DE112013002757T5

DE112013002757T5 - Fahrzeugsteuereinheit

Info

Publication number: DE112013002757T5
Application number: DE112013002757.7T
Authority: DE
Inventors: c/o Hitachi Automotive Systems Shimizu Ryosuke; c/o Kyushu University Nation Kawabe Taketoshi; c/o Kyushu University Nationa Mukai Masakazu
Original assignee: Hitachi Automotive Systems Ltd
Current assignee: Hitachi Astemo Ltd
Priority date: 2012-05-30
Filing date: 2013-05-30
Publication date: 2015-08-13
Also published as: WO2013180206A1; JP2013248925A; US20150307100A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung schafft eine Fahrzeugsteuereinheit, die das Verhalten des Trägerfahrzeugs und des vorausfahrenden Fahrzeugs gemäß der eingegebenen Straßenform unter Verwendung der Massenmodelle des Trägerfahrzeugs und des vorausfahrenden Fahrzeugs vor dem Bestimmen der Beschleunigung des Trägerfahrzeugs auf der Basis des Ergebnisses des Fahrermodells und der Verhaltensvorhersage vorhersagt. Die unbeabsichtigte Beschleunigung des Fahrers und die zweistufige Verlangsamung können dadurch weniger häufig sein. Und der Algorithmus, den die Fahrzeugsteuereinheit besitzt, schwächt die Wahrnehmung der Unannehmlichkeit, die vom Fahrer gespürt wird, ab. Die Fahrzeugsteuereinheit ermöglicht ferner die Geschwindigkeitsregelung beim Einhalten des beabsichtigten Fahrbetriebs des Fahrers, während die Sicherheit gewährleistet wird, selbst wenn sowohl die adaptive Geschwindigkeitsregelung (ACC) als auch die Verlangsamungssteuerung vor einer Kurve gleichzeitig durchgeführt werden sollen.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Fahrzeugsteuereinheit zum Steuern eines Fahrzeugs.
Stand der Technik
Das Patentdokument 1 offenbart eine Fahrzeugfahrbetriebs-Unterstützungsvorrichtung zum Verlangsamen eines Trägerfahrzeugs während der Fahrt auf einer gekrümmten Straße, um die Sicherheit zu gewährleisten. Diese Vorrichtung gewährleistet die Sicherheit im Fahrbetrieb durch Steuern der Verlangsamung unter Verwendung der Straße mit dem kleinsten Kurvenradius auf der kommenden gekrümmten Straße als Steuerzielpunkt. Überdies offenbart das Patentdokument 2 eine Verlangsamungssteuertechnik, die dazu ausgelegt ist, den Beschleunigungs- oder Verlangsamungsvorgang des Fahrers zu lesen, und die einstellt, wenn die Verlangsamung vor einer Kurve gesteuert werden soll. Wenn diese Technik verwendet wird, wird der Aktivierungszeitpunkt gemäß dem Beschleunigungs- oder Verlangsamungsvorgang des Fahrers geändert. Daher entspricht der beabsichtigte Fahrbetrieb des Fahrers dem Steuerzeitpunkt mehr als wenn eine existierende Technik verwendet wird, was folglich die Wahrnehmung einer Unannehmlichkeit, die vom Fahrer gespürt wird, abschwächt. Insbesondere wird die Fahrzeugfahrbetriebs-Unterstützungsvorrichtung, die dazu ausgelegt ist, ein Fahrzeug vor einer Kurve zu verlangsamen, in Kombination mit einer adaptiven Geschwindigkeitsregelung (ACC) verwendet, was es möglich macht, die Beschleunigung und Verlangsamung des Trägerfahrzeugs gemäß dem Verhalten des vorausfahrenden Fahrzeugs, der Änderung der eingestellten Fahrzeuggeschwindigkeit und der Krümmungsbedingung der Fahrstraße zu steuern, ohne dass der Fahrer das Fahrpedal oder die Bremse betätigt.
Dokumente des Standes der Technik
Patentdokumente

Patentdokument 1: JP-2005-329896-A
Patentdokument 2: JP-2004-230946-A

Zusammenfassung der Erfindung
Von der Erfindung zu lösendes Problem
Die im Patentdokument 1 offenbarte Vorrichtung steuert die Verlangsamung für den Steuerzielpunkt auf einer Straße, was es unmöglich macht, das Fahrzeug gemäß der Straßenform bis zu und über den Steuerzielpunkt hinaus zu beschleunigen oder zu verlangsamen.
Eine Technik, die dazu ausgelegt ist, die Wahrnehmung einer Unannehmlichkeit, die von einem Fahrer gespürt wird, abzuschwächen, ist als Gegenmaßnahme gegen dieses Problem unter Verwendung der im Patentdokument 2 beschriebenen Verlangsamungssteuertechnik bekannt. Die Verwendung dieser Technik auf einer s-förmig gekrümmten Straße verursacht jedoch, dass eine Verlangsamungssteuerung über die Fahrpedalbetätigung früher startet, wenn das Fahrzeug in eine zweite Kurve nach dem Verlassen einer ersten einfährt. Wenn ein Fahrzeug auf einer s-förmig gekrümmten Straße fährt und wenn der Fahrer das Fahrzeug manövriert, verlangsamt folglich das Fahrzeug, wenn es in die erste Kurve einfährt, beschleunigt, wenn es die erste Kurve verlässt, und verlangsamt, wenn es in die zweite Kurve einfährt. Dagegen wird die Beschleunigung des Fahrzeugs schwächer, wenn das Fahrzeug die erste Kurve verlässt, was zu einer schlechteren Wahrnehmung von Unannehmlichkeit, die vom Fahrer gespürt wird, führt.
Wenn die Technik in Kombination mit ACC verwendet wird, beschleunigt oder verlangsamt das vorausfahrende Fahrzeug unterdessen zu einem anderen Zeitpunkt, als wenn das Trägerfahrzeug gemäß einer Kurve verlangsamt. Bei einer zweistufigen Verlangsamung, bei der das Trägerfahrzeug vor einer Kurve verlangsamt, unmittelbar nachdem es eine Verlangsamungssteuerung durchgeführt hat, um einen Fahrzeug-Fahrzeug-Abstand aufrechtzuerhalten, infolge der Verlangsamung des vorausfahrenden Fahrzeugs, muss daher der Fahrer des Trägerfahrzeugs im Fall des Verlusts der Sicht des vorausfahrenden Fahrzeugs nicht einen Fahrzeug-Fahrzeug-Abstand berücksichtigen. Folglich versucht das Trägerfahrzeug auf eine eingestellte Fahrzeuggeschwindigkeit zu beschleunigen, wonach das Trägerfahrzeug unmittelbar an der Kurve verlangsamt, was folglich zu einer wiederholten Beschleunigung und Verlangsamung führt. In einer solchen Situation verursachen die herkömmlichen Techniken eine Wahrnehmung von Unannehmlichkeit für den Fahrer.
Folglich ist es wahrscheinlich, dass der Fahrer, der sich durch die Unterstützungsfunktion gestört gefühlt, die das Fahrzeug vor einer Kurve verlangsamt, die Unterstützungsfunktion deaktiviert, was die Unterstützungsfunktion unfähig macht, als Sicherheitsvorrichtung zu dienen.
Angesichts des Vorangehenden wurde ein Tempomat verlangt, der die Wahrnehmung einer Unannehmlichkeit, die vom Fahrer gespürt wird, abschwächt, um Sicherheit zu gewährleisten.
Mittel zum Lösen des Problems
Um das obige Problem zu lösen, umfasst eine Fahrzeugsteuereinheit gemäß der vorliegenden Erfindung ein Trägerfahrzeug-Geschwindigkeitsdetektionsmittel, ein Mittel zur Detektion der eingestellten Geschwindigkeit, ein Fahrzeug-Fahrzeug-Abstands-Detektionsmittel, ein Straßenformdetektionsmittel, ein Mittel zur Vorhersage des Verhaltens des vorausfahrenden Fahrzeugs, ein Pseudofahrkurven-Erzeugungsmittel, ein Zielbeschleunigungserzeugungsmittel und ein Beschleunigungs-/Verlangsamungsmittel. Das Trägerfahrzeug-Geschwindigkeitsdetektionsmittel detektiert die Geschwindigkeit eines Trägerfahrzeugs. Das Mittel zur Detektion der eingestellten Geschwindigkeit detektiert die von einem Fahrer eingestellte Geschwindigkeit. Das Fahrzeug-Fahrzeug-Abstands-Detektionsmittel detektiert einen Abstand zwischen dem Trägerfahrzeug und einem vorausfahrenden Fahrzeug. Das Straßenformdetektionsmittel detektiert eine Kurvenform einer Straße, auf der das Trägerfahrzeug fährt. Das Mittel zur Vorhersage des Verhaltens des vorausfahrenden Fahrzeugs berechnet das Verhalten des vorausfahrenden Fahrzeugs gemäß dem Fahrzeug-Fahrzeug-Abstand, der aus dem Detektionsergebnis des Fahrzeug-Fahrzeug-Abstands-Detektionsmittel erhalten wird, und der Trägerfahrzeuggeschwindigkeit, die durch das Trägerfahrzeug-Geschwindigkeitsdetektionsmittel erhalten wird. Das Pseudofahrkurven-Erzeugungsmittel berechnet eine Pseudofahrkurve gemäß der Kurvenform der Straße, die von der Detektion durch das Straßenformdetektionsmittel erhalten wird. Das Zielbeschleunigungserzeugungsmittel berechnet die Beschleunigung, die die Wahrnehmung der Unannehmlichkeit abschwächt, die vom Fahrer gespürt wird, aus dem Verhalten des vorausfahrenden Fahrzeugs, das vom Mittel zur Vorhersage des Verhaltens des vorausfahrenden Fahrzeugs erhalten wird, der Pseudofahrkurve, die durch das Pseudofahrkurven-Erzeugungsmittel erhalten wird, und der eingestellten Geschwindigkeit, die durch das Mittel zur Detektion der eingestellten Geschwindigkeit erhalten wird. Das Beschleunigungs-/Verlangsamungsmittel steuert die Beschleunigung des Trägerfahrzeugs auf der Basis der Beschleunigung, die durch das Zielbeschleunigungserzeugungsmittel erhalten wird.
In der Fahrzeugsteuereinheit gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst das Zielbeschleunigungserzeugungsmittel ferner einen Beschleunigungsfaktor, der dazu ausgelegt ist, das Verhalten innerhalb einer gegebenen Zeitdauer vorherzusagen, um die Beschleunigung zu unterdrücken, die im Trägerfahrzeug innerhalb der gegebenen Zeitdauer stattfindet.
In der Fahrzeugsteuereinheit gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst das Zielbeschleunigungserzeugungsmittel ferner einen Querbeschleunigungsfaktor, der dazu ausgelegt ist, das Verhalten innerhalb einer gegebenen Zeitdauer vorherzusagen, um eine Querbeschleunigung zu unterdrücken, die im Trägerfahrzeug innerhalb der gegebenen Zeitdauer stattfindet.
In der Fahrzeugsteuereinheit gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst das Zielbeschleunigungserzeugungsmittel ferner einen Faktor für die eingestellte Fahrzeuggeschwindigkeit, der dazu ausgelegt ist, das Verhalten innerhalb einer gegebenen Zeitdauer vorherzusagen, um die Diskrepanz zwischen der eingestellten Fahrzeuggeschwindigkeit und der Trägerfahrzeuggeschwindigkeit zu unterdrücken.
In der Fahrzeugsteuereinheit gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst das Zielbeschleunigungserzeugungsmittel ferner einen Fahrzeug-Fahrzeug-Zeitfaktor, der dazu ausgelegt ist, das Verhalten innerhalb einer gegebenen Zeitdauer vorherzusagen, um eine übermäßige Annäherung an ein vorausfahrendes Fahrzeug zu unterdrücken.
Überdies betrachtet in der Fahrzeugsteuereinheit gemäß der vorliegenden Erfindung der Querbeschleunigungsfaktor ein Fahrermodell auf der Basis eines Vorwärtsbeobachtungsabstandes und übt eine Steuerung unter Berücksichtigung des möglichen Auftretens einer Querbeschleunigung vor einer Änderung des Kurvenradius aus, um einen Zeitpunkt eines Lenkvorgangs des Fahrers an einen Zeitpunkt der Verlangsamungssteuerung anzupassen.
Die vorliegende Patentbeschreibung umfasst die in der Patentbeschreibung und/oder den Zeichnungen der japanischen Patentanmeldung 2012-123629 beschriebenen Inhalte, die die Prioritätsbasis der vorliegenden Anmeldung ist.
Vorteile der Erfindung
Die vorliegende Erfindung steuert den Betrag und das wiederholte Auftreten der Beschleunigung oder Querbeschleunigung, die Diskrepanz zwischen der eingestellten Fahrzeuggeschwindigkeit und der Trägerfahrzeuggeschwindigkeit, die übermäßige Annäherung an das vorausfahrende Fahrzeug und passt den Zeitpunkt des Lenkvorgangs des Fahrers an den Zeitpunkt der Verlangsamungssteuerung an, um die Fahrzeugfahrt in einer solchen Weise zu steuern, dass die Wahrnehmung einer Unannehmlichkeit, die vom Fahrer gespürt wird, abgeschwächt wird, während die Sicherheit gewährleistet wird.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
1 stellt schematisch ein gesamtes Fahrzeug dar, in dem eine Fahrzeugsteuereinheit gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet wird.
2 stellt ein Funktionsblockdiagramm der Fahrzeugsteuereinheit gemäß der vorliegenden Erfindung dar.
3 stellt eine Szene dar, in der ein Trägerfahrzeug einem vorausfahrenden Fahrzeug folgt.
4 stellt eine s-förmig gekrümmte Fahrstraße dar.
5 stellt das Verhalten eines Fahrzeugs dar, wenn das Fahrzeug mit einer eingestellten Geschwindigkeit von 60 km/h und mit einer Querbeschleunigung von ±0,1 m/s² oder weniger fährt.
6(1) bis 6(4) stellen nacheinander den Fortschritt des Zustandes des Trägerfahrzeugs, das in eine Kurve einfährt, während es dem vorausfahrenden Fahrzeug folgt, wenn der Stand der Technik verwendet wird, dar.
7 stellt das Verhalten des Fahrzeugs dar, das in eine Kurve einfährt, während es dem vorausfahrenden Fahrzeug folgt (die durchgezogene Linie stellt das Verhalten des durch einen gewöhnlichen Fahrer gefahrenen Fahrzeugs dar, und die gestrichelte Linie stellt das Fahrzeugverhalten dar, wenn die Steuertechnik des Standes der Technik verwendet wird).
8 stellt den Zustand dar, in dem eine Verlangsamung mehrere Male stattfindet.
9 stellt das Auftreten einer Verlangsamung infolge der Änderung des Vorhersagebereichs dar.
10 stellt die Aufhebung der Verlangsamung infolge der Änderung des Vorhersagebereichs dar.
11 stellt Wellenformen dar, in denen ein Vorwärtsbeobachtungsmodell als Sigmoid verwendet wird.
Art der Ausführung der Erfindung
Eine Beschreibung einer Art der Ausführung der vorliegenden Erfindung wird nachstehend mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen gegeben.
1 ist ein Beispiel eines Fahrzeugsystems, in dem eine Fahrzeugsteuereinheit gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet wird. Eine Fahrzeugsteuereinheit 100 überträgt zu einer Kraftmaschinen-Steuereinheit 600 eine Straßenform, die von einem Navigationssystem 400 erhalten wird, einen Fahrzeug-Fahrzeug-Abstand, der von einer Stereokamera 200 erhalten wird, und eine vom Fahrer angeforderte eingestellte Fahrzeuggeschwindigkeit, die von einem Lenkschalter 300 erhalten wird, was folglich ermöglicht, dass die Reifen Antriebskräfte über eine Kraftmaschine 610 und ein Getriebe 620 erzeugen und das Trägerfahrzeug beschleunigen.
Ferner überträgt die Fahrzeugsteuereinheit 100 einen ähnlich berechneten Fluiddruck zu einer Bremssteuereinheit 700, was folglich ermöglicht, dass Bremsaktuatoren 710 bis 713, die an vorderen und hinteren linken und rechten Rädern befestigt sind, Fluiddrücke erzeugen und das Trägerfahrzeug verlangsamen. Dann sind diese Steuereinheiten und Sensoren unter Verwendung eines CAN 800 miteinander verbunden, was folglich ermöglicht, dass sie Informationen miteinander austauschen.
2 stellt ein Funktionsblockdiagramm der Fahrzeugsteuereinheit 100 dar. Die Fahrzeugsteuereinheit 100 erhält eine eingestellte Fahrzeuggeschwindigkeit von einem Signal, das über das CAN 800 geliefert wird, unter Verwendung eines Detektors 130 für die eingestellte Geschwindigkeit. Ebenso erhält die Fahrzeugsteuereinheit 100 eine Trägerfahrzeuggeschwindigkeit unter Verwendung eines Trägerfahrzeug-Geschwindigkeitsdetektors 150, einen Fahrzeug-Fahrzeug-Abstand unter Verwendung eines Fahrzeug-Fahrzeug-Abstands-Detektors 120 und einen Kurvenradius unter Verwendung eines Straßenformdetektors 140. Ferner berechnet die Fahrzeugsteuereinheit 100 die Geschwindigkeit des vorausfahrenden Fahrzeugs auf der Basis der Trägerfahrzeuggeschwindigkeit und des Fahrzeug-Fahrzeug-Abstandes, die vorstehend erhalten wurden, unter Verwendung eines Rechners 125 für die Geschwindigkeit des vorausfahrenden Fahrzeugs.
Die Fahrzeugsteuereinheit 100 berechnet die Zielbeschleunigung auf der Basis der eingestellten Fahrzeuggeschwindigkeit, der Trägerfahrzeuggeschwindigkeit, der Geschwindigkeit des vorausfahrenden Fahrzeugs, des Fahrzeug-Fahrzeug-Abstandes und des Kurvenradius, die vorstehend erhalten wurden, unter Verwendung einer Modellvorhersage-Steuereinheit 110, die einen Kraftmaschinendrehmoment-Befehlswert über einen Kraftmaschinendrehmoment-Rechner 160 erzeugt und den Befehlswert an das CAN 800 ausgibt. Ebenso erzeugt die Fahrzeugsteuereinheit 100 einen Bremsdruck aus der Zielbeschleunigung über einen Bremsdruckrechner 170, um den Bremsdruck an das CAN 800 auszugeben.
3 ist ein Diagramm zum Beschreiben von Bezugszeichen, die verwendet werden, um die Fahrzeugsteuerung auszuüben. Die Trägerfahrzeuggeschwindigkeit ist als v_h, die Geschwindigkeit des vorausfahrenden Fahrzeugs als v_p, die Fahrposition des Trägerfahrzeugs als x_h, die Fahrposition des vorausfahrenden Fahrzeugs als x_p und der Kurvenradius der Fahrstraße als R definiert.
Die in 1 gezeigte Fahrzeugsteuereinheit erhält v_h von einem Fahrzeuggeschwindigkeitssensor, x_p – x_h von einer Stereokamera, und x_h und R von einem Navigationssystem. Die Fahrzeugsteuereinheit misst die Änderung von x_p – x_h, das von der Stereokamera erhalten wird, unter Verwendung einer Steuereinheit, wobei sie eine relative Geschwindigkeit durch Dividieren der Änderung des Abstandes durch die Zeit berechnet. Die Fahrzeugsteuereinheit berechnet v_p durch Addieren der relativen Geschwindigkeit zu v_h. Dann erhält die Fahrzeugsteuereinheit die eingestellte Geschwindigkeit v_i vom Lenkschalter. Die Beschleunigung u_h des Trägerfahrzeugs wird durch Differenzieren von v_h wie folgt erhalten: u_h = v ._h ... Definition der Beschleunigung
Ferner wird R als Funktion der Position dargestellt. Daher wird R mit einer Sigmoid-Funktion dargestellt, wie nachstehend gezeigt, und als Argumentfunktion verwendet:
Hier stellt r_n den maximalen Kurvenradius dar, α_n den Betrag der Änderung des Kurvenradius, start_n stellt die Startposition der Kurve dar, end_n stellt die Endposition der Kurve dar und alle von ihnen werden durch den Straßenformdetektor festgelegt.
Als nächstes wird eine Beschreibung eines Beispiels eines Problems gegeben, das von der Verwendung der Vorkurven-Beschleunigungssteuerung und ACC in Kombination begleitet ist, wobei die Beschreibung mit Bezug auf ein Diagramm stattfindet.
4 stellt eine s-förmig gekrümmte Fahrstraße mit einem Kurvenradius R₁ an einem Punkt X₁, der 150 m ist, und einem Kurvenradius R₄ an einem Punkt X₄, der 100 m ist, dar. 5 stellt das Verhalten eines Fahrzeugs dar, wenn das Fahrzeug auf dieser gekrümmten Straße mit einer eingestellten Geschwindigkeit von 60 km/h und mit einer Querbeschleunigung von ±0,1 m/s² oder weniger fährt.
Am Punkt X₁ muss das Fahrzeug mit einer Geschwindigkeit von 44,09 km/h oder weniger am Punkt X₁ und mit einer Geschwindigkeit von 36,00 km/h oder weniger am Punkt X₄ fahren. In einem solchen Fall wird, wenn das Fahrzeug in einer solchen Weise fährt, dass eine Beschleunigung und Verlangsamung unterdrückt wird, ein Beschleunigungs-/Verlangsamungsvorgang durchgeführt, um die Fahrzeuggeschwindigkeit zu erreichen, wie in der Geschwindigkeitswellenform 1 von 5 gezeigt. Um mit einer Geschwindigkeit nahe der eingestellten Fahrzeuggeschwindigkeit zu fahren, wird ferner ein Beschleunigungs-/Verlangsamungsvorgang durchgeführt, um die Fahrzeuggeschwindigkeit zu erreichen, wie in der Geschwindigkeitswellenform 2 gezeigt. Dagegen führt der Fahrer einen Beschleunigungs-/Verlangsamungsvorgang, wie in der Geschwindigkeitswellenform 3, einer Wellenform zwischen den Geschwindigkeitswellenformen 1 und 2, gezeigt, in einer solchen Weise durch, dass die Fahrzeuggeschwindigkeit nahe die eingestellte Geschwindigkeit gebracht wird, während das Auftreten einer Beschleunigung und Verlangsamung minimiert wird.
Dann löst die Fahrzeugsteuereinheit gemäß der vorliegenden Erfindung das Problem der optimalen Steuerung gemäß den nachstehend gezeigten Auswertungsfunktionen, um den Beschleunigungs-/Verlangsamungsvorgang in Einklang mit der Geschwindigkeitswellenform 3 durchzuführen, wobei folglich u_h(t) berechnet wird, das die Auswertungsfunktionen minimiert. Eine Beschreibung der Details der Auswertungsfunktionen wird nachstehend einzeln gegeben.
Eine Funktion f_accel, die dazu ausgelegt ist, die Geschwindigkeitswellenform 1 zu berechnen, während das Auftreten einer Beschleunigung und Verlangsamung im Trägerfahrzeug unterdrückt wird, ist durch die folgende Formel definiert: f_accel(u_h) = |u_h| ... Absolutwert der Beschleunigung
f_accel weist durch Annehmen eines Beschleunigungsabsolutwerts einen Wert auf und bewegt sich von null, dem Minimalwert, weg, wenn eine Beschleunigung oder Verlangsamung auftritt. Daher gibt f_accel an, dass es am besten ist, keine Beschleunigung oder Verlangsamung durchzuführen.
Die Funktion f_spd, die dazu ausgelegt ist, die Geschwindigkeitswellenform 2 zu berechnen, indem die Fahrzeuggeschwindigkeit nahe die eingestellte Geschwindigkeit gebracht wird, ist durch die folgende Formel definiert: f_spd(v_h, v_t) = |v_t – v_h| ... Absolutwert der Fahrzeuggeschwindigkeitsabweichung
f_spd weist durch Annehmen des Absolutwerts der Differenz zwischen der eingestellten Fahrzeuggeschwindigkeit V_i und der Trägerfahrzeug-Geschwindigkeit v_h einen Wert auf und bewegt sich von null weg, wenn die Trägerfahrzeuggeschwindigkeit von der eingestellten Fahrzeuggeschwindigkeit abweicht. Daher gibt f_spd an, dass es am besten ist, mit der Trägerfahrzeuggeschwindigkeit gleich der eingestellten Fahrzeuggeschwindigkeit zu fahren.
Die Funktion f_rg', die verwendet wird, um eine Einschränkung aufzuerlegen, dass ein Fahrzeug mit einer Querbeschleunigung von ±0,1 m/s² oder weniger fahren sollte, ist durch die folgende Formel definiert:
f_rg' stellt die Querbeschleunigung dar, die während der Fahrt auf einer gekrümmten Straße auftritt, und zeigt, dass das Auftreten der Querbeschleunigung durch Halten des Werts von f_rg' auf ±0,1 m/s² oder weniger gesteuert wird. Wenn in einer Kurve gefahren wird, beginnt ferner ein gewöhnlicher Fahrer, drei bis vier Sekunden, bevor sich der Kurvenradius ändert, auf der Basis eines Vorwärtsbeobachtungsfahrermodells zu lenken, was folglich eine Querbeschleunigung früher als die Änderung von R verursacht. Daher wird die folgende Änderung am Querbeschleunigungsfaktor durchgeführt:
f_rg basiert auf dem Vorwärtsbeobachtungsfahrermodell, da ihre Positionsfunktion von jener von f_rg' um 3,5 Sekunden verschoben ist. Dies macht es möglich, den Zeitpunkt des Auftretens der Querbeschleunigung an jenen des Auftretens der Verlangsamung anzupassen.
Das Kombinieren der obigen Funktionen schafft die folgende Auswertungsfunktion: L(u_h, x_h, v_h) = w_accel·f_accel(u_h) + w_spd·f_spd(v_h, v_t)
W_accel und W_spd sind beliebige Konstanten, die in einer solchen Weise festgelegt werden, dass die Geschwindigkeitswellenform 3 durch Erzielen eines Gleichgewichts zwischen f_accel und f_spd eingestellt wird. f_accel wird erhöht, um die Geschwindigkeitswellenform 3 nahe die Geschwindigkeitswellenform 1 zu bringen. f_spd wird erhöht, um die Geschwindigkeitswellenform 3 nahe die Geschwindigkeitswellenform 2 zu bringen.
Ferner wird das Folgende als Einschränkung festgelegt: f_rg(x_h, v_h) ≦ 1[m/s²]
Die obere Grenze der Querbeschleunigung wird als Einschränkung bestimmt, wobei somit die Geschwindigkeit während der Fahrt in einer Kurve innerhalb Grenzen gehalten wird und Fahrsicherheit gewährleistet wird.
Ferner wird das Folgende als weitere Einschränkung festgelegt: f_accel(u_h) ≦ 2[m/s²]
Die obere Grenze der Beschleunigung wird als Einschränkung bestimmt, wobei folglich eine plötzliche Verlangsamung oder Beschleunigung über die Begrenzungen der Aktuatoren hinaus verhindert wird, um Fahrsicherheit zu gewährleisten.
u_h(t) wird berechnet, die die obige Auswertungsfunktion minimiert, während die obigen zwei Einschränkungen erfüllt werden. Dies stellt eine minimale Wahrnehmung einer Unannehmlichkeit, die vom Fahrer gespürt wird, während der Fahrt, während die Sicherheit gewährleistet wird, als Einschränkungen sicher.
6(1) bis 6(4) stellen nacheinander den Fortschritt der Bedingungen des Trägerfahrzeugs, das in eine Kurve einfährt, während es dem vorausfahrenden Fahrzeug folgt, wenn der Stand der Technik verwendet wird, dar. In 6(1) folgt das Trägerfahrzeug, das mit einer eingestellten Geschwindigkeit von 60 km/h fährt, dem vorausfahrenden Fahrzeug, das auf einer geraden Straße mit 50 km/h fährt. In 6(2) verlangsamt als nächstes das vorausfahrende Fahrzeug auf 40 km/h, wenn es in eine Kurve einfährt. In Reaktion darauf führt das Trägerfahrzeug eine Verlangsamungssteuerung durch, um auf 40 km/h zu verlangsamen.
In 6(3) verliert ferner das Trägerfahrzeug die Sicht des vorausfahrenden Fahrzeugs über den Bereich von Sensordetektionswinkeln hinaus auf der gekrümmten Straße. Daher beschleunigt die Fahrzeugsteuereinheit gemäß dem Stand der Technik das Trägerfahrzeug auf die eingestellte Geschwindigkeit von 60 km/h. In 6(4) verlangsamt dann das Trägerfahrzeug auf 40 km/h, um die Querbeschleunigung in einer Kurve zu unterdrücken, was folglich zu einer wiederholten Beschleunigung und Verlangsamung führt und verursacht, dass der Fahrer eine Wahrnehmung einer Unannehmlichkeit erfährt.
Ein gewöhnlicher Fahrer berücksichtigt dagegen die Anwesenheit einer kommenden Kurve und hält innerhalb Grenzen die Beschleunigung aufrecht, unmittelbar nachdem er unfähig geworden ist, das vorausfahrende Fahrzeug mit Sensoren zu detektieren, wobei folglich langsam verlangsamt wird, um in einer Kurve mit 40 km/h zu fahren.
7 stellt mit einer durchgezogenen Linie das Verhalten des Fahrzeugs dar, das von einem gewöhnlichen Fahrer gefahren wird, der in eine Kurve einfährt, während er dem vorausfahrenden Fahrzeug folgt, und stellt mit einer gestrichelten Linie das Fahrzeugverhalten dar, wenn die Steuertechnik des Standes der Technik verwendet wird. Hier ist die Tatsache beachtenswert, dass nach dem Detektieren der Anwesenheit einer kommenden Kurve, die eine Verlangsamung erfordert, der gewöhnliche Fahrer umfassend eine Beurteilung hinsichtlich Faktoren des relativen Abstandes zum und der relativen Geschwindigkeit des vorausfahrenden Fahrzeugs durchführt und vom Punkt X₂ bis zum Punkt X₃ nicht beschleunigt.
Um den Beschleunigungsfaktor einzuschränken, kann die Fahrzeugsteuereinheit gemäß der vorliegenden Erfindung dann die Beschleunigung innerhalb Grenzen halten, selbst wenn das vorausfahrende Fahrzeug aus der Sicht verloren wird, solange eine Kurve, die eine Verlangsamung erfordert, detektiert wurde.
Die Funktion f_crush ist durch die folgende Formel definiert, um das Folgen dem vorausfahrenden Fahrzeug zu steuern und die Fahrzeug-Fahrzeug-Zeit zum vorausfahrenden Fahrzeug aufrechtzuerhalten:
f_crush gibt die Zeit an, die es dauert, um die Position des vorausfahrenden Fahrzeugs zu erreichen. Der Bremsweg des Trägerfahrzeugs wird durch Schaffen einer gegebenen Zeitdauer oder mehr, um die Position des vorausfahrenden Fahrzeugs zu erreichen, sichergestellt. Daher wird die folgende Formel zusätzlich für die Zeit zum Erreichen der Position des vorausfahrenden Fahrzeugs als Einschränkung für die obige Auswertungsfunktion definiert: f_crush(x_h, v_h, x_p) > 2[s]
Durch Hinzufügen dieser Einschränkung ist es möglich, die Beschleunigung zu vermeiden, die zu einer Fahrzeug-Fahrzeug-Zeit von zwei Sekunden oder weniger führen könnte, und die Verlangsamungssteuerung durchzuführen, selbst wenn die Fahrzeug-Fahrzeug-Zeit vorübergehend kurz wird, beispielsweise aufgrund dessen, dass ein vorausfahrendes Fahrzeug in die Linie einschert, wobei folglich die Fahrsicherheit gewährleistet wird.
Die obige Auswertungsfunktion wird in die Fahrzeugsteuereinheit 100, die in 2 gezeigt ist, integriert, um die Probleme der optimalen Steuerung zu lösen. Es sollte jedoch beachtet werden, dass es schwierig ist, dass eine am Fahrzeug montierte Vorrichtung das Problem der optimalen Steuerung für den Fahrtstartpunkt bis zum erreichten Punkt in einer kurzen Zeitdauer löst, da alle Straßenformen und alle Verhaltensweisen von anderen Fahrzeugen zur Vorrichtung zugeführt werden müssen. Daher müssen die Probleme der optimalen Steuerung kontinuierlich in Echtzeit gelöst werden. Daher ist es erwünscht, eine Modellvorhersagesteuerung zu verwenden.
Die Modellvorhersagesteuerung bezieht sich auf eine Steuertechnik zum Lösen des Problems der optimalen Steuerung in Echtzeit gemäß der aktuellen Bedingung und dem Verhalten innerhalb der erforderlichen Menge an Zeit, die von einem Fahrzeugmodell vorhergesagt wird (nachstehend als ”Horizontzeit” bezeichnet). Da das Problem der optimalen Steuerung auf der Basis der aktuellen Bedingung gelöst wird, insbesondere wenn das vorausfahrende Fahrzeug eine unerwartete Bewegung wie z. B. eine plötzliche Verlangsamung durchführt, ist es möglich, die gesteuerte Variable des Trägerfahrzeugs an das anzupassen, was in der Vergangenheit vorhergesagt wurde. Wenn die Horizontzeit in gegebene Werte unterteilt wird, sind ferner verlängerte Dauern von Vorhersageberechnungen wie z. B. vom Beginn der Fahrt bis zum erreichten Punkt nicht erforderlich, was es folglich möglich macht, die Menge an Berechnungen über die Verarbeitungslast hinaus zu vermeiden.
Die Verwendung von der Modellvorhersagesteuerung für eine am Fahrzeug montierte Vorrichtung könnte jedoch zu einer Verlangsamung, die von einem Fahrer nicht beabsichtigt ist, im Fall der Detektion eines Verlangsamungssteuerziels führen. Diese Bedingung wird mit Bezug auf 8 beschrieben.
8 stellt Wellenformen dar, wenn die obige Auswertungsfunktion als Modellvorhersagesteuerung ohne irgendeine Modifikation an dieser verwendet wird, und die Horizontzeit auf 20 Sekunden festgelegt wird. Die Straße ist in einer solchen Weise geformt, dass das Fahrzeug in eine Kurve nach t = 80 Sekunden Fahrt auf einer geraden Straße mit einer eingestellten Geschwindigkeit einfährt. Das Fahrzeug beginn bei t = 20 Sekunden zu verlangsamen, was 60 Sekunden vor dem Einfahren in die Kurve ist. Ein gewöhnlicher Fahrer verlangsamt drei bis vier Sekunden vor dem Einfahren in eine Kurve, außer wenn das Fahrzeug zu schnell für die Kurve fährt, und verlangsamt nicht 60 Sekunden vorzeitig, was folglich zu einer Diskrepanz mit der Absicht des Fahrers führt. Die Ursache dieses Phänomens wird mit Bezug auf 9 beschrieben.
9 stellt die Querbeschleunigung, die Beschleunigung und die Geschwindigkeitsverhaltensweisen mit digitalen Wellenformen für ein leichtes Verständnis dar, wenn ein Fahrzeug in jedem der Fahrmuster u(t) bis u(t)'' fährt. Die gepunktete Linie u(t) zeigt den Fall, in dem das Fahrzeug weiterhin mit der eingestellten Fahrzeuggeschwindigkeit V_i für die Dauer der Horizontzeit fährt. Die durchgezogene Linie u(t)' zeigt den Fall, in dem das Fahrzeug weiterhin mit der konstanten Geschwindigkeit für die Dauer der Horizontzeit fährt, nachdem es im Voraus verlangsamt hat. Die durchgezogene Linie u(t)'' zeigt den Fall, in dem das Fahrzeug unmittelbar vor dem Einfahren in eine Kurve verlangsamt.
Wenn u(t) verwendet wird, findet keine Verlangsamung statt. Folglich überschreitet die Querbeschleunigung 0,1 m/s² innerhalb der Horizontzeit, was folglich die Einschränkung verletzt. Um diese Situation zu vermeiden, ist eine Verlangsamungssteuerung erforderlich, um die Querbeschleunigung zu verhindern. Aus diesem Grund wird u(t) durch die Verwendung von entweder u(t)', bei der eine Verlangsamung im Voraus stattfindet, oder u(t)'', bei der eine Verlangsamung unmittelbar vor einer Kurve stattfindet, modifiziert, wobei folglich die Querbeschleunigungswellenform von u(t) zu u(t)' oder u(t)'' bewegt wird und diese Wellenform aus der Horizontzeit geschoben wird; die Einschränkungen werden folglich erfüllt. Dies führt zu einem innerhalb der Horizontzeit gefahrenen verringerten Abstand, was folglich das Integral von V_h innerhalb der Horizontzeit unterdrückt.
Unterdessen ist die eingestellte Fahrzeuggeschwindigkeit V_i konstant. Solange die Integrale gleich sind, sind dies daher auch die Funktionen f_spd. Es ist unsicher, welches von u(t)' und u(t)'' ausgewählt wird. Wie im Graphen der Beschleunigung von 9 gezeigt, ist jedoch das Integral des Absolutwerts der Beschleunigung in u(t)' kleiner, was u(t)' bei der Auswertung der Funktion f_accel vorteilhafter macht. Folglich findet die Verlangsamung im Voraus statt, wenn eine gekrümmte Straße während der Horizontzeit detektiert wird. Der Faktor zum Bewirken, dass das Fahrzeug mit der eingestellten Fahrzeuggeschwindigkeit V_i fährt, ist jedoch weiterhin aktiviert, was es folglich unmöglich macht, die Querbeschleunigungswellenform aus der Horizontzeit zu verschieben.
Dies ist die Wellenform von t = 40 [s] bis t = 80 [s]. 10 zeigt eine digitale Wellenform, die die obige Wellenform in einer vereinfachten Weise darstellt, um zu beschreiben, warum die Verlangsamung einmal stoppt. In 10 zeigt die gepunktete Linie u(t) das Verhalten eines Fahrzeugs, wenn das Fahrzeug in eine Kurve einfährt, während die Fahrzeuggeschwindigkeit nach der Verlangsamungssteuerung zum Zeitpunkt des Steuerkurses für eine Kurve aufrechterhalten wird. Die durchgezogene Linie u(t)' zeigt das Verhalten des Fahrzeugs, wenn das Fahrzeug unmittelbar vor dem Einfahren in eine Kurve verlangsamt. Die durchgezogene Linie u(t)'' zeigt das Verhalten des Fahrzeugs, wenn das Fahrzeug verlangsamt, nachdem eine Kurve detektiert wird. Um die Einschränkung zu erfüllen, wenn die Querbeschleunigungswellenform nicht aus der Horizontzeit geschoben werden kann, ist es erforderlich, den maximalen Absolutwert der Querbeschleunigung zu drosseln.
Die horizontale Beschleunigung wird mit R und V_h berechnet; die Straßenform kann jedoch nicht verändert werden und daher wird der maximale Absolutwert der Querbeschleunigung durch Verringern der Fahrzeuggeschwindigkeit unterdrückt. Folglich ist es erforderlich, den Verlangsamungswert in einem gewissen Umfang zu berechnen. Das heißt, es ist erforderlich, das Integral der Funktion f_accel vorzusehen, das gleich oder größer ist als ein gegebener Wert. u(t)' verursacht, dass die Verlangsamung in einer konzentrierten Weise unmittelbar vor einer Kurve stattfindet, um das Integral der Funktion f_accel auf oder über einem gegebenen Wert zu halten. Unterdessen verursacht u(t)'', dass eine Verlangsamung kontinuierlich stattfindet, um dasselbe zu erreichen. Unter der in 10 gezeigten Bedingung besteht keine Differenz in Bezug auf die Funktion f_accel, die das Entgegengesetzte zu der in 9 beobachteten Bedingung ist. Obwohl es unsicher ist, welches von u(t)' und u(t)'' ausgewählt wird, ist u(t)' bei der Auswertung der Funktion f_spd vorteilhafter. Folglich tritt eine plötzliche Verlangsamung unmittelbar vor einer Kurve auf.
Da die zwei in 9 und 10 gezeigten Phänomene auftreten, verlangsamt das Fahrzeug zweimal; einmal im Moment, in dem eine Kurve detektiert wird, und ein weiteres Mal unmittelbar vor dem Einfahren in die Kurve, wie in 8 dargestellt. Dagegen führt ein gewöhnlicher Fahrer keine Verlangsamungssteuerung bis drei bis vier Sekunden vor dem Einfahren in eine Kurve auf der Basis des Vorwärtsbeobachtungsfahrermodells durch, außer wenn in eine plötzliche Kurve aus einem Bereich mit hoher Geschwindigkeit eingefahren wird, was folglich zu einer Diskrepanz mit der Absicht des Fahrers führt.
Daher wird der Einschränkungsfaktor in Bezug auf die Querbeschleunigung bis zu drei bis vier Sekunden vor dem Einfahren in eine Kurve aufgehoben, außer wenn das Fahrzeug in eine plötzliche Kurve aus einem Bereich mit hoher Geschwindigkeit einfährt. Ein Beispiel davon ist hier gezeigt.
11 stellt das Verhalten von f_wrg dar, wenn n = {1}. f_wrg liegt in Form der Sigmoid-Funktion vor, die in der Formel von R verwendet wird, das eine Kurve darstellt. f_wrg ist eine Funktion, die während eines Intervalls ansteigt, das sich von V_mas·t_min nach dem Beginn einer Kurve bis v_max·t_min nach dem Ende der Kurve erstreckt. Der Einschränkungsfaktor in Bezug auf die Querbeschleunigung auf der linken Seite wird mit der obigen Funktion multipliziert, wie nachstehend gezeigt, wobei folglich der Einschränkungsfaktor selbst im Fall der Detektion einer Kurve während der Horizontzeit aufgehoben wird. Folglich ist es möglich zu verhindern, dass die Verlangsamungssteuerung in zwei Schritten stattfindet, wie in 8 gezeigt. {f_rg(x_h, v_h)·f_wrg(x_h, v_max, t_min)} ≦ 1[m/s²] ... Querbeschleunigungs-Einschränkungsfaktor nach Modifikation
Zu diesem Zeitpunkt werden v_max und t_min auf der Basis von Folgendem bestimmt:
Hinsichtlich v_max wird die Größere der eingestellten Fahrzeuggeschwindigkeit v_i und der Trägerfahrzeuggeschwindigkeit v_h ausgewählt. Die Auswahl wird unter Berücksichtigung von zwei Fällen durchgeführt; einem, in dem das Fahrzeug weiterhin mit der aktuellen Geschwindigkeit fährt, und einem anderen, in dem das Fahrzeug auf die eingestellte Geschwindigkeit während der Fahrt beschleunigt. Hinsichtlich t_min wird das Kleinere der zwei Optionen ausgewählt, wobei eine 3,5 Sekunden ist, das die Vorwärtsbeobachtungszeit im Fahrermodell ist, wobei die andere die Zeit ist, die verursacht, dass die maximale Verlangsamung von der aktuellen Fahrzeuggeschwindigkeit von v_h stattfindet, um sicherzustellen, dass die horizontale Beschleunigungseinschränkung erfüllt wird. R_min wird verwendet, um die Grenze der Querbeschleunigung zu detektieren. Der Wert, der den minimalen Kurvenradius innerhalb des Detektionsbereichs vom aktuellen Zeitpunkt vorsieht, wird als R_min festgelegt. Dies unterdrückt die maximale Querbeschleunigung selbst im Fall der Detektion einer Kurve während der Fahrt mit hoher Geschwindigkeit.
Alle Veröffentlichungen, Patente und Patentanmeldungen, die in der vorliegenden Patentbeschreibung zitiert sind, werden hier ohne irgendeine Modifikation als Referenzen aufgenommen.

Claims

Fahrzeugsteuereinheit, die umfasst: ein Trägerfahrzeug-Geschwindigkeitsdetektionsmittel, das dazu ausgelegt ist, die Geschwindigkeit eines Trägerfahrzeugs zu detektieren; ein Mittel zur Detektion der eingestellten Geschwindigkeit, das dazu ausgelegt ist, die von einem Fahrer eingestellte Geschwindigkeit zu detektieren; ein Fahrzeug-Fahrzeug-Abstands-Detektionsmittel, das dazu ausgelegt ist, einen Abstand zwischen dem Trägerfahrzeug und einem vorausfahrenden Fahrzeug zu detektieren; ein Straßenformdetektionsmittel, das dazu ausgelegt ist, eine Kurvenform einer Straße, auf der das Trägerfahrzeug fährt, zu detektieren; ein Mittel zur Vorhersage des Verhaltens des vorausfahrenden Fahrzeugs, das dazu ausgelegt ist, das Verhalten des vorausfahrenden Fahrzeugs gemäß dem Fahrzeug-Fahrzeug-Abstand, der von einem Detektionsergebnis des Fahrzeug-Fahrzeug-Abstands-Detektionsmittels erhalten wird, und der Trägerfahrzeuggeschwindigkeit, die durch das Trägerfahrzeug-Geschwindigkeitsdetektionsmittel erhalten wird, zu berechnen; ein Pseudofahrkurven-Erzeugungsmittel, das dazu ausgelegt ist, eine Pseudofahrkurve gemäß der Kurvenform der Straße, die von der Detektion durch das Straßenform-Detektionsmittel erhalten wird, zu berechnen; ein Zielbeschleunigungserzeugungsmittel, das dazu ausgelegt ist, die Beschleunigung, die die Wahrnehmung einer Unannehmlichkeit, die vom Fahrer gespürt wird, abschwächt, aus dem Verhalten des vorausfahrenden Fahrzeugs, das durch das Mittel zur Vorhersage des Verhaltens des vorausfahrenden Fahrzeugs erhalten wird, der Pseudofahrkurve, die durch das Pseudofahrkurven-Erzeugungsmittel erhalten wird, und der eingestellten Geschwindigkeit, die durch das Mittel zur Detektion der eingestellten Geschwindigkeit erhalten wird, zu berechnen; und ein Beschleunigungs-/Verlangsamungsmittel, das dazu ausgelegt ist, die Beschleunigung des Trägerfahrzeugs auf einer Basis der Beschleunigung, die vom Zielbeschleunigungserzeugungsmittel erhalten wird, zu steuern.
Fahrzeugsteuereinheit nach Anspruch 1, wobei das Zielbeschleunigungserzeugungsmittel einen Beschleunigungsfaktor umfasst, der dazu ausgelegt ist, das Verhalten innerhalb einer gegebenen Zeitdauer vorherzusagen, um die Beschleunigung zu unterdrücken, die im Trägerfahrzeug innerhalb einer Einheitszeit stattfindet.
Fahrzeugsteuereinheit nach Anspruch 1, wobei das Zielbeschleunigungserzeugungsmittel einen Querbeschleunigungsfaktor umfasst, der dazu ausgelegt ist, das Verhalten innerhalb einer gegebenen Zeitdauer vorherzusagen, um die Querbeschleunigung zu unterdrücken, die im Trägerfahrzeug innerhalb einer Einheitszeit stattfindet.
Fahrzeugsteuereinheit nach Anspruch 1, wobei das Zielbeschleunigungserzeugungsmittel einen Faktor für die eingestellte Fahrzeuggeschwindigkeit umfasst, der dazu ausgelegt ist, das Verhalten innerhalb einer gegebenen Zeitdauer vorherzusagen, um die Diskrepanz zwischen der eingestellten Fahrzeuggeschwindigkeit und der Trägerfahrzeuggeschwindigkeit zu unterdrücken.
Fahrzeugsteuereinheit nach Anspruch 1, wobei das Zielbeschleunigungserzeugungsmittel einen Fahrzeug-Fahrzeug-Zeitfaktor umfasst, der dazu ausgelegt ist, das Verhalten innerhalb einer gegebenen Zeitdauer vorherzusagen, um eine übermäßige Annäherung an ein vorausfahrendes Fahrzeug zu unterdrücken.
Fahrzeugsteuereinheit nach Anspruch 3, wobei der Querbeschleunigungsfaktor ein Fahrermodell auf der Basis eines Vorwärtsbeobachtungsabstandes betrachtet und eine Steuerung unter Berücksichtigung eines möglichen Auftretens einer Querbeschleunigung vor dem Ändern des Kurvenradius ausübt, um einen Zeitpunkt eines Lenkvorgangs des Fahrers an einen Zeitpunkt der Verlangsamungsteuerung anzupassen.