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Die
vorliegende Erfindung betrifft das Gebiet der Fahrzeugverfolgung-Steuerungen,
mittels derer ein nachfolgendes Fahrzeug einem vorausfahrenden Fahrzeug
in einem Sollabstand folgen kann.
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Aus
der JP 6-227280-A ist eine Fahrzeugverfolgung-Steuervorrichtung
bekannt, die eine Fahrgeschwindigkeit V auf eine Sollfahrgeschwindigkeit
Vt regelt. Die Sollfahrgeschwindigkeit Vt, bei der der Abstand des
betrachteten Fahrzeugs zu einem vorausfahrenden Fahrzeug auf einem
Sollabstand gehalten wird, wird anhand der Fahrgeschwindigkeit V,
einer Differenz ΔR
zwischen dem Erfassungswert. des Fahrzeug-Fahrzeug-Abstandes und
dem Sollabstand, einer Verstärkung
Gv, die von der Fahrgeschwindigkeit V abhängt, einer Verstärkung Gr,
die von der Abstandsdifferenz ΔR
abhängt,
und einer Verstärkung
Gd, die von der Relativgeschwindigkeit ΔV abhängt, gemäß der folgenden Gleichung berechnet: Vt = Gv·V
+ Gr·ΔR + Gd·ΔR
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Da
jedoch diese herkömmliche
Fahrzeugverfolgung-Steuervorrichtung grundsätzlich als Steuersystem konstruiert
ist, das den Fahrzeug-Fahrzeug-Abstand dem Sollabstand annähert, kann
es vorkommen, daß eine
Relativgeschwindigkeit zwischen den Fahrzeugen während der Regelung des Fahrzeug-Fahrzeug-Abstandes
zu einem Sollfahrzeugabstand zu hoch oder zu niedrig wird, obwohl
die Relativgeschwindigkeit aufgrund der Annäherung des Fahrzeug-Fahrzeug-Abstandes zum Sollabstand
gegen 0 konvergiert. Da ferner die herkömmliche Fahrzeugverfolgung-Steuervorrichtung
so beschaffen ist, daß sie
die Sollfahrgeschwindigkeit eines gesteuerten Fahrzeugs unter Verwendung
mehrerer Verstärkungsfaktoren
berechnet, wie aus der obigen Gleichung hervorgeht, treten die folgenden
Probleme auf:
- (1) Da diese Verstärkungsfaktoren
experimentell bestimmt werden, sind viele Schritte für ihre Abstimmung erforderlich,
wobei die Verstärkungsfaktoren
abhängig
von den sie festsetzenden Personen und abhängig von den unterschiedlichen
Fähigkeiten
dieser Personen unterschiedlich abgestimmt werden.
- (2) Da jeder Verstärkungsfaktor
in Form einer Gleichung oder einer Tabelle gespeichert wird, wird
die erforderliche Speicherkapazität eines Speichers erhöht, ferner
wird die Rechenbelastung eines Mikrocomputers erhöht.
- (3) Da ein nichtlineares Steuersystem, das den Verstärkungsfaktor
Gd für
die Relativgeschwindigkeit ΔV und
den Fahrzeugabstand ΔR
in Form eines Produkts verwendet, verwendet wird, ist es nicht sicher,
daß dieses
Steuersystem unter allen Vertolgungs-Fahrzuständen eine Konvergenz schafft.
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Eine
dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 entsprechende, aus der
DE 43 37 872 A1 bekannte Fahrzeugverfolgung-Steuervorrichtung
ermittelt eine Fahrgeschwindigkeit des gesteuerten Fahrzeugs und
einen Abstand zu einem vorausfahrenden Fahrzeug. Eine Abweichung
des zu ermittelten Abstands von einem Sollabstand wird ermittelt
und in die Berechnung einer Sollgeschwindigkeit einbezogen.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Fahrzeugverfolgung-Steuervorrichtung
zu schaffen, die bei optimalen Ansprechverhalten und angemessener
Relativgeschwindigkeit einen Fahrzeug-Fahrzeug-Abstand auf einen
Sollfahrzeugabstand regelt.
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Diese
Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmale
gelöst.
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Erfindungsgemäß berechnet
eine Sollgeschwindigkeit-Berechnungseinreichtung die Sollfahrgeschwindigkeit
aus einer Fahrgeschwindigkeit des vorausfahrenden Fahrzeugs und
einer Sollrelativgeschwindigkeit, die durch Addieren eines Produkts
eines ersten Verstärkungsfaktors
mit einer Differenz zwischen dem erfaßten Abstand zwischen den Fahrzeugen
und einem Soll-Fahrzeug-Fahrzeugabstand zum Produkt eines zweiten
Verstärkungsfaktors
mit der erfassten Relativgeschwindigkeit berechnet wird. Dadurch
wird erreicht, dass die Relativgeschwindigkeit während der Verfolgungsregelung
nicht zu hoch oder zu niedrig wird, wodurch auf angemessene Weise
der Abstand zwischen dem vorausfahrenden Fahrzeug und dem gesteuerten
Fahrzeug auf einen Sollfahrzeugabstand gebracht wird.
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Weiterbildungen
der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Die
Erfindung wird anhand der Zeichnungen näher erläutert. Darin zeigen:
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1 eine
schematische Ansicht des Aufbaus einer ersten Ausführung einer
Fahrzeugverfolgung-Steuervorrichtung gemäß der Erfindung;
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2 einen
Blockschaltplan eines Steuersystems einer Verfolgungssteuereinrichtung
gemäß der ersten
Ausführung;
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3 einen
Blockschaltplan zur Erläuterung
des genauen Aufbaus eines Fahrgeschwindigkeit-Steuerabschnitts nach 2;
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4 einen
Blockschaltplan zur Erläuterung
des genauen Aufbaus eines Fahrgeschwindigkeit-Servoabschnitts und
eines Drosselklappenservoabschnitts nach 3;
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5 einen
Blockschaltplan zur Erläuterung
des genauen Aufbaus des Fahrgeschwindigkeit-Servoabschnitts nach 4;
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6, 7 Blockschaltpläne zur Erläuterung
von Berechnungsverfahren der Relativgeschwindigkeit;
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8, 9 Blockschaltpläne zur Erläuterung
von Berechnungsverfahren der Sollfahrgeschwindigkeit;
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10 einen
Blockschaltplan zur Erläuterung
eines Berechnungsverfahrens eines Soll-Fahrzeug-Fahrzeug-Abstandes;
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11A–15D Graphen, die Simulationsergebnisse für die erste
Ausführung
zeigen;
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16 einen
Blockschaltplan zur Erläuterung
eines Steuersystems einer Fahrzeugverfolgung-Steuervorrichtung gemäß einer
zweiten Ausführung
der Erfindung;
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17A–20D Graphen, die Simulationsergebnisse für die zweite
Ausführung
zeigen;
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21 einen
Graphen, der ein Beispiel einer Einstellung von ωn in
bezug auf den Fahrzeug-Fahrzeug-Abstand zeigt;
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22A, 22B Graphen,
die Beziehungen erster und zweiter Verstärkungsfaktoren zum Fahrzeug-Fahrzeug-Abstand
gemäß der zweiten
Ausführung
der Erfindung zeigen; und
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23A–24D Graphen, die Simulationsergebnisse für die zweite
Ausführung
zeigen.
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In
den 1 bis 15D ist
eine erste Ausführung
einer Fahrzeugverfolgung-Steuervorrichtung gemäß der Erfindung gezeigt.
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In 1 enthält die Fahrzeugverfolgung-Steuervorrichtung
gemäß der Erfindung
einen Fahrzeug-Fahrzeug-Abstandsensorkopf 1 des Radartyps,
der einen Laserstrahl ausgibt und von einem vorausfahrenden Fahrzeug
reflektiertes Licht empfängt.
An einer Abtriebswelle eines Automatikgetriebes 4 ist ein
Fahrgeschwindigkeitssensor 2 installiert, der einen Impulszug
ausgibt, dessen Zyklus entsprechend der Drehzahl der Abtriebswelle
die Fahrgeschwindigkeit V angibt. Ein Drosselklappenbetätigungselement 3 öffnet und schließt eine
Drosselklappe 7A eines Motors entsprechend einem Drosselklappenöffnungssignal,
um die Motorausgangsleistung durch Ändern der Ansaugluftmenge des
Motors 7 zu steuern. Das Automatikgetriebe 4 ist so
beschaffen, daß es
das Übersetzungsverhältnis entsprechend
der Fahrgeschwindigkeit V und der Drosselklappenöffnung Tvo ändert. Eine Bremsvorrichtung 6,
die für
das Fahrzeug VE eine Bremskraft erzeugt, wird durch eine Verfolgungssteuereinrichtung 5 gesteuert.
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Die
Verfolgungssteuereinrichtung 5 enthält einen Mikrocomputer und
Peripherieeinrichtungen und steuert das Drosselklappenbetätigungselement 3,
das Automatikgetriebe 4 und die Bremsvorrichtung 6 auf
der Grundlage der Erfassungswerte des Fahrzeug-Fahrzeug-Abstandes
L und der Fahrgeschwindigkeit V, wenn sie die Soll-Fahrgeschwindigkeit
V* empfängt.
Die Verfolgungssteuereinrichtung 5 enthält einen Abstandsignal-Verarbeitungsabschnitt 11,
einen Fahrgeschwindigkeitssignal-Verarbeitungsabschnitt 21,
einen Fahrzeugverfolgung-Steuerabschnitt 50 und einen Fahrgeschwindigkeit-Steuerabschnitt 51 in
Form der in 2 gezeigten Software.
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Der
Abstandsignal-Verarbeitungsabschnitt 11 mißt eine
Zeitperiode zwischen dem Zeitpunkt, zu dem der Laserstrahl von dem
Fahrzeug-Fahrzeug-Abstandsensorkopf 1 ausgegeben wird,
und dem Zeitpunkt, zu dem der vom vorausfahrenden Fahrzeug reflektierte
Strahl empfangen wird. Der Abstandsignal-Verarbeitungsabschnitt 11 berechnet
einen Abstand zum vorausfahrenden Fahrzeug auf der Grundlage der
gemessenen Zeitperiode. In dem Fall, in dem mehrere vorausfahrende
Fahrzeuge vor dem gesteuerten Fahrzeug VE vorhanden sind, spezifiziert
der Abstandsignal-Verarbeitungsabschnitt 11 ein vorausfahrendes
Fahrzeug und berechnet einen Fahrzeug-Fahrzeug-Abstand zu dem spezifizierten
vorausfahrenden Fahrzeug. Der Fahrgeschwindigkeitssignal-Verarbeitungsabschnitt 21 mißt einen
Zyklus des Fahrgeschwindigkeitsimpulses vom Fahrgeschwindigkeitssensor 2 und
berechnet die Fahrgeschwindigkeit V des gesteuerten Fahrzeugs VE.
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Der
Fahrzeugverfolgung-Steuerabschnitt 50 enthält einen
Relativgeschwindigkeit-Berechnungsabschnitt 501, einen
Fahrzeug-Fahrzeug-Abstandsteuerabschnitt 502 und einen
Soll-Fahrzeug-Fahrzeug-Abstandsetzabschnitt 503. Der Fahrzeugverfolgung-Steuerabschnitt 50 berechnet
den Soll-Fahrzeug-Fahrzeug-Abstand
L* und die Sollfahrgeschwindigkeit V*. Der Relativgeschwindigkeit-Berechnungsabschnitt 501 berechnet
die Relativgeschwindigkeit ΔV
des gesteuerten Fahrzeugs in bezug auf ein vorausfahrendes Fahrzeug
auf der Grundlage des erfaßten
Fahrzeug-Fahrzeug-Abstandes L. Der Fahrzeug-Fahrzeug-Abstandsteuerabschnitt 502 berechnet
die Sollfahrgeschwindigkeit V*, um den Fahrzeug-Fahrzeug-Abstand
L unter Berücksichtigung
der Relativgeschwindigkeit ΔV
zum Soll-Fahrzeug-Fahrzeug-Abstand L* zu führen. Der Soll-Fahrzeug-Fahrzeug-Abstandsetzabschnitt 503 setzt
den Soll-Fahrzeug-Fahrzeug-Abstand L* entsprechend einer Fahrgeschwindigkeit
Vt des vorausfah renden Fahrzeugs oder der Fahrgeschwindigkeit V
des gesteuerten Fahrzeugs VE.
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Der
Fahrgeschwindigkeit-Steuerabschnitt 51 steuert die Drosselklappenöffnung Tvo
des Drosseklappenbetätigungselements 3,
das Übersetzungsverhältnis des
Automatikgetriebes 4 und die Bremskraft der Bremsvorrichtung 6,
um die Fahrgeschwindigkeit V des gesteuerten Fahrzeugs VE zur Sollfahrgeschwindigkeit
V* zu führen.
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3 zeigt
den genauen Aufbau des Fahrgeschwindigkeit-Steuerabschnitts 51, der einen
Fahrgeschwindigkeit-Servoabschnitt 531, einen Schaltsteuerabschnitt 533,
der dem Automatikgetriebe 4 entspricht, sowie einen Drosselklappen-Servoabschnitt 532 enthält. Der
Fahrgeschwindigkeit-Servoabschnitt 531 steuert einen
Drosselklappen-Servoabschnitt 532 durch Berechnen einer
Solldrosselklappenöffnung
Tvo*, um die Fahrgeschwindigkeit V zur Sollfahrgeschwindigkeit V*
zu führen.
Der Fahrgeschwindigkeit-Servoabschnitt 531 steuert
das Automatikgetriebe 4 durch Bestimmen des Schaltbefehls.
Ferner steuert der Fahrgeschwindigkeit-Servoabschnitt 531 die
Bremsvorrichtung 6 durch Bestimmen einer erforderlichen
Bremskraft. Der Drosselklappen-Servoabschnitt 532 steuert
das Drosselklappenbetätigungselement 3 mit
der Solldrosselklappenöffnung
Tvo* an.
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4 zeigt
einen weiteren genauen Aufbau des Fahrgeschwindigkeit-Servoabschnitts 531 und
des Drosselklappen-Servoabschnitts 532.
Um die Istdrosselklappenöffnung
Tvo zur Solldrosselklappenöffnung Tvo*
zu führen,
wird ein PI-Steuerverfahren (Wirkung) verwendet, in dem eine angestrebte
Solleistung des Drosselklappen-Servosystems in Übereinstimmung mit der angestrebten
Leistung eines Fahrgeschwindigkeit-Servosystems, das sich auf einer
höheren
Ebene befindet, bestimmt wird. Wenn insbesondere das Fahrgeschwindigkeit-Servosystem
auf den Fall trifft, in dem es notwendig ist, ein Überschwingen
und ein Unterschwingen der Fahrgeschwindigkeit V in bezug auf die Änderung
des Fahrbahngradienten von ±6
% innerhalb von ±1
km/h zu unterdrücken,
muß das
Drosselklappen-Servosystem einer Frequenz von 1 Hz folgen können. Der
Fahrgeschwindigkeit-Servoabschnitt 531 ist gemäß einem "Steuerverfahren für robuste
Modellanpassung" entworfen,
das gegenüber
Störungen
wie etwa einer Schwankung des Fahrbahngradienten unempfindlich ist.
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5 zeigt
den genauen Aufbau des Fahrgeschwindigkeit-Servoabschnitts 531. Das Steuersystem für robuste
Modellanpassung des Fahrgeschwindigkeit-Servoabschnitts 531 ist
mit einem robusten Kompensator und mit einem Modellanpassungskompensator
versehen. Der robuste Kompensator ist ein sogenannter Störungskompensator,
mit dem ein Steuersystem zum Führen
der Ist-Charakteristik zu einem linearen Modell Gv(s) durch Schätzen der
Störung
wie etwa eines Fehlers aufgrund der Modellbildung und des Fahrwiderstandes
des gesteuerten Objekts und durch eine entsprechende Korrektur.
H(s) ist ein robustes Filter zur Bestimmung einer Störungsbeseitigungsleistung
des robusten Kompensators und ist beispielsweise durch einen konstanten
Verstärkungsfaktor 1 und
durch ein Tiefpaßfilter
mit einer Zeitkonstanten Tc gebildet. Obwohl die Störungsentfernungsleistung
durch Erhöhung
der Kappungsfrequenz verbessert wird, wird dadurch das geschlossene
Regelsystem, das den robusten Kompensator enthält, instabil. Dieses Phänomen ist
ein Kompromiß (sogenannter
Trade-Off). Daher wird die Kappungsfrequenz unter Berücksichtigung
der Leistung des Gesamtsystems bestimmt.
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Der
Modellanpassungskompensator ist ein Kompensator zum Einstellen des
Ansprechverhaltens des Fahrgeschwindigkeit-Servosystems. Der Modellanpassungskompensator
be stimmt das Eingangs- und Ausgangsansprechverhalten anhand des
Normmodells R2(s) des Vorwärtsregelungsabschnitts
und bestimmt die Störungsentfernungsleistung
und die Stabilität
anhand des Normmodells R1(s) des Rückkopplungsabschnitts.
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Wenn
daher das Fahrgeschwindigkeit-Servosystem gemäß dem Steuerverfahren für robuste
Modellanpassung entworfen ist, kann ein Ansprechverhalten sichergestellt
werden, das anhand der Charakteristik des Normmodells in bezug auf
den Fehler aufgrund der Modellbildung, der Parameterschwankung,
der Störung
und dergleichen nachläuft,
ferner kann die Stabilität
für eine
schnelle Konvergenz der internen Variable ohne Divergenz sichergestellt
werden.
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Nun
wird das Berechnungsverfahren der Relativgeschwindigkeit ΔV zwischen
dem gesteuerten Fahrzeug VE und dem vorausfahrenden Fahrzeug beschrieben.
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Die
Relativgeschwindigkeit ΔV
wird auf der Grundlage des Fahrzeug-Fahrzeug-Abstandes L berechnet,
der vom Fahrzeug-Fahrzeug-Abstandsensorkopf 1 und vom Abstandsignal-Verarbeitungsabschnitt 11 wie in 6 gezeigt
erfaßt
wird.
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Herkömmlicherweise
war eine typische Fahrzeugverfolgung-Steuervorrichtung so beschaffen, daß sie die
Relativgeschwindigkeit ΔV
durch Ausführen
einer einfachen Differentialrechnung ausgehend vom Änderungsbetrag
des Fahrzeug-Fahrzeug-Abstandes L pro Zeiteinheit berechnet, wie
durch die folgende Gleichung angegeben wird:
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Dieses
Berechnungsverfahren ist jedoch gegenüber einem Rauschen empfindlich
und erzeugt während
der Nachlaufre gelung Schwankungen. Das heißt, daß es das Fahrzeugverhalten
beeinflussen kann.
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Um
die obengenannte Tendenz zu beseitigen, verwendet die Fahrzeugverfolgung-Steuervorrichtung gemäß der Erfindung
ein Verfahren, mit dem die Relativgeschwindigkeit ΔV mittels
eines Bandpaßfilters
oder eines Hochpaßfilters
approximativ erhalten wird. Das heißt, daß der Fahrzeug-Fahrzeug-Abstand
L durch ein Bandpaßfilter
oder durch ein Hochpaßfilter übertragen
wird. Das Bandpaßfilter
ist beispielsweise durch eine Übertragungsfunktion
gegeben, die durch die folgende Gleichung ausgedrückt wird:
wobei ω
c = 2πfc
ist und s der Laplace-Operator ist. Wie aus Gleichung (2) hervorgeht,
enthält
der Zähler
der Übertragungsfunktion
einen Differentialterm des Laplace-Operators. Wie in
7 gezeigt
ist, wird die Relativgeschwindigkeit ΔV durch praktisches Ausführen eines
Differentials des Fahrzeug-Fahrzeug-Abstandes L berechnet. In ähnlicher
Weise ist es möglich,
die Relativgeschwindigkeit ΔV
durch Anwenden des Hochpaßfilters auf
den Fahrzeug-Fahrzeug-Abstand L approximativ zu erhalten. Die Kappungsfrequenz
fc nach Gleichung (2) wird aus der Größe der im Fahrzeug-Fahrzeug-Abstand
L enthaltenen Rauschkomponente und dem zulässigen Wert der Schwankung
von G in Fahrzeuglängsrichtung,
die einen kurzen Zyklus besitzt, bestimmt.
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Nun
wird der Steueralgorithmus zum Verfolgen des vorausfahrenden Fahrzeugs
unter Einhaltung des Soll-Fahrzeug-Fahrzeug-Abstandes beschrieben.
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Der
Grundaufbau des Steuersystems enthält den Fahrzeugverfolgung-Steuerabschnitt 50 und
unabhängig
hiervon den Fahrgeschwindigkeit-Steuerabschnitt 51. Der
Fahrzeugverfolgung-Steuerabschnitt 50 gibt die Sollfahrgeschwindigkeit
V* aus und ist so beschaffen, daß er nicht direkt den Fahrzeug-Fahrzeug-Abstand L
steuert.
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Ein
Fahrzeug-Fahrzeug-Abstandsteuerabschnitt 502 des Fahrzeugverfolgung-Steuerabschnitts 50 berechnet
die Sollfahrgeschwindigkeit V* für
die Verfolgung des vorausfahrenden Fahrzeugs anhand des Fahrzeug-Fahrzeug-Abstandes
L, des Soll-Fahrzeug-Fahrzeug-Abstandes L* und der Relativgeschwindigkeit ΔV, wobei
der Fahrzeug-Fahrzeug-Abstand
L auf dem Sollwert L* gehalten wird. Insbesondere wird die Sollrelativgeschwindigkeit ΔV* aus einer
Form erhalten, die eine Linearkombination aus einem ersten Wert
(erstes Produkt), das durch Multiplikation des Verstärkungsfaktors
fd (erster Verstärkungsfaktor)
mit einer Differenz (L* – L)
zwischen dem Soll-Fahrzeug-Fahrzeug-Abstand
L* und dem Ist-Fahrzeug-Fahrzeug-Abstand L erhalten wird, und aus
einem zweiten Wert (zweites Produkt), das durch Multiplikation eines
Verstärkungsfaktors
fv (zweiter Verstärkungsfaktor)
mit der Relativgeschwindigkeit ΔV
erhalten wird, enthält.
Ferner wird die Sollfahrgeschwindigkeit V* durch Subtrahieren der
Sollrelativgeschwindigkeit ΔV*
von der Geschwindigkeit Vt des vorausfahrenden Fahrzeugs wie in 8 gezeigt
berechnet. ΔV* = fd·(L – L*) +
fv·ΔV (3) V* = Vt – ΔV* (4)
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Der
erste Verstärkungsfaktor
fd und der zweite Verstärkungsfaktor
fv sind Parameter für
die Bestimmung der Verfolgungssteuerleistung. Da dieses System ein
Einzeleingang-/Zweiausgang-System ist, das zwei Sollwerte (den Fahrzeug-Fahrzeug-Abstand
und die Relativgeschwindigkeit) durch einen Eingang (Sollfahrgeschwindigkeit)
steuert, ist das Steuersystem so beschaffen, daß es das Zustandsrückkopplungssteuerverfahren
(Regler-Steuerverfahren) verwendet. Im folgenden wird die Prozedur
für den
Entwurf des Steuersystems beschrieben.
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Die
Zustandsvariablen x1 und x2 des Systems sind durch die folgenden
Gleichungen definiert: x1
= Vt – V (5) x2 = L* – L (6)
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Ferner
ist der Steuereingang (der Ausgang der Steuereinrichtung 5) als
V* bestimmt und durch die folgende Gleichung definiert: V* = Vt – ΔV* (7)
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Der
Fahrzeug-Fahrzeug-Abstand L wird durch die folgende Gleichung erhalten: L = ∫(Vt – V)dt + L0 (8)wobei L0 ein Anfangswert des Fahrzeug-Fahrzeug-Abstandes
L ist.
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Das
Fahrgeschwindigkeit-Servosystem wird durch die lineare Übertragungsfunktion
approximiert, in der die Ist-Fahrgeschwindigkeit
V eine Verzögerung
erster Ordnung in bezug auf die Sollfahrgeschwindigkeit V* ist,
wie aus den folgenden Gleichungen hervorgeht:
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Wenn
angenommen wird, daß die
Fahrgeschwindigkeit Vt des vorausfahrenden Fahrzeugs konstant ist,
wird aus den Gleichungen (5), (7) und (10) die folgende Gleichung
(11) erhalten:
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Wenn
ferner angenommen wird, daß der
Soll-Fahrzeug-Fahrzeug-Abstand L* konstant ist, wird aus den Gleichungen
(6) und (8) die folgende Gleichung (12) erhalten:
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Daher
ist die Zustandsgleichung des Systems folgendermaßen gegeben:
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Der
Steuereingang u wird durch die folgende Gleichung angelegt: u = FX, mit F = [fv, fd] (14)
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Die
Zustandsgleichung des Gesamtsystems, auf das die Zustandsrückkopplung
angewendet wird, ist durch die folgenden Gleichungen gegeben:
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Daher
lautet die charakteristische Gleichung des Gesamtsystems folgendermaßen:
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Wie
oben erwähnt
worden ist, wird das Fahrgeschwindigkeit-Servosystem angenähert durch
die lineare Übertragungsfunktion
dargestellt, weshalb der erste und der zweite Verstärkungsfaktor
fd bzw. fv so beschaffen sind, daß die Konvergenzcharakteristik,
mit der der Fahrzeug-Fahrzeug-Abstand
L zum Soll-Fahrzeug-Fahrzeug-Abstand L* geführt wird und die Relativgeschwindigkeit ΔV anhand
dieser Charakteristik nach 0 geführt
wird, auf die von Entwurfsingenieur beabsichtigte Charakteristik
gesetzt wird. Beispielsweise werden die Verstärkungsfaktoren, mit denen erfüllt wird,
daß die
Zeitkonstante des Fahrgeschwindigkeit-Servosystems auf τ
V =
0,5 [s] gesetzt ist und der Pol (Sollwert) des Fahrzeugverfolgung-Steuersystems
0,14 ± 0,15j
ist (ω
n = 0,2, ξ =
0,7), folgendermaßen
bestimmt:
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Aus
den Gleichungen (17) und (18) folgt:
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Daher
lauten die ersten und zweiten Verstärkungsfaktoren fv bzw. fd folgendermaßen: fv = 0, 86 fd = 0, 02 (21)
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Da
in dieser Ausführung
die Relativgeschwindigkeit ΔV
eine Differenz zwischen der Fahrgeschwindigkeit Vt des vorausfahrenden
Fahrzeugs und der Fahrgeschwindigkeit V des gesteuerten Fahrzeugs
VE ist, wird die Fahrgeschwindigkeit Vt des vorausfahrenden Fahrzeugs
unter Verwendung der Fahrgeschwindigkeit V des gesteuerten Fahrzeugs
VE und der Relativgeschwindigkeit ΔV, die aus den Fahrzeug-Fahrzeug-Abstandsdaten
erhalten wird, berechnet: Vt = V + ΔV (22)
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Daher
ist in diesem Fall die Sollfahrgeschwindigkeit V* über die
Gleichungen (3), (4) und (22) folgendermaßen gegeben: V* = V – fd(L* – L) + (1 – fv)ΔV (23)
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Um
eine plötzliche
Beschleunigung oder Verzögerung
des Fahrzeugs VE zu vermeiden, ist der Änderungsbetrag der Sollfahrgeschwindigkeit
V* pro Zeiteinheit begrenzt.
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Andererseits
kann der Soll-Fahrzeug-Fahrzeug-Abstand L* unter Verwendung einer
Fahrzeug-Fahrzeug-Zeitdauer, die in einer vor einer Annäherung an
das vorausfahrende Fahrzeug warnenden Alarmvorrichtung verwendet
wird, gesetzt werden. Hierbei ist der Fahrzeug-Fahrzeug-Abstand
L* als Funktion der Fahrgeschwindigkeit Vt des vorausfahrenden Fahrzeugs
definiert, wobei die Konvergenz der Steuerung nicht beeinflußt wird.
Unter Verwendung der Fahrgeschwindigkeit Vt, die in Gleichung (22)
definiert ist, wird der Soll-Fahrzeug-Fahrzeug-Abstand L* folgendermaßen erhalten: L* = a·Vt + Lof (24)wobei a
ein Koeffizient ist und Lof ein Versatz
ist.
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Falls
die Fahrgeschwindigkeit Vt des vorausfahrenden Fahrzeugs anhand
der Fahrgeschwindigkeit V des gesteuerten Fahrzeugs VE und der Relativgeschwindigkeit ΔV berechnet
wird, wird sie durch Rauschen, das der Relativgeschwindigkeit ΔV überlagert
ist, beeinflußt.
Daher wird der Soll-Fahrzeug-Fahrzeug-Abstand L* als Funktion der
Fahrgeschwindigkeit V des gesteuerten Fahrzeugs VE gesetzt. Beispielsweise
wird der Soll-Fahrzeug-Fahrzeug-Abstand
L* durch die folgende Gleichung gesetzt: L* = a·V
+ Lof (25)
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Die 11A bis 15D zeigen
Ergebnisse von Simulationen der ersten Ausführung.
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In
jedem Graphen, der die Änderung
der Fahrgeschwindigkeit veranschaulicht, repräsentiert eine ununterbrochene
Linie die Fahrgeschwindigkeit V des gesteuerten Fahrzeugs VE, während eine
unterbrochene Linie die Sollfahrgeschwindigkeit V* repräsentiert.
In jedem Graphen, der die Änderung
des Fahrzeug-Fahrzeug-Abstandes zeigt, repräsentiert eine ununterbrochene
Linie den Fahrzeug-Fahrzeug-Abstand
L, während eine
unterbrochene Linie den Soll-Fahrzeug-Fahrzeug-Abstand
L* repräsentiert.
In jedem Graphen, der die Änderung
der Relativgeschwindigkeit zeigt, repräsentiert eine ununterbrochene
Linie die Ist-Relativgeschwindigkeit ΔV, während eine
unterbrochene Linie, die durch das Bandpaßfilter berechnete Relativgeschwindigkeit ΔVs repräsentiert.
In jedem Graphen, der die Änderung
der Beschleunigung zeigt, repräsentiert
eine ununterbrochene Linie die Fahrzeugkarosseriebeschleunigung.
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Die
angepaßten
Simulationsbedingungen waren die folgenden:
- (1)
Das gesteuerte Fahrzeug fährt
mit einer Fahrgeschwindigkeit von 100 km/h und verfolgt ein vorausfahrendes
Fahrzeug mit einem Fahrzeug-Fahrzeug-Abstand von 40 m, wobei ein
Fahrzeug, das mit einer Fahrgeschwindigkeit von 80 km/h fährt, 20
m vor dem gesteuerten Fahrzeug dessen Kurs schneidet.
- (2) In ähnlicher
Weise schneidet ein Fahrzeug, das mit einer Fahrgeschwindigkeit
100 km/h fährt,
den Kurs des gesteuerten Fahrzeugs.
- (3) Wenn das gesteuerte Fahrzeug mit einer Fahrgeschwindigkeit
von 100 km/h fährt,
wird ein Fahrzeug erkannt, das mit einer Fahrgeschwindigkeit von
60 km/h fährt.
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In
diesen drei Situationen wurden Simulationen für den Fall ausgeführt, in
dem der Soll-Fahrzeug-Fahrzeug-Abstand L* als Funktion der Fahrgeschwindigkeit
Vt des vorausfahrenden Fahrzeugs gesetzt ist (Gleichung (24)), und
für den
Fall, in dem der Soll-Fahrzeug-Fahrzeug-Abstand als Funktion der Fahrgeschwindigkeit
V des gesteuerten Fahrzeugs gesetzt ist (Gleichung (25)) der Pol
des Systems lag bei –0,17 ± 0,19j,
die Rückkopplungsverstärkungsfaktoren
lauteten fv = 0,87 und fd = 0,02.
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Die 11A bis 12D zeigen
das Ergebnis für
den Fall, in dem der Soll-Fahrzeug-Fahrzeug-Abstand L* als Funktion
der Fahrgeschwindigkeit Vt des vorausfahrenden Fahrzeugs gesetzt
ist. Die 11A bis 11D zeigen
das Ergebnis, das erhalten wurde, wenn die Steuerung unter der Simulationsbedingung
(1) ausgeführt
wurde. Die 12A bis 12D zeigen
das Ergebnis, das erhalten wurde, wenn die Steuerung unter der Simulationsbedingung
(2) ausgeführt
wurde.
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Die 13A bis 15D zeigen
das Ergebnis für
den Fall, in dem der Soll-Fahrzeug-Fahrzeug-Abstand L* als Funktion
der Fahrgeschwindigkeit V des gesteuerten Fahrzeugs VE gesetzt ist.
Die 13A bis 13D zeigen
das Ergebnis, das erhalten wurde, wenn die Steuerung unter der Simulationsbedingung
(1) ausgeführt
wurde. Die 14A bis 14D zeigen
das Ergebnis, das erhalten wurde, wenn die Steuerung unter der Simulationsbedingung
(2) ausgeführt
wurde. Die 15A bis 15D zeigen
das Ergebnis, das erhalten wurde, wenn die Steuerung unter der Simulationsbedingung
(3) ausgeführt
wurde.
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Wenn
die Steuerung unter der Simulationsbedingung (1) ausgeführt wurde,
d. h. wenn das gesteuerte Fahrzeug VE mit einer Fahrgeschwindigkeit
von 100 km/h fährt
und ein vorausfahrendes Fahrzeug mit einem Fahrzeug-Fahrzeug-Abstand von 40 m
verfolgt und wenn weiterhin ein Fahrzeug, das mit einer Fahrgeschwindigkeit
von 80 km/h fährt,
in einem Abstand von 20 m vor dem gesteuerten Fahrzeug VE dessen
Kurs schneidet, wie in den 11 und 13 gezeigt ist, beträgt die Änderung der Relativgeschwindigkeit ΔV bei Beginn
des Schneidevorgangs im allgemeinen 20 km/h, die durch die Fahrgeschwindigkeitsdifferenz
zwischen dem vorausfahrenden Fahrzeug und dem schneidenden Fahrzeug
gegeben ist, ferner nähert
sich der Fahrzeug-Fahrzeug-Abstand L dem Soll-Fahrzeug-Fahrzeug-Abstand
L* (ungefähr
32 m) entsprechend der Fahrgeschwindigkeit Vt des vorausfahrenden
Fahrzeugs und der Fahrgeschwindigkeit V des gesteuerten Fahrzeugs
VE an, wobei die Änderung
der Relativgeschwindigkeit ΔV
in ausreichendem Maß unterdrückt wird.
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Im
Fall der Simulationsbedingung (2), d. h. wenn das gesteuerte Fahrzeug
VE mit einer Fahrgeschwindigkeit von 100 km/h fährt und ein vorausfahrendes
Fahrzeug in einem Fahrzeug-Fahrzeug-Abstand von 40 m verfolgt und
ein Fahrzeug, das mit einer Fahrgeschwindigkeit von 100 km/h fährt und
den Kurs des gesteuerten Fahrzeugs VE in einem Abstand von 20 m
vor dem gesteuerten Fahrzeug VE schneidet, wie in den 12A bis 12D und 14A bis 14D gezeigt
ist, nähert
sich der Fahrzeug-Fahrzeug-Abstand L dem Soll-Fahrzeug-Fahrzeug-Abstand
L* (40 m) an, wobei die Änderung
der Relativgeschwindigkeit ΔV
unterdrückt wird.
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In
der Konstruktion der ersten Ausführung
bilden der Fahrgeschwindigkeitssensor 2 und der Fahrgeschwindigkeits-Signalverarbeitungsabschnitt 21 eine
Geschwindig keitserfassungseinrichtung für das gesteuerte Fahrzeug,
während
der Fahrzeug-Fahrzeug-Abstandsensorkopf 1 und der Meßsignal-Verarbeitungsabschnitt 11 eine
Fahrzeug-Fahrzeug-Abstanderfassungseinrichtung bilden, der Fahrzeugverfolgung-Steuerabschnitt 50 einen
Fahrgeschwindigkeit-Berechnungsabschnitt
bildet, der Fahrgeschwindigkeit-Steuerabschnitt 51 eine
Fahrgeschwindigkeit-Steuereinrichtung bildet und der Relativgeschwindigkeit-Berechnungsabschnitt 501 eine
Relativgeschwindigkeit-Erfassungseinrichtung bildet.
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Gemäß der ersten
Ausführung
der Fahrzeugverfolgung-Steuereinrichtung gemäß der Erfindung wird die Sollfahrgeschwindigkeit
unter Berücksichtigung
der Relativgeschwindigkeit in der Weise berechnet, daß sich der
Fahrzeug-Fahrzeug-Abstand
dem Sollwert ohne übermäßige Änderung
der Relativgeschwindigkeit während
der Verfolgungssteuerung ändert.
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In
den 16 bis 24D ist
eine zweite Ausführung
der Fahrzeugverfolgung-Steuervorrichtung gemäß der Erfindung gezeigt. Der
Aufbau der Fahrzeugverfolgung-Steuervorrichtung der zweiten Ausführung ist grundsätzlich die
gleiche wie jene der ersten Ausführungsform,
die in den 1 und 2 gezeigt
ist, mit der Ausnahme, daß die
ersten und zweiten Verstärkungsfaktoren
fd und fv entsprechend dem Fahrzeug-Fahrzeug-Abstand L geändert werden.
Gleiche Teile und Elemente sind mit den gleichen Bezugszeichen wie
in der ersten Ausführung
bezeichnet, ferner wird eine nochmalige Erläuterung hiervon weggelassen.
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Um
die Beziehung zwischen dem Steuersystem und den verwendeten Gleichungen
zu erläutern,
wird im folgenden diese Beziehung mit Bezug auf 16 kurz
erklärt.
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Das
Steuersystem berechnet die Sollfahrgeschwindigkeit V* zur Ausführung der
Verfolgung, indem es den Fahrzeug-Fahrzeug-Abstand L auf dem Sollwert
L* hält.
Wie in 16 gezeigt ist, wird die Sollrelativgeschwindigkeit ΔV* aus der
Summe aus einem Produkt des ersten Verstärkungsfaktors fd mit einer
Differenz ΔL
zwischen dem Soll-Fahrzeug-Fahrzeug-Abstand
L* und dem Fahrzeug-Fahrzeug-Abstand
L und aus einem Produkt des zweiten Verstärkungsfaktors fv mit der Relativgeschwindigkeit ΔV berechnet. ΔV* = fd·ΔL + fv·ΔV (3)wobei die
Verstärkungen
fd und fv Parameter für
die Bestimmung der Verfolgungssteuerleistung sind. Die Relativgeschwindigkeit
wird durch Filterung (Übertragung)
des Fahrzeug-Fahrzeug-Abstandes L mittels eines Bandpaßfilters
B.P.F. erhalten, wobei die Fahrgeschwindigkeit Vt des vorausfahrenden
Fahrzeugs durch die Gleichung (22) berechnet wird: Vt = V + ΔV (22)
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Dann
wird die Sollfahrgeschwindigkeit V* durch Subtraktion der Sollrelativgeschwindigkeit ΔV* von der Fahrgeschwindigkeit
Vt des vorausfahrenden Fahrzeugs erhalten: V* = Vt – ΔV * (4)
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Daher
wird die Sollfahrgeschwindigkeit V* anhand der Gleichungen (3),
(4) und (22) folgendermaßen gegeben: V* = V + ΔV – (fd·ΔL + fv·ΔV) (23A)
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Entsprechend
der Sollfahrgeschwindigkeit wird die Fahrgeschwindigkeit V des mit
einer ASCD (einer automatischen Geschwindigkeitsregelung) ausgerüsteten gesteuerten
Fahrzeugs VE gesteuert. Dann wird der Fahrzeug-Fahrzeug-Abstand L entsprechend
der Relativgeschwindigkeit ΔV,
die durch die Differenz zwischen der Fahrgeschwindigkeit V und der
Fahrgeschwindigkeit Vt des vorausfahrenden Fahrzeugs gegeben ist,
gesteuert.
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Wie
in der ersten Ausführung
ist auch das Steuersystem der zweiten Ausführung ein Einzeleingang-/Doppelausgang-System, das die zwei
Sollwerte des Fahrzeug-Fahrzeug-Abstandes
L bzw. der Relativgeschwindigkeit ΔV durch einen Eingang der Fahrgeschwindigkeit
V* steuert. Daher ist das Steuersystem mittels einer Zustandsrückkopplung
(Regler) entworfen. Die Zustandsvariablen x1 und x2 des Systems
sind durch die folgenden Gleichungen (5) und (6) definiert: x1 = Vt – V (5) x2 = L* – L (6)
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Der
Steuereingang (ein Ausgang der Steuereinrichtung) ist als V* definiert
und durch die folgende Gleichung gegeben: V* = Vt – ΔV* (4)
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Der
Fahrzeug-Fahrzeug-Abstand L ist durch die folgende Gleichung gegeben: L = ∫(Vt – V)dt + L0 (8)
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In
Gleichung (8) ist L0 ein Anfangswert des
Fahrzeug-Fahrzeug-Abstandes.
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Das
Fahrgeschwindigkeit-Servosystem wird beispielsweise durch eine lineare Übertragungsfunktion approximiert,
in der die Ist-Fahrgeschwindigkeit in bezug auf die Sollfahrgeschwindigkeit
eine Verzögerung erster
Ordnung ist, wie durch die folgende Gleichung ausgedrückt wird:
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Unter
der Annahme, daß die
Fahrgeschwindigkeit Vt des vorausfahrenden Fahrzeugs konstant ist, folgt
aus den Gleichungen (4), (8) und (9):
-
Unter
der weiteren Annahme, daß der
Soll-Fahrzeug-Fahrzeug-Abstand L* konstant ist, folgt aus den Gleichungen
(6) und (8) ẋ2
= –(Vt – V) = –x1 (12A)
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Daher
ist die Zustandsgleichung des Systems folgendermaßen gegeben:
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Der
Steuereingang u ist durch die folgende Gleichung definiert: u = FX, mit F = [fd, fv] (14)
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Die
Zustandsgleichung des Gesamtsystems, auf das die Zustandsrückkopplung
angewendet wird, ist durch die folgenden Gleichungen gegeben:
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Daher
ist die charakteristische Gleichung des Gesamtsystems folgendermaßen definiert:
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Auf
der Grundlage der Übertragungscharakteristik
des obenerwähnten
Fahrgeschwindigkeit-Servosystems sind die Verstärkungsfaktoren fd und fv in
der Weise entworfen, daß die
Konvergenzcharakteristik, mit der der Fahrzeug-Fahrzeug-Abstand L zum Sollwert L* konvergiert
und die Relativgeschwindigkeit ΔV
anhand dieser Charakteristik gegen 0 konvergiert, auf die vom Entwurfsingenieur
beabsichtigte Charakteristik gesetzt ist.
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Die
Konvergenzcharakteristik des Verfolgungssteuersystems, das die Zustandsrückkopplung
anwendet, wird durch ein System zweiter Ordnung wie durch Gleichung
(17) angegeben approximiert. Wenn beispielsweise angenommen wird,
daß die
Zeitkonstante des Fahrgeschwindigkeit-Servosystems in der Weise definiert
ist, daß τV =
0,5 s ist, und als eine erste Setzung ➀ gesetzt ist, bei
der er eine langsame Konvergenzcharakteristik hat, oder der Pol
des Systems als eine zweite Setzung ➁ gesetzt ist, bei
der er eine schnelle Konvergenzcharakteristik besitzt, werden der
erste Verstärkungsfaktor
und der zweite Verstärkungsfaktor
fd und fv aus den Gleichungen (27) und (28) folgendermaßen erhalten:
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- ➀ gleiche Wurzel: –0,1 (ωn = 0,2, ξ =
1,0) → fd
= 0,02, fv = 0,8
- ➁ gleiche Wurzel: –0,4 (ωn = 0,4, ξ =
1,0) → fd
= 0,08, fv = 0,6
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Die 17A bis 18D zeigen
die Ergebnisse der Simulation des Systems, das für den Fall gesetzt wurde, daß sich das
gesteuerte Fahrzeug VE mit der Relativgeschwindigkeit von 20 km/h
dem 120 m vorausfahrenden Fahrzeug annähert. Die 17A bis 17D zeigen
das Ergebnis für
den Fall der ersten Setzung ➀. Die 18A bis 18D zeigen das Ergebnis für den Fall der zweiten Setzung ➁.
In jedem Graphen, der die Änderung
der Fahrgeschwindigkeit V zeigt, repräsentiert eine ununterbrochene
Linie die Fahrge schwindigkeit V, während eine unterbrochene Linie
die Sollfahrgeschwindigkeit V* repräsentiert. In jedem Graphen,
der die Änderung
des Fahrzeug-Fahrzeug-Abstandes zeigt, repräsentiert eine ununterbrochene
Linie den Fahrzeug-Fahrzeug-Abstand L, während eine unterbrochene Linie
den Soll-Fahrzeug-Fahrzeug-Abstand L* repräsentiert. In jedem Graphen,
der die Änderung
der Relativgeschwindigkeit zeigt, repräsentiert eine ununterbrochene
Linie die Relativgeschwindigkeit ΔV,
während
eine unterbrochene Linie die berechnete Relativgeschwindigkeit ΔVs repräsentiert.
In jedem Graphen, der die Beschleunigung des Fahrzeugs zeigt, repräsentiert eine
ununterbrochene Linie die Beschleunigung und die Verzögerung des
Fahrzeugs.
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Falls
sich das gesteuerte Fahrzeug dem vorausgehenden Fahrzeug annähert und
die erste Setzung ➀ mit einer langsamen Konvergenzcharakteristik
gewählt
ist, wird die Steuerung des Fahrzeug-Fahrzeug-Abstandes L zu dem
Zeitpunkt begonnen, zu dem der Fahrzeug-Fahrzeug-Abstand groß ist, so
daß der
Fahrzeug-Fahrzeug-Abstand L langsam zum Soll-Fahrzeug-Fahrzeug-Abstand
L* konvergiert. Während
dieser Steuerung beträgt
die maximale Verzögerung
des gesteuerten Fahrzeugs höchstens
0,5 m/s2. Wenn andererseits die zweite Setzung ➁ mit
einer schnellen Konvergenzcharakteristik gewählt ist, wird die Steuerung
des Fahrzeug-Fahrzeug-Abstandes L zu dem Zeitpunkt begonnen, zu
dem der Fahrzeug-Fahrzeug-Abstand L so kurz ist, daß der Fahrzeug-Fahrzeug-Abstand
L schnell zum Soll-Fahrzeug-Fahrzeug-Abstand L* konvergiert. Während dieser
Steuerung mit schnellem Ansprechverhalten beträgt die maximale Verzögerung des
gesteuerten Fahrzeugs höchstens
1,0 m/s2 und ist größer als diejenige der Setzung ➀.
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Die 19A bis 20D zeigen
die Ergebnisse der Simulation des Systems, das für den Fall gesetzt wurde, daß das gesteuerte
Fahrzeug mit einer Fahrgeschwindigkeit von 100 km/h ein vorausfahrendes
Fahrzeug verfolgt, das in einem Abstand von 40 m vorausfährt, wobei
ein Fahrzeug mit einer Relativgeschwindigkeit von 15 km/h den Kurs
des gesteuerten Fahrzeugs 30 m vor diesem gesteuerten Fahrzeug schneidet.
Die 19A bis 19D zeigen
das Ergebnis für
den Fall der ersten Setzung ➀, während die 20A bis 20D das
Ergebnis für
den Fall der zweiten Setzung ➁ zeigen. In jedem Graphen,
der die Änderung
der Fahrgeschwindigkeit V zeigt, repräsentiert eine ununterbrochene
Linie die Fahrgeschwindigkeit V, während eine unterbrochene Linie
die Sollfahrgeschwindigkeit V* repräsentiert. In jedem Graphen,
der den Fahrzeug-Fahrzeug-Abstand zeigt, repräsentiert eine ununterbrochene
Linie den Fahrzeug-Fahrzeug-Abstand L, während eine unterbrochene Linie
den Soll-Fahrzeug-Fahrzeug-Abstand L* repräsentiert. In jedem Graphen, der
die Relativgeschwindigkeit zeigt, repräsentiert eine ununterbrochene
Linie die Relativgeschwindigkeit ΔV, während eine
unterbrochene Linie die berechnete Relativgeschwindigkeit ΔVs repräsentiert.
In jedem Graphen, der die Beschleunigung des Fahrzeugs zeigt, repräsentiert
eine ununterbrochene Linie die Beschleunigung und die Verzögerung des
Fahrzeugs.
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In
dem Fall, in dem ein Fahrzeug den Kurs des gesteuerten Fahrzeugs
schneidet, wie in den 19A bis 19D gezeigt ist, wird das gesteuerte Fahrzeug
dann, wenn die zweite Setzung ➁ gewählt ist, schnell verzögert, wobei
der minimale Fahrzeug-Fahrzeug-Abstand ungefähr 25 m beträgt. Das
heißt,
daß die
Annäherung
an das schneidende Fahrzeug gering ist. Wenn andererseits die erste
Setzung ➀ gewählt
ist, nähert sich
das gesteuerte Fahrzeug VE dem schneidenden Fahrzeug soweit an,
daß der
Fahrzeug-Fahrzeug-Abstand L 20 m beträgt, woraufhin der Fahrzeug-Fahrzeug-Abstand
L zum Soll-Fahrzeug-Fahrzeug-Abstand L* konvergiert. Daher erfordern
der Fall einer Annäherung aus
einer größeren Entfernung
und der Fall eines Schneidens während
eines Verfolgungsvorgangs jeweils unterschiedliche Antwortcharakteristiken.
Somit kann eine einzige Antwortcharakteristik nur schwer die beiden
Forderungen erfüllen.
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Aus
diesem Grund ist die zweite Ausführung
der Fahrzeugverfolgung-Steuervorrichtung gemäß der Erfindung so beschaffen,
daß die
obenerwähnten
Schwierigkeiten hinsichtlich der Ansprechcharakteristik beseitigt
werden, indem dem Fahrzeug-Fahrzeug-Abstand während der Steuerung Aufmerksamkeit
geschenkt wird. Das heißt,
daß der
Pol und der erste Verstärkungsfaktor
fd sowie der zweite Verstärkungsfaktor
fv in der Weise bestimmt werden, daß das Ansprechverhalten des
Gesamtsystems eine langsame Konvergenzcharakteristik besitzt, die
in einem Fall angewendet wird, in dem der Fahrzeug-Fahrzeug-Abstand
groß ist,
und daß das
Ansprechvermögen
des Gesamtsystems eine schnelle Konvergenzcharakteristik besitzt,
die in einem Fall verwendet wird, in dem der Fahrzeug-Fahrzeug-Abstand
L klein ist. Das heißt,
daß der
erste Verstärkungsfaktor
fd und der zweite Verstärkungsfaktor
fv in Abhängigkeit
vom Fahrzeug-Fahrzeug-Abstand L geändert werden.
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Dieses
Verstärkungsfaktor-Änderungsverfahren
zum Ändern
des ersten Verstärkungsfaktors
fd und des zweiten Verstärkungsfaktors
fv auf der Grundlage des Fahrzeug-Fahrzeug-Abstandes L wird nun
beschrieben. Wie oben erwähnt
worden ist, wird, da die Ansprechcharakteristik des Steuersystems
durch das sekundäre
System approximiert wird, ωn in bezug auf den Fahrzeug-Fahrzeug-Abstand
L beispielsweise wie in 21 gezeigt
gesetzt. Wenn der Fahrzeug-Fahrzeug-Abstand L kleiner als 40 m ist,
wird ωn auf 0,4 gesetzt, um eine schnelle Antwort
sicherzustellen. Wenn der Fahrzeug-Fahrzeug-Abstand größer als
80 m ist, wird ωn auf 0,2 gesetzt, um eine langsame Antwort sicherzustellen.
Wenn ferner der Fahrzeug-Fahrzeug-Abstand L im Bereich von 40 m
bis 80 m liegt, werden der erste und der zweite Verstärkungsfaktor
fd bzw. fv in der Weise interpoliert, daß zwischen den ersten und zweiten
Verstärkungsfaktoren
fd bzw. fv gleichmäßig geschaltet
wird. Das Berechnungsergebnis für
jeden Verstärkungsfaktor
fd, fv auf der Grundlage von ωn ist in den 22A und 22B gezeigt. Wie in diesen Figuren gezeigt ist,
wird der erste Verstärkungsfaktor
fd, der mit der Fahrzeug-Fahrzeug-Abstandsdifferenz ΔL multipliziert
werden soll, dann, wenn der Fahrzeug-Fahrzeug-Abstand L groß ist, erniedrigt,
während
der zweite Verstärkungsfaktor
fv, der mit der Relativgeschwindigkeit ΔV multipliziert werden soll,
in diesem Fall erhöht
wird. Wenn hingegen der Fahrzeug-Fahrzeug-Abstand L klein ist, wird der
erste Verstärkungsfaktor
fd, der mit der Fahrzeug-Fahrzeug-Abstandsdifferenz ΔL multipliziert werden soll, erhöht, während der
zweite Verstärkungsfaktor
fv, der mit der Relativgeschwindigkeit ΔV multipliziert werden soll,
erniedrigt wird.
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Die 23A bis 23D zeigen
das Ergebnis der Simulation des Systems, das für einen Fall gesetzt wurde,
in dem sich das gesteuerte Fahrzeug VE mit der Relativgeschwindigkeit
von 20 km/h dem vorausfahrenden Fahrzeug, das in einem Abstand von
120 m vorausfährt,
annähert.
Die 24A bis 24D zeigen die
Ergebnisse der Simulation des Systems, das für den Fall gesetzt wurde, in
dem das gesteuerte Fahrzeug mit einer Fahrgeschwindigkeit von 100
km/h fährt
und einem vorausfahrenden Fahrzeug, das sich in einem Fahrzeug-Fahrzeug-Abstand
L von 40 m befindet, folgt, wobei ein Fahrzeug, das eine Relativgeschwindigkeit ΔV von 15
km/h besitzt, in einem Abstand von 30 m vor dem gesteuerten Fahrzeug
den Kurs des gesteuerten Fahrzeugs schneidet. In einem Graphen,
der die Fahrgeschwindigkeit zeigt, repräsentiert eine ununterbro chene
Linie die Fahrgeschwindigkeit V, während eine unterbrochene Linie
die Sollfahrgeschwindigkeit V* repräsentiert. In einem Graphen,
der den Fahrzeug-Fahrzeug-Abstand
zeigt, repräsentiert
eine ununterbrochene Linie den Fahrzeug-Fahrzeug-Abstand L, während eine
unterbrochene Linie den Soll-Fahrzeug-Fahrzeug-Abstand L* repräsentiert.
In einem Graphen, der die Relativgeschwindigkeit zeigt, repräsentiert
eine ununterbrochene Linie die Relativgeschwindigkeit ΔV, während eine
unterbrochene Linie die geschätzte
Relativgeschwindigkeit ΔVs
repräsentiert.
In einem Graphen, der die Beschleunigung des Fahrzeugs zeigt, repräsentiert
eine ununterbrochene Linie die Beschleunigung und die Verzögerung des
Fahrzeugs.
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Wie
in den 23A bis 23D gezeigt
ist, wird die langsame Antwortcharakteristik verwendet, wenn sich
das gesteuerte Fahrzeug dem vorausfahrenden Fahrzeug aus einer großen Entfernung
annähert.
Daher beginnt das gesteuerte Fahrzeug nach dem radartechnischen "Einfangen" des vorausfahrenden
Fahrzeugs eine Verzögerung,
um den Fahrzeug-Fahrzeug-Abstand L langsam zum Soll-Fahrzeug-Fahrzeug-Abstand
L* zu führen,
wenn der Fahrzeug-Fahrzeug-Abstand L 70 m beträgt. Die Verzögerung des
Fahrzeugs ist sicherlich gering, so daß ein auf einen Fahrzeuginsassen
ausgeübter
Stoß klein
ist.
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Wenn,
wie in den 24A bis 24D gezeigt
ist, der Fahrzeug-Fahrzeug-Abstand während der Verfolgung nur 40
m beträgt,
wird die schnelle Antwortcharakteristik verwendet. Daher wird mit
der Verzögerung direkt
nach dem "Einfangen" begonnen, wodurch
eine zu starke Annäherung
an das vorausfahrende Fahrzeug verhindert wird und der Fahrzeug-Fahrzeug-Abstand
L schnell zum Soll-Fahrzeug-Fahrzeug-Abstand
L* geführt
wird.
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Somit
kann durch schnelles Antworten auf einen Fall, in dem der Fahrzeug-Fahrzeug-Abstand
L gering ist, etwa dann, wenn ein weiteres Fahrzeug während der
Fahrzeugverfolgung den Kurs des gesteuerten Fahrzeugs schneidet,
und durch langsames Antworten auf einen Fall, in dem sich das gesteuerte
Fahrzeug VE einem entfernten vorausfahrenden Fahrzeug annähert, die
hinsichtlich der Wahrnehmung des Fahrzeuginsassen am besten geeignete
Charakteristik sichergestellt werden.
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Die
obenerwähnte
Ausführung
ist für
den Fall gezeigt und beschrieben worden, in dem die Bremsvorrichtung 6 eine
automatische Bremssteuerung ausführt,
so daß die
Ist-Fahrgeschwindigkeit
jedem Fahrgeschwindigkeit-Befehlswert folgt, d. h. daß die Verzögerung des
Fahrzeugs VE ideal verwirklicht wird. Wenn jedoch eine solche automatische
Bremssteuerung nicht verwendet wird, können manche geforderten Verzögerungen
lediglich mittels der Motorbremse nicht erzielt werden. Dann könnte sich
das gesteuerte Fahrzeug dem vorausfahrenden Fahrzeug übermäßig stark
annähern.
Wenn daher das gesteuerte Fahrzeug VE nicht mit der automatischen
Bremssteuerung ausgerüstet
ist, ist es nicht möglich,
die ersten und zweiten Verstärkungsfaktoren
fv und fd wie im herkömmlichen
Fall festzulegen. Daher kann durch Ändern der ersten und zweiten
Verstärkungsfaktoren
fv und fd in Abhängigkeit
vom Fahrzeug-Fahrzeug-Abstand
die optimale Antwortcharakteristik stets sichergestellt werden.
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Obwohl
die obenerwähnte
Ausführung
so gezeigt und beschrieben worden ist, daß sie den Verstärkungszeitablaufplan
verwendet, können
die Verstärkungsfaktoren
selbstverständlich
in Abhängigkeit
vom Fahrzeug-Fahrzeug-Abstand
in zwei Schritten oder in mehreren Schritten geändert werden. In dem Aufbau
gemäß dieser
Ausführungsform
bilden der Fahrzeug-Fahrzeug-Abstandsensorkopf 1 und der
Signalverarbeitungsabschnitt 11 die Fahrzeug-Fahrzeug-Abstanderfassungseinrichtung,
während
der Relativgeschwindigkeit-Berechnungsabschnitt 501 die
Relativgeschwindigkeit-Erfassungseinrichtung bildet, der Soll-Fahrzeug-Fahrzeug-Abstandsetzabschnitt
und der Fahrzeug-Fahrzeug-Abstand-Steuerabschnitt
die Fahrgeschwindigkeit-Berechnungseinrichtung
und die Verstärkungsfaktor-Änderungseinrichtung
bilden, der Fahrgeschwindigkeitssensor 2 und der Fahrgeschwindigkeitssignal-Verarbeitungsabschnitt 21 eine
Einrichtung zur Erfassung der Geschwindigkeit des gesteuerten Fahrzeugs
bilden und der Fahrgeschwindigkeit-Steuerabschnitt 51 die Fahrgeschwindigkeit-Steuereinrichtung
bildet.
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Da
in der zweiten Ausführung
der Fahrzeugverfolgung-Steuervorrichtung
gemäß der Erfindung
der erste Verstärkungsfaktor
und der zweite Verstärkungsfaktor
zur Berechnung der Sollfahrgeschwindigkeit in Abhängigkeit
vom Fahrzeug-Fahrzeug-Abstand geändert
werden, kann die erfindungsgemäße Fahrzeugverfolgung-Steuervorrichtung
eine optimale Antwortcharakteristik in allen Situationen sicherstellen.
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Obwohl
die zweckmäßigen Ausführungen
so gezeigt und beschrieben worden sind, daß ein Fahrzeug-Fahrzeug-Abstandsensorkopf 1 des
Radartyps den Fahrzeug-Fahrzeug-Abstand
mißt,
kann der Fahrzeug-Fahrzeug-Abstand L selbstverständlich durch eine Vorrichtung
gemessen werden, die elektromagnetische Wellen oder Ultraschallwellen
verwendet.
