DE19937818A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Steuern einer Fahrzeugbremsanlage - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Steuern einer Fahrzeugbremsanlage (6), die den Übergang zwischen einer Fremdbremsung und einer vom Fahrer gewünschten Fahrzeugverzögerung im Hinblick auf den Fahrerwunsch optimieren. Hierbei ist ein Bremspedal (1) mit einem Pedalwegsensor (2) versehen. Das Signal des Pedalwegsensors (2) wird einer Steuereinheit (3) zugeführt. Weiterhin erhält die Steuereinheit (3) Informationen über das Vorliegen eines Fremdbremsvorgangs, ausgelöst beispielsweise durch ein ACC-System (4). Stellt nun die Steuereinheit (3) während eines Fremdbremsvorgangs fest, daß der Fahrer das Bremspedal (1) berührt, so wird das ACC-System (4) deaktiviert und die Bremssteuerung wird gemäß einem Übernahmebremsverlauf, ausgehend von einem Ist-Fremdbremszustand, beim Abschalten des ACC-Systems (4) auf einen Zielbremszustand hin gesteuert.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Steuern einer Fahrzeugbremsanlage und insbesondere ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Steuern einer Fahrzeug­ bremsanlage, die beim Übergang von einer Fremdbremsung auf eine vom Fahrer gewünschte Bremsung das Übergangsverhalten optimiert.

Die schnelle Entwicklung von Elektronik und Kommunika­ tionstechnik führte in den vergangenen Jahren zur Erfor­ schung und Entwicklung neuartiger Fahrzeug- und Verkehrs­ systeme. Die elektronischen Fahrerassistenzsysteme können in Zukunft zur Steigerung des Fahrkomforts und der Fahrsi­ cherheit beitragen. Als ein System dieser Gruppe wurde der "intelligente Tempomat" (adaptive cruise control, ACC) ent­ wickelt.

Das ACC ist ein Assistenzsystem, das den Fahrer in der längsdynamischen Fahrzeugführung unterstützt. Das System stellt eine Weiterentwicklung des konventionellen Tempoma­ ten dar. Dieser regelt lediglich eine vom Fahrer einge­ stellte Geschwindigkeit ein, der Fahrer muß bei einer Annä­ herung an ein spurgleich vorausfahrendes Fahrzeug selber bremsen. Beim ACC wird ein solches Fahrzeug vom System de­ tektiert und dementsprechend die Fahrgeschwindigkeit auto­ matisch verringert. Bei Geschwindigkeitsänderungen des Vor­ derfahrzeugs werden die eigene Geschwindigkeit und der Ab­ stand entsprechend angepaßt. Sobald das Vorderfahrzeug den überwachten Bereich vor dem ACC-Fahrzeug verläßt, be­ schleunigt das ACC wieder auf die vom Fahrer eingestellte Geschwindigkeit.

Das ACC-System kann auf die Bremsanlage des Fahrzeugs ein­ wirken und das Fahrzeug entsprechend abbremsen, z. B. beim Annähern an ein spurgleich vorausfahrendes Fahrzeug (An­ docken) oder nach dem Andocken, wenn der Abstand zum vor­ ausfahrenden Fahrzeug unter einen von der Geschwindigkeit des Fahrzeugs abhängigen vorbestimmten Abstandswert fällt. Das Bremssystem befindet sich in diesem Fall in einem Fremdbremszustand.

Will nun der Fahrer des Fahrzeugs den Bremszustand im Fremdbremszustand beeinflussen (Fahrerübernahme) so ist zur Vermeidung von Irritationen beim bedienenden Fahrer auf eine menschengerechte Fahrereingabe/Fahrzeugreaktions­ beziehung zu achten. Auf jeden Fall darf ein solcher Über­ nahmeprozeß zu keinen sicherheitskritischen Fahrzuständen führen.

Es ist eine Aufgabe der Erfindung ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Steuern einer Fahrzeugbremsanlage zu schaf­ fen, die den Übergang zwischen einer Fremdbremsung und ei­ ner vom Fahrer gewünschten Fahrzeugverzögerung im Hinblick auf den Fahrerwunsch optimieren.

Die Erfindung wird gemäß den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Die abhängigen Patentansprüche zei­ gen vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterentwicklungen der Erfindung auf.

Erfindungsgemäß kann ein Verfahren zum Steuern einer Fahr­ zeugbremsanlage geschaffen werden, das insbesondere bei Bremsanlagen mit entkoppeltem (by wire) Bremspedal einen Fremdbremszustand erfassen kann. Weiterhin kann ein Fahrer­ bremswunsch erfaßt werden und es kann ein aktuell vorlie­ gender Ist-Fremdbremszustand aufgenommen werden, wobei die Fremdbremssteuerung der Bremsanlage nach einer Erfassung der Bremsabsicht des Fahrers abgeschaltet werden kann.

Erfindungsgemäß kann weiterhin ein Übernahmebremsverlauf ermittelt bzw. angesteuert werden, der ausgehend von dem Fremdbremszustand ermittelt werden kann.

Erfindungsgemäß kann weiterhin ein Zielbremszustand basie­ rend auf einem erfaßten Fahrerbremswunsch und dem Übernah­ mebremsverlauf ermittelt werden.

Erfindungsgemäß ist es möglich, bei Fremdbremsungen ohne Zutun des Fahrers für den Fall eines nötigen Fahrerein­ griffs die Beziehung zwischen der vom Fahrer gewünschten Fahrzeugverzögerung und den Größen Pedalkraft und Pedalweg festzulegen. Die Festlegung führt erfindungsgemäß zu einer Reaktion, die optimal im Einklang mit der Erwartungshaltung des Fahrers steht.

Die Fremdbremsung kann beispielsweise von einem ACC-System veranlaßt werden. Das Signal für eine Fremdbremsung kann natürlich auch von anderen Systemen stammen, die aktiv auf die Fahrzeugbremsanlage einwirken können, beispielsweise ein ESP-System oder ein Bremsassistent.

Erfindungsgemäß kann die Bremsabsicht des Fahrers bei­ spielsweise mit einem Berührungssensor erfaßt werden, wobei daraufhin beispielsweise ein ACC-System (oder ein anderes die Bremse fremdansteuerndes System) ausgeschaltet wird. Anstatt des Berührungssensors könnte natürlich auch ein Kraft- und/oder ein Wegsensor für die Erkennung einer Pe­ dalberührung durch den Fahrer verwendet werden.

Anschließend kann beispielsweise über den Wegsensor ermit­ telt werden, wie weit der Fahrer das Bremspedal drückt. Über eine vorgespeicherte und/oder mit den Ist-Zuständen entsprechend berechnete Korrelation zwischen dem Pedalweg und einer Pedalkraft wird daraufhin eine entsprechende Pe­ dalkraft ermittelt. Die vorgenannten Korrelationen können abhängig von der Pedaldrückgeschwindigkeit und/oder -be­ schleunigung sein. Es kann somit beispielsweise bei einem schnellen Niederdrücken des Bremspedals schon ein geringe­ res Niederdrücken zu einer größeren Pedalkraftausgabe füh­ ren.

Diese so ermittelte Pedalkraft kann nun beispielsweise zur Ermittlung des Zielbremszustands verwendet werden, wobei sich der Zielbremszustand an dem Schnittpunkt eines Über­ nahmebremsverlaufs und der ermittelten Pedalkraft befindet. Der Übernahmebremsverlauf kann weiterhin basierend auf dem ermittelten Ist-Fremdbremszustand bestimmt werden.

Die Erfindung betrifft weiterhin eine Vorrichtung zum Steu­ ern einer Fahrzeugbremsanlage mit einem Berührungs-, Kraft- und/oder Wegsensor zum Erfassen eines Fahrerbremswunsches. Weiterhin kann eine Erfassungseinheit zum Erfassen eines Fremdbremszustands, ausgelöst beispielsweise durch ein ACC- System, vorgesehen sein. Darüber hinaus kann eine Steuer­ einheit vorgesehen sein, die einen aktuellen Fremdbremszu­ stand ermittelt und nach Erfassung einer Bremsabsicht des Fahrers die Fremdbremssteuerung der Bremsanlage abschaltet. Die Steuereinheit kann weiterhin einen Übernahmebremsver­ lauf ausgehend von dem Ist-Fremdbremszustand ermitteln bzw. auswählen und kann einen Zielbremszustand basierend auf einem erfaßten Fahrerbremswunsch und dem Übernahmebremsver­ lauf ermitteln.

Die Erfindung kann gemäß den oben geschilderten Merkmalen einen optimal auf den Fahrerwunsch abgestimmten Übergang zwischen einem Fremdbremszustand und einem vom Fahrer ge­ wünschten Bremszustand erzielen, da anhand von Übernahme­ bremsverläufen ein weicher und gesteuerter Übergang möglich wird. Der Übergang zwischen dem Fremdbremszustand und dem vom Fahrer gewünschten Zustand kann zudem von vielen ande­ ren Faktoren abhängen, wie beispielsweise von der Geschwin­ digkeit und/oder der Beschleunigung des Niederdrückens des Bremspedals. Natürlich kann auch der Ist-Fremdbremszustand beim Erfassen einer Pedalberührung des Bremspedals durch den Fahrer eine wichtige Rolle spielen, so daß die ausge­ wählten Übernahmebremsverläufe abhängig von dem Fremd­ bremszustand zum Zeitpunkt des Abschaltens der Fremdbrems­ steuerung ist.

Weitere Vorteile und Ausführungsformen der Erfindung sind anhand der beiliegenden schematischen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung der Erfindung;

Fig. 2 eine graphische Darstellung eines Kennfelds für den Betätigungsweg des Bremspedals und der Fah­ rerfußkraft (Pedalkraft); und

Fig. 3 eine graphische Darstellung eines Kennfelds zwi­ schen der Pedalkraft und der Fahrzeugverzögerung und/oder dem Bremsdruck.

Die Fig. 1 zeigt eine schematische Ansicht der Erfindung. Ein Bremspedal 1 kann von einem Fahrer betätigt werden, wobei die Fahrerbetätigung über einen Pedalwegsensor 2 er­ faßt werden kann. Die Signale des Pedalwegsensors 2 werden einer Erfassungseinheit 3a zum Erfassen eines Fahrerbrems­ wunsches zugeführt.

Weiterhin ist ein ACC-System 4 vorgesehen, welches einen Abstandssensor 5 aufweist. Dieser Abstandssensor 5 kann beispielsweise den Abstand zu einem vorausfahrenden Fahr­ zeug erfassen, und sobald der erfaßte Abstand unter einem vorbestimmten und von der Fahrzeuggeschwindigkeit abhängi­ gen Grenzwert fällt, eine Bremsanlage 6 des Fahrzeugs akti­ vieren, so daß eine Fremdbremsung eintritt bzw. ein Fremd­ bremszustand vorliegt.

Eine Erfassungseinheit 3b kann den Fremdbremszustand des ACC-Systems 4 erfassen. Die Erfassungseinheiten 3a, 3b kön­ nen in einer Steuereinheit 3 vorgesehen sein, die den Fremdbremszustand und den Fahrerbremswunsch aufnimmt und entsprechend weiterverarbeitet.

Wenn die Bremsanlage 6 beispielsweise durch das ACC-System 4 für eine Fremdbremsung aktiviert wird, so steuert die Bremsanlage 6 entsprechende Radbremsen 7 des Fahrzeugs an. Die Bremsanlage 6 kann auch von der Steuereinheit 3 ange­ steuert werden, wobei dann ein Fahrerbremswunsch umgesetzt wird.

Die Steuereinheit 3 kann weiterhin eine Erfassungseinheit 8 für sonstige Fremdbremsanforderungen (wie z. B. ESP) enthal­ ten. Weiterhin kann eine Arbitrierungseinheit 9 vorgesehen sein, die prioritätsgesteuert einen von den Erfassungsein­ heiten 30, 36, 8 ausgegebenen Bremswert auswählt, auf des­ sen Grundlage die Bremsanlage 6 dann die Radbremsen 7 an­ steuert.

Im folgenden werden die Fig. 2 und 3 näher erläutert.

Zunächst sollen die dort verwendeten Buchstabenkürzel er­ klärt werden.

mit
a: Fahrzeugverzögerung und
g: Erdbeschleunigung.

mit
p: Bremsdruck und
p₁₀₀ Bremsdruck für Einstellung z = 1 bei kalter Bremse und ebener Fahrbahn;

mit
F_p: Fahrerfußkraft (Pedalkraft) und
F_p100 Fußkraft für z = 1 bzw. q_p = 1.

Zur Zuordnung von Pedalkraft/-weg zur Fahrzeugverzögerung zeigt die Erfindung, daß bei Übernahme der Verzögerungsvor­ gabe von einem Fremdbremszustand 1 (Verzögerung z₁) auf einen anderen Zustand (Verzögerung z₂) ausgehend vom jewei­ ligen Zustand 1 nach Maßgabe einer linearen Kurvenschar (strichpunktierte Linien - B) oder alternativ nach Maßgabe einer Schar von konkav gekrümmten unterhalb der Geraden liegende Kurven (Zweipunkt-Strichlinien - A) in einem durch die Größen z bzw. q_p und f_p aufgespannten Kennfeld zu ver­ fahren, wobei der Grad der konkaven Krümmung frei definiert sein kann oder auch definierten Anforderungen, zum Beispiel Steigung 0 am Anfang und Steigung 1 am Ende, genügt.

Die Kurvenscharen können in einer Tabelle abgelegt sein. Benötigte Zwischenkurven können über Interpolation gene­ riert werden.

Natürlich könnten die Kurvenscharen auch online ermittelt werden und von einer Vielzahl von Parametern abhängig sein. Hierbei könnte beispielsweise die Fahrzeuggeschwindigkeit, die Betätigungsgeschwindigkeit und/oder die Betätigungsbe­ schleunigung des Bremspedals 1 eine Rolle spielen.

Die Kurvenscharen können beispielsweise in einem Speicher der Steuereinheit 3 abgespeichert sein, wobei der Speicher beispielsweise als EEPROM ausgebildet sein kann. Die Kur­ venscharen können als Bremsdruck/Fußkraft oder als Fahr­ zeugverzögerung/Fußkraft-Korrelation vorgegeben sein. Im ersten Fall handelt es sich um eine Bremsdruckregelung und im zweiten Fall um eine Verzögerungsregelung. Mischformen der beiden Regelungsdaten sind denkbar und können durchaus zweckmäßig sein.

Würde beispielsweise das Bremspedal 1 mit einer bestimmten Geschwindigkeit auf eine Kraft f_p von 0,5 (verursacht einen Weg von 47,5 mm) gedrückt werden, und wäre die Fahrzeugver­ zögerung z₁ (Ist-Fremdbremszustand bei Pedalberührung durch den Fahrer = Abschaltung der Fremdbremsung), so ergäbe sich für den Fall der Anwendung einer konkav gekrümmten Bezie­ hung gemäß Fig. 3 ein Zielbremszustand z₂ von 0,53 (53%).

Ob nun eine konkav gekrümmte Kurve (Zweipunkt-Strichlinie) oder eine gerade Linie (strichpunktierte Linie) zum Errei­ chen des vom Fahrer gewünschten Zielbremszustands z₂ ver­ wendet wird, kann von äußeren Randbedingungen (z. B. das vom Fahrzeughersteller beabsichtigte "Pedalfeeling") abhän­ gen. Bei der geraden Linie würde die Bremsanlage 6 bei den gleichen Werten von f_p mal Sp eine Verzögerung z₂' = 0,72 einstellen. Der Fahrer würde dies als ein direktes (härteres) Pedal empfinden.

Das Löseverhalten der Bremsanlage 6 kann generell durch eine lineare Verbindung zum Ursprung definiert werden. Bei einem vom Fahrer über die Pedalbewegung vorgegebenen Wie­ deraufbau nach nicht vollständigem Abbau des Bremsdrucks kann entlang einer interpolierten Kurvenschar verfahren werden.

Die beschriebenen Kurvenscharen führen zu einem ergonomisch und ergophysiologisch akzeptablen Verhalten des Regelkrei­ ses Fahrereingabe → Fahrzeugreaktion → Fahrerreaktion. Kurvenscharen oberhalb der linearen Beziehung sind ergophy­ siologisch ungeeignet.

Der jeweils ermittelte Zielbremszustand z₂ wird an die Bremsanlage 6 ausgegeben und entsprechend eingeregelt. Die konkav gekrümmten Kurvenscharen ergeben eine engere (raschere) Annäherung an die aus einer reinen Fahrerbrem­ sung gewohnten Korrelationen von Pedalkraft, Pedalweg und Fahrzeugverzögerung. Die reine Fahrerbremsung ist in der Fig. 3 als durchgehende Linie gezeigt, welche vom Ursprung ausgeht.

Die Korrelationen der Fig. 3 gelten unabhängig von der Betätigungsgeschwindigkeit d/dt (Sp) bzw. S des Bremspe­ dals 1.

Die Fig. 2 zeigt, daß Sp als eine Eingangsgröße für das Kennfeld der Fig. 3 auch abhängig von der Betätigungsge­ schwindigkeit des Bremspedals 1 über eine Korrelation er­ mittelt werden kann, die in der Fig. 2 dargestellt ist. Man erkennt, daß bei schneller Fahrerübernahme (Kurve S₂) ein Pedalweg von 47,5 mm beispielsweise zu einem größeren Eingangswert f_p in das Kennfeld von Fig. 3 führt als bei einer geringeren Betätigungsgeschwindigkeit des Bremspedals 1 (z. B. S₁).

Somit ist die bei schneller Fahrerübernahme erzielte Verzö­ gerung bei einem kleineren Pedalweg eingestellt als bei einer langsameren Fahrerübernahme. Dies ist vorteilhaft, da schnelle Übernahmen durch den Fahrer in der Regel mit si­ cherheitskritischen Fahr- oder Verkehrssituationen einher­ gehen.

In dem in der Fig. 2 gezeigten Beispiel ergäbe sich bei langsamer Betätigungsgeschwindigkeit S₁ bei Sp = 47,5 mm die gleiche Zielverzögerung z₂ (z₂') wie bei einer größeren Betätigungsgeschwindigkeit S₂ bei Sp = 40 mm. Dies zeigt, daß der Bremsenregler die Pedalkraft und nicht den Pedalweg mit der einzustellenden Fahrzeugverzögerung linear korre­ liert.

Weiterhin sei angemerkt, daß die Erfindung nicht auf die vorbeschriebenen Merkmale in ihrer beispielhaft dargestell­ ten Zusammensetzung beschränkt ist; es sei vielmehr betont, daß auch beliebige Merkmalskombinationen, sofern zweckmä­ ßig, von der Erfindung umfaßt werden sollen.

Claims (11)

1. Verfahren zum Steuern einer Fahrzeugbremsanlage mit den Schritten:

• - Erfassen eines Fremdbremszustands,
• - Erfassen eines Fahrerbremswunsches,
• - Aufnehmen eines Fremdbremszustands (z₁; q_p1) und Ab­ schalten der Fremdbremssteuerung der Bremsanlage (6), nach Erfassung einer Bremsabsicht des Fahrers;
• - Ermitteln eines Übernahmebremsverlaufs (A; B) ausge­ hend von dem Fremdbremszustand (z₁; q_p1), und
• - Ermitteln eines Zielbremszustands (z₂; q_p2) basierend auf einem erfaßten Fahrerbremswunsch und dem Übernah­ mebremsverlauf (A; B).

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Fremdbremszustand von einem ACC-System (4) des Fahrzeugs ausgelöst wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, daß die Bremsabsicht des Fahrers über zumindest einen mit einem Bremspedal (1) gekoppelten Berührungs-, Kraft- und/oder Pedalwegsensor (2) ermittelt wird und die Fremdbremssteuerung unmittelbar nach einer erfaßten Pedalberührung abgeschaltet wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, daß eine vorzugsweise lineare Relation zwischen der direkt gemessenen Kraft oder der aus dem gemessenen Weg über eine abgespeicherte Beziehung f_p = Funktion von Sp und S₁ ermittelten Kraft und dem Zielbremszu­ stand (z₂; q_p2) vorgegeben wird.

5. Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Pedalwegsensor (2) ei­ nen Betätigungsweg (Sp) des Bremspedals (1) erfaßt, ei­ ne zeitliche Ableitung (d/dt (Sp)) des erfaßten Betäti­ gungsweges (Sp) gebildet wird und bei größer werdenden Werten von (d/dt (Sp)) eine größere Pedalkraft (f_p) be­ zogen auf eine gleiche Pedalauslenkung (Sp) ermittelt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Zielbremszustand (z₂; q_p2) über die ermittelte Pe­ dalkraft (f_p) und den vorbestimmten Übernahmebremsver­ lauf (A; B) ermittelt wird.

7. Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Korrelationen zwischen dem erfaßten Pedalweg (Sp) und der Pedalkraft (f_p) als Kennfeld ausgebildet sind und/oder entsprechend ermit­ telt werden.

8. Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Korrelationen zwischen der Pedalkraft (f_p) und dem Bremsdruck (q_p) und/oder der Fahrzeugverzögerung (z) als Kennfeld ausgebildet sind und/oder entsprechend ermittelt werden.

9. Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Über­ nahmebremsverläufe (A, B) als Kurvenscharen ausgebildet sind und benötigte Zwischenkurven interpoliert werden.

10. Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß beim Lösen des Bremspedals mit der Reduzierung der gemessenen oder errechneten Pedalkraft die Fahrzeugverzögerung z linear reduziert wird.

11. Vorrichtung zum Steuern einer Fahrzeugbremsanlage mit

• - einer Erfassungseinheit (3a) zum Erfassen eines Fremdbremszustands,
• - einer Erfassungseinheit (3b) zum Erfassen eines Fahrerbremswunsches, und
• - einer Steuereinheit (3) zum
• - Aufnehmen des Fremdbremszustands (z₁, q_p1) und zum Abschalten der Fremdbremssteuerung der Bremsanlage (6) nach dem Erfassen einer Bremsabsicht des Fah­ rers,
• - Ermitteln eines Übernahmebremsverlaufs (A, B) aus­ gehend von dem Fremdbremszustand (z₁; q_p1) und
• - Ermitteln eines Zielbremszustands (z₂; q_p2) basie­ rend auf dem erfaßten Fahrerbremswunsch und dem Übernahmebremsverlauf (A; B).