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Stand der Technik
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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Auffahrschutz bei Kraftfahrzeugen, die einen Befehlsgeber zur Ausgabe eines ersten Stellbefehls an das Antriebssystem des Fahrzeugs aufweist, wobei der erst Stellbefehl ein vom Fahrer gewünschtes Antriebsdrehmoment repräsentiert, mit einem vorn am Fahrzeug angeordneten Abstandssensor zur Messung des Abstands zu einem Hindernis, einer Vergleichseinrichtung zum Vergleich des gemessenen Abstands mit einem vorgegebenen Mindestabstand und mit einer Ausgabeeinrichtung zur Ausgabe eines vom Vergleichsergebnis abhängigen zweiten Stellbefehls an das Antriebssystem.
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Für Kraftfahrzeuge sind sogenannte ACC-Systeme (Adaptive Cruise Control) bekannt, die es gestatten, mit Hilfe eines Abstandssensors, beispielsweise eines Radarsensors, den Abstand zu einem vorausfahrenden Fahrzeug zu messen und die Geschwindigkeit des eigenen Fahrzeugs automatisch so anzupassen, daß ein geeigneter Sicherheitsabstand zu dem vorausfahrenden Fahrzeug eingehalten wird. Der Sicherheitsabstand ist zeitabhängig und wird über eine Zeitlücke definiert, die den zeitlichen Abstand angibt, in dem die beiden Fahrzeuge denselben Punkt auf der Fahrbahn passieren. Das Radarsystem ist in der Lage, zwischen Fahrzeugen auf der eigenen Fahrspur und Fahrzeugen auf Nebenspuren zu unterscheiden. Wenn mehrere Fahrzeuge auf der eigenen Fahrspur geortet werden, so wird das unmittelbar vorausfahrende Fahrzeug, das das relevanteste Hindernis darstellt, als Zielobjekt ausgewählt. Wenn kein Hindernis auf der eigenen Fahrspur geortet wird, erfolgt eine Geschwindigkeitsregelung auf eine zuvor vom Fahrer gewählte Wunschgeschwindigkeit. Während des Betriebs eines solchen ACC-Systems braucht deshalb der Fahrer den typischerweise durch ein Gaspedal gebildeten Befehlsgeber nicht zu betätigen.
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Andererseits hat der Fahrer bei diesen Systemen jedoch jederzeit die Möglichkeit, das Abstandsregelsystem zu übersteuern, indem er das Gaspedal betätigt. Diese Übersteuerungsfunktion wird dadurch realisiert, daß zwischen den beiden Stellbefehlen für das Antriebssystem, die einerseits vom Gaspedal und anderseits vom ACC-System geliefert werden, eine Maximum-Auswahl stattfindet.
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Neben ACC-Systemen sind auch Geschwindigkeitsbegrenzer bekannt, die nur die Funktion haben, die Geschwindigkeit des Fahrzeugs auf eine zuvor vom Fahrer gewählte Grenzgeschwindigkeit zu begrenzen. Der vom Fahrer durch Betätitung des Gaspedal erzeugte Stellbefehl wird dann unwirksam, sobald die Geschwindigkeit des Fahrzeugs die Grenzgeschwindigkeit erreicht.
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EP 0 976 627 A1 beschreibt einen Bremskraftregler, bei dem ein von einem Abstandssensor erzeugtes Bremskraftsignal mit einem vom Fahrer eingegebenen Bremskraftsignal verknüpft wird.
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Vorteile der Erfindung
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Durch die in Patentanspruch 1 angegebene Erfindung wird eine Vorrichtung geschaffen, die bei Annäherung des eigenen Fahrzeugs an ein vorausfahrendes Fahrzeug oder ein sonstiges Hindernis zuverlässig ein zu dichtes Auffahren verhindert, insbesondere auch dann, wenn der Fahrer, beispielsweise aus Unachtsamkeit, das Gaspedal weiter gedrückt hält. Diese Auffahrschutzvorrichtung muß nicht notwendigerweise die Funktionalität eines ACC-Systems aufweisen, kann jedoch mit einem herkömmlichen ACC-System kombiniert werden.
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Die Auffahrschutzfunktion wird bei einer Vorrichtung der eingangs genannten Art erreicht durch eine Minimumauswahleinrichtung, die den kleineren der beiden Stellbefehle an das Antriebssystem weiterleitet. Im Normalfall wird die Beschleunigung und damit letztlich die Geschwindigkeit des Fahrzeugs vom Fahrer durch Betätigung des Gaspedals bestimmt. Wenn vom Absandssensor ein Hindernis, beispielsweise ein vorausfahrendes Fahrzeug geortet wird, so erzeugt die Ausgabeeinrichtung einen zweiten Stellbefehl für das Antriebssystem des Fahrzeugs. Dieser Stellbefehl entspricht einem Drehmoment des Antriebssystems, das so vom gemessenen Abstand abhängig ist, daß der vorgesehene Mindestabstand eingehalten oder wiederhergestellt wird. Wenn der Istabstand den Mindestabstand zu unterschreiten droht, sorgt die Minimumauswahleinrichtung dafür, daß anstelle des über das Gaspedal eingegebenen ersten Stellbefehls der zweite Stellbefehl wirksam wird und somit das Fahrzeug weniger stark beschleunigt oder notfalls auch verzögert wird. Der Fahrer kann dann zwar durch Loslassen des Gaspedals das Fahrzeug noch stärker verzögern, er kann jedoch im Gegensatz zu herkömmlichen ACC-Systemen die Auffahrschutzfunktion nicht dadurch übersteuern, daß er das Gaspedal gedrückt hält oder stärker niederdrückt. Auf diese Weise ist auch bei einem Fehlverhalten des Fahrers ein wirksamer Auffahrschutz sichergestellt.
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Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Bevorzugt hat der Fahrer auch bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung die Möglichkeit, die Auffahrschutzfunktion zu übersteuern, allerdings nicht durch einfache Betätigung des Gaspedals, sondern nur durch einen sogenannten Kickdown, also ein vollständiges Durchtreten des Gaspedals. Dies wird dadurch erreicht, daß bei Kickdown die Auffahrschutzfunktion ausgesetzt wird, z. B. dadurch, daß der zweite Stellbefehl auf einen Maximalwert erhöht wird, der mindestens gleich dem maximal möglichen Wert des über das Gaspedal eingegebenen ersten Stellbefehls ist. Auf diese Weise gewinnt der Fahrer die uneingeschränkte Kontrolle über die Längsführung des Fahrzeugs zurück, so daß er beispielsweise einen Überholvorgang einleiten kann. Vorzugsweise bleibt die Auffahrschutzfunktion so lange ausgesetzt, bis der vom Abstandssensor gemessene Abstand den vorgesehenen Mindestabstand überschreitet. Beispielsweise kann bei einem Überholvorgang die Überschreitung des Mindestabstands dadurch zustande kommen, daß der Fahrer die Spur wechselt und somit das überholte Fahrzeug nicht mehr als Zielobjekt erfaßt wird. Erst wenn ein neues Zielobjekt geortet wird, z. B. ein auf der Überholspur fahrendes Fahrzeug, und dessen Abstand auf den Mindestabstand abnimmt, wird die Auffahrschutzfunktion wieder aktiviert. Auf diese Weise ist sichergestellt, daß der Fahrer nach einem Kickdown die Kontrolle über das Fahrzeug auch dann behält, wenn er das Gas wieder zurücknimmt.
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Bei Fahrzeugen mit Automatikgetriebe hat der Kickdown in bekannter Weise zugleich die Wirkung, daß das Schaltprogramm des Getriebes verändert wird, um ein zügigeres Beschleunigen des Fahrzeugs zu ermöglichen.
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Um abrupte Übergänge zu vermeiden, ist die erfindungsgemäße Vorrichtung vorzugsweise so ausgelegt, daß die Aktivierung und Inaktivierung der Auffahrschutzfunktion mit einer gewissen Hysterese erfolgt und/oder die Änderung des zweiten Stellbefehls bei Aktivierung und ggf. auch bei Inaktivierung der Auffahrschutzfunktion nur mit einer begrenzten Änderungsrate erfolgt. Wahlweise kann auch die Änderungsrate des Stellbefehls begrenzt werden, der letztlich, nach der Minimumauswahl, an das Antriebssystem weitergeleitet wird.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform der Vorrichtung ist auch ein Eingriff in das Bremssystem des Fahrzeugs möglich, wenn die durch den zweiten Stellbefehl repräsentierte Verzögerung des Fahrzeugs kleiner ist als die Verzögerung, die durch das Bremsmoment des Antriebssystems erreichbar ist.
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Zeichnung
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
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Es zeigen:
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1 eine schematische Darstellung eines Kraftfahrzeugs mit einer erfindungsgemäßen Auffahrschutzvorrichtung;
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2 ein Blockdiagramm der Auffahrschutzvorrichtung;
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3 ein Zustandsdiagramm zur Erläuterung der Funktionsweise der Auffahrschutzvorrichtung; und
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4 ein Zeitdiagramm zur Erläuterung der Wirkungsweise der Vorrichtung.
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Beschreibung des Ausführungsbeispiels
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In 1 ist ein Kraftfahrzeug 10 gezeigt, bei dem im Bereich der vorderen Stoßstange ein Abstandssensor 12, beispielsweise ein Radarsensor eingebaut ist. Dem Radarsensor 12 ist eine Auswerteeinheit zugeordnet, die wie bei bekannten ACC-Systemen die Abstände und Relativgeschwindigkeiten der georteten Objekte mißt und ein unmittelbar vor dem Fahrzeug 10 auf dessen Fahrspur befindliches Hindernis als Zielobjekt auswählt. Dessen Abstands- und Geschwindigkeitsdaten werden über einen Datenbus 14, beispielsweise einen CAN-Bus an eine Steuereinheit 16 übermittelt, die beispielsweise durch einen Mikroprozessor gebildet wird. Der Datenbus 14 verbindet die Steuereinheit 16 außerdem mit dem Antriebssystem 18 des Fahrzeugs, dem Bremssystem 20, einem durch das Gaspedal des Fahrzeugs gebildeten Befehlsgeber 22 sowie mit einer am Armaturenbrett des Fahrzeugs installierten Bedieneinheit 24. Die Bedieneinheit 24 dient zum Ein- und Ausschalten der Funktionen der Steuereinhein 16, zur Einstellung von Parametern, beispielsweise zum Einstellen einer Zeitlücke, die den zu einem vorausfahrenden Fahrzeug einzuhaltenden Mindestabstand bestimmt, sowie zur Anzeige oder sonstigen Ausgabe von Zustandsmeldungen, Warnsignalen und dergleichen an den Fahrer.
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Die oben beschriebenen Systemkomponenten bilden zusammen eine Auffahrschutzvorrichtung, die in 2 als Blockdiagramm dargestellt ist.
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Vom Befehlsgeber 22 erhält die Steuereinheit 16 ein erstes Befehlssignal Mfw, das der Betätigung des Gaspedals entspricht und somit das vom Fahrer gewünschte Antriebsdrehmoment repräsentiert.
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Der Abstandssensor 12 meldet den gemessenen Abstand D des ausgewählten Zielobjekts an eine Vergleichseinrichtung 26, die im gezeigten Beispiel in der Steuereinheit 16 implementiert ist. Die Vergleichseinheit 26 vergleicht den Abstand D mit einem Mindestabstand Dmin, der durch die an der Bedieneinheit 24 eingestellte Zeitlücke bestimmt ist, und gibt die Differenz d = D – Dmin an ein Zustandsmodul 28 aus. Das Zustandsmodul 28 generiert ein Signal adLim, das einen von der Differenz d und dem jeweiligen Systemzustand abhängigen oberen Grenzwert für die Beschleunigung des Fahrzeugs repräsentiert.
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In einer Minimumauswahleinrichtung 30 wird das Signal adLim durch Minimumauswahl mit weiteren Grenzwerten verknüpft, die von anderen Steuerungskomponenten des Fahrzeugs erzeugt werden. Im gezeigten Beispiel erfolgt nur eine Verknüpfung mit einem Grenzwert avLim, der von einem Geschwindigkeitsbegrenzer 32 zur Begrenzung der Höchstgeschwindigkeit des Fahrzeugs erzeugt wird. Das Resultat aLim, also das Minimum aus adLim und avLim, wird einerseits an eine Ausgabeeinrichtung 34 und andererseits an ein Bremsmodul 36 weitergeleitet.
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Die Ausgabeeinrichtung 34 rechnet den Beschleunigungsgrenzwert aLim anhand bekannter fahrdynamischer Gleichungen in ein zweites Befehlssignal Md um. Dieses zweite Befehlssignal Md repräsentiert das Antriebsdrehmoment, das dem Beschleunigungsgrenzwert aLim entspricht. Die Befehlssignale Mfw und Md werden einer Minimumauswahleinrichtung 38 zugeführt, die das kleinere der beiden Befehlssignale auswählt und als endgültiges Befehlssignal M an das Antriebssystem 18 weiterleitet.
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Wenn das zweite Befehlssignal Md größer ist als das durch die Gaspedalbetätigung bestimmte erste Befehlssignal Mfw, wird somit das Antriebsdrehmoment des Fahrzeugs in üblicher Weise durch den Fahrer mit Hilfe des Gaspedals bestimmt. Wenn jedoch die Differenz zwischen dem gemessenen Abstand D zu einem vorausfahrenden Fahrzeug und dem Mindestabstand Dmin anzeigt, daß eine Unterschreitung des Mindestabstands droht, so wird das Antriebsdrehmoment durch das zweite Befehlssignal Md begrenzt, damit ein zu dichtes Auffahren auf das vorausfahrende Fahrzeug verhindert wird.
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Wenn die Reduzierung des Antriebsdrehmoments nicht ausreicht, den Mindestabstand Dmin einzuhalten oder wiederherzustellen, d. h., wenn aLim negativ ist und das mit Hilfe des Antriebssystems 18 maximal erzeugbare Verzögerungsmoment des Fahrzeugs um mehr als einen bestimmten Schwellenwert unterschreitet, so erzeugt das Bremsmodul 36 ein Bremssignal B, das in seiner Höhe dem negativen Wert von aLim entspricht und das an das Bremssystem 20 des Fahrzeugs ausgegeben wird, um das Fahrzeug aktiv zu bremsen.
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Wenn das Fahrzeug aktiv gebremst oder das Antriebsdrehmoment durch das zweite Befehlssignal Md begrenzt wird, so kann dies z. B. durch Aufleuchten einer Signallampe der Bedieneinrichtung 24 angezeigt werden, damit für den Fahrer plausibel ist, weshalb das Fahrzeug nicht mehr in der erwarteten Weise auf die Betätigung des Gaspedals reagiert. Wahlweise kann auch ein akustisches Warnsignal ausgegeben werden, um den Fahrer auf die Gefahrensituation aufmerksam zu machen, so daß er ggf. ein Ausweichmanöver einleiten kann.
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In 3 ist die Funktionsweise des Zustandsmoduls 28 illustriert. Im Normalfall, wenn vom Abstandssensor 12 kein Hindernis geortet wird oder wenn der gemessene Abstand D deutlich größer ist als der Mindestabstand Dmin, befindet sich das Modul in einem Bereitschaftszustand 40. In diesem Zustand ist adLim auf einen Wert aMax gesetzt, der nicht keiner ist als der vom Befehlsgeber 22 maximal erzeugbare Wert des ersten Befehlssignals Mfw. Dadurch ist sichergestellt, daß die Minimumauswahleinrichtung 38 auf jeden Fall das erste Befehlssignal Mfw weiterleitet, d. h. die Auffahrschutzfunktion ist unwirksam. Wenn die Differenz d zwischen dem Abstand D und dem Mindestabstand Dmin kleiner wird als ein bestimmter Schwellenwert Th, beispielsweise 15 m, so geht das Zustandsmodul 18 aus dem Bereitschaftszustand 40 in einen Übergangszustand 42 über, wie durch den Pfeil 44 in 3 symbolisiert wird. Im Übergangszustand 42 wird adLim schrittweise, beispielsweise in Intervallen von 1 ms, um ein bestimmtes Dekrement Dec verringert. Bei Eintritt in den Übergangszustand hat adLim noch den Wert aMax (adLim(1) = aMax). In den folgenden Schritten wird dann jeweils der aktuelle Wert adLim(n) um Dec vermindert. Der Übergangszustand 42 wird verlassen, sobald adLim auf einen Wert abgenommen hat, der kleiner ist als das Produkt aus einem konstanten oder variablen Systemparameter P (> 0) und der Differenz d. Das Zustandsmodul geht dann in den aktiven Zustand 46 über, wie durch den Pfeil 48 symbolisiert wird. Im aktiven Zustand wird adLim dann auf dem Wert P·d gehalten. Da jedoch d in Abhängigkeit vom gemessenen Abstand D variabel ist und sowohl positive als auch negative Werte annehmen kann, ist auch adLim variabel und kann ebenfalls positive und negative Werte annehmen. adLim repräsentiert somit bei positiven Werten eine maximale Beschleunigung des Fahrzeugs und bei negativen Werten eine Mindestverzögerung des Fahrzeugs, jeweils proportional zu der Differenz d zwischen dem gemessenen Abstand D und dem Mindestabstand dMin. Die dadurch bewirkte Verzögerung oder Verringerung der Beschleunigung des Fahrzeugs führt dazu, daß der Abstand d wieder zunimmt und die Differenz d wieder positive und zunehmend größere Werte annimmit. Wenn d wieder den Schwellenwert Th überschreitet, geht das System wieder in den Bereitschaftszustand 40 über, wie durch den Pfeil 50 symbolisiert wird. adLim wird dann wieder auf den hohen Wert aMax gesetzt, so daß die Beschleunigung des Fahrzeugs wieder durch die Gaspedalstellung bestimmt wird.
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Falls der Fahrer das Gaspedal beim Durchlaufen des Übergangszustands 42 und des aktiven Zustands 46 nicht zurückgenommen hat, wird das Fahrzeug wieder beschleunigen, und das System wird möglicherweise wieder in den Übergangszustand 42 übergehen. Da im Übergangszustand adLim jedoch nur allmählich verringert wird, führt dies noch nicht sofort wieder zu einer spürbaren Verzögerung des Fahrzeugs. Auf diese Weise wird somit bei den Zustandswechseln eine gewisse Hysterese erreicht. Wahlweise läßt sich eine solche Hysterese auch dadurch erreichen, daß für den Übergang gemäß Pfeil 50 aus dem aktiven Zustand 46 in den Bereitschaftszustand 40 anstelle des Schwellenwertes Th ein etwas größerer Schwellenwert gewählt wird.
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Es kann auch vorkommen, daß die Bedingung d > Th bereits im Übergangszustand 42 erreicht wird. In diesem Fall kehrt das System aus dem Übergangszustand 42 direkt in den Bereitschaftszustand 40 zurück, wie in 3 durch den Pfeil 52 symbolisiert wird.
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Durch einen Kickdown geht das System aus dem Übergangszustand 42 oder dem aktiven Zustand 46 in einen Haltezustand 54 über (Pfeile 56 und 58 in 3). Im Haltezustand 54 ist adLim auf den hohen Wert aMax gesetzt. Das System bleibt in dem Haltezustand, bis die Differenz d wieder über den Schwellenwert Th zugenommen hat und geht erst dann wieder in den Bereitschaftszustand 40 über (Pfeil 60), aus dem ein erneuter Eintritt in den Zwischenzustand 42 möglich ist.
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In 4 ist die Wirkungsweise des oben beschriebenen Systems anhand eines Beispiels illustriert. Die Kurve 62 ist die Weg-zeit-Kurve des Fahrzeugs 10, und die Kurve 64 ist die Weg-zeit-Kurve eines vorausfahrenden Fahrzeugs, das vom Abstandssensor 12 als Zielobjekt geortet wurde. Die Kurve 66 in 4 repräsentiert den geschwindigkeitsabhängigen Mindestabstand Dmin, und die Kurve 68 repräsentiert den um den Schwellenwert Th vergrößerten Mindestabstand. Im unteren Diagramm in 4 ist der zeitliche Verlauf des durch die Gaspedalbetätigung bestimmten ersten Stellbefehls Mfw in durchgezogenen Linien und der zeitliche Verlauf des abstandsabhängigen zweiten Stellbefehls Md gestrichelt eingezeichnet. Das Minimum dieser beiden Stellbefehle, das dem tatsächlich an die Antriebseinheit 18 ausgegebenen Antriebsdrehmoment entspricht, ist durch Fettdruck hervorgehoben. Mit M0 ist das Antriebsdrehmoment bezeichnet, das die Roll- und Luftwiderstandsverluste des Fahrzeugs 10 ausgleicht und somit der Fahrzeugbeschleunigung 0 entspricht.
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Im gezeigten Beispiel hält der Fahrer das Gaspedal zunächst in einer konstanten Position, und dementsprechend hat die Kurve Mfw in 4 die Form einer waagerechten Geraden. Bei dieser Gaspedalstellung wird das Fahrzeug 10 beschleunigt, so daß das Fahrzeug 10 auf das vorausfahrende Fahrzeug auffährt. Der Abstand D und die Differenz d nehmen daher ab.
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Zum Zeitpunkt t1 hat der Abstand d auf den Schwellenwert Th abgenommen. Das Zustandsmodul 28 geht daher in den Übergangszustand 42 über und adLim sowie der daraus gebildete zweite Stellbefehl Md werden linear verringert. Auf das tatsächliche Antriebsdrehmoment bleibt dies jedoch zunächst ohen Einfluß, da Md noch größer ist als Mfw. Erst zum Zeitpunkt t2 nimmt Md unter Mfw ab, und das Antriebsdrehmoment des Fahrzeugs wird nun durch Md bestimmt. Dementsprechend nimmt die Beschleunigung des Fahrzeugs ab, obgleich der Fahrer das Gaspedal weiter gedrückt hält. Der Wert adLim wird weiter verringert, und erreicht schließlich den Wert P·d, der zur Differenz d proportional ist. Damit geht das Zustandsmodul 28 in den aktiven Zustand 46 über, und adLim und Md werden nun proportional zu der Differenz d variiert.
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Zum Zeitpunkt t3 sinkt der Abstand D unter Dmin, und d wird negativ. Dementsprechend sinkt auch Md unter M0, und von nun an wird das Fahrzeug 10 verzögert, um den Abstand D allmählich wieder auf den Mindestabstand Dmin zu vergrößern.
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Im gezeigten Beispiel entscheidet sich jedoch der Fahrer kurz vor dem Zeitpunkt t4, das vorausfahrende Fahrzeug zu überholen. Um die Kontrolle über das Antriebssystem zurückzugewinnen, drückt der Fahrer das Gaspedal ganz durch (Kickdown) was in 4 anhand eines Peaks in der Kurve Mfw zu erkennen ist. Damit geht das Zustandsmodul 28 in den Haltezustand 54 über, und adLim wird wieder auf aMax gesetzt. Das Antriebsdrehmoment wird nun wieder durch Mfw bestimmt, und das Fahrzeug beschleunigt. Obgleich der Fahrer das Gaspedal wieder etwas zurücknimmt, bleibt Mfw der bestimmende Stellbefehl.
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Zum Zeitpunkt t5 wird das vorausfahrende Fahrzeug überholt. Da dieses Fahrzeug nun nicht mehr vom Abstandssensor 12 erfaßt wird, nimmt der gemessene Abstand D und damit auch die Differenz d zu, und das Zustandsmodul geht gemäß Pfeil 60 wieder in den Bereitschaftszustand 40 über. Somit ist die Auffahrschutzfunktion wieder aktivierbar, falls das Fahrzeug 10 nun zu dicht auf ein auf der Überholspur fahrendes Fahrzeug auffahren sollte.
