DE19749306A1 - Verfahren und Anordnung zur vorausschauenden Bestimmung eines Fahrkorridors eines Kraftfahrzeuges - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur vorausschauenden Bestimmung des Fahrkorridors eines Kraftfahrzeuges für ein automatisches Abstandsregel­ system, bei welchem ein der Geschwindigkeit entsprechendes Signal zur Bestimmung eines Kurvenradius des Kraftfahrzeuges verwendet wird, wobei aus dem Kurvenradius der Fahrkorridor ermittelt wird sowie eine Anordnung zur Durchführung des Verfahrens.

In automatischen Geschwindigkeits- und Abstandsregelungssystemen zur Erfassung der Verkehrssitiuation ist es üblich, mit Hilfe von Signalen von Gierratensensoren bzw. Querbeschleunigungssensoren einen Fahrkorridor vorauszusagen. Das heißt, es wird festgestellt, an welcher Stelle sich das Fahrzeug nach Ablauf eines vorgegebenen Zeitraumes aufhalten wird und welche vorausfahrenden Fahrzeuge sich im Fahrkorridor des eigenen Fahr­ zeuges aufhalten.

Der Fahrkorridor wird dabei aus dem Kurvenradius des Kraftfahrzeuges be­ stimmt, welcher wiederum aus der Fahrzeuggeschwindigkeit und dem Signal des Gierratensensors hergeleitet wird.

Die Verwendung des Gierratensensor liefert aber gegenwärtig keine ausrei­ chenden Informationen zur Fahrdynamik des Kraftfahrzeuges. Diese muß durch zusätzliche Sensoren detektiert werden.

Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde ein Verfahren zur genauen Bestimmung des Fahrkorridors des Kraftfahrzeuges anzugeben, bei wel­ chem die Fahrdynamik des Kraftfahrzeuges ausreichend berücksichtigt wird.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß die Radgeschwin­ digkeiten von mindestens zwei Fahrzeugrädern, vorzugsweise einer Achse, gemessen werden und aus der Differenz der beiden Radgeschwindigkeiten die Gierrate des Fahrzeuges bestimmt wird.

Der Vorteil der Erfindung besteht darin, daß durch die Messung der Radge­ schwindigkeiten der tatsächliche Geschwindigkeitsunterschied der beiden Fahrzeugräder in die Bestimmung des Fahrkorridors eingeht. Dieser kann somit sehr genau bestimmt werden, da die Fahrdynamik auf diese Art und Weise direkt berücksichtigt wird.

Vorteilhafterweise wird ein der Radgeschwindigkeit entsprechendes Signal durch die Abtastung von am Umfang des Fahrzeugrades vorhandenen Un­ stetigkeiten erzeugt.

Diese Vorgehensweise erlaubt eine genaue Bestimmung der Radgeschwin­ digkeit, da Herstellungstoleranzen der Inkrementscheibe und Unrundheiten von Reifen und Felgen als Störung nicht mit eingehen und somit zuverlässig der Fahrkorridor des Kraftfahrzeuges bestimmt werden kann.

In einer Ausführung wird bei der Detektion jeder Unstetigkeit ein elektrischer Impuls erzeugt und gezählt und ein Zeitraum bestimmt, in welchem die Im­ pulse aller Unstetigkeiten des umlaufenden Bauteiles genau einmal gezählt werden und daraus die Radgeschwindigkeit ermittelt wird.

Vorteilhafterweise wird so die Radgeschwindigkeit aus der Zeit für eine komplette Radumdrehung ermittelt.

Trotz der Eliminierung der Herstellungstoleranzen und Radunrundheiten wird so ein ausreichend dynamisches Signal erhalten, das eine zuverlässige Bestimmung des Fahrkorridors auf der Grundlage der tatsächlich gemesse­ nen Radgeschwindigkeit gewährleistet.

In einer Ausgestaltung werden die die Unstetigkeiten repräsentierenden Im­ pulse in Gruppen eingeteilt und bei Auftreten des ersten Impulses einer jeden Gruppe eine neue Zeitmessung durch Zählung der Impulse über alle Unstetigkeiten ausgelöst. Dabei sind die die Unstetigkeiten repräsentieren­ den Impulse in Gruppen gleicher Anzahl zusammengefaßt.

Dies erlaubt insbesondere bei kleinen Geschwindigkeiten eine schnellere Erkennung der Radgeschwindigkeit. Auch werden Änderungen der Ge­ schwindigkeit so schneller und sicher detektiert.

In einer Weiterbildung wird nach dem Auftreten des Impulses der ersten Un­ stetigkeit einer jeden Gruppe eine Zeitinformation abgespeichert, nach dem wiederholten Auftreten des Impulses dieser ersten Unstetigkeit einer jeden Gruppe eine zweite Zeitinformation bestimmt, welche mit der ersten Zeitin­ formation verglichen wird und die Differenz der beiden Zeitinformationen zur Bestimmung der Radgeschwindigkeit genutzt wird. Dabei wird beim Auftre­ ten der zweiten Zeitinformation die erste Zeitinformation gelöscht und die zweite Zeitinformation abgespeichert.

Dadurch werden nur die augenblicklich interessanten Zeitinformationen ge­ speichert und so ein geringer Bedarf an Speicherkapazität gewährleistet.

Bei einer Anordnung zur Durchführung des Verfahrens ist mindestens zwei Rädern des Kraftfahrzeuges je ein Inkrementgeber zugeordnet, dem gegen­ über ein Signalsensor angeordnet ist, der das jeweilige der Geschwindigkeit des Rades entsprechende Signal detektiert, wobei dieser Sensor mit einem dem Fahrkorridor des Kraftfahrzeuges bestimmenden Steuergerät verbun­ den ist und das Steuergerät einen Speicher mit mehreren Registern auf­ weist, welcher vom Signal eines Zählers steuerbar ist.

Die Register nehmen dabei den Inhalt eines als Zählers arbeitenden Timers an.

Der Timer ist vorzugsweise der im Mikroprozessor enthaltene Taktgeber.

An jedem Fahrzeugrad ist ein Inkrementgeber angeordnet, dem gegenüber jeweils ein mit dem Steuergerät verbundener Sensor angeordnet ist und das Steuergerät aus allen Signalen den Fahrzeugkorridor für eine vorgegebene Zeit bestimmt.

Die Bestimmung der Radgeschwindigkeiten an jedem Rad des Kraftfahrzeu­ ges ist besonders bedeutungsvoll für die Vorausbestimmung von Kurven­ fahrten.

Die Erfindung läßt zahlreiche Ausführungsbeispiele zu. Eines davon soll an­ hand der in der Zeichnung dargestellten Figuren näher erläutert werden.

Es zeigt

Fig. 1 erste Anordnung zur Bestimmung des Fahrkorridors über die Rad­ geschwindigkeit

Fig. 2 Algorithmus zur Bestimmung der Radgeschwindigkeit.

Fig. 3 zweite Anordnung zur Bestimmung des Fahrkorridors.

In Fig. 1 ist ein automatisches Geschwindigkeits- und Abstandsregelsystem zur Einhaltung des Sicherheitsabstandes von Fahrzeugen untereinander dargestellt, welches an der Stoßstange des Fahrzeuges angeordnet ist. Ein leistungsstarker Mikrorechner 1, bestehend aus einer zentralen Rechenein­ heit 2, einem Arbeitsspeicher 3, einem Festwertspeicher 4 sowie einer Ein-/Ausgabeeinheit 5 erhält dabei von einem Radar- oder Lasersensor 6 ein Signal, das Informationen über den Abstand zu mindestens einem vor­ ausfahrenden Fahrzeug mißt.

Inkrementscheiben 7 und 8 sind an den jeweils beiden nicht weiter darge­ stellten Vorderrädern des Kraftfahrzeuges angeordnet und werden hinsicht­ lich der Drehzahl von Radsensoren 7', 8', die den Inkrementscheiben 7 und 8 gegenüberliegend angeordnet sind, abgetastet. Diese Drehzahlsignale werden ebenfalls über die Ein- und Ausgabeeinheit 5 dem Mikrorechner 1 zugeführt. Die Radsensoren können Induktivgeber oder Hallsensoren sein.

Der Mikroprozessor 1 berechnet aus dem vom Radarsensor 6 gelieferten Signalen (Abstandssignal und Relativgeschwindigkeitssignal) und mit Hilfe der Radgeschwindigkeiten die Geschwindigkeitsdifferenz zwischen beiden Fahrzeugen und ermittelt aus diesem den sicheren Mindestabstand. Wird dieser unterschritten, warnt das System bei aktivierter Warnfunktion den Fahrer.

Ist der Abstandsbetrieb vom Fahrer eingeschaltet, wird der Abstand zum vorausfahrenden Fahrzeug automatisch auf einen wählbaren Abstand einge­ regelt. Der Tastendruck auf den Bedienschalter 9 wird eine gewünschte Ge­ schwindigkeit und/oder der gewünschte Abstand eingestellt und gespeichert und vom System aufrechterhalten.

Bei Annäherung an ein langsameres Fahrzeug übernimmt der Mikrorechner 1 durch automatisches Schließen der Drosselklappe 13b eine Verringerung der Fahrzeuggeschwindigkeit und regelt so den eingestellten Sollabstand zum vorausfahrenden Fahrzeug, wobei der Sollabstand immer größer/gleich dem gesetzlich vorgegebenen Sicherheitsabstand ist. Neben dem automa­ tischen Schließen der Drosselklappe 13b ist auch eine Einwirkung auf die Bremse 13a und/oder eine Ansteuerung der Getriebesteuerung 13c zur Ver­ ringerung der Fahrzeuggeschwindigkeit möglich. Ist die Fahrspur wieder frei, beschleunigt der Abstandsregler das Fahrzeug auf die eingestellte Maximal­ geschwindigkeit. Bei einer Fahrzeugvorausfahrt ist immer die Abstand­ regelung aktiv.

Weiterhin ist der Mikrorechner 1 mit Schaltern der Fahrzeugbremse 10 be­ ziehungsweise der Fahrzeugkupplung 11 verbunden. Werden diese vom Fahrer über das Kupplungs- und Bremspedal betätigt, bewirken sie im Nor­ malbetrieb ein Abschalten der Regelung.

Im Mikroprozessor bildet eine Regelschaltung den Vergleich zwischen einem Soll- und Istwert eines in Software abgelegten Regelungskonzepts. Ist man im Regelbereich, so wird vom Mikrorechner ein Ausgangssignal ausgege­ ben, das vom Regelungskonzept ermittelt wird. Die Ansteuerung der Dros­ selklappe 13b, der Bremse 13a und/oder des Getriebes 13c erfolgt dabei über eine elektrische Endstufe 12.

Aus den von den Drehzahlsensoren 7', 8' erfaßten Drehzahlsignalen ermit­ telt die im Mikroprozessor 1 gebildete Einrichtung zur Fahrspurbestimmung die Gierrate des Kraftfahrzeuges. Die Gierrate bestimmt sich wie folgt:

wobei
Δv_VR die Geschwindigkeitsdifferenz der Vorderräder des Kraftfahrzeuges,
s die Spurbreite zwischen den Vorderrädern,
v die Fahrzeuggeschwindigkeit,
k der Dynamikkorrekturfaktor ist.

Mit Hilfe der so bestimmten Gierrate wird nun die Fahrspur des Kraftfahr­ zeuges aus dem Kurvenradius

berechnet.

Der von jedem Vorderrad gefahrene Radius bestimmt sich aus dem Quotien­ ten der Radgeschwindigkeit v_R dieses Vorderrades durch die Gierrate ϕ.

Der Fahrkorridor wird als Funktion der Radien R_R und R_L des rechten und linken Vorderrades gebildet. Die Breite des Fahrkorridors weist mindestens die Spurbreite der Räder auf.

Nachstehend soll die Bestimmung der Radgeschwindigkeit erläutert werden:
Die Inkrementscheiben 7 und 8, die jeweils an einem Vorderrad des Kraft­ fahrzeuges angeordnet sind, weisen beispielsweise eine gerade Anzahl von Unstetigkeiten auf. Bei der Drehung der Inkrementscheibe 7 bzw. 8 bewegen sich die Unstetigkeiten in einem vorgegebenen Abstand so an dem Hall-Sensor 7' bzw. 8' vorbei, daß der Magnetfluß zwischen der Scheibe 7 bzw. 8 und dem Sensor 7' bzw. 8' verändert wird. Das Ausgangssignal jedes Hall-Sensors 7' bzw. 8' ist eine Impulsreihe, wobei die Vorderflanke beziehungs­ weise die Rückflanke der Impulse gezählt werden. Die Unstetigkeiten der Inkrementscheibe 7 bzw. 8 bilden dabei Gruppen, wobei jeder Gruppe eine gleiche Anzahl von Unstetigkeiten zugeordnet ist.

Bei beispielsweise 50 Unstetigkeiten n weist jede Gruppe i beispielsweise fünf Unstetigkeiten auf.

Ein Zeitgeber, vorzugsweise der im Mikroprozessor 1 enthaltene Schwing­ quarz, liefert ein aktuelles Zeitsignal.

Mittels den vom Radsensor 7', 8' in Abhängigkeit von den Unstetigkeiten er­ zeugten Impulse n werden in Abhängigkeit von der Vorderflanke des jeweili­ gen Impulses die aktuellen Zeitsignale in den Arbeitsspeicher 3 eingetragen. Der Arbeitsspeicher 3 des Mikroprozessors 1 weist so viele Registerplätze i auf, wie Gruppen i von Unstetigkeiten gewählt wurden.

Um die Speicherkapazität des Arbeitsspeichers 3 besser nutzen zu können, kann die Frequenz des Schwingquarzes heruntergeteilt werden.

Anhand von Fig. 2 soll das erfindungsgemäße Verfahren zur Bestimmung der Radgeschwindigkeit näher erläutert werden.

In einer Initialisierungsphase 1, die während der ersten Radumdrehung stattfindet, wird nach Auftreten des ersten Impulses der ersten Gruppe an Unstetigkeiten der aktuelle Stand 11 des Timers in das erste Register des Speichers 4 des Mikroprozessors eingetragen. Beim Auftreten des ersten Impulses der zweiten Gruppe von Unstetigkeiten wird der zu diesem Zeit­ punkt aktuelle Timerstand 21 im zweiten Register des Speichers 4 abgelegt.

Dies erfolgt analog für jeden ersten Impuls der jeweiligen Gruppe. Beim ersten Impuls der i-ten Gruppe wird der aktuelle Timerstand i1 im i-ten Regi­ ster des Speichers 4 abgespeichert. Die Initialisierung ist nach einer Radum­ drehung abgeschlossen.

Während des normalen Betriebszustandes, welcher sich an die erste Rad­ umdrehung anschließt, wird die Radgeschwindigkeit wie folgt bestimmt.

Beim Auftreten des Impulses der ersten Gruppe von Unstetigkeiten wird in der zweiten Radumdrehung zu diesem Zeitpunkt der abgespeicherte Timer­ stand 11 von dem zu diesem Zeitpunkt aktuellen Timerstand 12 abgezogen und mit Hilfe dieser Differenz Δt die Radgeschwindigkeit v ermittelt

wobei r den Radius des Rades darstellt.

Der Timerstand 11 wird gelöscht und der aktuelle Timerstand 12 in das erste Register 1 des Speichers eingetragen.

Beim Anliegen des ersten Impulses der zweiten Gruppe von Unstetigkeiten wird der abgespeicherte Timerstand 21 vom aktuellen Timerstand 22 abge­ zogen und wie beschrieben mit Hilfe dieser Differenz die augenblickliche Radgeschwindigkeit bestimmt. Der Timerstand 21 wird durch den Timer­ stand 22 überschrieben.

Dies erfolgt für jeden ersten Impuls jeder weiteren Gruppe von Unstetigkei­ ten bis die zweite Radumdrehung abgeschlossen ist.

Die erläuterte Verfahrensweise wiederholt sich bei jeder Radumdrehung, wo­ bei immer der von der vorhergehenden Radumdrehung abgespeicherte Timerstand von dem aktuell anliegenden Timerstand jeder Gruppe abgezo­ gen wird.

Die beschriebene Differenzbildung erfolgt nun alle fünf Impulse durch Ver­ gleich des jeweils aktuell anliegenden Timerstandes mit dem in dem jeweili­ gen Register gespeicherten Timerstand. Durch diese Verfahrensweise ist die Bestimmung der Radgeschwindigkeit sehr schnell möglich.

In einer anderen Ausführung (Fig. 3) wird die Radgeschwindigkeit mit Hilfe der bereits im Kraftfahrzeug vorhandenen Drehzahlsensoren detektiert und nach dem beschriebenen Verfahren in einem ABS-Steuergerät 14, was ebenfalls im Fahrzeug vorhanden ist, bestimmt.

Das ABS-Steuergerät 14 hat dabei denselben Aufbau wie der Mikroprozes­ sor 1, was nicht weiter dargestellt ist. Das Steuergerät 14 sendet die ermittel­ ten Radgeschwindigkeiten über ein Bussystem, beispielsweise einen CAN-Bus an den Mikrorechner 1, der aus diesen Daten den Fahrkorridor be­ stimmt.

Da die Radgeschwindigkeit für beide Vorderräder unabhängig bestimmt wird, lassen sich Kurvenfahrten bzw. der Wechsel einer Fahrspur bei der voraus­ schauenden Berechnung des Fahrkorridors genau bestimmen. Die Genauig­ keit der Vorhersage kann aber weiter verbessert werden, wenn die Radge­ schwindigkeit für alle vier Räder des Fahrzeugs bestimmt wird.

Claims (12)

1. Verfahren zur vorausschauenden Bestimmung eines Fahrkorridors eines Kraftfahrzeuges für ein automatisches Abstandsregelungs- oder Kontrollsystem, bei welchem ein der Geschwindigkeit entsprechendes Signal zur Bestimmung eines Kurvenradius des Kraftfahrzeuges verwendet wird, wobei aus dem Kurvenradius der Fahrkorridor ermittelt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Radgeschwindigkeiten von mindestens zwei Fahrzeugrädern gemessen werden und aus der Differenz der beiden Radgeschwindigkeiten die Gierrate des Fahrzeuges bestimmt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rad­ geschwindigkeiten zweier Fahrzeugräder einer Achse gemessen werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rad­ geschwindigkeit durch die Abtastung von am Umfang des Fahrzeugrades vorhandenen Unstetigkeiten erzeugt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Detektion jeder Unstetigkeit ein elektrischer Impuls erzeugt und gezählt wird, und ein Zeitraum bestimmt wird, in welchem die Impulse aller Unstetigkeiten des Rades genau einmal gezählt werden.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die die Unstetigkeit repräsentierenden Impulse in Gruppen eingeteilt werden und bei Auftreten des ersten Impulses einer jeden Gruppe eine neue Zeitmessung durch Zählung der Impulse über alle Unstetigkeiten ausgelöst wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die die Unstetigkeiten repräsentierenden Impulse in Gruppen gleicher Anzahl zu­ sammengefaßt sind.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge­ kennzeichnet, daß nach dem Auftreten des Impulses der ersten Unstetigkeit einer jeden Gruppe eine Zeitinformation abgespeichert wird, nach dem wie­ derholten Auftreten des Impulses dieser ersten Unstetigkeit einer jeden Gruppe eine zweite Zeitinformation bestimmt wird, welche mit der ersten Zeitinformation verglichen wird und die Differenz der beiden Zeitinformatio­ nen zur Bestimmung der Radgeschwindigkeit genutzt wird.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß beim Auftreten der zweiten Zeitinformation die erste Zeitinformation gelöscht und die zweite Zeitinformation gespeichert wird.

9. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, da­ durch gekennzeichnet, daß mindestens zwei Rädern des Kraftfahrzeuges je ein Inkrementgeber zugeordnet ist, der das jeweilige der Geschwindigkeit des Rades entsprechende Signal detektiert und dieser Sensor mit einen den Fahrkorridor für einen vorgegebenen Zeitraum des Kraftfahrzeuges bestim­ menden Steuergerät verbunden ist und das Steuergerät einen Speicher mit mehreren Registern aufweist, welcher vom Signal eines Zählers steuerbar ist.

10. Anordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß an je­ dem Fahrzeugrad ein Inkrementalgeber angeordnet ist, dem gegenüber je­ weils ein mit dem Steuergerät verbundener Sensor angeordnet ist und das Steuergerät aus allen Signalen den Fahrzeugkorridor für eine vorgegebene Zeit bestimmt.

11. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Sensoren Hall-Sensoren sind.

12. Anordnung nach einem der vorgegebenen Ansprüche 10 oder 11, da­ durch gekennzeichnet, daß als Sensoren an sich im Fahrzeug vorhandene ABS-Sensoren verwendet werden.