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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 Beschleunigungswerte 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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Die Offenlegungsschrift
EP 1 167 108 A1 zeigt ein Geschwindigkeitssteuersystem für ein Fahrzeug, wobei das System eine Wunschbeschleunigung für das Fahrzeug als einen vorgegebenen Prozentsatz von der Differenz zwischen der momentanen Fahrzeuggeschwindigkeit und einer von einem Nutzer vorgegebenen Geschwindigkeit berechnet.
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Die Offenlegungsschrift
US 2002/0095254 A1 zeigt ein Geschwindigkeitssteuersystem, wobei eine Beschleunigung abhängig von einer momentanen Fahrzeuggeschwindigkeit ist.
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Die Offenlegungsschrift
US 2002/0107629 A1 zeigt ein Geschwindigkeitssteuersystem, wobei eine Beschleunigung abhängig von einer momentanen Fahrzeuggeschwindigkeit ist.
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Die Patentschrift
US 6,311,117 B1 zeigt ein Geschwindigkeitssteuersystem, wobei eine Wunschbeschleunigung abhängig von einer Differenz zwischen einer momentanen Fahrzeuggeschwindigkeit und einer von einem Nutzer vorgegebenen Geschwindigkeit ist.
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Die Offenlegungsschrift
DE 196 54 769 A1 zeigt ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Fahrzeugsteuerung bzw. -regelung.
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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 Verzögerungsituationsabhängig 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
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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, de 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.
