DE19835518A1 - Verfahren und Anordnung zur Bestimmung eines Regelobjektes - Google Patents

Verfahren und Anordnung zur Bestimmung eines Regelobjektes

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DE19835518A1
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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung eines Regelobjektes, dessen Abstand zu einem nachfolgenden Fahrzeug gemessen wird, wobei der Abstand zwischen dem Regelobjekt und einem nachfolgenden Fahrzeug auf einen Sollabstand eingeregelt wird, wenn sich das Regelobjekt in einem voraussichtlichen Fahrkorridor des nachfolgenden Fahrzeuges befindet und eine Anordnung zur Durchführung des Verfahrens.
In automatischen Geschwindigkeits- und Abstandsregelsystemen zur Erfas­ sung der Verkehrssituation ist es üblich, mit Hilfe von Signalen von Gierraten­ sensoren bzw. Querbeschleunigungssensoren einen Fahrkorridor des Kraft­ fahrzeuges vorauszusagen. D. h. es wird festgestellt, an welcher Stelle sich das Fahrzeug nach Ablauf eines vorgegebenen Zeitraumes aufhalten wird und wel­ che vorausfahrenden Fahrzeuge sich im Fahrkorridor des eigenen Fahrzeuges aufhalten.
Für das abstandsgeregelte Fahren wird anhand der vom Radar ermittelten Objekte und aus dem berechneten Fahrkorridor das Regelobjekt ermittelt. Die­ ses Objekt wird von einer Abstandsregeleinrichtung in Form eines Längsreglers zum Abstandsregeln verwendet. Das Fahrzeug, das sich als nächstes in dem prädizierten Fahrkorridor aufhält, wird als das Regelobjekt erkannt.
Der Fahrkorridor ist dabei eine Annahme in die Zukunft, bei welcher das Fahr­ zeug in die Richtung fährt, die durch den ermittelten Radius vorgegeben wird. Verläßt dieses Regelobjekt nun den vorausgesagten Fahrkorridor, so wird es nicht weiter als Regelobjekt erkannt.
Das gilt auch für Grenzsituationen wie Kurvenfahrten oder Schlingern des Fahrzeuges.
Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur zuverlässi­ gen Bestimmung des Regelobjektes anzugeben, das auch bei kurzfristigen und plötzlichen Änderungen des Fahrkorridors des Fahrzeuges eine zuverlässige Abstandsregelung zuläßt.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß auch nach Verlassen des Fahrkorridors durch das Regelobjekt der Abstand auf dieses Regelobjekt geregelt wird, solange sich das Regelobjekt in einem Objektkorridor aufhält, welcher breiter ist als der Fahrkorridor des Fahrzeuges.
Der Vorteil der Erfindung besteht darin, daß auch bei leichtem Pendeln des Fahrkorridors, bei Radienänderung der Fahrbahn, versetztem Fahren der Fahr­ zeuge innerhalb einer Fahrspur, die zur Änderung des vorausgesagten Fahr­ korridors führen, das Regelobjekt auch weiterhin zuverlässig erkannt werden kann.
Dies gilt insbesondere auch bei Kurvenfahrten und Schlingern des Fahrzeuges. Der Fahrkorridor des zu regelnden Fahrzeuges dient dabei als Auffangkorridor für das Regelobjekt, während der, den Fahrkorridor überdeckende Objektkorridor als Auslaßkorridor des Regelobjektes genutzt wird. Zur Ermittlung des Regelobjektes wird somit ein schmalerer Korridor (Fahrkorridor) genutzt, während ein neues weiteres Regelobjekt erst ermittelt wird, wenn sich das bisherige Regelobjekt außerhalb des Objektkorridors befindet.
Vorteilhafterweise ist die Breite des Objektkorridor des Fahrzeuges entfer­ nungsabhängig gewählt. Dabei erscheint es als günstig, daß für Regelobjekte, die sich nahe des zu regelnden Fahrzeuges befinden der Objektkorridor kleiner gewählt ist, als für Objekte die sich weiter vom zu regelnden Fahrzeug entfernt aufhalten.
In einer Weiterbildung ist der Objektkorridor des Fahrzeuges so breit wie eine Fahrbahnbreite der Fahrbahn, auf welcher sich das zu regelnde Fahrzeug bewegt. Üblicherweise ist der Fahrkorridor immer schmaler als die Fahrbahn des Fahrzeuges. Er muß aber mindestens immer so breit wie der Radabstand zweier Räder einer Fahrzeugachse des Fahrzeuges sein.
Der Objektkorridor kann somit auf unterschiedliche Straßensituationen einge­ stellt werden, je nachdem ob man sich auf einer Landstraße oder einer Auto­ bahn bewegt.
Zur Bestimmung des Regelobjektes überwacht das zu regelnde Fahrzeug andere vorausfahrende Fahrzeuge drahtlos und wählt aus den Fahrzeugen, welche sich in seinem Fahrkorridor befinden, das Fahrzeug mit dem geringsten Abstand zum zu regelnden Fahrzeug aus, welches als Regelobjekt erkannt wird.
In einer Ausgestaltung ist der Objektkorridor aus dem Fahrkorridor des zu regelnden Fahrzeuges ableitbar. Damit ist sichergestellt, daß sich Objektkorri­ dor und Fahrkorridor des zu regelnden Fahrzeuges immer auf denselben Fahr­ zeugbezugspunkt beziehen.
In einer Weiterbildung wird der Fahrkorridor des Fahrzeuges aus der von einem Gierratensensor gemessenen Gierrate des Fahrzeuges bestimmt.
Alternativ dazu wird der Fahrkorridor des Fahrzeuges über den Kurvenradius bestimmt, der aus der Differenzgeschwindigkeit zweier Fahrzeugräder, insbe­ sondere der Räder einer Achse bestimmt wird.
Dies hat den Vorteil, daß durch die Messung der Radgeschwindigkeiten der tatsächliche Geschwindigkeitsunterschied an beiden Fahrzeugrädern in die Bestimmung des Fahrkorridors eingeht. Dieser kann somit sehr genau bestimmt werden, da die Fahrdynamik auf diese Art und Weise direkt berück­ sichtigt wird.
Vorteilhafterweise wird die Radgeschwindigkeit der beiden Fahrzeugräder gemessen und aus der Differenz der beiden Radgeschwindigkeiten die Gierrate des Fahrzeuges bestimmt.
Bei einer Anordnung zur Durchführung des Verfahrens ist ein Sensor, der in Fahrtrichtung des Fahrzeugs auftretende Objekte erfaßt, mit einer Sensor­ signalaufbereitungsanordnung verbunden, die Abstand und Relativgeschwin­ digkeit der überwachten Objekte an eine Regeleinrichtung führt, welche den Objektkorridor des Fahrzeuges bestimmt.
Die erfindungsgemäße Anordnung ermöglicht somit auf einfache Art und Weise die Ermittlung der Objektspur. Es sind keine weiteren zusätzlichen Einrichtun­ gen notwendig.
In einer Ausgestaltung ist der Sensor an der Vorderfront des zu regelnden Fahrzeuges zur Erfassung der vorausfahrenden Fahrzeuge angeordnet. Der Sensor arbeitet nach dem Rückstrahlprinzip und ist vorteilhafterweise ein Radarsensor.
In einer Ausgestaltung bestimmt die Regeleinrichtung den Fahrkorridor des Fahrzeuges und stellt den Abstand zum Regelobjekt ein.
Somit wird eine platzsparende Sensoreinheit ermöglicht, welche nur unwesent­ lich mehr Bauraum beansprucht als der Sensor mit integrierter Signalauswerte- Schaltung.
Die Erfindung läßt zahlreiche Ausführungsbeispiele zu. Eines soll anhand der in den Figuren dargestellten Zeichnung näher erläutert werden.
Es zeigen:
Fig. 1 Anordnung des Abstandsregelsystems an Kraftfahrzeugen,
Fig. 2 prinzipieller Aufbau des Abstandsregelsystems,
Fig. 3 Anordnung zur Bestimmung des Fahrkorridors des Kraftfahrzeuges,
Fig. 4 Erfassung des Regelobjektes,
Fig. 5 ein mit der Anordnung gemäß Fig. 1 durchgeführtes Verfahren zur Bestimmung des Regelobjekt.
In Fig. 1 ist an der Stoßstange 2 eines Kraftfahrzeuges 1 ein automatisches Geschwindigkeits- und Abstandsregelsystem 3 zur Einhaltung des Sicherheits­ abstandes von Fahrzeugen angeordnet. Bei Annäherung des geregelten Fahr­ zeuges an ein langsameres Fahrzeug wird automatisch der Abstand und die Geschwindigkeit zum vorausfahrenden Fahrzeug reguliert. Ist der Fahrkorridor wieder frei, beschleunigt das System das Fahrzeug auf die zuvor eingestellte Wunschgeschwindigkeit.
Das Ein-/Ausschalten des Geschwindigkeits- und Abstandsregelsystems 3 erfolgt per Bedienhebel 9. Auch die Wunschgeschwindigkeit des Fahrzeuges wird mit Hilfe des Bedienhebels 9 eingestellt. Die vom Fahrer gewünschte Rei­ segeschwindigkeit wird so gespeichert, erhöht oder verringert.
Über ein Bussystem 4 ist das automatische Geschwindigkeits- und Abstands­ regelsystem 3 mit der Motorsteuerung 5, der Bremse 7 und dem Getriebe 8 verbunden. Elektronische Befehle regulieren den Abstand und die Geschwin­ digkeit zum vorausfahrenden Fahrzeug. Über eine Anzeigeeinheit 6, die eben­ falls von dem Geschwindigkeits- und Abstandsregelsystem 3 über das Bus­ system 4, vorzugsweise einem CAN-Bus, angesteuert wird, wird die aktuelle Geschwindigkeit und auch der Abstand zum vorausfahrenden Fahrzeug ange­ zeigt.
Wie in Fig. 2 dargestellt, bildet das automatische Geschwindigkeits- und Abstandsregelsystem 3 eine bauliche Einheit zwischen Sensor 10, Sensor­ signalaufbereitungsanordnung 11 und dem Abstandsregelsystem 12.
Das Abstandsregelsystem 12 weist dabei eine Einrichtung 12a zur Bestimmung des Fahr- und Objektkorridors des Fahrzeuges 1 sowie einen Längsregler 12b auf, der den Abstand zu einem Regelobjekt herstellt.
Der Sensor 10 ist dabei ein Radar- oder Lasersensor, der in regelmäßigen Abständen, z. B. alle 60 ms in Fahrtrichtung des Fahrzeuges Signale aussen­ det, welche von den Fahrzeugen, die sich im Signalstrahl befinden, reflektiert werden. Aus diesen zurückgesendeten Signalen wird von der Signalaufberei­ tungsschaltung 11 der Abstand und die Relativgeschwindigkeit der vorausfah­ renden Fahrzeuge bestimmt. Diese Meßergebnisse werden von der Signalauf­ bereitungsanordnung 11 an das Abstandsregelsystem 12 weitergegeben.
Wie in Fig. 3 dargestellt, besteht das Abstandsregelsystem 12 aus einem lei­ stungsstarken Mikrorechner, der wiederum aus einer zentralen Recheneinheit 13, einem Arbeitsspeicher 14, einem Festwertspeicher 15 sowie einer Ein-/Ausgabeeinheit 16 aufgebaut ist. Die Ein-/Ausgabeeinheit 16 erhält dabei von der Sensorsignalaufbereitungsanordnung 11, wie schon beschrieben, die Informationen über den Abstand und die Relativgeschwindigkeit der vorausfah­ renden Fahrzeuge. Die Aufgaben der Fahrkorridor- und Objektkorridorbestim­ mung sowie der Längsregelung werden von diesem Mikrorechner übernom­ men.
Am Fahrzeug selbst sind Inkrementscheiben 17 und 18 an den jeweils beiden nicht weiter dargestellten Vorderrädern angeordnet. Den Inkrementscheiben 17, 18 gegenüberliegend sind Drehzahlsensoren 19, 20 angeordnet. Die von den Drehzahlsensoren 19, 20 detektierten Drehzahlsignale werden ebenfalls über die Ein-/Ausgabeeinheit 16 dem Mikrorechner 12 zugeführt. Der Mikro­ rechner 12 berechnet aus dem vom Sensor 10 gelieferten Signalen (Abstandssignal und Relativgeschwindigkeitssignal) und mit Hilfe der Radge­ schwindigkeiten die Geschwindigkeitsdifferenz zwischen beiden Fahrzeugen und ermittelt aus diesen den sicheren Mindestabstand. Wird dieser unterschrit­ ten, warnt das System bei aktivierter Warnfunktion den Fahrer.
Ist der Abstandsbetrieb vom Fahrer eingeschaltet, wird der Abstand zum vor­ ausfahrenden Fahrzeug automatisch auf einen wählbaren Abstand eingeregelt. Per Tastendruck auf den Bedienschalter 9 wird, wie bereits erläutert, eine gewünschte Geschwindigkeit und/oder der gewünschte Abstand eingestellt und gespeichert und vom System aufrechterhalten.
Bei Annäherung an ein langsameres Fahrzeug übernimmt der Mikrorechner 12 durch automatisches Schließen der Drosselklappe 5 eine Verringerung der Fahrzeuggeschwindigkeit und regelt so den eingestellten Sollabstand zum vor­ ausfahrenden Fahrzeug, wobei der Sollabstand immer größer/gleich dem gesetzlich vorgegebenen Sicherheitsabstand ist. Neben dem automatischen Schließen der Drosselklappe 5 ist auch eine Einwirkung auf die Bremse 7 und/oder eine Ansteuerung der Getriebesteuerung 8 zur Verringerung der Fahrgeschwindigkeit möglich. Die Ansteuerung der Drosselklappe 5, der Bremse 7 oder des Getriebes 8 erfolgt dabei über je eine elektrische Endstufe 23. Ist der Fahrkorridor wieder frei, beschleunigt der Abstandsregler 12 das Fahrzeug auf die eingestellte Maximalgeschwindigkeit. Bei einer Fahrzeugvor­ ausfahrt ist immer die Abstandsregelung aktiv.
Weiterhin ist der Mikrorechner 12 mit Schaltern der Fahrzeugbremse 21 bzw. der Fahrzeugkupplung 22 verbunden. Werden diese vom Fahrer über das Kupplungs- und Bremspedal betätigt, bewirken sie im Normal betrieb ein Abschalten der Regelung.
Im Mikroprozessor 12 bildet der Längsregler 12b den Vergleich zwischen einem Soll- und Istwert eines in der Software abgelegten Regelungskonzeptes. Ist man im Regelbereich, so wird vom Mikrorechner ein Ausgangssignal ausgege­ ben, das vom Regelungskonzept ermittelt wird.
Die Bestimmung des Regelobjektes soll nun anhand von Fig. 4 und 5 näher erläutert werden.
Aus den von den Drehzahlsensoren 19, 20 erfaßten Drehzahlsignalen (Schritt 1 - Fig. 5) ermittelt die im Mikroprozessor 12 gebildete Einrichtung zur Fahr- und Objektkorridorbestimmung 12a die Gierrate des Kraftfahrzeuges (Schritt 2 und 3).
Die Gierrate bestimmt sich wie folgt:
wobei
ΔvVR 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 der Fahrkorridor F des Kraftfahr­ zeuges 1 aus dem Kurvenradius
berechnet (Schritt 4).
Der von jedem Vorderrad gefahrene Radius bestimmt sich aus dem Quotienten der Radgeschwindigkeit vR durch die Gierrate ϕ.
Im Schritt 5 wird der Fahrkorridor F als Funktion der Radien des rechten Vor­ derrades RR und des linken Vorderrades RL gebildet. Gleichzeitig wird der Objektkorridor O als Funktion des rechten und des linken Vorderrades gebildet, wobei die Spur aber verbreitert ist, so daß der Objektkorridor gebildet wird als Funktion von RL + XL, RR + XR.
In Schritt 6 erfaßt das Fahrzeug 1 mit Hilfe des ausgesendeten Radarstrahles 24 mehrere Fahrzeuge E1, E2, E3 (vgl. Fig. 4). Die Sensorauswerteelektronik 11 ermittelt von diesen drei Objekten E1, E2, E3 den Abstand zum zu regeln­ den Fahrzeug 1 in Form der Positionskoordinaten x, y und die Relativge­ schwindigkeit jedes Fahrzeuges zum Kraftfahrzeug 1. Weiterhin wird über­ wacht, ob das detektierte Objekt E1, E2, E3 bei jeder Messung wieder vom Radarstrahl 24 erfaßt wird.
Zur Vereinfachung wurde in der Fig. 4 ein Koordinatensystem dargestellt, des­ sen Nullpunkt sich in der Mitte der Vorderfront des Kraftfahrzeuges 1 befindet. An dieser Stelle befindet sich der Radarsensor. Das Objekt E1 weist die Koor­ dinaten x1, y1, das Objekt E2 die Koordinaten x2, y2 und das Objekt E3 die Positionskoordinaten x3, y3auf.
Im Schritt 7 wird nun geprüft, ob die Objekte E1, E2 und E3 sich im Fahrkorridor F aufhalten. Wie ersichtlich, fährt das Objekt E3 außerhalb des Fahrkorridors F und wird bei der weiteren Betrachtung außer acht gelassen. Um nun festzustellen, welches Fahrzeug sich am nächsten dem zu regelnden Fahrzeug befindet werden im Schritt 8 die Abstände der in Frage kommenden Regelfahrzeuge E1, E2 zum zu regelnden Fahrzeug K verglichen. Im vorliegenden Fall ist y1 kleiner als y2, d. h. daß Objekt E1 befindet sich näher am Kraftfahrzeug K und wird somit im Schritt 9 als Regelobjekt betrachtet.
Nach Auswahl dieses Regelobjektes E1 wird die Abstandsregelung auf dieses Regelobjekt eingestellt. Danach wird wieder zum Schritt 6 übergegangen und mittels eines Radarstrahles die sich im Fahrkorridor befindenden Objekte detektiert. Anschließend wird im Schritt 10 überprüft, ob das Regelobjekt E1 sich weiterhin im Fahrkorridor F befindet. Ist dies der Fall, wird es weiterhin als Regelobjekt für die Abstandsregelung genutzt.
Wird im Schritt 10 festgestellt, daß sich das Regelobjekt E1 nicht mehr im Fahrkorridor aufhält, wird im Schritt 11 überprüft, ob das Regelobjekt E1 sich im Objektkorridor aufhält. Wird das Objekt E1 im Objektkorridor detektiert, so wird im Schritt 12 weiterhin auf das Regelobjekt E1 geregelt. Wird aber im Schritt 11 festgestellt, daß das Regelobjekt auch den Objektkorridor verlassen hat, fällt das Regelobjekt E1 aus der Betrachtungsweise für die Abstandsregelung. Es wird zur Objekterfassung im Schritt 6 zurückgekehrt, wo alle neu erfaßten Objekte auf die beschriebene Art und Weise überprüft und das Regelobjekt ausgewählt wird.

Claims (16)

1. Verfahren zur Bestimmung eines Regelobjektes, dessen Abstand zu einem nachfolgenden Fahrzeug gemessen wird, wobei der Abstand zwischen Regelobjekt und dem Fahrzeug auf einen Sollabstand eingeregelt wird, wenn sich das Regelobjekt in einem voraussichtlichen Fahrkorridor des nachfolgenden Fahrzeuges befindet, dadurch gekennzeichnet, daß auch nach Verlassen des Fahrkorridors durch das Regelobjekt der Abstand weiter auf dieses Regelobjekt geregelt wird, solange sich das Regelobjekt in einem Objektkorridor aufhält, welcher breiter ist als der Fahrkorridor des Fahrzeuges.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite des Objektkorridors (O) entfernungsabhängig gewählt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Objektkorridor (O) so breit ist, wie eine Fahrbahnbreite der Fahrbahn, auf welcher sich das Fahrzeug (1) bewegt.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Fahrkorri­ dor (F) schmaler ist, als die Fahrbahn des Fahrzeuges.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das zu regelnde Fahrzeug (1) andere vorausfahrende Fahrzeuge (E1, E2, E3) drahtlos überwacht und aus den Fahrzeugen (E1, E2, E3), die auswählt, welche sich in seinem Fahrkorridor (F) befinden, wobei das Fahr­ zeug (1), das den geringsten Abstand zum regelnden Fahrzeug (1) auf­ weist, als Regelobjekt (E1) erkannt wird.
6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Objekt­ korridor (O) aus dem Fahrkorridor (F) des zu regelnden Fahrzeuges (1) bestimmt wird.
7. Verfahren nach Anspruch 1, 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß der vorausschauende Fahrkorridor (F) des Fahrzeuges (1) mit Hilfe der Eigen­ geschwindigkeit und der Gierrate bestimmt.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß aus der von einem Gierratensensor gemessenen Gierrate des Fahrzeugs (1) der Fahr­ korridor (F) des Fahrzeuges (1) bestimmt wird.
9. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Fahrkorri­ dor des Fahrzeuges über den Kurvenradius bestimmt wird, der aus der Differenzgeschwindigkeit zweier Fahrzeugräder, insbesondere der Räder einer Achse, bestimmt wird.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Radge­ schwindigkeit der beiden Fahrzeugräder gemessen wird und aus der Diffe­ renz der beiden Radgeschwindigkeiten die Gierrate des Fahrzeuges bestimmt wird.
11. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Sensor (3) die in Fahrtrichtung des Fahrzeugs (1) auftretenden Objekte (E1, E2, E3) überwacht, eine mit dem Sensor (3) verbundene Sensorsignalverarbeitungsanordnung (11) den Abstand und die Relativgeschwindigkeit der überwachten Objekte an eine Regeleinrich­ tung (12) führt, die den Objektkorridor (O) des Fahrzeuges (1) bestimmt.
12. Anordnung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor (3) an der Vorderfront des Fahrzeuges (1) zur Überwachung des voraus­ fahrenden Regelobjektes (E1) angeordnet ist.
13. Anordnung nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor (3) nach dem Echoprinzip arbeitet.
14. Anordnung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor (3) ein Radarsensor ist.
15. Anordnung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Regel­ einrichtung (12) den Fahrkorridor (F) des Fahrzeuges (1) bestimmt und den Abstand zum Regelobjekt (E1) einstellt.
16. Anordnung nach Anspruch 11 und 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor (3), die Signalaufbereitungsanordnung (11) sowie die Regeleinrichtung (12) eine bauliche Einheit bilden.
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