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Die vorliegende Erfindung betrifft
eine Vorrichtung und ein zugehöriges
Verfahren zur Geschwindigkeitsregelung eines Kraftfahrzeugs, wobei eine
Geschwindigkeitsregelung im Sinne einer Konstantabstandsregelung
durchgeführt
wird, falls mittels eines Radarsensors mindestens ein vorherfahrendes
Fahrzeug detektiert wurde oder eine Geschwindigkeitsregelung im
Sinne eine Konstantgeschwindigkeitsregelung durchgeführt wird,
falls mittels eines Radarsensors kein vorherfahrendes Fahrzeug detektiert
wurde. Erfindungsgemäß ist im
Fall der Konstantgeschwindigkeitsregelung die vom Geschwindigkeitsregler
maximal ausgebbare Fahrzeugbeschleunigung oder Fahrzeugverzögerung in
Abhängigkeit
der Differenz zwischen der momentanen Fahrzeuggeschwindigkeit und
der vom Fahrer gewählten
Wunschgeschwindigkeit veränderbar.
Ebenso ist im Fall der Konstantgeschwindigkeitsregelung die vom
Geschwindigkeitsregler maximal ausgebbare Fahrzeugbeschleunigung
oder Fahrzeugverzögerung
in Abhängigkeit
der absoluten momentanen Fahrzeuggeschwindigkeit veränderbar.
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Stand der
Technik
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Aus der Veröffentlichung "Adaptive Cruise Control
System Aspects and Development trends" von Winner, Witte, Uhler und Lichtenberg,
veröffentlicht
auf der SAE International Congress & Exposition, Detroit, 26.-29. Februar
1996 (SAE-paper 961010) ist eine Sende- und Empfangseinrichtung für Radarstrahlung
bekannt, die die Relativgeschwindigkeit und den Abstand eines vorausfahrenden Fahrzeugs
zu dem eigenen Fahrzeug misst und in Abhängigkeit verschiedener Messwerte,
Stellsignale für
ein leistungsbestimmendes Stellelement und die Verzögerungseinrichtungen
des Fahrzeugs ausgibt. Hierbei werden die Beschleunigungseinrichtungen sowie
die Verzögerungseinrichtungen
des Fahrzeugs derart angesteuert, dass die Längsdynamikregelung des Fahrzeugs
fest vorgegebene Beschleunigungswerte und Verzögerungswerte nicht überschreiten kann.
Derartige Systeme sind als Komfortsysteme zur Fahrerunterstützung gedacht,
so dass gewisse Verzögerungswerte
von beispielsweise 2,5 m/s2 oder maximale
Beschleunigswerte nicht überschritten werden
können,
um das Fahrzeug nicht zu stark zu beschleunigen oder zu verzögern, was
den Komfort dieses Fahrerunterstützungsmittels
beeinträchtigen würde.
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Kern und Vorteile
der Erfindung
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Kern der vorliegenden Erfindung ist
es, die vom Geschwindigkeitsregler maximal ausgebbare Fahrzeugbeschleunigung
oder Fahrzeugverzögerung
so zu gestalten, dass in bestimmten Situationen erhöhte Beschleunigungs-
und Verzögerungswerte möglich sind,
jedoch diese Werte nicht für
jede Fahrzeugsituation gelten. Ziel ist es, die maximal vom Geschwindigkeitsregler
ausgebbare Beschleunigung und/oder Verzögerung situationsabhängig zu
begrenzen. Erfindungsgemäß wird dieses
durch die Merkmale der unabhängigen
Ansprüche
gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen ergeben sich aus
den Unteransprüchen.
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Vorteilhafterweise wird die maximal
vom Geschwindigkeitsregler ausgebbare Fahrzeugbeschleunigung oder
Fahrzeugverzögerung
in Abhängigkeit
der Differenz zwischen der momentanen Fahrzeuggeschwindigkeit und
der vom Fahrer gewählten
Wunschgeschwindigkeit veränderbar
gestaltet.
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Weiterhin ist es vorteilhaft, dass
die momentane Fahrzeuggeschwindigkeit die vom Tachometer angezeigte
Geschwindigkeit ist. Da der Tachometer der Geschwindigkeitsanzeige
des Fahrzeugs in den meisten Fällen
nicht die exakte Geschwindigkeit anzeigt, wird vorteilhafterweise
die vom Tachometer angezeigte Geschwindigkeit als Regelgröße verwendet,
wodurch Regelabweichungen bei eingeregeltem Zustand vermieden werden.
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Weiterhin ist es vorteilhaft, dass
bei größerer Differenz
zwischen momentaner Fahrzeuggeschwindigkeit und vom Fahrer gewählter Wunschgeschwindigkeit
die vom Geschwindigkeitsregler maximal ausgebbare Fahrzeugbeschleunigung
oder Fahrzeugverzögerung
größer ist,
als bei kleinerer Geschwindigkeitsdifferenz. Betätigt der Fahrer beispielsweise die
Setzgeschwindigkeitseingabe derart, dass die Wunschgeschwindigkeit
schnell auf wesentlich höhere
Werte hochgesetzt wird, so ist die Geschwindigkeitsdifferenz groß, was einem
hohen Dynamikwunsch des Fahrers entspricht, wodurch es vorteilhaft
ist, dass in diesem Fall die maximal vom Geschwindigkeitsregler
ausgebbare Fahrzeugbeschleunigung oder Fahrzeugverzögerung ebenfalls erhöht wird.
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Vorteilhafterweise ist die vom Geschwindigkeitsregler
maximal ausgebbare Fahrzeugbeschleunigung oder Fahrzeugverzögerung zusätzlich in
Abhängigkeit
der Fahrzeuggeschwindigkeit veränderbar.
Hierdurch wird erreicht, dass bei hohen Fahrzeugabsolutgeschwindigkeiten
der Geschwindigkeitsregler nicht die Längsdynamik zur Verfügung stellen
kann, wie bei niedrigen Fahrzeugabsolutgeschwindigkeiten, da hierdurch
ein Sicherheitsrisiko in der Handhabung eines derartigen Fahrerassistenzsystems
entstehen können.
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Weiterhin ist es vorteilhaft, dass
bei hoher Fahrzeuggeschwindigkeit die vom Geschwindigkeitsregler
maximal ausgebbare Fahrzeugbeschleunigung geringer ist, als bei
niedriger Fahrzeuggeschwindigkeit. Dadurch wird erreicht, dass ein
Fahrzeug, das bereits mit hoher Geschwindigkeit fährt und
durch den Geschwindigkeitsregler weiter beschleunigt werden soll,
die mögliche
Fahrzeugbeschleunigung nicht derart groß werden kann wie bei kleineren
Fahrzeugabsolutgeschwindigkeiten, da ansonsten der Fahrer das Gefühl erhalten
könnte,
das System nicht mehr kontrollieren zu können.
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Weiterhin ist es vorteilhaft, dass
bei hoher Fahrzeuggeschwindigkeit die vom Geschwindigkeitsregler
maximal ausgebbare Fahrzeugverzögerung größer ist,
als bei niedriger Fahrzeuggeschwindigkeit. Hierdurch wird erreicht,
dass bei einer hohen Fahrzeuggeschwindigkeit das Fahrzeug stärker verzögern kann
als bei niedrigen Geschwindigkeiten, da durch die hohe Geschwindigkeit
in bestimmten Situationen ein größerer Verzögerungsbedarf
entstehen kann, als dies bei niedrigeren Absolutgeschwindigkeiten
entstehen könnte.
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Von besonderer Bedeutung ist die
Realisierung des erfindungsgemäßen Verfahrens
in der Form eines Steuerelements, das für ein Steuergerät einer adaptiven
Abstands- bzw. Geschwindigkeitsregelung eines Kraftfahrzeugs vorgesehen
ist. Dabei ist auf dem Steuerelement ein Programm gespeichert, dass auf
einem Rechengerät,
insbesondere auf einem Mikroprozessor oder Signalprozessor ablauffähig und zur
Ausführung
des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignet
ist. In diesem Fall wird also die Erfindung durch ein auf dem Steuerelement
abgespeichertes Programm realisiert, so dass dieses mit dem Programm
versehene Steuerelement in gleicher Weise die Erfindung darstellt,
wie das Verfahren, zu dessen Ausführung das Programm geeignet
ist. Als Steuerelement kann insbesondere ein elektrisches Speichermedium
zur Anwendung kommen, beispielsweise ein Read-Only-Memory.
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Weitere Merkmale, Anwendungsmöglichkeiten
und Vorteile der Erfindung, ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung
von Ausführungsbeispielen
der Erfindung, die in den Figuren der Zeichnung dargestellt sind.
Dabei bilden alle beschriebenen oder dargestellten Merkmale für sich oder
in beliebiger Kombination den Gegenstand der Erfindung, unabhängig von
ihrer Zusammenfassung in den Patentansprüchen oder deren Rückbeziehung
sowie unabhängig
von ihrer Formulierung bzw. Darstellung in der Beschreibung bzw.
in den Zeichnungen.
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Zeichnungen
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Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der
Erfindung anhand von Zeichnungen erläutert. Es zeigt
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1 ein
Ausführungsbeispiel
der erfindungsgemäßen Vorrichtung,
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2 ein
erstes Kennliniendiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens und 3 ein zweites Kennliniendiagramm
des erfindungsgemäßen Verfahrens.
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Beschreibung
von Ausführungsbeispielen
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In 1 ist
ein Ausführungsbeispiel
der erfindungsgemäßen Vorrichtung
dargestellt. Zu erkennen ist die Längsdynamikregeleinrichtung 1,
die die adaptive Abstands- und Geschwindigkeitsregelung in Abhängigkeit
von Eingangsgrößen durchführt. Die Längsdynamikregelungseinrichtung 1 verfügt unter anderem über eine
Eingangsschaltung 2, mittels der der Längsdynamikregelungseinrichtung 1 Eingangssignale
zugeführt
werden. Der Eingangsschaltung 2 werden unter anderem Objektsignale 4 von
einer Sende- und Empfangseinrichtung für Radarstrahlung 3 zugeführt. Der
Radarsensor 3 sendet Mikrowellenstrahlung aus, die an vorherfahrenden
Fahrzeugen und Objekten im Erfassungsbereich reflektiert werden
und vom Radarsensor 3 wieder empfangen werden. Aus diesen
empfangenen Signalen wird für
jedes der erkannten Objekte im Sensorerfassungsbereich mindestens
die Relativgeschwindigkeit der Objekte, der Abstand der Objekte
sowie der Azimutwinkel der Objekte bestimmt und diese Daten als
Objektsignale 4 der Eingangsschaltung 2 zugeführt. Weiterhin
ist vorgesehen, der Eingangsschaltung 2, Bediensignale 6 zuzuführen, die
von einer Bedien- und Steuereinrichtung 5 stammen. Die
Bedien- und Steuereinrichtung 5 wird durch den Fahrer betätigt und
erzeugt Bediensignale 6, durch die der Fahrer den adaptiven
Abstands- und Geschwindigkeitsregler in Betrieb nehmen kann, sowie
Einstellungen und Veränderungen
zum Betrieb des adaptiven Abstands- und Geschwindigkeitsreglers
vornehmen kann. Weiterhin ist es vorgesehen, der Eingangsschaltung
ein Geschwindigkeitssignal 8 zuzuführen, dass von einer Geschwindigkeitsermittlungseinrichtung 7 stammt. Die
Geschwindigkeitsermittlungseinrichtung 7 kann beispielsweise
von einem Antiblockiersteuergerät oder
einem Fahrdynamikregelungssteuergerät stammen, das die tatsächliche
Fahrzeuggeschwindigkeit ermittelt. Weiterhin ist es möglich, als
Geschwindigkeitsermittlungseinrichtung 7 die Geschwindigkeitsanzeige
im Armaturenbrette des Fahrzeugs zu verwenden, da bei den meisten
Fahrzeugen die angezeigte Geschwindigkeit nicht mit der tatsächlichen Geschwindigkeit übereinstimmt.
Durch die Verwendung der angezeigten Geschwindigkeit als momentane
Fahrzeuggeschwindigkeit ergibt sich der Vorteil, dass Regelabweichungen
bei eingeregeltem Zustand vermieden werden, da bei einer Regelung
mit der tatsächlichen
Geschwindigkeit eine Abweichung durch die Tachoanzeige entstehen
würde.
Weiterhin können
der Eingangsschaltung 2 weitere Signale zugeführt werden,
die für
die Stellsignalermittlung notwendig sind. Die der Eingangsschaltung 2 zugeführten Signale
werden mittels einer Datenaustauscheinrichtung 9 einer
Recheneinrichtung 10 zugeführt, die aus den Eingangssignalen,
Stellsignale ermittelt. Aus den Eingangsdaten wird bestimmt, ob
ein vorherfahrendes Fahrzeug erkannt wurde und in Abhängigkeit der
vorgegebenen Einstellungen diesem Fahrzeug in einem konstanten Abstand
gefolgt werden soll. Hat die Umfelderfassungseinrichtung 3 kein
vorherfahrendes Fahrzeug erkannt, so wird eine Konstantgeschwindigkeitsregelung
durchgeführt,
wobei eine vom Fahrer eingegebene Wunschgeschwindigkeit eingeregelt
wird. Die von der Recheneinrichtung 10 ermittelten Stellsignale
werden über
eine Datenaustauscheinrichtung 9 einer Ausgangsschaltung 11 zugeführt, die
Stellsignale an nachgeordnete Einrichtungen ausgibt. So gibt die
Ausgangsschaltung 11 ein Beschleunigungsanforderungssignal 13 oder
ein Momentananforderungssignal 13, an ein leistungsbestimmendes
Stellelement 12 einer Brennkraftmaschine aus. Als leistungsbestimmendes
Stellelement kann beispielsweise eine elektrisch betätigbare
Drosselklappe oder eine elektrisch ansteuerbare Kraftstoffmengenzumesseinrichtung,
beispielsweise in Form eines Kraftstoffinjektors vorgesehen sein.
Im Fall, dass in Abhängigkeit
der erkannten vorherfahrenden Fahrzeuge, eine positive Ausgangsleistung der
Brennkraftmaschine erforderlich ist, um das Fahrzeug gemäß der Konstantgeschwindigkeitsregelung
oder der Konstantabstandsregelung zu führen, wird ein Stellsignal 13 an
dieses leistungsbestimmte Stellelement 12 ausgegeben, um
die erforderlich Motorleistung zu erhalten. Im Fall, dass der adaptive
Abstands- und Geschwindigkeitsregler 1 die Notwendigkeit
einer Fahrzeugverzögerung
erkannt hat, wird über
die Ausgangsschaltung 11 ein Verzögerungsanforderungssignal 15 an
die Verzögerungseinrichtungen 14 des
Fahrzeugs ausgegeben. Als Verzögerungseinrichtungen 14 sind
insbesondere elektrisch ansteuerbare Bremssysteme aber auch andere
Verzögerungsmittel,
wie ein Retarder oder eine Motorbremse denkbar. In bislang bekannten
Systemen, ist die maximale vom Geschwindigkeitsregler 1 ausgebbare
Beschleunigung sowie die maximal vom Geschwindigkeitsregler ausgebbare
Verzögerung
jeweils auf einen Maximalwert begrenzt. Dies liegt daran, dass der
Geschwindigkeitsregler 1 ein reines Komfortsystem darstellen
soll und daher zu abrupte Beschleunigungen oder Verzögerungen
vermieden werden sollen. Verändert
der Fahrer während
dem Betriebsfall der Konstantgeschwindigkeitsregelung die Setzgeschwindigkeit
abrupt nach oben, resultiert hieraus eine Beschleunigungsanforderung
des Geschwindigkeitsreglers 1. Erfindungsgemäß wird die maximal
vom Geschwindigkeitsregler ausgebbare Beschleunigungsanforderung
variabel gestaltet und in Abhängigkeit
der Differenz zwischen der vom Fahrer gewünschten Setzgeschwindigkeit
und der momentanen Fahrzeuggeschwindigkeit variiert. Verändert der
Fahrer die Setzgeschwindigkeit rasch nach oben, so wünscht der
Fahrer auch eine deutlich erhöhte
Beschleunigungsdynamik im Gegensatz zu Fahrten bei unveränderter
oder nur langsam erhöhter Wunschgeschwindigkeit.
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In 2 ist
ein erstes Kennliniendiagramm zur Bestimmung der variabel gestalteten
maximalen Beschleunigungs- oder Verzögerungsanforderung dargestellt.
Auf der Abszisse 16 ist die Größe vDiff aufgetragen, die die
Differenz zwischen der vom Fahrer gewünschten Setzgeschwindigkeit
vSetz und der momentanen Fahrzeuggeschwindigkeit vFzg darstellt.
vDiff berechnet sich zu vDif=vSetz – vFzg, also bei positiven
Werten von vDiff ist eine Beschleunigung gewünscht, bei negativen Werten
von vDiff ist eine Verzögerung
des Fahrzeugs notwendig. Auf der Ordinate 17 ist ein Faktor
aufgetragen, der Werte zwischen +1 und –1 annehmen kann. Bei kleinen
Geschwindigkeitsdifferenzen (v3 < vDiff < v1), wird der Faktor
zu 0 ausgegeben, da bei kleinen Werten vDiff keine Beschleunigungsdynamik
gewünscht
wird. Hat vDiff positive Werte zwischen v1 und v2, so wird beispielsweise
in linearem Zusammenhang ein Faktorwert zwischen 0 und 1 bestimmt.
Bei positiven Geschwindigkeitsdifferenzen, die größer als
v2 sind (vDiff > v2),
sieht die Kennlinie eine Sättigung
vor, indem der Faktor maximal 1 annehmen kann. Bei negativen, Geschwindigkeitsdifferenzen
(vDiff<0), die betragsmäig kleiner
als v3 sind (vDiff < v3),
was einer dynamischen Verzögerungsanforderung
des Geschwindigkeitsreglers 1 entspricht (v4 < vDiff < v3), sieht die
Kennlinie einen Bereich 19 vor, der linear mit Faktorwerten
zwischen 0 und –1
verknüpft
ist. Bei betragsmäßig großen, negativen
Werten vDiff, also großen
Verzögerungsanforderungen
des Geschwindigkeitsreglers 1 (vDiff < v4), ist ebenfalls wie im positiven
Diagrammzweig eine Sättigung
vorgesehen, so dass der Faktor nicht kleiner als –1 werden
kann.
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In 3 ist
weiterführend
die Zuordnung der Beschleunigung a bzw. der Verzögerung d in Abhängigkeit
des nach 2 bestimmten
Faktors dargestellt. Auf der Abszisse der 3 ist wieder der Faktor 17 aufgetragen.
Die Ordinate ist in 3 in
zwei Halbachsen unterteilt. Zum einen ist auf der nach oben gerichteten
Halbachse 20 die Beschleunigung a aufgetragen, zum anderen
auf der nach unten gerichteten Halbachse 21, die Verzögerung d
aufgetragen. Ebenfalls wäre
es denkbar, Verzögerungen
als negative Beschleunigungen anzusehen und die Halbachse 21 als
negative Halbachse der Beschleunigungsachse anzusehen. Beträgt der nach 2 ermittelte Faktor 0, so
ist eine Beschleunigung bzw. eine Verzögerung innerhalb der Werte
aMin bzw. dMin möglich,
was einer geringen Längsgeschwindigkeitsdynamik
entspricht. Diese geringe Längsdynamik
ist im Falle, dass vDiff nur eine geringe Geschwindigkeitsdifferenz
darstellt, vorgesehen. Bei Geschwindigkeitsdifferenzen vDiff die
zwischen v1 und v2 liegen, also in einem Bereich in dem eine dynamische
Beschleunigung gewünscht
ist, ergeben sich Faktorwerte zwischen 0 und 1, was durch den Kennlinienabschnitt 22 berücksichtigt
wird. Bei Faktorwerten zwischen 0 und 1 wird demnach eine maximal
mögliche
Beschleunigung des Geschwindigkeitsreglers zwischen aMin und aMax
eingestellt, so dass der Fahrer entsprechend dem Wert vDiff eine variable Beschleunigungsanforderung
a erhält.
Bei Geschwindigkeitsdifferenzen vDiff > v2 beträgt der Faktor gleich 1, was
der maximal möglichen
Höchstbeschleunigung
aMax entspricht. Entsprechend verhält es sich für Verzögerungen
d. Bei kleinen Geschwindigkeitsdifferenzen vDiff, bei denen die
Setzgeschwindigkeit geringer ist als die momentane Fahrzeuggeschwindigkeit
(vDiff ist negativ) und der betragsmäßige Geschwindigkeitsunterschied
kleiner v3 ist, ist eine maximale Verzögerung bis dMin möglich. Bei
betragsmäßig größeren Geschwindigkeitsunterschieden,
bei denen die Setzgeschwindigkeit kleiner ist als die momentane
Fahrzeuggeschwindigkeit (v4 < vDiff < v3), ergibt sich
ein Faktor zwischen 0 und –1,
was nach dem Kennlinienabschnitt 23 in einer maximal möglichen
Verzögerung
d, zwischen dMin und dMax resultiert. Bei extremen Verzögerungsanforderungen
(vDiff < v4), beträgt der Faktor –1 und die
Verzögerung
ist auf diesen maximalen Verzögerungswert
dMax begrenzt.
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In 2 und 3 sind lineare Kennlinienabschnitte 18, 19, 22, 23 vorgesehen,
es ist jedoch auch möglich,
diese linearen Kennlinienabschnitte durch Treppenfunktionen, Sprünge, e-Funktionen oder
Polynome höherer
Ordnung zu ersetzen. Ebenfalls müssen
die Kennlinien der 2 und 3 nicht ursprungssymmetrisch
sein, es ist auch möglich
die positiven und negativen Kennlinienteile beliebig zu gestalten.