DE10248840A1

DE10248840A1 - Verfahren und Einrichtung zur automatischen Haltestellenanfahrt mit einem Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE10248840A1
Application number: DE10248840A
Authority: DE
Inventors: Hans Dipl.-Ing. Dr. Fritz; Christophe Dipl.-Ing. Bonnet
Original assignee: DaimlerChrysler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2002-10-19
Filing date: 2002-10-19
Publication date: 2004-04-29

Abstract

Bei einem Verfahren zur automatischen Haltestellenanfahrt mit einem Kraftfahrzeug wird mit Hilfe einer Lageerkennungseinrichtung (10) die aktuelle Position des Kraftfahrzeugs in Bezug auf die Haltestelle ermittelt und in Abhängigkeit des Abstands (d¶x¶) des Kraftfahrzeugs zur Haltestelle eine Trajektorien-Fahrgeschwindigkeit (v¶x,Traj¶) zum Erreichen der Haltestelle bestimmt. Die Trajektorien-Fahrgeschwindigkeit (v¶x,Traj¶) wird der Bestimmung einer Fahrzeug-Sollgröße (d¶x,soll¶, v¶x,soll¶, a¶x,soll¶) zugrunde gelegt, wobei Stelleinheiten (25, 26) im Kraftfahrzeug in der Weise betätigt werden, dass die jeweils zugeordnete Fahrzeug-Istgröße (d¶x,Traj¶, v¶x¶, a¶x¶) der Fahrzeug-Sollgröße (d¶x,soll¶, v¶x,soll¶, a¶x,soll¶) folgt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Einrichtung zur automatischen Haltestellenanfahrt mit einem Kraftfahrzeug.

Aus der Druckschrift WO 99/14096 A1 ist ein Verfahren zur automatischen Haltestellenanfahrt bekannt, bei dem über geeignete, im Fahrzeug mitgeführte Erkennungseinrichtungen spezielle Straßenmarkierungen in der Haltestelleneinfahrt sensiert und in einem bordeigenen Computer ausgewertet werden. Abhängig von den gemessenen Daten wird ein Lenkmoment ermittelt, welches über einen Lenkmotor auf das Lenksystem des Fahrzeuges aufgebracht wird, so dass das Fahrzeug einen gewünschten Lenkeinschlag selbsttätig ausführt. Die Regelgröße ist bei diesem Verfahren die Abweichung zwischen einer optimalen, berechneten Trajektorie und der tatsächlichen Fahrzeugposition.

Dieses System weist den Nachteil auf, dass Abweichungen der Istposition von der Solltrajektorie zu heftigen Lenkbewegungen führen können, wodurch hohe Querkräfte erzeugt werden, die auf die Fahrzeuginsassen wirken und insbesondere das Komfortempfinden beeinträchtigen können.

Von diesem Stand der Technik ausgehend liegt der Erfindung das Problem zugrunde, eine automatische Haltestellenanfahrt mit einem Kraftfahrzeug für die Fahrzeuginsassen komfortabel und zugleich sicher auszuführen.

Dieses Problem wird erfindungsgemäß bei einem Verfahren mit den Merkmalen des Anspruches 1 und bei einer Einrichtung mit den Merkmalen des Anspruches 17 gelöst. Die Unteransprüche geben zweckmäßige Weiterbildungen an.

Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich durch einen hohen Funktions- und Bedienkomfort aus; zugleich sind die auf die Fahrzeuginsassen wirkenden Kräfte sowohl in Längs- als auch in Querrichtung reduziert, wodurch sich subjektiv und objektiv der Fahrkomfort verbessert und das Verfahren – ebenso wie die Einrichtung – in besonders vorteilhafter Weise für die Anwendung in Bussen eignet, welche eine Vielzahl von Fahrgästen transportieren können. Erreicht wird die Komfortverbesserung im Wesentlichen dadurch, dass eine Trajektorie auf Fahrgeschwindigkeitsebene bestimmt wird, welche der Annäherung des Kraftfahrzeuges an die gewünschte Endposition in der Haltestelle zugrunde gelegt wird. Diese Trajektorien-Fahrgeschwindigkeit, die alternativ oder kumulativ sowohl für die Längsdynamik als auch für die Querdynamik des Fahrzeuges bestimmt werden kann, wird der Ermittlung einer Fahrzeug-Sollgröße zugrunde gelegt, wobei über geeignete Regeleinrichtungen im Fahrzeug die jeweils zugeordneten, sensorisch ermittelten Fahrzeug-Istgrößen auf die berechnete Fahrzeug-Sollgröße geregelt werden und Stellsignale zur Einstellung von Stelleinheiten im Kraftfahrzeug erzeugt werden. Bei diesen Stelleinheiten handelt es sich insbesondere um eine Antriebsstrangstelleinheit zur Beeinflussung des Motors und/oder des Getriebes des Fahrzeuges, um eine Bremsanlagenstelleinheit zur Betätigung der Fahrzeugbremse (Radbremse und/oder Dauerbremse wie zum Beispiel Motorbremse oder Retarderbremse) und um eine Lenkwinkelstelleinrichtung zur Betätigung und Einstellung des Lenkwinkels, wobei die Antriebsstrangstelleinheit und die Bremsanlagenstelleinheit zur Beeinflussung der Längsdynamik und die Lenkwinkelstelleinrichtung zur Beeinflussung der Querdynamik dienen.

Bei der Trajektorien-Fahrgeschwindigkeit handelt es sich um die Fahrzeuglängs- oder die Fahrzeugquergeschwindigkeit, je nachdem, ob die Längsdynamik oder die Querdynamik des Fahrzeuges beeinflusst werden soll. Längsdynamik und Querdynamik können unabhängig voneinander eingestellt werden, wobei auch eine gleichzeitige Einstellung, also eine Kombination von Längs- und Querdynamik, möglich ist.

Die Berücksichtigung der Trajektorie auf Geschwindigkeitsebene (Längs- und/oder Quergeschwindigkeit) besitzt gegenüber Ausführungen aus dem Stand der Technik, welche lediglich Trajektorien auf Lageebene berücksichtigen, den Vorteil, dass das dynamische Fahrverhalten des Fahrzeuges besser beeinflusst werden kann. Geschwindigkeitsregelungen bewirken eine sanftere Positionsänderung als dies bei einer Lageregelung der Fall ist. Der Komfort für die Fahrzeuginsassen wird hierdurch verbessert.

Eine weitere Komfortverbesserung kann durch eine Regelung auf Beschleunigungsebene (Längs- und/oder Querbeschleunigung) erzielt werden, die gemäß einer bevorzugten Ausführung vorgesehen ist. Die Trajektorien-Beschleunigung kann hierbei durch Differentiation der Trajektorien-Fahrgeschwindigkeit erhalten werden.

Die Trajektorien-Fahrgeschwindigkeit, welche der Bestimmung der Fahrzeug-Sollgrößen zugrunde gelegt wird, wird vorteil haft gemäß einem gegebenen Zusammenhang in Abhängigkeit der aktuell gemessenen bzw, in sonstiger Weise ermittelten Fahrzeugposition berechnet. Hierbei können Grenzwerte, welche nicht überschritten werden dürfen, berücksichtigt werden, beispielsweise für die maximal zulässige Bremsverzögerung und/oder die maximal zulässige Querbeschleunigung. Während der Annäherung des Fahrzeuges an die Haltestelle wird über die Berücksichtigung der aktuellen Fahrzeugposition die Trajektorien-Geschwindigkeit fortlaufend aktualisiert.

Zweckmäßig wird für die automatische Haltestellenanfahrt eine Kaskadenregelung eingesetzt, bei der ein Abstandsregler mit einem nachfolgenden Regler kombiniert wird, bei dem es sich bevorzugt entweder um einen Geschwindigkeitsregler oder um einen Beschleunigungsregler handelt. Dem Abstandsregler wird als Eingangsgröße ein Trajektorien-Istabstand zugeführt, welcher durch mathematische Integration der vorab berechneten Trajektorien-Geschwindigkeit ermittelt wird, wobei der Trajektorien-Istabstand dem Abstand zwischen dem Kraftfahrzeug und einem virtuellen, vorausfahrenden Fahrzeug entspricht. Dieser einem Regelungsfehler entsprechende Abstand wird zweckmäßig auf einen minimalen Wert, insbesondere auf Null eingeregelt. Das virtuelle, vorausfahrende Fahrzeug nähert sich der Haltestelle entsprechend den berechneten Trajektorien für Istabstand, Geschwindigkeit und Beschleunigung an; das reale, nachfolgende Kraftfahrzeug folgt dem virtuellen Fahrzeug mit Hilfe der Abstandsregelung.

Dem Abstandsregler ist entweder ein Geschwindigkeitsregler oder ein Beschleunigungsregler nachgeschaltet, wobei der Geschwindigkeits- bzw. Beschleunigungs-Sollwert als Ausgangsgröße des Abstandsreglers vorliegt und im Abstandsregler gemäß einem vorgegebenen Regelgesetz ermittelt wird. Der Geschwindigkeits- bzw. Beschleunigungs-Sollwert wird im Ab standsregler in Abhängigkeit des Trajektorien-Istabstandes, der Trajektorien-Fahrgeschwindigkeit und/oder der Trajektorien-Beschleunigung ermittelt.

Weitere Vorteile und zweckmäßige Ausführungen sind den weiteren Ansprüchen, der Figurenbeschreibung und den Zeichnungen zu entnehmen. Es zeigen:

l ein schematisches Blockschaltbild einer Vorrichtung zur automatischen Haltestellenanfahrt,

2 ein schematisches Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Vorrichtung, welche eine Beeinflussung der Fahrzeuglängsführung ermöglicht,

3 ein schematisches Blockschaltbild eines weiteren Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Vorrichtung, welche eine Beeinflussung der Fahrzeuglängsführung ermöglicht,

4 ein schematisches Blockschaltbild noch eines anderen Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Vorrichtung, welche eine Beeinflussung der Fahrzeuglängsführung ermöglicht,

5 ein schematisches Blockschaltbild eines ortsabhängigen Verlauf einer Trajektorien-Fahrgeschwindigkeit v_x,Traj,

6 ein schematisches Blockschaltbild einer Bedieneinrichtung für eine Vorrichtung zur automatischen Haltestellenanfahrt.

In 1 ist in Form eines schematischen Blockschaltbilds ein Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Durchführung einer automatischen Haltestellenanfahrt durch ein Kraftfahrzeug dargestellt. Die Vorrichtung weist eine durch eine Längsregelungseinrichtung 14a und eine Querführungseinrichtung 14b und elektronische Stelleinheiten in Form der Antriebsstrangstelleinheit 25 und der Bremsanlagen-Stelleinheit 26 sowie der Lenkwinkelstelleinrichtung 27 gebildete Führungseinrichtung zur automatischen Führung des Fahrzeugs auf. Eine Lageerkennungseinrichtung 10 dient der Ermittlung von der Position und Orientierung des Fahrzeugs relativ zur Haltestelle. Mögliche Lageerkennungseinrichtungen verwenden beispielweise Videobildverarbeitungssysteme, welche an der Haltestelle angebrachte Landmarken erkennen können. Auch die Verwendung eines kartenbasierten satellitengestützten GPS-Systems (Global Positioning System) ist möglich.

Die von der Lageerkennungseinrichtung 10 ermittelten Positionsinformationen des Fahrzeugs relativ zu einer Haltestelle, welche beispielsweise den longitudinalen Abstand d_x, den lateralen Versatz d_y und den Gierwinkel d_psi des Fahrzeugs relativ zur Haltestelle umfassen, werden an Trajektorienplanungseinrichtungen 12a und 12b abgegeben.

Um eine der Fahrsituation angemessene Längsdynamiktrajektorie X_Traj (dynamischer Zustandsvektor, welcher den Bewegungszustand in Fahrzeuglängsrichtung beschreibt) und Querdynamiktrajektorie y_Traj (dynamischer Zustandsvektor, welcher den Bewegungszustand in Fahrzeugquerrichtung beschreibt) zu ermitteln, sind die Längsdynamik-Trajektorienplanungseinheit 12a und Querdynamik-Trajektorienplanungseinheit 12b mit einer Fahrzustandsermittlungseinrichtung 17 verbunden, welche zumindest die Berechnung der die Längsdynamiktrajektorie (Zustandsvektor: X_Traj) und die Querdynamiktrajektorie (Zustands vektor: y_Traj) beeinflussenden Größen wie Fahrgeschwindigkeit v_x, Fahrzeuglängsbeschleunigung a_x, Fahrzeugquerbeschleunigung a_y oder sonstige das längs- oder querdynamische Fahrverhalten beeinflussende Größen ermittelt. Diese Größen bilden Komponenten des als Fahrzustandsvektor f_z bezeichneten Vektors. Zur einfachen Bedienung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist vorgesehen, dass eine Aktivierungseinrichtung 16 ein manuell betätigbares Auslöse-Bedienelement zum fahrerseitigen Auslösen einer automatischen Haltestellenanfahrt besitzt. Alternativ zur manuellen Auslösung kann eine automatische, d.h. systemseitige Auslösung vorgesehen werden.

Prinzipiell werden alle Systemkomponenten von einer Überwachungseinheit 20 hinsichtlich ihres Systemzustandes überwacht. Die Überwachungseinheit 20 liefert ein Bereitschaftszustandssignal S_BZ, welches den Zustand des Gesamtsystems beschreibt und somit dem Fahrer den Systemzustand und die Systemverfügbarkeit anzeigt. Bei einer erweiterten Ausführungsform ist in der Überwachungseinheit 20 zusätzlich zur Überwachungsaufgabe eine systemseitige (anstelle einer fahrerseitigen) Auslösung vorgesehen.

Die Planung der Trajektorien kann getrennt nach Längsdynamik und nach Querdynamik erfolgen. Dies hat den Vorteil, dass die Einrichtung wahlweise dem Fahrer eine nur die Längsdynamik oder nur eine die Querdynamik betreffende Unterstützung zur Verfügung stellen kann, wobei die Längsdynamik und die Querdynamik selbstverständlich auch kumulativ ermittelt bzw. durchgeführt werden können. Die Längsdynamik-Trajektorienplanungseinrichtung 12a berechnet für ein an die Haltestelle heranfahrendes Kraftfahrzeug eine Längsdynamiktrajektorie (Zustandsvektor in Fahrzeuglängsrichtung) für eine automatischen Haltestellenanfahrt und gibt diese Trajektorie an eine Längsregelungseinrichtung 14a. Hieraus bestimmt die Längsre gelungseinrichtung 14a abhängig vom verwendeten Längsregelungskonzept sowohl ein Stellsignal U_a für die Antriebsstrangstelleinheit 25 als auch ein Stellsignal U_b die für 8remsanlagenstelleinheit 26.

Entsprechend bestimmt die Querdynamik-Trajektorienplanungseinrichtung 12b für ein an die Haltestelle heranfahrendes Kraftfahrzeug eine Querdynamiktrajektorie (Soll-Zustandsvektor in Fahrzeugquerrichtung [d_y,soll, v_y,soll, a_y,soll)) für eine automatische Haltestellenanfahrt und gibt diese Trajektorie an eine Querregelungseinrichtung 14b. Die Querregelungseinrichtung 14b bestimmt hieraus ein geeignetes Lenkwinkelstellsignal U_l und übermittelt dieses an eine den Fahrzeuglenkwinkel einstellende Lenkwinkelstelleinrichtung 27 des Kraftfahrzeugs.

Die Realisierung der Längsdynamik-Trajektorienplanungseinrichtung 12a kann nur in Abstimmung mit dem in der Längsregelungseinrichtung 14a zu realisierenden Längsregelungskonzept erfolgen, da die für die Regelung erforderlichen Vorgaben in der Längsdynamik-Trajektorienplanungseinrichtung 12a erzeugt werden.

2 zeigt ein schematisches Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Vorrichtung, bei der die Längsregelungseinrichtung 14a nur eine Fahrgeschwindigkeitsregeleinrichtung 15 zur Fahrgeschwindigkeitsregelung enthält. Hierbei liefert die Längsdynamik-Trajektorienplanungseinrichtung 12a als Zustandsvektor lediglich eine skalare Größe in Form einer Trajektorien-Fahrgeschwindigkeit v_x,Traj (d.h. x_Traj = v_x,Traj) an einen unterlagerten Fahrgeschwindigkeitsregler. Diese Trajektorien-Fahrgeschwindigkeit v_x,Traj wird dann von einem Fahrgeschwindigkeitsregler als Soll-Fahrgeschwindigkeit (v_x,soll = v_x,Traj) eingeregelt, wobei geeig nete Stellsignale für eine Antriebsstrangstelleinheit und für eine Bremsanlagenstelleinheit bestimmt werden.

In 3 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung dargestellt. Hierbei beinhaltet die Längsregelungseinrichtung 14a eine kaskadierte, also in Kaskadenform ausgeführte Längsdynamikregelung, bestehend aus einer Fahrgeschwindigkeitsregeleinrichtung 15 im inneren Regelkreis und einer Abstandsregeleinrichtung 19 im äußeren Regelkreis. Die Längsdynamik-Trajektorienplanungseinrichtung 12a liefert als Zustandsvektor einen Vektor, welcher einen Trajektorien-Istabstand d_x,Traj und eine Trajektorien-Fahrgeschwindigkeit v_x,Traj (d.h. x_Traj = [d_x,Traj, v_x,Traj]) beinhaltet. Dieser Vektor wird an die überlagerte Abstandsregeleinrichtung 19 übergeben. Der Abstandsregler seinerseits liefert an einen unterlagerten Fahrgeschwindigkeitsregler 15 eine einzuregelnde Soll-Fahrgeschwindigkeit v_x,_soll. Hieraus bestimmt der Fahrgeschwindigkeitsregler geeignete Stellsignale für eine Antriebsstrangstelleinheit 25 und für die Bremsanlagenstelleinheit 26.

Die von der Längsdynamik-Trajektorienplanungseinrichtung 12a erzeugte Trajektorie kann als Bewegungszustand eines fiktiv vorausfahrendes Fahrzeug interpretiert werden. Die überlagerte Abstandsregelung regelt somit auf den Abstand eines fiktiv vorausfahrenden Fahrzeuges, welches an einer definierten Position relativ zur Haltestelle zum Stillstand kommt.

Zur Verbesserung der Abstandsregelung während des dynamischen Anhaltevorgangs ist vorgesehen, dass die Abstandsregeleinrichtung 19 einen fahrgeschwindigkeitsabhängigen Sollabstand d_x,soll über ein die Reaktionszeit des Fahrzeugs berücksichtigendes Sollabstandsgesetz erzeugt, welcher zur Abstandsregelung verwendet werden kann. Besonders vorteilhaft ist es, im Sollabstand d_x,soll auch das längsdynamische Reaktionsverhalten des eigenen Fahrzeugs beispielsweise in Form der Reaktionszeit tau des Längsregelungssystems mittels der Formel d_x,soll = tau·v_x zu berücksichtigen.

4 zeigt ein schematisches Blockschaltbild noch eines anderen Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Vorrichtung. Die Längsregelungseinrichtung 14a beinhaltet hier wiederum eine kaskadierte Längsdynamikregelung, wobei jedoch der innere Regelkreis eine Längsbeschleunigungsregeleinrichtung 18 und der äußere Regelkreis wiederum eine Abstandsregeleinrichtung 19 enthält. Die von der Längsdynamik-Trajektorienplanungseinrichtung 12a an den überlagerten Abstandsregler gelieferte erweiterte Trajektorie, welche dem längsdynamischen Bewegungszustandsvektor eines fiktiv vorausfahrenden Fahrzeugs entspricht, beinhaltet einen Trajektorien-Istabstand d_x,Traj eine Trajektorien-Fahrgeschwindigkeit v_x,Traj und eine Trajektorien-Längsbeschleunigung ax,rraj (d.h. x_Traj = [d_x,Traj, d_x,Traj, a_x,Traj). Der in 4 dargestellte Abstandsregler seinerseits liefert an einen unterlagerten Längsbeschleunigungsregler im Gegensatz zu dem in 3 gezeigten Abstandsregler eine einzuregelnde Soll-Längsbeschleunigung a_x,soll. Der Vorteil dieser Ausführungsvariante liegt in der besseren Beeinflussung des dynamischen Fahrverhaltens mittels der unterlagerten Längsbeschleunigungsregeleinrichtung 18. Durch die Regelung auf den erweiterten Zustandsvektor in der Abstandsregeleinrichtung 19 kann zudem ein positionsgenaues Anhalten erreicht werden.

5 zeigt ein Beispiel für eine von der Längsdynamik-Trajektorienplanungseinrichtung 12a erzeugte Trajektorie im Zusammenhang mit dem Übergang vom manuellen Fahrbetrieb in den automatischen Fahrbetrieb bei der Haltestellenanfahrt. Zur Bestimmung des gesamten Bewegungszustandes wird hier zu nächst eine Trajektorien-Fahrgeschwindigkeit v_x,Traj zugrunde gelegt. In 5 ist ein ortsabhängiger bzw. abstandsabhängiger Verlauf der Trajektorien-Fahrgeschwindigkeit v_x,Traj dargestellt. Dieser stellt nur eine Komponente des gesamten Zustandsvektors dar, bildet aber die Grundlage zur Bestimmung der gesamten Längsdynamik-Trajektorie, d.h. des gesamten Bewegungszustandes. Hierbei ist dx der von der Lageerkennungseinrichtung 10 ermittelte longitudinale Abstand relativ zur Haltestelle, d_x,H der longitudinale Abstand relativ zur Haltestelle, bei dem das Fahrzeug zum Stillstand kommen soll (Stillstandsabstand), d_X,max der von der Überwachungseinheit 20 ermittelte longitudinale Abstand relativ zur Haltestelle, unterhalb dem der Fahrer oder bei entsprechender Ausführung das System das automatische Anhalten aktivieren kann (Höchstabstand), d_x,min der von der Überwachungseinheit 20 ermittelte longitudinale Abstand relativ zur Haltestelle, oberhalb dem der Fahrer oder bei entsprechender Ausführung das System das automatische Anhalten aktivieren kann (Mindestabstand), d_x,ES der longitudinale Abstand relativ zur Haltestelle, bei dem der Fahrer oder bei entsprechender Ausführung das System das automatische Anhalten das System aktiviert (Einschaltabstand).

Bei dem in 5 dargestellten Beispiel schaltet der Fahrer, nach dem die Überwachungseinheit 20 den Bereitschaftszustand S_BZ anzeigt, das automatische Anhalten zum Zeitpunkt t_ES ein. In diesem Einschaltzeitpunkt liefert die Lageerkennungseinrichtung 10 den entsprechenden Einschaltabstand d_x,ES. In der in 5 dargestellten Komponente der Trajektorie erfolgt für die Trajektorien-Fahrgeschwindigkeit ein linearer Abbau der Geschwindigkeit über dem Abstand dx ausgehend von der Einschaltfahrgeschwindigkeit v_x,ES beim Einschaltabstand d_x,ES auf die Geschwindigkeit Null beim Stillstandsabstand d_x,H.

Funktional ergibt sich somit für die Trajektorien-Fahrgeschwindigkeit vx,Traj = f(dx,ES, dx,H, vx,ES, dx) = vx,ES * (dx – dx,H)/(dx,ES – dx,H).

Diese Längsdynamik-Trajektorienplanungseinrichtung 12a, welche die Trajektorien-Fahrgeschwindigkeit v_x,_Traj liefert, ist ausreichend zur Realisierung des in 2 beschriebenen Längsregelungskonzeptes, bei dem die Längsregelungseinrichtung 14a lediglich eine Fahrgeschwindigkeitsregeleinrichtung 15 beinhaltet.

Zur Realisierung des in 3 dargestellten Längsregelungskonzeptes muss die Längsdynamik-Trajektorienplanungseinrichtung 12a nicht nur eine Trajektorien- ^` Fahrgeschwindigkeit v_x,Traj, sondern auch einen Trajektorien-Istabstand d_x,Traj bestimmen, auf den in der Abstandsregeleinrichtung 19 geregelt wird.

Zur Bestimmung eines für die automatische Haltestellenanfahrt geeigneten Trajektorien-Istabstand d_x,Traj wird wiederum zunächst von einer vorgegeben Trajektorien-Fahrgeschwindigkeit v_x,Traj ausgegangen, welche sich als Fahrgeschwindigkeit eines virtuellen Fahrzeugs interpretieren lässt. Durch Integration dieser Geschwindigkeit kann der seit dem Einschaltzeitpunkt tES von diesem virtuellen Fahrzeug zurückgelegte Weg s_vitr(t) bestimmt werden. Als einfache diskrete Lösung kann hierbei eine EULER-Integration verwendet werden, womit sich zum diskreten Zeitpunkt t_k für den zurückgelegte Weg Svirt (tk) = Svirt (tk-1) + vx,Traj(tk)*dT ergibt. Hierbei stellt dT die Abtastzeit, d.h, die Zeitdifferenz zwischen den beiden aufeinanderfolgenden Zeitpunkten t_k–1 und tk dar. Der seit dem Einschaltzeitpunkt t_ES von dem eigenen Fahrzeug zurückgelegte Weg s(t) kann ebenfalls durch Integration der Fahrgeschwindigkeit v_x bestimmt werden, wobei als einfache diskrete Lösung wieder eine EULER-Integration verwendet werden kann. Der zurückgelegte Weg des eigenen Fahrzeugs ergibt sich dann zu S(tk)= S(tk–1) + vx(tk)*dT

Eine vorteilhafte Möglichkeit der Bestimmung des zurückgelegten Weges des eigenen Fahrzeugs ergibt sich aus der Differenz zwischen dem Einschaltabstand d_ES und dem von der Lageerkennungseinrichtung 10 zum aktuellen Zeitpunkt t ermittelten longitudinalen Abstand d_x(t), d.h. s(t)= dx,ES – dx(t)

sAls Trajektorien-Istabstand d_x,Traj wird nun der relative Abstand zwischen dem eigenen und dem virtuellen Fahrzeug definiert. Somit ergibt sich der Trajektorien-Istabstand d_x,Traj aus der Differenz zwischen dem vom virtuellen Fahrzeug zurückgelegten Weg s_virt(t) und dem vom eigenen Fahrzeug zurückgelegten Weg s(t) zu dx,Traj(t) = Svirt(t) – s(t)

Bei der Umsetzung des in 4 dargestellten Längsregelungskonzeptes muss die Längsdynamik-Trajektorienplanungseinrichtung 12a eine erweiterte Trajektorie, welche den gesamten längsdynamischen Bewegungszustandsvektor eines fiktiv vorausfahrendes Fahrzeug beschreibt, erzeugen. Neben dem Trajektorien-Istabstand d_x,Traj und der Trajektorien-Fahrgeschwindig keit v_x,Traj ist nun auch eine geeignete Trajektorien-Längsbeschleunigunq a_x,Traj zu bestimmen. Ausgehend von der Trajektorien-Fahrgeschwindigkeit v_x,Traj kann die Trajektorien-Längsbeschleunigung a_x,Traj in einfacher Weise durch Differentiation der Trajektorien-Fahrgeschwindigkeit v_x,Traj generiert werden. Besonders vorteilhaft zur Bestimmung der Trajektorien-Längsbeschleunigung a_x,Traj ist die Verwendung eines Zustandsvariablenfilters, welcher im Vergleich zur numerischen Differentiation einen glätteren Signalverlauf erzeugt und eine physikalisch korrekte zeitliche Phasenbeziehung sicherstellt.

Die Längsdynamik-Trajektorie, welche auf der Grundlage der in 5 dargestellten linearen Trajektorien-Fahrgeschwindigkeit v_x,Traj bestimmt wird, hat den Vorteil, dass sie relativ einfach zu bestimmen ist. Der Fahrkomfort kann jedoch eingeschränkt sein, da während des Anhaltevorganges sehr unterschiedliche große Bremsverzögerungen auftreten, die zudem vom jeweiligen Einschaltabstand d_ES abhängen und somit von dem nicht vorhersehbaren Verhalten des Fahrers in der jeweiligen Fahrsituation.

Bei einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Längsdynamik-Trajektorienplanungseinrichtung 12a wird eine Längsdynamik-Trajektorie bestimmt, bei der ein gewünschter Verlauf der Bremsverzögerung z über den gesamten Anhaltevorgang vorgegeben werden kann. Hierbei ist es vorteilhaft, möglichst eine konstante mittlere Bremsverzögerung z = z_konst über den gesamten Anhaltevorgang zugrunde zulegen, welche ein komfortables Fahrverhalten während des Anhaltevorganges gewährleistet. Eine zusätzliche Verbesserung des Fahrverhalten während der automatischen Haltestellenanfahrt kann erreicht werden, wenn die Trajektorien-Fahrgeschwindigkeit v_x,Traj neben dem Stillstandsabstand d_X,H und der konstanten Bremsverzögerung z_konst zusätzlich das längsdynamische Reaktionsverhalten des eigenen Fahrzeugs beispielsweise in Form der Reaktionszeit tau des Längsregelungssystems, welche auch die Ansprechzeit der Bremsanlagenstelleinheit beinhaltet, berücksichtigt. Funktional ergibt sich somit für die Trajektorien-Fahrgeschwindigkeit vx,Traj = f (dx,H, Zkonst, taur dx).

Eine vorteilhafte Lösung dieser Anforderungen kann aus der Beziehung Vx,Traj2/(2·Zkonst) + tau·Vx,Traj + dx,H = dx gefunden werden. Aus dieser Beziehung kann dynamisch während des Anhaltevorgangs zu jedem Abstand dx eine Trajektorien-Fahrgeschwindigkeit V_x,_Traj bestimmt werden, bei der über die Vorgabe der konstanten Bremsverzögerung z_konst und der Berücksichtigung der Reaktionszeit tau ein komfortables Fahrverhalten während des Anhaltevorganges gewährleistet werden kann. Die Auflösung obiger quadratischer Gleichung nach der Trajektorien-Fahrgeschwindigkeit ergibt folgende nichtlineare Beziehung für die Trajektorien-Fahrgeschwindigkeit:

Um eine zuverlässige und transparente Funktionsweise zu gewährleisten, überwacht die Überwachungseinheit 20 die Systemzustände aller Subsysteme (einschließlich Lageerkennungseinrichtung 10, Längsdynamik-Trajektorienplanungseinrichtung 12, Querdynamik-Trajektorienplanungseinrichtung 12b, Längsregelungseinrichtung 14a, Querregelungseinrichtung 14b, Fahrzu standsermittlungseinrichtung 17, Antriebsstrangstelleinheit 25, Bremsanlagenstelleinheit 26, Lenkwinkelstelleinrichtung 27). Neben der Systemüberwachung überprüft die Überwachungseinheit 20 außerdem die Zulässigkeit der Aktivierung des automatischen Anhaltens durch den Fahrer. Die Aktivierung wird nur zugelassen, wenn zum Einschaltzeitpunkt t_ES alle Subsysteme bereit sind und außerdem der Einschaltabstand d_x,ES = d_x(t_ES) kleiner als ein Höchstabstand d_x,max und größer als ein Mindestabstand d_x,min ist, d.h. wenn gilt: dx, min < dx < dx,max

Die Festlegung des longitudinalen Mindestabstandes d_x,min erfolgt in der Überwachungseinheit 20 dynamisch in Abhängigkeit von der beim Aktivieren durch den Fahrer im Einschaltzeitpunkt t_ES vorherrschenden Fahrgeschwindigkeit v_x,ES = v_x(t_ES) (Einschaltgeschwindigkeit).

Ein vorteilhafte Bestimmung des Abstand d_x,_min, bei der neben dem Stillstandsabstand d_x,_H und einer konstanten Bremsverzögerung z_konst zusätzlich das längsdynamische Reaktionsverhalten des eigenen Fahrzeugs beispielsweise in Form der Reaktionszeit tau des Längsregelungssystems berücksichtigt wird, ist durch die Gleichung dx,min = dx,H + tau·νxES + (νx,ES 2)/(2·Zkonst) gegeben. Die hier vorgestellte, fahrsituationsabhängige Bestimmung des Mindestabstandes d_x,_min stellt sicher, dass der Fahrer bei überhöhter Fahrgeschwindigkeit bzw. bei zu geringem Abstand das System nicht aktivieren kann und ein komfortables Abbremsverhalten während der automatischen Haltestellenanfahrt gewährleistet ist. Die in der Überwachungseinheit durchgeführte Ermittlung des longitudinalen Abstandes re lativ zur Haltestelle d_x,max , unterhalb dem der Fahrer die Aktivierung des automatischen Anhaltens erlaubt wird, berücksichtigt die Sensorreichweite d_x,rw der verwendeten Lageerkennungseinrichtung 10. Beispielsweise kann festgelegt werden: dx,max = dx,rw

Wird bei der Lageerkennungseinrichtung 10 ein Videobildverarbeitungssystem zur Erfassung der Position relativ zur Haltestelle zugrunde gelegt, so ist ein entfernungsabhängiges Rauschen in den von ihr bestimmten Signalen nicht auszuschließen. Für diesen Fall ist es vorteilhaft, den Höchstabstand d_x,max abhängig von der maximalen Rauschamplitude kleiner als die Sensorreichweite d_x,rw der Lageerkennungseinrichtung festzulegen, d. h. es gilt d_x,max < d_x,rw.

6 zeigt ein schematisches Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels einer Bedieneinrichtung für die erfindungsgemäße Vorrichtung, bestehend aus einer Bedieneinheit 50, einer Zentraleinheit 42 und einer Anzeigeeinheit 54. Die Bedieneinheit (z.B. Multifunktionslenkrad) besitzt Bedienelemente 50a, 50b zur Aktivierung bzw. Deaktivierung einer automatischen Haltestellenanfahrt. Ein alternatives Bedienelement 51 zur Aktivierung bzw. Deaktivierung der automatischen Haltestellenanfahrt ist ebenfalls dargestellt.

Die Zentraleinheit 42 umfasst unter anderem die die Position relativ zur Haltestelle erkennende Lageerkennungseinrichtung 10, die Trajektorienplanungseinrichtungen 12a und 12b, die Längsregelungseinrichtung 14a, die Querregelungseinrichtung 14b, die elektronische Antriebstrangstelleinheit 25, die elektronische Bremsanlagenstelleinheit 26, die elektronische Lenkwinkelstelleinrichtung 28 sowie zusätzlich die Überwachungseinheit 20 gemäß den Ausführungsformen der 1.

Zum fahrerseitigen Auslösen einer automatischen Haltestellenanfahrt ist ein manuell betätigbares Auslöse-Bedienelement 50a vorgesehen.

Über die als zwei Tasten eines Multifunktionslenkrades ausgebildeten Bedienelemente 50a und 50b erzeugt der Fahrer ein Aktivierungs- bzw. Deaktivierungssignal S_AKT, mit dem eine automatische Haltestellenanfahrt ausgelöst bzw. abgebrochen werden kann. Diese Bedienfunktion lässt sich alternativ mit einem einzigen Bedienhebel 51 mit gegensätzlichen Bedienrichtungen für die Aktivierung bzw. Deaktivierung einer automatischen Haltestellenanfahrt realisieren. Während einer automatischen Haltestellenanfahrt kann jederzeit durch Betätigen des Bedienhebels in gegensätzlicher Bedienrichtung bzw. durch Drücken der gegensätzlichen Bedientaste die aktuelle automatischen Haltestellenanfahrt abgebrochen (deaktiviert) werden.

Alternativ kann zusätzlich ein (nicht gezeigter) griffgünstig platzierter Notschalter vorgesehen sein, der vom Fahrer im Notfall betätigt werden kann. Bei Betätigung des Notschalters wird die automatische Haltestellenanfahrt sofort abgebrochen und der Fahrer erhält die volle Kontrolle über das Fahrzeug wieder zurück. Natürlich ist in diesem Notfall auch die Lenkeinrichtung, die Antriebseinrichtung und die Bremseinrichtung durch den Fahrer in gewohnter Weise bedienbar. Die Notschalterfunktion kann auch beispielsweise mit dem Brems- oder Fahrpedal gekoppelt sein, so dass die automatische Haltestellenanfahrt bei plötzlichem Bremsen oder Gasgeben durch den Fahrer abgebrochen wird. Auch der Abbruch der automatischen Haltestellenanfahrt durch aktiven fahrerseitigen Lenkeingriff ist denkbar.

Die Überwachungseinheit 20 erzeugt ein Signal S_SPW, das den Zustand des Gesamtsystems wiedergibt und angibt, ob ein automatische Haltestellenanfahrt aufgrund der Fahrsituation möglich ist oder nicht.

Die Anzeigeeinheit 54 zeigt dem Fahrer das Gesamtsystem an und ob das Gesamtsystem für automatische Haltestellenanfahrt bereit ist oder nicht. Neben einer freien Haltestelle müssen sowohl die Lageerkennungseinrichtung 10 als auch die elektronischen Stelleinrichtungen 25, 26, 27 bereit sein. Dieser Bereitschaftszustand wird mit dem Signal S_BZ an die Anzeigeeinheit 54 übermittelt. Die Anzeigeeinheit 54 enthält ein Anzeigeelement 54a, das dem Fahrer angezeigt, ob eine automatische Haltestellenanfahrt möglich ist.

Claims

Verfahren zur automatischen Haltestellenanfahrt mit einem Kraftfahrzeug, wobei mit Hilfe einer Lageerkennungseinrichtung (10) die aktuelle Position des Kraftfahrzeugs in Bezug auf die Haltestelle ermittelt und in Abhängigkeit des Abstands (dx) des Kraftfahrzeugs zur Haltestelle eine Trajektorien-Fahrgeschwindigkeit (v_x,Traj) zum Erreichen der Haltestelle bestimmt wird, und wobei die Trajektorien-Fahrgeschwindigkeit (v_x,Traj) der Bestimmung wenigstens einer Fahrzeug-Sollgröße (d_x,soll, v_x,soll, a_x,soll) zugrunde gelegt wird und Stelleinheiten (25, 26, 27) im Kraftfahrzeug in der Weise betätigt werden, dass die jeweils zugeordnete Fahrzeug-Istgröße (d_x,Traj, v_x, a_x) der Fahrzeug-Sollgröße (d_x,_so _ll, v_x,soll, a_x,soll) folgt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Trajektorien-Fahrgeschwindigkeit (v_x,r_raj) gemäß der Beziehung
ermittelt wird, worin Zkonst eine vorgegebene Bremsverzögerung, tau die Reaktionszeit eines eingesetzten Regelsystems, d_x den ermittelten Abstand des Kraftfahrzeugs zur Haltestelle, dx,_H einen vorgebbaren Abstand zwischen Fahrzeug und Haltestelle im Augenblick des Anhaltens bezeichnet.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Fahrzeug-Sollgrößen längsdynamische Größen sind.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Fahrzeug-Sollgrößen querdynamische Größen sind.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Fahrzeug-Sollgröße die Fahrzeug-Sollgeschwindigkeit (v_x,soll) ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche l bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Fahrzeug-Sollgröße die Fahrzeug-Sollbeschleunigung (a_x,soll) ist.
Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Fahrzeug-Sollgröße in einer Abstandsregeleinrichtung (19) in Abhängigkeit der Trajektorien-Fahrgeschwindigkeit (V_x,Traj) ermittelt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Fahrzeug-Sollgröße in der Abstandsregeleinrichtung (19) in Abhängigkeit der Trajektorien-Beschleunigung (a_x,Traj) durch Differentiation der Trajektorien-Fahrgeschwindigkeit (v_x,Traj) ermittelt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass ein Trajektorien-Istabstand (d_x,Traj) durch Zuhilfenahme der mathematischen Integration der Trajektorien-Fahrgeschwindigkeit (v_x,Traj) bestimmt wird, wobei der Trajektorien-Istabstand (d_x,_Traj) dem Abstand zwischen dem Kraftfahrzeug und einem virtuellen, vorausfahrenden Fahrzeug entspricht, und dass in einer Abstandsregeleinrichtung (19) als einzuhaltende Sollgröße ein Sollabstand (d_x,soll) zwischen nachfolgendem Kraftfahrzeug und virtuellem, vorausfahrendem Fahrzeug vorgegeben wird.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstandsregelung eine Geschwindigkeitsregelung oder eine Beschleunigungsregelung nachgeschaltet ist, der die Ausgangsgröße der Abstandsregelung zugeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass in der Abstandsregeleinrichtung (l9) als Ausgangsgröße die Fahrzeug-Sollgeschwindigkeit (v_x _,soll) gemäß einem vorgegebenen Regelgesetz bestimmt wird, die einer nachgeschalteten Fahrgeschwindigkeitsregeleinrichtung (15) zugeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass in der Abstandsregeleinrichtung (19) als Ausgangsgröße die Fahrzeug-Sollbeschleunigung (a_x,soll) gemäß einem vorgege benen Regelgesetz bestimmt wird, die einer nachgeschalteten Beschleunigungsregeleinrichtung (18) zugeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgangsgröße der Abstandsregeleinrichtung (19) in Abhängigkeit des Trajektorien-Istabstands (d_x,Traj), der Trajektorien-Fahrgeschwindigkeit (V_x,_Traj) und/oder der Trajektorien-Beschleunigung (a_x,Txaj) ermittelt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die automatische Haltestellenanfahrt nur für den Fall möglich ist, dass ein Mindestabstand (d_x,_min) zwischen dem Kraftfahrzeug und der Haltestelle im Zeitpunkt des Verfahrensbeginns nicht unterschritten ist.
Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Mindestabstand (d_x,min) gemäß der Beziehung dx,min = dx,H + tau·νx,ES + (νx,ES 2)/(2·Zkonst) ermittelt wird, wobei d_x,H den Abstand zwischen Kraftfahrzeug und Haltestelle im Moment des Fahrzeugstillstands, tau die Reaktionszeit des Regelsystems, Z_konst das dynamische Reaktionsverhalten des Kraftfahrzeugs, v_x,_ES die Einschaltfahrgeschwindigkeit bezeichnet.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren manuell vom Fahrer aktivierbar und/oder deaktivierbar ist.
Einrichtung zur automatischen Haltestellenanfahrt mit einem Kraftfahrzeug zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 16, mit einer Lageerkennungseinrichtung (10) zur Ermittlung der aktuellen Position des Kraftfahrzeugs in Bezug auf die Haltestelle, mit einer Trajektorienplanungseinrichtung (12a, 12b) zur Bestimmung einer Trajektorien-Fahrgeschwindigkeit (v_x,Traj) in Abhängigkeit des Abstands (d_x) des Kraftfahrzeugs zur Haltestelle, wobei der Abstand (d_x) über eine Lageerkennungseinrichtung (10) zu ermitteln ist, mit einer Regelungseinrichtung (14a, 14b), in der aus der Trajektorien-Fahrgeschwindigkeit (v_x,Traj) eine Fahrzeug-Sollgröße (d_x,soll, v_x,soll, a_x,soll) sowie Stellsignale zu bestimmen sind, die Stelleinheiten (25, 26, 27) im Kraftfahrzeug zur Einstellung der Fahrzeug-Istgrößen (d_x,Traj, v_x, a_x) zuführbar sind.
Einrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, eine Anzeigeeinrichtung (54), die mit der Überwachungseinrichtung (20) zur Anzeige des Gesamtsystemzustandes und der Anzeige der Möglichkeit einer automatischen Haltestellenanfahrt aufgrund der von der Lageerkennungseinrichtung (10) ermittelten Positionsinformation (d_x,d_y) verbunden ist.