unbewussten Korrekturen der Fahrpedalstellung durch den Fahrer 8 resultieren. Entsprechende Größen können durch bekannte Analyseverfahren, beispielsweise eine Frequenzanalyse, ermittelt werden. Alternativ kann ein Algorithmus 24 genutzt werden, der durch ein Verfahren des Maschinenlernens trainiert ist.
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Falls in Schritt S5 die Auswertebedingung 11 hingegen nicht erfüllt ist, also insbesondere, wenn seit der vorangegangenen Bestimmung beziehungsweise Aktualisierung der Fahrerinformation 7 für kein nachfolgendes Auswerteintervall die Auswertebedingung 11 erfüllt war, kann Schritt S6 übersprungen und das Verfahren unmittelbar mit Schritt S7 fortgesetzt werden.
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In Schritt S7 wird im Beispiel zunächst eine Wertzuordnung 14 ermittelt, die Werten der Fahrpedalstellung 3 einen jeweiligen Wert der Steuerinformation 6 zuordnet. Im Beispiel beschreibt die Wertzuordnung 14 einen die Steuerinformation in Abhängigkeit der Fahrpedalstellung 3 vorgebenden Stellgrößenverlauf 15.
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Ein Beispiel für einen solchen Stellgrößenverlauf 15 ist in 3 dargestellt. Hierbei ist auf der x-Achse die Fahrpedalstellung 3 und auf der y-Achse die Steuerinformation 6, also beispielsweise eine Drehmomentanforderung, dargestellt. Der Zusammenhang dieser Größen wird durch die eingezeichnete Kurve des Stellgrößenverlaufes 15 vorgegeben.
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Die Wertzuordnung 14 beziehungsweise der Stellgrößenverlauf 15 stellt eine Art Fahrpedalkennlinie dar. Der Einfachheit halber wird in dem in 3 dargestellten Beispiel davon ausgegangen, dass der Stellgrößenverlauf 15, abgesehen von einem Abflachungsintervall 16, das im erfindungsgemäßen Verfahren dazu dient, den Fahrer beim Halten der maximalen Sollgeschwindigkeit 2 zu unterstützen, linear mit konstanter Steigung 20, 21 in den Werteintervallen 17, 18 außerhalb des Abflachungsintervalls 16 steigt. Durch diesen im Beispiel gewählten, sehr einfachen Verlauf des Stellgrößenverlaufes 15 sind die Auswirkungen der Abflachung im Abflachungsbereich 16 sehr deutlich zu erkennen.
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Das beschriebene Vorgehen lässt sich jedoch selbstverständlich auch auf andere Fahrpedalkennlinien übertragen, die beispielsweise in verschiedenen Abschnitten verschiedene Steigungen beziehungsweise Krümmungen aufweisen können. Zudem können auch weitere Parameter, beispielsweise die Geschwindigkeit 12 und/oder die Beschleunigung 13 oder auch ein gewählter Fahrmodus, also beispielsweise die Wahl zwischen einem Komfort- und einem Sportmodus, bei der Ermittlung der Wertzuordnung 14 berücksichtigt werden.
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Im einfachsten Fall könnte die Wertzuordnung 14 in Abhängigkeit der Fahrerinformation 7 und der maximalen Sollgeschwindigkeit 2 aus mehreren vorgegebenen möglichen Wertzuordnungen ausgewählt werden. Im Beispiel wird hingegen davon ausgegangen, dass ein vorgegebener Stellgrößenverlauf 15 in Abhängigkeit dieser Größen parametrisiert wird.
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Um zu dem in 3 beispielhaft gezeigte Stellgrößenverlauf 15 zu gelangen, kann zunächst ein Wert 23 für die Stellgröße 6 ermittelt werden, der voraussichtlich zur Aufrechterhaltung der maximalen Sollgeschwindigkeit 2 erforderlich ist. Im einfachsten Fall kann hierbei eine feste Zuordnung von Sollgeschwindigkeiten 2 zu Werten 23 vorgegeben sein. Vorzugsweise werden jedoch weitere, die erforderliche Fahrleistung beeinflussende Parameter, beispielsweise eine aktuell befahrene Steigung, Informationen zur genutzten Reifenart und/oder zum Reifendruck etc. berücksichtigt. Es kann somit erwartet werden, dass bei Vorgabe einer Steuerinformation 6 oberhalb des Wertes 23 die Geschwindigkeit es Kraftfahrzeugs 1 steigt, während sie bei Werten unterhalb des Wertes 23 sinkt.
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Anschließend kann ein Abflachungsintervall 16 für die Fahrpedalstellungen 3 derart gewählt werden, dass die Fahrpedalstellung, die dem Wert 23 der Steuerinformation 6 zugeordnet ist, in dem in 3 gezeigten Beispiel innerhalb des Abflachungsintervalls 16 liegt oder in dem Wertintervall 18, das einer stärken Fahrpedalbetätigung zugeordnet ist.
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Innerhalb des Abflachungsintervalls 16 wird der Stellgrößenverlauf 15 derart gewählt, dass die Steigung 19 dort Null oder zumindest deutlich geringer als in den benachbarten Wertintervallen 17, 18 ist. Hierdurch wird erreicht, dass auch bei einer leichten Abweichung der Fahrpedalstellung von jener Fahrpedalstellung, der der Wert 23 der Stellgröße 6 zugeordnet ist, sich diese Stellgröße nicht oder nur relativ wenig ändert und somit auch die Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs 1 deutlich weniger variiert, als wenn eine solche Abflachung nicht erfolgen würde. Es ist somit für den Fahrer 8 erheblich leichter, das Kraftfahrzeug 1 nahe an der maximalen Sollgeschwindigkeit 2 zu führen.
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Die Breite 22 des Abflachungsintervalls 16 und/oder die Steigung 19 können hierbei in Abhängigkeit der Fahrerinformation 7 gewählt werden. Indiziert die Fahrerinformation 7 beispielsweise, dass ein Fahrer 8 zu einem relativ starken Fahrpedaldrift beziehungsweise zu starken Schwankungen der Fahrpedalstellung beim Halten einer Geschwindigkeit neigt, wird durch ein relativ breites Abflachungsintervall 16 mit geringer Steigung 19 trotzdem ein robustes Halten der maximalen Sollgeschwindigkeit 2 beziehungsweise einer etwas geringeren Geschwindigkeit ermöglicht.
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Gibt die Fahrerinformation 7 hingegen an, dass der Fahrer 8 bereits zu einer recht stabilen Einhaltung einer gegebenen Fahrpedalposition 3 neigt, kann die Breite 22 des Abflachungsintervalls 16 demgegenüber reduziert werden und/oder eine steilere Steigung 19 zugelassen werden. Hierdurch wird das Ansprechverhalten des Fahrpedals 4 auf die konkreten Fähigkeiten und Eigenschaften des Fahrers 8 angepasst, so dass das Vorsehen des Abflachungsintervalls 16 von Fahrern in der Regel nicht als einschränkend aufgefasst wird, sondern als willkommene Unterstützung.
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Während zum besseren Verständnis des prinzipiellen Vorgehens ein relativ einfacher Algorithmus 25 zur Bestimmung der Wertzuordnung 14 erläutert wurde, kann vorteilhaft auch ein Algorithmus 25 genutzt werden, der durch ein Maschinenlernen trainiert ist. Dies wurde bereits im allgemeinen Teil der Beschreibung erläutert. Das Training des Algorithmus 25 durch Maschinenlernen kann insbesondere dann zweckmäßig sein, wenn eine Vielzahl von Eingangsgrößen, also beispielsweise eine komplexe Fahrerinformation 7, die beispielsweise alle Fahrpedalstellungen 3 für eines oder mehrere Auswertungsintervalle 10 umfasst, und/oder eine Vielzahl von weiteren Parametern, also beispielsweise die Geschwindigkeit 12, die Beschleunigungen 13, eine Steigung, Verschleißzustände von Fahrzeugkomponenten usw., berücksichtigt werden sollen.
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Die ermittelte Fahrerinformation 7 und maximale Sollgeschwindigkeit 2 beziehungsweise die hieraus im Beispiel ermittelte Wertzuordnung 14 werden vorzugsweise über ein längeres Zeitintervall genutzt, um jeweilige Fahrpedalstellungen 3 in eine jeweilige Steuerinformation 6 umzusetzen. Hierzu wird nach der jeweiligen Erfassung der Fahrpedalstellung 3 in Schritt S3 zunächst in Schritt S8 geprüft, ob ein Fahrerassistenzsystem zur Unterstützung des Fahrers 8 bei der Einhaltung der maximalen Sollgeschwindigkeit 2 aktiv ist. Beispielsweise kann ein solches Fahrerassistenzsystem durch den Fahrer 8 manuell aktivierbar und deaktivierbar sein und/oder es kann als „Feature on Demand“ implementiert sein, das nur nach einer Freischaltung, beispielsweise gegen Gebührenzahlung oder für bestimmte Fahrer 8, aktiviert wird. Ist das Fahrerassistenzsystem nicht aktiv, so wird das Verfahren von Beginn an wiederholt, so dass selbst bei inaktiven Fahrerassistenzsystemen stets eine aktuelle maximale Sollgeschwindigkeit 2 und eine aktuelle Fahrerinformation 7 vorliegen und das Fahrerassistenzsystem somit verzögerungsfrei nutzbar ist.
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Wurde in Schritt S8 hingegen erkannt, dass das Fahrerassistenzsystem aktiv ist, so wird in Schritt S9 die Wertzuordnung 14 beziehungsweise der in 3 gezeigte Stellgrößenverlauf 15 genutzt, um die Fahrpedalstellung 3 in die Stellgröße 6 umzusetzen. Obwohl im Beispiel davon ausgegangen wird, dass die Wertzuordnung 14 eine unmittelbare Umsetzung durchführt, ist es selbstverständlich möglich, dass übliche Ansätze zur Glättung beziehungsweise Filterung von Steuerinformationen bei dieser Wertumsetzung beziehungsweise im Anschluss daran umgesetzt werden.
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In Schritt S10 wird die ermittelte Steuerinformation dann genutzt, um den Antriebsmotor 9 des Kraftfahrzeugs 1 anzusteuern.
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Durch das beschriebene Vorgehen wird erreicht, dass der Fahrer 8 zwar dabei unterstützt wird, die Fahrzeuggeschwindigkeit nahe an der maximalen Sollgeschwindigkeit 2 zu halten. Zugleich ist jedoch eine freie und im Wesentlichen ungestörte Wahl der Steuerinformation 6 über die Fahrpedalstellung 3 ermöglicht, da das Abflachungsintervall 16 beziehungsweise allgemein der Bereich der Fahrpedalstellungen 3, für die das erläuterte Verfahren in die Umsetzung der Fahrpedalstellung 3 auf die Steuergröße 6 einwirkt, auf ein Intervall beschränkt werden kann, in dem für den konkreten Fahrer typischerweise beim Halten einer Geschwindigkeit Schwankungen auftreten.
