DE3634302C2 - - Google Patents

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    • B61L15/0018—Communication with or on the vehicle or vehicle train
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    • B61L23/00—Control, warning, or like safety means along the route or between vehicles or vehicle trains
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60W—CONJOINT CONTROL OF VEHICLE SUB-UNITS OF DIFFERENT TYPE OR DIFFERENT FUNCTION; CONTROL SYSTEMS SPECIALLY ADAPTED FOR HYBRID VEHICLES; ROAD VEHICLE DRIVE CONTROL SYSTEMS FOR PURPOSES NOT RELATED TO THE CONTROL OF A PARTICULAR SUB-UNIT
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    • B60W2556/45—External transmission of data to or from the vehicle
    • B60W2556/65—Data transmitted between vehicles

Description

Die Erfindung geht aus von einem Abstandsregelungssystem für Kraftfahrzeuge nach der Gattung des Hauptanspruchs.
Der Individualverkehr mit Kraftfahrzeugen weist insbesondere in den letzten Jahren ein kräftiges Wachstum auf, was zu einer starken Belastung der Verkehrswege und zu einem Ansteigen des Kraftstoffgesamtverbrauchs des Individualverkehrs geführt hat. Der Ausbau der Verkehrswege konnte mit diesem Wachstum schon aus Gründen des Umweltschutzes und der relativ dichten Besiedelung bzw. Bebauung, beispielsweise von Europa, nicht im erforderlichen Maß mithalten.
Es ist daher erforderlich, einerseits die gegebenen Verkehrswege so zu nutzen, daß der Individualverkehr in geeigneter Weise besser auf diese aufgeteilt wird; andererseits ergibt sich die Notwendigkeit, die Fahrzeugführer der Kraftfahrzeuge von zumindest einem Teil ihrer, beim Führen des Kraftfahrzeugs auf sie zukommenden Aufgaben zu entlasten. Ebenso erscheint es notwendig, den Kraftstoffgesamtverbrauch des Individualverkehrs zu senken.
Im Rahmen eines zu dieser Problematik laufenden Forschungsobjekts (Prometheus), das von der europäischen Kraftfahrzeugindustrie getragen und durch die europäische Gemeinschaft gefördert wird, wurde bereits vorgeschlagen, jeweils mehrere Kraftfahrzeuge zu einem Fahrzeugverband zusammenzuschließen und, mit relativ geringem Abstand zueinander, auf einem Verkehrsweg hintereinander herfahren zu lassen.
Hierdurch wird einerseits erreicht, daß die Kraftfahrzeuge relativ wenig Raum auf einer befahrenen Strecke benötigen, andererseits werden zumindest durch Abstandsregelung zwischen den Fahrzeugen die Fahrzeugführer spürbar entlastet. Durch den relativ geringen Abstand zwischen den Fahrzeugen (d. h., ein Fahrzeug fährt immer im "Windschatten" des vorausfahrenden Kraftfahrzeugs) ergibt sich ferner eine spürbare Einsparung des verbrauchten Kraftstoffs, da der Gesamtwirkungsgrad des Fahrzeugverbands durch den reduzierten Luftwiderstand gegenüber einzeln fahrenden Fahrzeugen verbessert wird.
Zur Abstandsregelung zwischen den Fahrzeugen wurden bereits Verfahren und Vorrichtungen entwickelt, welche den Abstand jeweils zum vorausfahrenden Kraftfahrzeug messen und eine Antriebs- bzw. Verzögerungsleistung des Kraftfahrzeugs so steuern, daß sich ein Sollabstand einstellt. In der DE-OS 35 01 032 wird die Messung des Abstands beispielsweise durch ein optisches Erfassen von auf der Fahrbahn angeordneten Markierungen vorgenommen, wobei Informationen über diese Meßwerte zwischen jeweils zwei Fahrzeugen über Sende- und Empfangsanlagen austauschbar sind.
Aus dem Aufsatz: "Automatische Abstandshaltung zwischen Kraftfahrzeugen als Teilproblem der automatischen Verkehrssteuerung" von Berthold WOCHER und Johannes NIER, in: Bosch, Technische Berichte 3, Heft 6, Dezember 1971, Seiten 250 bis 255, geht eine Abstandsregelung zwischen Kraftfahrzeugen hervor. Der Abstand zwischen zwei Kraftfahrzeugen, sowie jeweils deren Geschwindigkeit wird gemessen und die Beschleunigung des nachfolgenden Kraftfahrzeugs so geregelt, daß sich der Abstand zwischen den Kraftfahrzeugen auf einen Soll-Abstand einstellt.
Die Messung und Einregelung des Abstands erfordert jedoch eine gewisse Verzögerungszeit für die Meßwerterfassung (und -Übertragung) und die Einregelung, da die Dynamik eines derartigen Regelungssystems, selbst bei noch so guter Regelung, nicht vernachlässigbar ist. Hierdurch ergeben sich insbesondere bei einem größeren Fahrzeugverband unvermeidliche Schwingungen des Abstands zwischen den Fahrzeugen, welche sich einem ortsfesten Beobachter als sogenannter "Ziehharmonikaeffekt" darstellen und sich schlimmstenfalls aufschaukeln können.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Abstandsregelungssystem für Kraftfahrzeuge zu schaffen, das diese Nachteile vermeidet und es ermöglicht, daß Kraftfahrzeuge selbst in einem größeren Fahrzeugverband einem den Fahrzeugverband anführenden Kraftfahrzeug ohne maßgebliche Schwingungen der Abstände zwischen den Kraftfahrzeugen folgen können.
Die Erfindung wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Die Vorteile der Erfindung sind in erster Linie darin zu sehen, daß eine Vorgabe einer Soll-Beschleunigung dvs/dt innerhalb eines Kraftfahrzeugs des Kraftfahrzeugverbands erfolgt und die Beschleunigung eines jeden Kraftfahrzeugs innerhalb des Fahrzeugverbands so geregelt wird, daß die Ist-Beschleunigung dvi/dt der Soll-Beschleunigung mit minimaler Differenz bzw. vorgegebener Dynamik nachgeführt wird. Dadurch wird erreicht, daß sich Schwingungen des Abstands zwischen den Fahrzeugen erst gar nicht aufbauen können, da alle Fahrzeuge einem vorgegebenen Sollwert (Soll-Beschleunigung) praktisch gleichzeitig, d. h. ohne oder mit gleicher Verzögerung folgen.
Die Erfindung wird anhand eines in einer Zeichnung dargestellten Beispiels näher erläutert.
In der Figur ist mit 1 ein Fahrzeugverband mit mehreren, hintereinanderherfahrenden Kraftfahrzeugen 2, 3, 4 gezeigt; die Kraftfahrzeuge 2, 3, 4 bewegen sich längs einer Fahrbahn 5. Die Kraftfahrzeuge 2, 3, 4 sind jeweils mit einem Antrieb 6 und einer Bremseinrichtung 7 ausgestattet, wobei der Antrieb 6 vorzugsweise mit einer Brennkraftmaschine und einem dieser nachgeschalteten, vorzugsweise mit zugkraftunterbrechungsfreiem Gangwechsel arbeitenden Automatikgetriebe erfolgt. Die Kraftfahrzeuge 2, 3, 4 umfassen ferner eine steuernde Einrichtung 8, sowie eine Meßeinrichtung 9 für die fahrzeugeigene Geschwindigkeit v und eine Sendeanlage 10 und eine Empfangsanlage 11. Die steuernden Einrichtungen 8 der Kraftfahrzeuge 2, 3, 4 können über die Sendeanlage 10 und die Empfangsanlage 11 Informationen austauschen; die Übermittlung der Informationen kann über elektromagnetische oder akustische Wellenausbreitung oder über eine induktive Ankopplung an ein in der Fahrbahn 5 angeordnetes Leitkabel 12 erfolgen. Jedes Kraftfahrzeug 2, 3, 4 ist mit einem Fahrzeugführer 13 besetzt, welcher über die steuernde Einrichtung 8 auf Antrieb 6 und Bremseinrichtung 7 einwirken kann.
Die Steuerung der Antriebsleistung des Antriebs 6 und der Verzögerungsleistung der Bremseinrichtung 7 erfolgt nun durch die steuernde Einrichtung 8. Hierzu wird in einem Kraftfahrzeug des Fahrzeugverbands eine Vorgabe einer Soll-Beschleunigung dus/dt vorgenommen; das Wort Soll-Beschleunigung soll hier jedoch nicht allein für eine positive zeitliche Änderung der fahrzeugeigenen Geschwindigkeit stehen, sondern auch für eine negative, d. h., eine Fahrzeugverzögerung.
Die Soll-Beschleunigung dvs/dt wird nun über die Sendeanlage 10 in das Leitkabel 12 eingekoppelt und zu den Empfangsanlagen 11 der anderen Kraftfahrzeuge übertragen. Die steuernden Einrichtungen 8 aller Kraftfahrzeuge 2, 3, 4 erfassen über die Meßeinrichtung 9 die fahrzeugeigene Geschwindigkeit v und bestimmen daraus deren zeitliche Änderung (Ist-Beschleunigung) dvi/dt. Die Steuergeräte 8 regeln die Beschleunigung so, daß die Ist-Beschleunigung dvi/dt des von ihnen gesteuerten Kraftfahrzeugs der Soll-Beschleunigung dvs/dt mit minimaler Differenz bzw. einer vorgegebenen Dynamik nachgeführt wird.
Die Soll-Beschleunigungen werden primär durch einen Fahrzeugführer des den Fahrzeugverband anführenden Kraftfahrzeugs 2 und/oder einen Autopiloten und/oder ein Verkehrsleitsystem direkt vorgegeben und/oder aus den Bedienelementsignalen und/oder Betriebs- bzw. Fahrparametern dieses Kraftfahrzeugs 2 ermittelt. Die für die Regelung zugrunde gelegte, den weiteren Kraftfahrzeugen übermittelte Soll-Beschleunigung dvs/dt kann jedoch gegebenenfalls durch die Steuereinrichtung 8 in ihrem Wert begrenzt werden, falls irgendeines der am Fahrzeugverband 1 teilnehmenden Kraftfahrzeuge 2, 3, 4 dieser Soll-Beschleunigung nicht zu folgen vermag.
Hierzu übermittelt jedes im Fahrzeugverband fahrende Kraftfahrzeug bei seinem Eintritt in diesen dem anführenden und den anderen Kraftfahrzeugen 2, 3, 4 Grenzwerte seiner maximal bzw. minimal aufbringbaren Beschleunigung. Die steuernde Einrichtung 8 des anführenden Kraftfahrzeugs gibt nun die Soll-Beschleunigung dvs/dt so vor, daß sie sich stets innerhalb der betragsmäßig niedrigsten Grenzwerte bewegt.
Es kann jedoch vorkommen, daß ein Kraftfahrzeug 3, 4 innerhalb des Fahrzeugverbands 1 beispielsweise durch ein plötzlich auftauchendes Hindernis eine Notbremsung einleiten muß. Hierzu wird der Fahrzeugverband aufgelöst, und das die Notbremsung einleitende Kraftfahrzeug übernimmt die Vorgabe der Soll-Beschleunigung dvs/dt für die nachfolgenden Kraftfahrzeuge.
Ebenso kann es vorkommen, daß eines der Kraftfahrzeuge innerhalb des Kraftfahrzeugverbands bei einer Verzögerung der Vorgabe momentan nicht zu folgen vermag, beispielsweise aufgrund eines verminderten Reibwerts zwischen Rad und Fahrbahn, so daß sich sein Abstand zum vorausfahrenden Fahrzeug vermindert. Im Rahmen der gegebenen Möglichkeit übernimmt dieses Kraftfahrzeug die Vorgabe der Soll-Beschleunigung dvs/dt zumindest so lange, bis es die ursprüngliche Vorgabe wieder erreicht. Es ist hierzu auch möglich, daß die vorausfahrenden Kraftfahrzeuge zu Pufferungszwecken vorübergehend ihre Abstände jeweils zum vorausfahrenden Kraftfahrzeug zumindest vorübergehend vermindern.
Für den Fall, daß eines der Kraftfahrzeuge bei einer Beschleunigung der Vorgabe momentan nicht zu folgen vermag, beispielsweise durch einen auftretenden Antriebsschlupf oder eines Problems beim Antrieb 6, übernimmt dieses zumindest solange die Vorgabe der Soll-Beschleunigung dvs/dt, bis es die ursprüngliche Vorgabe durch das anführende Kraftfahrzeug 2 wieder erreicht. Ebenso ist es denkbar, daß es die Vorgabe der Soll-Beschleunigung dvs/dt für die nachfolgenden Kraftfahrzeuge zumindest so lange übernimmt, bis der aufgebrochene Fahrzeugverband wieder zusammengeführt ist. Die Regelungen der Beschleunigung aller Kraftfahrzeuge werden derart ausgelegt, daß sie jeweils zu gleicher Zeit einsetzen; sie erhalten hierzu gegebenenfalls eine Zeitverzögerung, welche unter anderem die Zeit zur Übermittlung der Daten, d. h. der Soll-Beschleunigung dvs/dt zu den nachfolgenden Kraftfahrzeugen berücksichtigt. Da im Falle der Übermittlung der Informationen über akustische Wellenausbreitung eine Signallaufzeit nicht vernachlässigt werden kann, kann es sinnvoll sein, diese Zeitverzögerung abhängig von der Position des Kraftfahrzeugs innerhalb des Fahrzeugverbands und den Abständen zwischen den Kraftfahrzeugen zu wählen. Die Regelung eines einem anderen Kraftfahrzeug unmittelbar vorausfahrenden Kraftfahrzeugs setzt hierbei jeweils um die Signallaufzeit verzögert ein.
Der Regelung- bzw. Nachführung der Ist-Beschleunigung dvi/dt eines Kraftfahrzeugs an die Soll-Beschleunigung dvs/dt kann aus Sicherheitsgründen eine Abstands- und/oder Geschwindigkeits-Feinregelung überlagert sein. Diese kommt jedoch erst dann zur Wirkung, wenn der Abstand zu einem Vorausfahrzeug einen vorgegebenen Toleranzbereich über- bzw. unterschreitet. Bei Wirksamwerden der Abstands- und/oder Geschwindigkeit-Feinregelung bei einem Kraftfahrzeug innerhalb des Fahrzeugverbands 1 übernimmt dieses momentan die Vorgabe der Soll-Beschleunigung dvs/dt für die nachfolgenden Kraftfahrzeuge.
Für den Fall, daß die Regelungssysteme mit vernachlässigbarer Dynamik arbeiten bzw. bei Auftreten von Antriebsschlupf bei dem den Fahrzeugverband anführenden Kraftfahrzeug 2, kann die Soll-Beschleunigung dvs/dt gleich der Ist-Beschleunigung dvi/dt des den Fahrzeugverband anführenden Kraftfahrzeugs gesetzt werden. Soll zusätzlich der Abstand zwischen den Fahrzeugen geschwindigkeitsabhängig eingestellt werden, so erscheint es sinnvoll, daß ein Fahrzeugführer 13 des den Fahrzeugverband anführenden Kraftfahrzeugs 2 und/oder ein Verkehrsleitsystem eine Soll-Geschwindigkeit vs vorgibt, oder daß diese aus Bedienelement-Stellsignalen ermittelt wird. Die steuernde Einrichtung 2 des den Fahrzeugverband anführenden Kraftfahrzeugs 2 ermittelt daraus eine Soll-Beschleunigung dvs/dt, sowie einen zeitlichen Verlauf, den diese Soll-Beschleunigung annehmen soll und eine Sicherheitszeitverzögerung tvs, welche zu einem sollgeschwindigkeitsabhängigen Sicherheitsabstand zu einem unmittelbar vor ihm fahrenden Kraftfahrzeug führt; diese Werte werden an die nachfolgenden Kraftfahrzeuge übermittelt. Die Nachführung der Ist-Beschleunigung dvi/dt an die Soll-Beschleunigung dvs/dt eines Kraftfahrzeugs (3, 4) folgt jeweils derjenigen des unmittelbar vorausfahrenden Kraftfahrzeugs mit dieser Sicherheitsverzögerung tvs, was zu den gewünschten Abständen zwischen den Kraftfahrzeugen 2, 3, 4 führt.

Claims (15)

1. Abstandsregelungssystem für wenigstens zwei hintereinander fahrende Kraftfahrzeuge (Fahrzeugverband), wobei die Kraftfahrzeuge mit aktiven Sende- und Empfangsanlagen ausgestattet sind, über die sie sich Informationen über eine elektromagnetische oder akustische Wellenausbreitung gegenseitig übermitteln können und jeweils eine die Beschleunigung des Kraftfahrzeugs steuernde Einrichtung aufweisen, dadurch gekennzeichnet, daß in einem Kraftfahrzeug (2, 3, 4) des Fahrzeugverbands (1) eine Vorgabe der Soll-Beschleunigung (dvs/dt) erfolgt, welche an alle anderen Kraftfahrzeuge (2, 3, 4) übermittelt wird, und daß die steuernde Einrichtung (8) eines jeden Kraftfahrzeugs (2, 3, 4) des Fahrzeugverbands (1) eine Ist-Beschleunigung (dvi/dt) bestimmt und die Beschleunigung so steuert, daß die Ist-Beschleunigung (dvi/dt) der Soll-Beschleunigung (dvs/dt) mit minimaler Differenz bzw. vorgegebener Dynamik nachgeführt wird.
2. Abstandsregelungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Soll-Beschleunigung (dvs/dt) durch einen Fahrzeugführer (13) des den Fahrzeugverband (1) anführenden Kraftfahrzeugs (2) oder einen Autopiloten oder ein Verkehrsleitsystem direkt vorgegeben oder aus den Bedienelement-Stellsignalen oder Betriebs- bzw. Fahrparametern dieses Kraftfahrzeugs ermittelt wird.
3. Abstandsregelungssystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß jedes im Fahrzeugverband (1) fahrende Kraftfahrzeug (2, 3, 4) bei seinem Eintritt in diesen den anderen Kraftfahrzeugen (2, 3, 4) Grenzwerte seiner maximal bzw. minimal aufbringbaren Beschleunigung übermittelt und die Vorgabe der Soll-Beschleunigung (dvs/dt) sich stets innerhalb der betragsmäßig niedrigsten Grenzwerte aller Kraftfahrzeuge (2, 3, 4) des Fahrzeugverbands (1) bewegt.
4. Abstandsregelungssystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer notwendig werdenden Notbremsung durch ein Kraftfahrzeug (2, 3, 4) innerhalb des Fahrzeugverbands (1) dieses die Vorgabe der Soll-Beschleunigung (dvs/dt) aller nachfolgenden Kraftfahrzeuge (3, 4) übernimmt.
5. Abstandsregelungssystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß für den Fall, daß eines der Kraftfahrzeuge (2, 3, 4) bei einer Verzögerung der Vorgabe der Soll-Beschleunigung (dvs/dt) momentan nicht zu folgen vermag, dieses im Rahmen der gegebenen Möglichkeiten die Vorgabe der Soll-Beschleunigung (dvs/dt) zumindest so lange übernimmt, bis es die ursprüngliche Vorgabe der Soll-Beschleunigung (dvs/dt) wieder erreicht.
6. Abstandsregelungssystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß für den Fall, das eines der Kraftfahrzeuge (2, 3, 4) bei einer Verzögerung der Vorgabe der Soll-Beschleunigung (dvs/dt) momentan nicht zu folgen vermag, die Abstände (a) zwischen den vorausfahrenden Kraftfahrzeugen (2, 3, 4) zu Pufferungszwecken vorübergehend vermindert werden.
7. Abstandsregelungssystem nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß für den Fall, das eines der Kraftfahrzeuge (2, 3, 4) bei einer Beschleunigung der Vorgabe der Soll-Beschleunigung (dvs/dt) momentan nicht zu folgen vermag, dieses die Vorgabe der Soll-Beschleunigung (dvs/dt) zumindest so lange übernimmt, bis es die ursprüngliche Vorgabe der Soll-Beschleunigung (dvs/dt) wieder erreicht.
8. Abstandsregelungssystem nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß für den Fall, daß eines der Kraftfahrzeuge (2, 3, 4) bei einer Beschleunigung der Vorgabe der Soll-Beschleunigung (dvs/dt) momentan nicht zu folgen vermag, dieses die Vorgabe der Soll-Beschleunigung (dvs/dt) für die nachfolgenden Kraftfahrzeuge (3, 4) zumindest so lange übernimmt, bis der aufgebrochene Fahrzeugverband (1) wieder zusammengeführt ist.
9. Abstandsregelungssystem nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Regelung der Beschleunigung aller Kraftfahrzeuge (2, 3, 4) des Fahrzeugverbands (1) jeweils zu gleicher Zeit einsetzt.
10. Abstandsregelungssystem nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Regelung der Beschleunigung eines jeweiligen Kraftfahrzeugs (2, 3, 4) des Fahrzeugverbands (1) mit einer Verzögerungszeit (tv) erfolgt, welche sich in erster Linie aus der Position des Kraftfahrzeugs (2, 3, 4) innerhalb des Verbands (1) relativ zu diesem, der Signal- beziehungsweise Datenübertragungsgeschwindigkeit und der Bearbeitungszeit zur Bestimmung der Beschleunigung ergibt.
11. Abstandsregelungssystem nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Nachführung der Ist-Beschleunigung (dvi/dt) an die Soll-Beschleunigung (dvs/dt) eines jeden Kraftfahrzeugs (2, 3, 4) eine Abstands- und/oder Geschwindigkeits-Feinregelung überlagert ist, wobei insbesondere die erstere lediglich dann wirksam ist, sofern ein Abstand zu einem vorausfahrenden Kraftfahrzeug (2, 3, 4) einen vorgegebenen Toleranzbereich unter- beziehungsweise überschreitet.
12. Abstandsregelungssystem nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß bei Wirksamwerden der Abstands- und/oder Geschwindigkeits-Feinregelung bei einem Kraftfahrzeug (2, 3, 4) innerhalb des Fahrzeugverbands (1) dieses die Vorgabe der Soll-Beschleunigung (dvs/dt) für die nachfolgenden Kraftfahrzeuge (3, 4) übernimmt.
13. Abstandsregelungssystem nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Soll-Beschleunigung (dvs/dt) gleich der Ist-Beschleunigung (dvi/dt) des den Fahrzeugverband (1) anführenden Kraftfahrzeuge (2) ist.
14. Abstandsregelungssystem nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Übermittlung der Information über eine induktive Ankopplung eines jeden Kraftfahrzeugs (2, 3, 4) an ein in oder neben der Fahrbahn (5) angeordnetes Leitkabel (12) erfolgt.
15. Abstandsregelungssystem nach wenigstens einem der Ansprüche 1 oder 3 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß eine Soll-Geschwindigkeit (vs) durch einen Fahrzeugführer (13) des den Fahrzeugverband (1) anführenden Kraftfahrzeugs (2) oder einen Autopiloten oder ein Verkehrsleitsystem vorgegeben oder aus den Bedienelement-Stellsignalen ermittelt wird, aus welcher die steuernde Einrichtung (8) des den Fahrzeugverband (1) anführenden Kraftfahrzeugs (2) eine Soll-Beschleunigung (dvs/dt) und deren zeitlichen Verlauf, sowie eine zu einem soll-geschwindigkeitsabhängigen Sicherheitsabstand (a(v)) führende Sicherheits-Zeitverzögerung (tvs), mit welcher die Nachführung der Ist-Beschleunigung (dvi/dt) an die Soll-Beschleunigung (dvs/dt) eines Kraftfahrzeugs (2, 3, 4) derjenigen des unmittelbar vorausfahrenden Kraftfahrzeugs (2, 3, 4) folgen soll, bestimmt und vorgibt.
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