DE4337872A1 - Abstandsmeßvorrichtung und Fahrzeug-Geschwindigkeitssteuervorrichtung zur Beibehaltung eines Fahrzeugzwischenabstandes - Google Patents

Abstandsmeßvorrichtung und Fahrzeug-Geschwindigkeitssteuervorrichtung zur Beibehaltung eines Fahrzeugzwischenabstandes

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Description

Die Erfindung betrifft Abstandsmeßvorrichtungen und insbesondere Abstandsmeßvorrichtungen, die auf Kraftfahrzeugen zur Messung der Fahrzeugzwischenabstände (d. h. die Abstände zu vorausfahrenden Fahrzeugen) angeordnet sind, um so die Geschwindigkeiten der Fahrzeuge und die Fahrzeugzwischenabstände zu steuern. Die Erfindung betrifft außerdem Antriebssteuervorrichtungen für Kraftfahrzeuge zur Aufrechterhaltung des Abstandes zu dem vorausfahrenden Fahrzeug durch Steuern der Fahrzeuggeschwindigkeit auf Grundlage der Messung des Fahrzeugzwischenabstandes.
Fig. 6 ist ein Blockschaltbild, das den Aufbau einer Abstandsmeßeinrichtung vom Trigonometrie- oder Triangulierungs-Typ zeigt, die beispielsweise in der japanischen Patentveröffentlichung (Kokoku) Nr. 63-46363 offenbart ist. Fig. 7 ist ein Blockschaltbild, das den Aufbau einer anderen Abstandsmeßeinrichtung vom Triangulierungs-Typ zeigt, die beispielsweise in der japanischen Patentveröffentlichung (Kokoku) Nr. 62-33522 offenbart ist. Fig. 8 ist ein Blockschaltbild, das den Aufbau einer noch anderen Abstandsmeßeinrichtung vom Triangulierungs-Typ zeigt, die beispielsweise in der japanischen Patentveröffentlichung (Kokoku) Nr. 63-44169 offenbart ist.
Das Prinzip der Abstandsmessung mittels der Abstandsmeßeinrichtung vom Triangulierungs-Typ wird unter Bezugnahme auf die Fig. 6 beschrieben. Die Abstandsmeßeinrichtung aus Fig. 6 umfaßt: erste und zweite optische Linsensysteme 2 und 3, die um einen seitlichen Abstand L auseinanderliegen; Bildsensoren 3 und 13; Analog/ Digital-Wandler 4 und 14; RAMs (Speicher mit wahlfreiem Zugriff) 5 und 15; eine Bildverarbeitungsschaltung 20; und einen Computer (CPU) 21.
Das Betriebsverfahren der Abstandsmeßeinrichtung von Fig. 6 ist wie folgt. Das Objekt 1, zu dem der Abstand gemessen werden soll, befindet sich in einem Abstand R von den Linsen 2 und 12, die um einen seitlichen Abstand L auseinanderliegen. Somit sind die über die optischen Linsensysteme 2 bzw. 12 auf den Bildsensoren 3 bzw. 13 gebildeten Abbilder des Objekts 1 um einen seitlichen Abstand a bzw. b von den Mitten der Bildsensoren 3 und 13 (d. h. die Schnittpunkte mit den optischen Achsen der Linsensysteme 2 und 3) versetzt. Die Bilder auf den Sensoren 3 und 13 werden in entsprechende analoge elektrische Signale gewandelt und außerdem in entsprechende digitale Signale mittels der Analog/Digital-Wandler 4 und 14. Die digitalen Bildsignale, die von den Analog/Digital-Wandlern 4 und 14 ausgegeben werden, werden in den RAMs 5 bzw. 15 bespeichert.
Der Computer (CPU) 21 liest die digitalen Bildsignale nacheinander aus den RAMs 5 und 15 aus und liefert sie an die Bildverarbeitungsschaltung 20. Beim Empfang der digitalen Bildsignale verschiebt die Bildverarbeitungsschaltung 20 zum Beispiel das Bild des RAM 5 (welches über das optische Linsensystem 2 erhalten wurde), nacheinander um einen Bildpunkt relativ zu dem Bild des RAM 15 (welches über das optische Linsensystem 12 erhalten wurde) und berechnet die Korrelation (d. h. den Übereinstimmungsgrad) zwischen den beiden in den RAMs 5 und 15 gespeicherten Bildern.
Falls der Betrag der seitlichen Verschiebung, die in Einheiten der seitlichen Teilung der Bildpunkte der digitalen Bilder gemessen wird, mit X bezeichnet wird, dann verschiebt die Bildverarbeitungsschaltung 20 zum Beispiel das Bild des RAM 5 relativ zu dem Bild des RAM 15 um einen Betrag X und berechnet die Korrelation C(X) der beiden Bilder bei dem Verschiebebetrag X. Die Korrelation kann beispielsweise durch C(X) = -S(X) definiert werden, womit S(X) = Σ| p - q |, wobei die Summierglieder | p - q | die Absolutwerte der Differenzen zwischen den Pegeln p und q der entsprechenden Bildpunkte der Bilder in den RAMs 5 bzw. 15 sind. Der Verschiebebetrag X wird nacheinander um eine Bildpunktteilung inkrementiert oder dekrementiert, um den Wert X zu bestimmen, bei dem die Korrelation C(X) den maximalen Wert annimmt. Der maximierte Wert X ist die relative Verschiebung a+b der auf den Bildsensoren 3 und 13 gebildeten Bilder.
Somit wird der Abstand R zu dem Objekt 1 durch die folgende Gleichung erhalten:
R = f · L/ {(a+b) P} (1)
wobei f die Brennweite des Linsensystems 2 und 3 bezeichnet und P die seitliche Teilung der Bildpunkte (d. h., den seitlichen Abstand zwischen den Mitten von benachbarten Bildpunkten) der Bildsensoren 3 und 13 bezeichnet.
Die Abstandsmeßeinrichtung aus Fig. 7 umfaßt zusätzlich zu einem optischen Linsensystem 2 und einem Bildsensor 3 ein lichtaussendendes Element 11, dessen optische Achse in einem seitlichen Abstand L parallel zu der optischen Achse des optischen Linsensystems 2 verläuft. Wenn der Abstand zu einem Objekt 1 gemessen wird, wird das lichtaussendende Element 11 von einer Ansteuerschaltung 16 im Ansprechen auf ein von dem Computer (CPU) 21 empfangenen Steuersignal angesteuert. Ein Lichtstrahl, der von dem lichtaussendenden Element 11 ausgesendet wird, wird von dem Objekt 1 auf das optische Linsensystem 2 reflektiert. Somit wird ein Bild des Objekts 1 oder ein heller Fleck auf dem Bildsensor 3 in einem seitlichen Abstand a von der Mitte des Bildsensors 3 (der Schnittpunkt mit der optischen Achse des optischen Linsensystems 2) gebildet. Das Signal von dem Bildsensor 3 wird der Signalverarbeitungsschaltung 20A zugeführt, die die Verschiebung a des auf dem Bildsensor 3 gebildeten Flecks bezüglich der Referenzposition (des Schnittpunktes der optischen Achse des optischen Linsensystems 2 mit dem Bildsensor 3) bestimmt.
Somit wird der Abstand R zu dem Objekt 1 durch die folgende Gleichung erhalten:
R = f · L/(a · P) (2)
wobei f die Brennweite des optischen Systems 2 und P die seitliche Teilung der Bildpunkte des Bildsensors 3 bezeichnet.
Die Abstandsmeßeinrichtung aus Fig. 8 ist ähnlich aufgebaut wie die in Fig. 7, umfaßt aber einen analogen Bildsensor 3A anstelle eines digitalen Bildsensors 3 aus Fig. 7. Das Signal von dem analogen Bildsensor 3A wird an die Signalprozessorschaltung 20B geführt. Falls die Verschiebung des Bildes, das auf dem analogen Bildsensor 3A in der Einheit Meter gemessen wird mit d bezeichnet wird, dann wird der Abstand R zu dem Objekt 1 durch die folgende Gleichung erhalten:
R = f · L/d (3)
wobei f die Brennweite des optischen Linsensystems 2 bezeichnet.
Die Abstandsmeßeinrichtungen in Fig. 6 bis 8 können auf Kraftfahrzeugen montiert werden, um die Fahrzeugzwischenabstände zu bestimmen. Bei dieser Anordnung ist das Objekt 1 das vorausfahrende Fahrzeug, welches unmittelbar vorausfährt. Es versteht sich von selbst, daß die Abstandsmeßeinrichtungen separat verwendet werden können, um Abstände zu irgendeiner Art von Objekt 1 zu messen.
Bei den Abstandsmeßeinrichtungen von Fig. 6 bis 8 handelt es sich um den Trigonometrie- oder Triangulierungs-Typ. Andererseits offenbart das japanische offengelegte Patent (Kokai) Nr. 48-54631 und die japanische Patentveröffentlichung (Kokoku) Nr. 62-38760 eine Fahrzeug-Abstandsmeßeinrichtung, bei der es sich nicht um den Triangulierungs-Typ handelt, und die umfaßt: eine Einrichtung zum Messen des Abstandes zu einem vorausfahrenden Fahrzeug; eine Einrichtung zur Bestimmung eines sicheren Fahrzeugzwischenabstandes; und eine Einrichtung zum Steuern der Geschwindigkeit des Fahrzeuges, um den sicheren Fahrzeugzwischenabstand aufrechtzuerhalten. Die Abstandsmeßeinrichtung verwendet ein Radar, das einen Lichtstrahl oder einen elektromagnetischen Strahl aus sendet und beim Empfangen des von dem Objekt reflektierten Strahls den Abstand dazwischen aus dem Zeitintervall bestimmt, welches der Strahl benötigt, um hin- und herzulaufen. Vorausgesetzt, daß der Strahl auf das Objekt (das vorausfahrende Fahrzeug) richtig auftrifft, ergibt sich der Fehler der Messung durch das Radar aus dem Fehler der Messung des Zeitintervalls. Der Fehler ist im wesentlichen unabhängig von der Größe des zu messenden Abstandes.
Für den Fall der Abstandsmeßeinrichtung vom Triangulierungs- Typ ist jedoch der Abstand R zu dem Objekt umgekehrt proportional zu der Verschiebung des Bildes. Somit steigt der Fehler der Abstandsmessung (und somit fällt die Auflösung der Messung) mit steigendem Abstand zu dem Objekt. Der Fehler kann allgemein als statistisch verteilt angesehen werden und die Messung schwankt um den wahren Abstand.
Die Fahrzeugzwischenabstands-Meßeinrichtung, die ein Radar verwendet, weist andererseits ein Problem von anderer Ursache auf. Das Fahrzeug, auf dem das Radar montiert ist, kann nämlich vibrieren oder aufgrund des Straßenzustands Schlingerbewegungen ausführen. Der Lichtstrahl oder der elektromagnetische Strahl, der von dem auf dem fahrenden Fahrzeug montierten Radar ausgesendet wird, schwingt somit vertikal und horizontal. Der Strahl kann somit auf das vorausfahrende Fahrzeug, zu dem der Abstand gemessen werden soll, fehlerhaft auftreffen. Der Strahl trifft auf die Straßenoberfläche oder ein Gebäude an der Straßenseite auf und wird davon auf das Radar reflektiert. Die Messung schwankt somit. Die Schwankung wird allgemein mit steigendem zu messenden Abstand größer. Wenn außerdem der zu messende Abstand groß ist, kann ein kleiner Fehler in der Strahlrichtung ein fehlerhaftes Auftreffen bewirken. Das Problem wird somit mit ansteigendem zu messenden Abstand immer schwerwiegender.
Wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit auf Grundlage der Messung gesteuert wird, die, wie oben diskutiert, schwankt, weist die Fahrzeuggeschwindigkeit eine Tendenz auf, der Schwankung der Messung zu folgen. Der Fahrkomfort wird somit wesentlich beeinträchtigt. Die Verkleinerung der Steuerverstärkung zur Verbesserung des Fahrkomforts hat ein anderes Problem zur Folge, da dies außerdem die Ansprechgeschwindigkeit verkleinert. Die Fahrsicherheit kann somit in Frage gestellt werden, wenn ein hinterherfahrendes Fahrzeug plötzlich nach vorne kommt und sich zwischen das Fahrzeug des Fahrers und die vorausfahrenden Fahrzeuge drängt.
Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, eine Abstandsmeßvorrichtung vorzusehen, durch die die Auswirkungen von Schwankungen beseitigt werden, um stabile und genaue Messungen, insbesondere zu einem weit entfernten Objekt zu erreichen. Eine weitere Aufgabe dieser Erfindung liegt darin, eine Antriebssteuervorrichtung zur Beibehaltung eines sicheren Fahrzeugzwischenabstandes vorzusehen, durch die der Fahrkomfort verbessert wird, während ein schnelles Ansprechverhalten realisiert wird, beispielsweise wenn sich ein Fahrzeug zwischen das Fahrzeug des Fahrers und das vorausfahrende Fahrzeug drängt.
Die erste Aufgabe wird gemäß dem Prinzip dieser Erfindung durch eine Abstandsmeßvorrichtung gelöst, die umfaßt: eine Abstandsmeßeinrichtung zur Messung eines Abstandes zu einem Objekt und zum periodischen Ausgeben von Meßwerten; und eine Filtereinrichtung, die mit der Abstandsmeßeinrichtung gekoppelt ist, um ein Filter auf die Meßwerte anzuwenden, um einen Ausgangsabstandswert zu erzielen, wobei eine Filterkonstante des Filters einen Wert entsprechend einem gegenwärtigen Meßwert annimmt, der von der Abstandsmeßeinrichtung ausgegeben wird.
Vorzugsweise ist die Anwendung des Filters äquivalent zur Berechnung eines gewichteten Mittels einer Vielzahl der Meßwerte und die Filterkonstante ist umgekehrt proportional zu der Gewichtung für einen gegenwärtigen Meßwert bei der Berechnung des gewichteten Mittels einer Vielzahl der Meßwerte.
Außerdem ist es vorteilhaft, wenn die Filterkonstante mit ansteigendem gegenwärtigen Meßwert einen größeren Wert annimmt.
Die Abstandsmeßeinrichtung kann aus einer Abstandsmeßeinrichtung vom Triangulierungs-Typ bestehen, die umfaßt: eine optische Einrichtung zum Bilden eins optischen Bildes des Objekts; eine Signalverarbeitungsschaltungseinrichtung, die mit der optischen Einrichtung gekoppelt ist, um eine Verschiebung des optischen Bildes zu bestimmen; und eine Berechnungseinrichtung, die mit der Signalverarbeitungsschaltungseinrichtung gekoppelt ist, um einen Abstand zu dem Objekt auf Grundlage der Verschiebung zu berechnen.
Die zweite Aufgabe wird durch eine Fahrzeug- Geschwindigkeitssteuervorrichtung zur Beibehaltung eines Fahrzeugzwischenabstandes gelöst, die umfaßt: eine Abstandsmeßeinrichtung, die auf einem Fahrzeug angebracht ist, um einen Abstand zu einem anderen Fahrzeug zu messen und um Meßwerte periodisch auszugeben; eine Filtereinrichtung, die mit der Abstandsmeßeinrichtung gekoppelt ist, um auf die Meßwerte ein Filter anzuwenden, um einen Ausgangsabstandswert zu erhalten, wobei eine Filterkonstante des Filters einen Wert entsprechend einem gegenwärtigen Meßwert annimmt, der von der Abstandsmeßeinrichtung ausgegeben wird; und eine Fahrzeug-Geschwindigkeitssteuereinrichtung, die mit der Filtereinrichtung gekoppelt ist, um eine Fahrzeuggeschwindigkeit des Fahrzeuges auf Grundlage des Ausgangsabstandswertes, der von der Filtereinrichtung zugeführt wird, so zu steuern, daß der Abstand zu dem anderen Fahrzeug auf einem Ziel-Fahrzeugzwischenabstand gehalten wird.
Als Alternative umfaßt die Fahrzeug- Geschwindigkeitssteuervorrichtung zur Beibehaltung eines Fahrzeugzwischenabstandes: eine Abstandsmeßeinrichtung, die auf einem Fahrzeug angebracht ist, um einen Abstand zu einem anderen Fahrzeug zu messen und um Meßwerte periodisch auszugeben; und eine Fahrzeug- Geschwindigkeitssteuereinrichtung, die mit der Filtereinrichtung gekoppelt ist, um eine Fahrzeuggeschwindigkeit des Fahrzeugs auf Grundlage der Meßwerte, die von der Abstandsmeßeinrichtung zugeführt werden, so zu steuern, daß der Abstand zu dem anderen Fahrzeug auf einem Ziel-Fahrzeugzwischenabstand gehalten wird; wobei die Fahrzeug-Geschwindigkeitssteuereinrichtung eine Steuerverstärkung entsprechend einem gegenwärtigen Meßwert verändert, der von der Abstandsmeßeinrichtung ausgegeben wird.
Als weitere Alternative umfaßt die Fahrzeug- Geschwindigkeitssteuereinrichtung zur Beibehaltung eines Fahrzeugzwischenabstandes: eine Abstandsmeßeinrichtung, die auf einem Fahrzeug angebracht ist, um einen Abstand zu einem anderen Fahrzeug zu messen und um Meßwerte mit einer vorgegebenen Abtastperiode auszugeben; eine Abweichungs- Erfassungseinrichtung, die mit der Abstandsmeßeinrichtung gekoppelt ist, um eine Abweichung eines gegenwärtigen Meßwertes von einem Ziel-Fahrzeugzwischenabstand zu berechnen; eine Berechnungseinrichtung, die mit der Abweichungs-Erfassungseinrichtung gekoppelt ist, um einen Parameter entsprechend der Abweichung zu berechnen; eine Fahrzeug-Geschwindigkeitssteuereinrichtung, die mit Berechnungseinrichtung gekoppelt ist, um eine Fahrzeuggeschwindigkeit des Fahrzeuges auf Grundlage des Parameters so zu steuern, daß der Abstand zu dem anderen Fahrzeug auf dem Ziel-Fahrzeugzwischenabstand gehalten wird.
Vorzugsweise handelt es sich bei dem von der Berechnungseinrichtung berechneten Parameter um eine Summe von: (a) einer Komponente, die durch Multiplikation der Abweichung mit einer proportionalen Verstärkung erhalten wird; (b) einer Komponente, die durch Multiplikation eines Integrals der Abweichung über der Zeit mit einer integralen Verstärkung erhalten wird; und (c) einer Komponente entsprechend einem Faktor, der durch Multiplikation eines differentiellen Quotienten der Abweichung über der Zeit mit einer differentiellen Verstärkung erhalten wird.
Es ist weiter vorteilhaft, wenn die Berechnungseinrichtung die proportionale Verstärkung und/oder die differentielle Verstärkung verkleinert, wenn der von der Abstandsmeßeinrichtung ausgegebene gegenwärtige Meßwert ansteigt und die proportionale Verstärkung und/oder die differentielle Verstärkung erhöht, wenn der von der Abstandsmeßeinrichtung ausgegebene gegenwärtige Meßwert abfällt.
Es ist auch vorteilhaft, wenn die Berechnungseinrichtung umfaßt: eine Filtereinrichtung zum Anwenden eines Filters auf aufeinanderfolgende Werte des Faktors, der durch Multiplikation eines differentiellen Quotienten der Abweichung über der Zeit mit einer differentiellen Verstärkung erhalten wird.
Vorzugsweise ist die Anwendung des Filters äquivalent zur Berechnung eines gewichteten Mittels einer Vielzahl der aufeinanderfolgenden Werte des Faktors und eine Filterkonstante ist umgekehrt proportional zu der Gewichtung für einen gegenwärtigen Wert des Faktors bei der Berechnung des gewichteten Mittels einer Vielzahl der aufeinanderfolgenden Werte des Faktors.
Es ist weiter vorteilhaft, daß die Filterkonstante mit einer Änderung des von der Abstandsmeßeinrichtung ausgegebenen gegenwärtigen Meßwertes variiert, und insbesondere, daß die Filterkonstante mit einem Anstieg des von der Abstandsmeßeinrichtung aus gegebenen gegenwärtigen Meßwertes ansteigt. Vorzugsweise ist die Filterkonstante nicht kleiner als viermal die Abtastperiode.
Weiter ist es vorteilhaft, wenn die proportionale Verstärkung, die integrale Verstärkung und die differentielle Verstärkung entsprechend des gegenwärtigen Meßwertes der Abstandsmeßeinrichtung verändert werden; und wenn ein gegenwärtiger Wert des differentiellen Quotienten einen vorgegebenen Pegel übersteigt, wird die proportionale Verstärkung, die integrale Verstärkung und die differentielle Verstärkung entsprechend eines unmittelbar vorausgehenden Meßwertes der Abstandsmeßeinrichtung bei der Berechnung der Komponenten verwendet.
Die Merkmale, die als für die Erfindung charakteristisch angesehen werden, sind insbesondere in den beigefügten Ansprüchen aufgeführt. Der Aufbau und das Betriebsverfahren dieser Erfindung selbst lassen sich jedoch am besten aus der folgenden eingehenden Beschreibung im Zusammenhang mit den beiliegenden Zeichnungen verstehen.
In den Zeichnungen zeigen:
Fig. 1 ein Flußdiagramm, das ein Verfahren zur Bestimmung des Abstandes zu einem Objekt gemäß dieser Erfindung zeigt;
Fig. 2 ein Flußdiagramm, das den Vorgang zeigt, durch den die Steuereinrichtung 31 aus Fig. 3 die Fahrzeuggeschwindigkeit steuert, um den Fahrzeugzwischenabstand einzustellen;
Fig. 3 ein Blockschaltbild, das den Aufbau einer Fahrzeugsteuereinrichtung gemäß dieser Erfindung zeigt, um die Fahrzeuggeschwindigkeit zur Beibehaltung eines geeigneten Fahrzeugzwischenabstandes zu steuern;
Fig. 4 ein Blockschaltbild, das den Funktionsaufbau eines Systems zur Steuerung der Fahrzeuggeschwindigkeit zeigt, um einen geeigneten Fahrzeugzwischenabstand gemäß dem PID (dem proportionalen plus integralen plus differentiellen) -Steuerverfahren aufrechtzuerhalten;
Fig. 4a ein Blockschaltbild, das einen Aufbau des Teils des Systems aus Fig. 4 zeigt, durch den die Ziel- Fahrzeuggeschwindigkeit Vs bestimmt wird;
Fig. 5 ein Flußdiagramm, das den Vorgang zeigt, durch den ein Software-Filter auf die Änderungsrate dΔR/dt einer Abweichung ΔR des Fahrzeugzwischenabstandes R von dem Zielpegel Rs angewendet wird;
Fig. 6 ein Blockschaltbild, das den Aufbau einer Abstandsmeßeinrichtung vom Trigonometrie- oder Triangulierungs-Typ zeigt;
Fig. 7 ein Blockschaltbild, das den Aufbau einer anderen Abstandsmeßeinrichtung vom Triangulierungs-Typ zeigt; und
Fig. 8 ein Blockschaltbild, das den Aufbau einer noch anderen Abstandsmeßeinrichtung vom Triangulierungs- Typ zeigt.
In den Zeichnungen bezeichnen ähnliche Bezugszahlen ähnliche oder entsprechende Teile oder Abschnitte.
Unter Bezugnahme auf die Zeichnungen werden im folgenden die bevorzugten Ausführungsformen dieser Erfindung beschrieben.
Zunächst wird eine Ausführungsform einer Abstandsmeßeinrichtung beschrieben, so wie sie auf eine Einrichtung vom Triangulierungs-Typ angewendet wird. Die Abstandsmeßeinrichtung vom Triangulierungs-Typ, auf die diese Erfindung angewendet wird, kann eine der oben in Fig. 6 bis 8 diskutierten Einrichtungen sein. Hinsichtlich des Aufbaus und des Betriebsverfahrens der Abstandsmeßeinrichtungen vom Triangulierungs-Typ selbst wird auf die obige Beschreibung verwiesen. Gemäß dieser Erfindung wird ein Software-Filter, welches als ein Programm in dem Computer (CPU) 21 implementiert ist, auf die direkten Ergebnisse der Messung mit Schwankungen angewendet, um einen stabilen und genauen Wert des Abstandes zu einem Objekt zu ermitteln.
Fig. 1 ist ein Flußdiagramm, das ein Verfahren zur Bestimmung des Abstandes zu einem Objekt gemäß dieser Erfindung zeigt. Das Software-Filter gemäß dieser Erfindung ist als eine Prozedur implementiert, die von dem Computer (CPU) 21 ausgeführt wird. Wenn der Computer (CPU) 21 den Abstand berechnet, wird die Prozedur aus Fig. 1 zur Bestimmung des Abstandes ausgeführt, um ein Filter auf die Werte anzuwenden, die direkt von der Messung erhalten werden. Ein gewichtetes Mittel einer Anzahl von Abtastmeßwerten wird über einen laufenden Abstand genommen, um den Abstand zu ermitteln. Mit ansteigendem zu messenden Abstand wird die Anzahl der Abtastwerte erhöht (d. h. die Filterkonstante wird größer), so daß eine stabile und genaue Messung (mit hoher Auflösung) über einen weiten Bereich von einem kurzen zu einem langen Abstand erreicht werden kann.
Im Schritt S1 in Fig. 1 wird der Abstand aus dem Verschiebebetrag, der die Korrelation C(X) maximiert, unter Verwendung der Gleichung (1), wie oben beschrieben, bestimmt. Der Abstand kann unter Verwendung von Gleichung (2) oder (3) bestimmt werden. Der Abstand wird für jede 60 Millisekunden berechnet und der gegenwärtige Wert davon wird mit Rn bezeichnet.
Wie im folgenden beschrieben wird, wird der Wert des Abstandes, so wie er in einem nachfolgenden Schritt S3 während des vorangehenden Ausführungszyklus der Prozedur in Fig. 1 berechnet ist, in einer Variablen Ro in dem Speicher des Computers (CPU) 21, etc. gespeichert. Im Schritt S2 wird eine Filterkonstante K unter Verwendung einer in dem Speicher des Computers (CPU) 21 gespeicherten Tabelle bestimmt, deren Inhalt in der folgenden Tabelle 1 gezeigt ist. Die Werte von Ro in der ersten Zeile sind in der Einheit Meter aufgeführt. Somit ist die Filterkonstante K gleich 4 (K = 4), wenn beispielsweise die Variable Ro gleich 45 Meter (Ro = 45) ist.
Tabelle 1
Im Schritt S3 wird unter Verwendung der Filterkonstante K, die in dem vorangegangenen Schritt S2 ermittelt wird, der Abstand R berechnet, indem ein Software-Filter angewendet wird. Der Abstand R wird nämlich durch die folgende Gleichung berechnet:
R = (Rn/K) +(K-1) · Ro/K (4)
Der durch die obige Gleichung (4) erhaltene Wert R ist gleich einem gewichteten Mittel einer Anzahl von vorangegangenen Meßwerten Rn (die im Schritt S1 während der gegenwärtigen und der vorangegangenen Ausführungszyklen der Prozedur von Fig. 1 erhalten wurden). Somit ist die Berechnung durch die obige Gleichung (4) äquivalent zur Anwendung eines Filters auf die Meßwerte Rn, die als Abtastwerte einer Zeitfunktion R(t) angesehen werden können. Es wird darauf hingewiesen, daß der Einfluß des gegenwärtigen Meßwertes Rn größer wird (d. h., die Gewichtung für den gegenwärtigen Abtastwert wird größer), wenn der Wert der Konstanten K kleiner wird. Andererseits wird der Einfluß der vorangegangenen Meßwerte größer (d. h. die Gewichtungen für die vorangegangenen Abtastwerte werden größer), wenn die Filterkonstante K größer wird. Die Konstante K ist somit der Zeitkonstanten eines physikalisch implementierten Filters analog. Wie in der obigen Tabelle 1 gezeigt, wird die Konstante K erhöht, wenn der zu messende Abstand größer wird.
Im Schritt S3 wird außerdem die Variable Ro aktualisiert. Der Variablen Ro wird nämlich der Wert zugeordnet, der in dem gegenwärtigen Schritt S3 unter Verwendung von Gleichung (4) erhalten wird. Die Ausführung der Prozedur aus Fig. 1 wird alle 60 Millisekunden wiederholt und gibt den Wert R aus, so wie er durch Gleichung (4) im Schritt S3 bestimmt wird.
Fig. 3 ist ein Blockschaltbild, das den Aufbau einer Fahrzeugsteuereinrichtung gemäß dieser Erfindung zur Steuerung der Fahrzeuggeschwindigkeit zeigt, um einen geeigneten Fahrzeugzwischenabstand beizubehalten. Ein Abstandssensor 30, bei dem es sich entweder um eine Abstandsmeßeinrichtung vom Triangulierungs-Typ oder vom Radartyp handeln kann, mißt den Abstand zu einem vorausfahrenden Fahrzeug. Eine Steuereinrichtung 31 besteht aus einem Mikrocomputer, Eingangs/ Ausgangs-Schnittstellen, etc. Ein Drosselventil-Stellglied 32 steuert das Drosselventil an, um die Öffnung des Lufteinlaßkanals an den Motor des Fahrzeugs einzustellen. Das Drosselventil-Stellglied 32 steuert somit die Ausgangsleistung des Motors. Ein Bremsen-Stellglied 33 betätigt die Bremse, um das Fahrzeug abzubremsen. Die Fahrzeuggeschwindigkeit und die Drosselventilposition (der Öffnungsgrad des Drosselventils) werden von einem Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 34 bzw. einem Drosselpositionssensor 35 erfaßt. Im Ansprechen auf die Eingangssignale, die von dem Abstandssensor 30, dem Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 34 und dem Drosselpositionssensor 35 zugeführt werden, steuert die Steuereinrichtung 31 das Drosselventil-Stellglied 32 und das Bremsen-Stellglied 33 und stellt die Fahrzeuggeschwindigkeit ein.
Fig. 4 ist ein Blockschaltbild, das den Funktionsaufbau eines Systems zum Steuern der Fahrzeuggeschwindigkeit zeigt, um gemäß dem PID (dem proportionalen plus integralen plus differentiellen) -Steuerverfahren einen geeigneten Fahrzeugzwischenabstand aufrechtzuerhalten. Fig. 4a ist ein Blockschaltbild, das einen Aufbau eines Teils des Systems aus Fig. 4 zeigt, mit dem die Ziel-Fahrzeuggeschwindigkeit Vs bestimmt wird. Die Fahrzeuggeschwindigkeit wird mittels eines Fahrzeuggeschwindigkeitssensors 34 erfaßt und der Ziel- Fahrzeugzwischenabstand Rs entsprechend der Fahrzeuggeschwindigkeit wird berechnet. Die Abweichung Δ = R - Rs des gegenwärtigen Meßwerts R des Fahrzeugzwischenabstandes von dem Ziel- Fahrzeugzwischenabstand Rs wird berechnet. Der Meßwert R kann durch eine der in Fig. 1 bis 3 gezeigten Abstandsmeßeinrichtungen bestimmt werden. Die Ziel- Fahrzeuggeschwindigkeit Vs wird aus der Abweichung ΔR folgendermaßen berechnet: (a) Multiplizieren von ΔR mit der proportionalen Verstärkung Gp; (b) Integrieren von ΔR über eine integrale Zeit Tr und dann Multiplizieren des Integrals ∫ΔR · dt mit der integralen Verstärkung Gr; (c) Differenzieren von ΔR über der Zeit t und dann Multiplizieren des differentiellen Quotienten d Δ R/dt mit der differentiellen Verstärkung GD; und (d) Addieren der in den obigen Schritten (a) bis (c) erhaltenen Terme, wodurch die Summe S ermittelt wird:
S = Gp ·Δ R+GI · ∫ ΔR · dt+Gd · (dΔR/dt).
Wie ausführlich in Fig. 4a gezeigt ist, kann die Ziel- Fahrzeuggeschwindigkeit Vs als eine Funktion Vs = f(S,Va) der obigen Summe S und der tatsächlichen Fahrzeuggeschwindigkeit Va bestimmt werden.
Außerdem wird die Abweichung ΔV = Va - Vs der gegenwärtigen tatsächlichen Fahrzeuggeschwindigkeit Va (so wie sie von dem Fahrzeug-Geschwindigkeitssensor 34 erfaßt wird) von der Ziel- Fahrzeuggeschwindigkeit Vs berechnet.
Der gesteuerte Betrag A wird durch die Schritte ermittelt, die den obigen Schritten (a) bis (d) ähnlich sind, durch Multiplikation der Abweichung ΔV, etc. mit den Steuerverstärkungen (der proportionalen, der integralen und der differentiellen Verstärkung). Außerdem werden die gesteuerten Größen des Drosselventil-Stellgliedes 32 und des Bremsen-Stellgliedes 33 aus dem Steuerbetrag A bestimmt. Die Fahrzeuggeschwindigkeit wird somit auf die Ziel- Fahrzeuggeschwindigkeit Vs so gesteuert, daß der tatsächliche Fahrzeugzwischenabstand R auf das Ziel Rs eingestellt wird.
Fig. 2 ist ein Flußdiagramm, das die Prozedur zeigt, mit der die Steuereinrichtung 31 aus Fig. 3 die Fahrzeuggeschwindigkeit steuert, um den Fahrzeugzwischenabstand einzustellen. Der Abstandssensor 30 mißt den Fahrzeugzwischenabstand R und gibt das Ergebnis der Messung aus. Der Fahrzeug-Geschwindigkeitssensor 34 erfaßt die Fahrzeuggeschwindigkeit Va und gibt das Signal aus, das die Fahrzeuggeschwindigkeit darstellt. Der Drosselpositionssensor 35 erfaßt die Position oder den Öffnungsgrad des Drosselventils und gibt das Drosselventil-Positionssignal aus, das den Öffnungsgrad des Drosselventils darstellt. Im Schritt S11 liest die Steuereinrichtung 31 die Ausgangssignale von dem Abstandssensor 30, dem Fahrzeug-Geschwindigkeitssensor 34 und dem Drosselpositionssensor 35 ein, die den Fahrzeugzwischenabstand R, die Fahrzeuggeschwindigkeit Va bzw. den Drosselöffnungsgrad darstellen.
Im Schritt S12 wird der Ziel-Fahrzeugzwischenabstand Rs entsprechend der von dem Fahrzeug-Geschwindigkeitssensor 34 erfaßten tatsächlichen Fahrzeuggeschwindigkeit Va berechnet. Der Ziel-Fahrzeugzwischenabstand Rs kann aus der folgenden Gleichung (5) so berechnet werden, daß der Ziel- Fahrzeugzwischenabstand Rs dem Quadrat der tatsächlichen Fahrzeuggeschwindigkeit Va proportional ist:
Rs = C0 · Va2 (5)
wobei Rs der Ziel-Fahrzeugzwischenabstand, C0 eine proportionale Konstante und Va die tatsächliche Fahrzeuggeschwindigkeit darstellt. Die Konstante Co kann von dem Straßenzustand oder von Wetterbedingungen abhängen. Der Fahrzeugzwischenabstand Rs kann auch unter Verwendung einer in dem Speicher der Speichereinrichtung 31 gespeicherten Datentabelle bestimmt werden, welche den Zusammenhang zwischen dem Fahrzeugzwischenabstand und der Fahrzeuggeschwindigkeit anzeigt.
Im Schritt S13 wird die Abweichung ΔR=R-Rs des Meßwertes R aus dem Ziel-Fahrzeugzwischenabstand Rs berechnet. Ferner wird die Abweichung Δ R mit der proportionalen Verstärkung Gp multipliziert, um einen Wert Gp · ΔR zu ermitteln, der proportional zu der Abweichung ΔR ist. Die Abweichung ΔR wird mit der (verhältnismäßig kleinen) integralen Verstärkung Gi multipliziert, um einen Wert Gi · ΔR zu ermitteln und der gegenwärtige Wert davon wird zu dem vorausgehenden Wert davon addiert, um einen Näherungswert des Integrals ∫ Gi · ΔR · dt = Gi ∫ ΔR · dt zu ermitteln, wobei die Integrationszeit Ti, für die das Integral ausgewertet wird, als zweimal so groß wie die Periode des Ausführungszyklus der Prozedur aus Fig. 2 angesehen werden kann. Die Änderungsrate dΔR/dt (die ungefähr gleich dem differentiellen Quotienten ist) von ΔR über die Periode des Ausführungszyklus der Prozedur in Fig. 2 wird berechnet und die Änderungsrate dΔR/dt wird mit der (relativ großen) differentiellen Verstärkung Gd multipliziert, um einen Wert Gd·dΔR/dt zu ermitteln. Die ermittelten Terme werden addiert, wodurch die folgende Summe ermittelt wird:
S = Gp · Δ R+Gi · ∫ ΔR · dt+Gd · (ΔR/dt) (6)
Die proportionale Verstärkung Gp, die integrale Verstärkung Gi und die differentielle Verstärkung Gd werden gemäß dem Meßwert R des Fahrzeugzwischenabstandes variiert. Eine Datentabelle, die die Werte der Verstärkungen relativ zu dem Meßwert R des Fahrzeugzwischenabstandes zeigt, ist in dem Speicher der Steuereinrichtung 31 gespeichert und die Werte der Verstärkungen Gp, Gi und Gd werden bestimmt, indem in der Tabelle nachgeschlagen wird.
Wenn der Meßwert R des Fahrzeugzwischenabstandes groß ist, ist auch die Schwankung davon groß. Somit sollten die proportionalen und differentiellen Verstärkungen Gp und Gd sehr klein sein, so daß die Fahrzeug- Geschwindigkeitssteuerung vorwiegend gemäß dem integralen Steuerverfahren (d. h. mittels des integralen Terms Gi · ∫ ΔR · dt) durchgeführt wird. Wenn der Fahrzeugzwischenabstand groß ist, besteht eine geringe Gefahr einer Kollision oder eines Unfalls, sogar wenn eine gewisse Ansprechverzögerung bei der Einstellung des Fahrzeugzwischenabstandes auf den Ziel- Fahrzeugzwischenabstand existiert. Bei diesen Bedingungen ist es vorteilhaft, zur Verbesserung des Fahrkomforts die Fahrzeuggeschwindigkeit graduell und gleichförmig zu variieren, indem vorwiegend die integrale Steuerung verwendet wird.
Wenn andererseits der Meßwert R des Fahrzeugzwischenabstands klein ist, sind auch dessen Schwankungen klein. Wenn die Änderungsrate des Fahrzeugzwischenabstandes groß ist, wird außerdem die Gefahr einer Kollision der Fahrzeuge groß. Wenn die Änderungsrate dΔR/dt negativ ist (d. h., wenn sich das Fahrzeug, auf dem die Steuereinrichtung angebracht ist, dem vorausfahrenden Fahrzeug annähert), ist es vorteilhaft, die differentielle Verstärkung Gd und/oder die proportionale Verstärkung Gp zu vergrößern, um die Ansprechgeschwindigkeit der Fahrzeuggeschwindigkeitssteuerung zu vergrößern. Die Datentabelle, die die Beziehung zwischen dem Meßwert R des Fahrzeugzwischenabstandes und den Verstärkungen Gp, Gi und Gd zeigt, speichert die Werte der Verstärkungen entsprechend dem Meßwert R, wie oben diskutiert.
Im Schritt S14 wird die Ziel-Fahrzeuggeschwindigkeit Vs berechnet. Die Ziel-Fahrzeuggeschwindigkeit Vs kann eine Funktion Vs = f(S, Va) der Summe S und der Fahrzeuggeschwindigkeit Va sein. Der Wert der Funktion kann unter Verwendung einer Formel berechnet werden, die die Funktion darstellt, oder der Wert kann durch Nachschlagen in der Tabelle bestimmt werden, in der die Werte der Funktion tabellenmäßig in bezug auf die Werte der Summe S und der Fahrzeuggeschwindigkeit Va aufgeführt sind.
Im Schritt S15 wird die Abweichung ΔV=Va-Vs des Meßwertes der Fahrzeuggeschwindigkeit Va von der Ziel- Fahrzeuggeschwindigkeit Vs berechnet, und Berechnungen ähnlich wie diejenigen, die bezüglich der Abweichung ΔR im Schritt S13 durchgeführt werden, werden bezüglich der Abweichung ΔV durchgeführt, um einen Steuerbetrag A zu ermitteln. Die in den Berechnungen verwendete proportionale Verstärkung, die integrale Verstärkung und die differentielle Verstärkung werden aus einer Tabelle ausgelesen, die die Werte der Verstärkungen entsprechend des Fahrzeugzwischenabstandes oder der Fahrzeuggeschwindigkeit speichert.
Im Schritt S16 wird aus der Polarität des Steuerbetrags A entschieden, ob das Fahrzeug abgebremst werden soll oder nicht. Falls die Entscheidung in Schritt S16 negativ ist (d. h., wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit beschleunigt werden soll), schreitet die Ausführung zum Schritt S17 fort, in dem der Grad, um den das Drosselventil relativ zu der gegenwärtigen Position geöffnet werden soll (d. h. der Steuerbetrag A1 des Drosselventil-Stellgliedes 32), aus dem im Schritt S15 bestimmten Steuerbetrag A und aus der von dem Drosselpositionssensor 35 erfaßten gegenwärtigen Drosselventilposition berechnet wird. Das Ergebnis der Berechnung wird an das Drosselventil-Stellglied 32 ausgegeben und die Öffnung des Drosselventils wird entsprechend eingestellt. Nach dem Schritt S17 wird die Prozedur beendet.
Falls die Entscheidung im Schritt S16 andererseits positiv ist (d. h., wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit verzögert werden soll), schreitet die Ausführung zum Schritt S18 fort, in dem der Grade um den das Drosselventil relativ zu der gegenwärtigen Position (d. h. der Steuerbetrag A1 des Drosselventil-Stellgliedes 32) geschlossen wird, aus dem im Schritt S15 bestimmten Steuerbetrag A und aus der von dem Drosselpositionssensor 35 erfaßten gegenwärtigen Drosselventilposition berechnet wird. Das Ergebnis der Berechnung wird an das Drosselventil-Stellglied 32 ausgegeben und die Öffnung des Drosselventils wird entsprechend eingestellt.
Im Schritt S19 wird entschieden, ob zusätzlich zu der Einstellung des Drosselventils um den Betrag A1 ein Bremsvorgang erforderlich ist oder nicht, um die erforderliche Verzögerung zu realisieren, die von dem Steuerbetrag A angezeigt wird. Falls die Entscheidung im Schritt S19 negativ ist (wenn der Bremsvorgang nicht benötigt wird), wird die Prozedur beendet. Wenn andererseits im Schritt S19 die Entscheidung positiv ist (wenn der Bremsvorgang benötigt wird), schreitet die Ausführung zum Schritt S20 fort, in dem der Steuerbetrag A2 des Bremsen-Stellgliedes 33 aus dem im Schritt S15 bestimmten Steuerbetrag A und dem im Schritt S18 bestimmten Steuerbetrag A1 des Drosselventil-Stellgliedes 32 berechnet wird. Das Ergebnis A2 der Berechnung wird an das Bremsen-Stellglied 33 ausgegeben, um die Bremsen mit einer dem Steuerbetrag entsprechenden Stärke zu aktivieren. Die Prozedur wird nach dem Schritt S20 beendet.
Die Prozedur in Fig. 2 wird wiederholt, um den Fahrzeugzwischenabstand R auf den Ziel- Fahrzeugzwischenabstand Rs zu steuern.
Es wird darauf hingewiesen, daß es sich bei dem Abstandssensor 30 um eine Abstandsmeßeinrichtung vom Triangulierungs-Typ handeln kann und die Steuereinrichtung 31 mit der Filterfunktion versehen sein kann, um das Software-Filter anzuwenden, so wie dies oben unter Bezugnahme auf Fig. 1 beschrieben wurde, wobei die Filterkonstante K entsprechend dem Meßwert Rn des Fahrzeugzwischenabstandes variiert wird. Dann können die Steuerverstärkungen festgelegt werden, anstelle daß sie entsprechend der Meßwerte des Fahrzeugzwischenabstandes und der Fahrzeuggeschwindigkeit verändert werden. Für die Messung eines kurzen Abstandes kann ein kleiner Wert für die Filterkonstante K gewählt werden, um die Auflösung und die Ansprechgeschwindigkeit zu verbessern. Dann kann der Fahrzeugzwischenabstand schnell gesteuert werden und ein Alarm kann dem Fahrer mitgeteilt werden, bevor es zu spät ist. Für Messungen eines großen Abstandes kann ein großer Wert für die Filterkoristante K gewählt werden, so daß der Fahrzeugzwischenabstand stabil mit einer hohen Auflösung gemessen werden kann und der Fahrkomfort verbessert wird, obwohl das Ansprechverhalten ein wenig verzögert sein kann.
Der Abstandssensor 30, bei dem es sich um eine Abstandsmeßeinrichtung vom Triangulierungs-Typ oder um eine Abstandsmeßeinrichtung unter Verwendung eines Radars handeln kann, gibt die Messungen mit einer vorgegebenen Abtastperiode Δt aus. Wenn die Schwankung der Messung groß ist, kann somit die Änderungsrate dΔR/dt der Abweichung ΔR des Fahrzeugzwischenabstandes R zwischen den positiven und den negativen Werten schwanken oder abrupt einen großen Wert annehmen. Somit kann ein Filter auf den Wert von dΔR/dt angewendet werden, um den Fahrkomfort zu verbessern.
Fig. 5 ist ein Flußdiagramm, das die Prozedur zeigt, mit der ein Software-Filter auf die Änderungsrate dΔR/dt der Abweichung ΔR des Fahrzeugzwischenabstandes R von dem Ziel- Pegel Rs angewendet wird. Wenn ein großer Abstand gemessen werden soll, wird im Schritt S13 in der Prozedur aus Fig. 2 ein kleinerer Wert für die differentielle Verstärkung Gd gewählt. Der Beitrag des differentiellen Terms zur Fahrzeug- Geschwindigkeitssteuerung ist jedoch nicht vernachlässigbar und kann somit einen ungünstigen Einfluß auf den Fahrkomfort ausüben. Der Filterprozeß aus Fig. 5 zielt deshalb auf die Beseitigung der ungünstigen Beeinflussungen der statistischen Schwankungen von dΔR/dt ab.
Im Schritt S21 in Fig. 5 wird die Differenz ΔRn = Rn - Rn-1 zwischen dem gegenwärtigen Meßwert Rn des Fahrzeugzwischenabstandes und dessen vorangehender Meßwert Rn-1 berechnet. Es wird darauf hingewiesen, daß das Symbol Δ hier verwendet wird, um ein Inkrement des Meßwerts R des Fahrzeugzwischenabstandes zu bezeichnen und nicht dessen Abweichung bezüglich des Ziel-Wertes Rs. Im Schritt S22 wird die Änderungsrate ΔVn = ΔRn/Δt des Meßwertes R aus der Differenz ΔRn und der Abtast- oder Meßperiode Δt berechnet. Die Änderungsrate ΔVn = ΔRn/Δt wird als ein Näherungswert der Änderungsrate dΔR/dt berechnet. Im Schritt S23 wird in einer Tabelle, die die Beziehung zwischen der Filterkonstanten C und dem Fahrzeugzwischenabstand speichert, ein Wert für die Filterkonstante C entsprechend dem gegenwärtigen Meßwert Rn des Fahrzeugzwischenabstandes nachgeschlagen.
Der vorangehende Wert der Änderungsrate des Fahrzeugzwischenabstandes, der im Schritt S24 aus Fig. 5 ermittelt wurde, wird mit Δ Von-1 bezeichnet, wie im folgenden beschrieben wird. Der gegenwärtige Wert der Änderungsrate Δ Von wird im Schritt S24 durch die folgende Gleichung berechnet:
ΔVon = (ΔVn/C)+(C-1)·Von-1/C (7)
Indem ein großer Wert für die Filterkonstante C gewählt wird, kann der Einfluß der Schwankung der Meßwerte des Fahrzeugzwischenabstandes verkleinert werden. Der Wert ΔVon wird im Schritt S13 in der Prozedur aus Fig. 2 anstelle der Änderungsrate dΔR/dt verwendet. Die differentielle Verstärkung Gd kann wie oben beschrieben bestimmt werden, oder kann nur geringfügig von dem Fahrzeugzwischenabstand R abhängen oder kann konstant sein.
Für eine Messung eines großen Fahrzeugzwischenabstandes, bei der die Schwankung von ihren Meßwerten groß ist, kann ein großer Wert für die Filterkonstante C gewählt werden. Der Fahrkomfort wird dadurch verbessert, obwohl die Ansprechgeschwindigkeit verkleinert wird. Andererseits kann ein kleiner Wert für die Filterkonstante C für eine Messung eines kurzen Fahrzeugzwischenabstandes gewählt werden. Die Ansprechgeschwindigkeit wird dadurch verbessert und die Gefahr einer Kollision der Fahrzeuge, etc. kann mit Sicherheit vermieden werden.
Wenn der Abstandssensor 30 die Bildverarbeitung zur Bestimmung des Fahrzeugzwischenabstandes durchführt, vergehen ungefähr 0,03 Sekunden zum Abtasten eines Bildrahmens. Eine weitere Zeit wird zur Berechnung des Abstandes benötigt. Somit vergeht zur Bestimmung eines Meßwertes eine Gesamtzeit von 0,05 bis 0,1 Sekunden. Die Meßwerte des Fahrzeugzwischenabstandes werden somit mit der Periode von 0,05 bis 0,1 Sekunden ausgegeben. Unter Berücksichtigung der Rüttelbewegung und dem seitlichen Schlingern des Fahrzeuges aufgrund des Straßenzustandes ist in einem derartigen Fall die Filterkonstante C vorzugsweise ungefähr 0,2 Sekunden. Die Filterkonstante C soll nämlich vorzugsweise auf einen Wert viermal so groß wie die Abtastperiode (0,05 bis 0,1 Sekunden) gesetzt werden. Der oben angegebene Wert (0,2 Sekunden) der Filterkonstanten C ist viermal so groß wie der kleinere Grenzwert (0,05 Sekunden) der Abtastperiode. Der größere Wert der Filterkonstanten verbessert den Fahrkomfort, verkleinert aber die Ansprechgeschwindigkeit der Fahrzeug- Geschwindigkeitssteuerung, die den größten Wert beschränkt, den die Filterkonstante C annehmen kann.
Wenn die Änderungsrate des Meßwerts des Fahrzeugzwischenabstandes einen vorgegebenen Pegel im Schritt S13 in der Prozedur aus Fig. 2 überschreitet, können ferner die Verstärkungen Gp, Gi und Gd entsprechend dem vorangehenden Meßwert, anstelle der Verstärkungen entsprechend dem gegenwärtigen Meßwert von dem Fahrzeugzwischenabstand R verwendet werden. Die ungünstigen Einflüsse eines großen abrupten Fehlers, beispielsweise aufgrund von externem Rauschen oder der Rüttelbewegung des Fahrzeuges, können somit minimiert werden.
Es wird darauf hingewiesen, daß die Änderungsrate ΔVn = ΔRn/Δt des Meßwertes R des Fahrzeugzwischenabstandes einen Näherungswert der echten Änderungsrate (des differentiellen Quotienten) dR/dt ergibt. Ferner ist die Änderungsrate dΔR/dt der Abweichung ΔR des Meßwertes R von dem Ziel- Fahrzeugzwischenabstand Rs gleich dR/dt, vorausgesetzt daß der Ziel-Fahrzeugzwischenabstand konstant ist, da ΔR = R-Rs ist. Der Ziel-Fahrzeugzwischenabstand Rs ist konstant oder ändert sich zumindest im Vergleich mit R sehr wenig. Somit können die Werte ΔVn = ΔRn/Δt und dΔR/dt wechselweise verwendet werden. Im Schritt S13 in Fig. 2 kann beispielsweise der Wert ΔVn = ΔRn/Δt anstelle von dΔR/dt verwendet werden. Eine ähnliche Näherung kann verwendet werden, um die Änderungsrate dV/dt der Fahrzeuggeschwindigkeit im Schritt S15 in Fig. 2 zu berechnen.

Claims (21)

1. Abstandsmeßvorrichtung, umfassend:
eine Abstandsmeßeinrichtung (2-5, 11-13, 16, 20, 20A, 20B, 21) zur Messung eines Abstandes (R) zu einem Objekt (1) und zum periodischen Ausgeben von Meßwerten (R, Rn, Rn-1); und
eine Filtereinrichtung (C), die mit der Abstandsmeßeinrichtung gekoppelt ist, um ein Filter auf die Meßwerte anzuwenden, um einen Ausgangs-Abstandswert zu ermitteln, wobei eine Filterkonstante (C) des Filters einen Wert entsprechend einem von der Abstandsmeßeinrichtung ausgegebenen gegenwärtigen Meßwert annimmt.
2. Abstandsmeßvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anwendung des Filters (C) äquivalent zu dem Vorgang ist, bei dem ein gewichtetes Mittel einer Vielzahl der Meßwerte ermittelt wird und die Filterkonstante (C) umgekehrt proportional zu der Gewichtung auf einen gegenwärtigen Meßwert beim Ermitteln des gewichteten Mittels einer Vielzahl der Meßwerte ist.
3. Abstandsmeßvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Filterkonstante mit ansteigendem gegenwärtigen Meßwert einen größeren Wert annimmt.
4. Abstandsmeßvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstandsmeßeinrichtung eine Abstandsmeßvorrichtung vom Triangulierungs-Typ umfaßt, die enthält:
eine optische Einrichtung (2, 12; 3, 13) zur Bildung eines optischen Abbildes des Objektes (1);
eine Signalverarbeitungsschaltungseinrichtung (20, 20A, 20B, 21), die mit der optischen Einrichtung gekoppelt ist, um eine Verschiebung des optischen Abbildes zu bestimmen; und
eine Berechnungseinrichtung (21), die mit der Signalverarbeitungsschaltungseinrichtung (20, 20A, 20B) gekoppelt ist, um einen Abstand (R) zu dem Objekt (1) auf Grundlage der Verschiebung zu berechnen.
5. Fahrzeug-Geschwindigkeitssteuervorrichtung zur Aufrechterhaltung eines Fahrzeugzwischenabstandes, umfassend:
eine Abstandsmeßeinrichtung (2-5, 11-13, 16, 20, 20A, 20B, 21), die auf einem Fahrzeug zur Messung eines Abstandes (R) zu einem anderen Fahrzeug und zum periodischen Ausgeben von Meßwerten (Rn, Rn-1) angebracht ist;
eine Filtereinrichtung (C), die mit der Abstandsmeßeinrichtung gekoppelt ist, um auf die Meßwerte ein Filter anzuwenden, um einen Ausgangs-Abstandswert zu ermitteln, wobei eine Filterkonstante (C) des Filters einen Wert annimmt, der einem gegenwärtigen Meßwert entspricht, der von der Abstands-Meßeinrichtung ausgegeben wird; und
eine Fahrzeug-Geschwindigkeitssteuereinrichtung, die mit der Filtereinrichtung gekoppelt ist, um eine Fahrzeuggeschwindigkeit (V) des Fahrzeuges auf Grundlage des von der Filtereinrichtung zugeführten Ausgangs- Abstandswertes so zu steuern, daß der Abstand (R) zu dem anderen Fahrzeug auf einem Ziel-Fahrzeugzwischenabstand (Rs) gehalten wird.
6. Fahrzeug-Geschwindigkeitssteuervorrichtung zur Aufrechterhaltung eines Fahrzeugzwischenabstandes, umfassend:
eine Abstandsmeßeinrichtung (2-5, 11-13, 16, 20, 20A, 20B, 21), die auf einem Fahrzeug zur Messung eines Abstandes (R) zu einem anderen Fahrzeug und zum periodischen Ausgeben von Meßwerten (Rn, Rn-1) angeordnet ist; und
eine Fahrzeug-Geschwindigkeitssteuereinrichtung, die mit der Filtereinrichtung gekoppelt ist, um eine Fahrzeuggeschwindigkeit (V) des Fahrzeuges auf Grundlage der von der Abstandsmeßeinrichtung zugeführten Meßwerte so zu steuern, daß der Abstand (R) zu dem anderen Fahrzeug auf einem Ziel-Fahrzeugzwischenabstand (Rs) gehalten wird; wobei die Fahrzeug- Geschwindigkeitssteuereinrichtung eine Steuerverstärkung (G) entsprechend einem gegenwärtigen Meßwert variiert, der von der Abstandsmeßeinrichtung ausgegeben wird.
7. Fahrzeug-Geschwindigkeitssteuervorrichtung zur Aufrechterhaltung eines Fahrzeugzwischenabstandes, umfassend:
eine Abstandsmeßeinrichtung, die auf einem Fahrzeug zur Messung eines Abstandes (R) zu einem anderen Fahrzeug und zum Ausgeben von Meßwerten mit einer vorgegebenen Abtastperiode angebracht ist;
eine Abweichungserfassungseinrichtung, die mit der Abstandsmeßeinrichtung gekoppelt ist, um eine Abweichung (ΔR) des gegenwärtigen Meßwertes (Rn) von einem Ziel- Fahrzeugzwischenabstand (Rs) zu berechnen;
eine Berechnungseinrichtung, die mit der Abweichungserfassungseinrichtung gekoppelt ist, um einen Parameter (G) entsprechend der Abweichung (ΔR) zu berechnen;
eine Fahrzeug-Geschwindigkeitssteuereinrichtung, die mit der Berechnungseinrichtung gekoppelt ist, um eine Fahrzeuggeschwindigkeit (V) des Fahrzeuges auf Grundlage des Parameters (G) so zu steuern, daß der Abstand (R) zu dem anderen Fahrzeug auf dem Ziel-Fahrzeugzwischenabstand (Rs) gehalten wird.
8. Fahrzeug-Geschwindigkeitssteuervorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der von der Berechnungseinrichtung berechnete Parameter ein Summenwert aus den folgenden Komponenten ist: (a) eine Komponente, die durch Multiplikation der Abweichung mit einer proportionalen Verstärkung ermittelt wird; (b) einer Komponente, die durch Multiplikation eines Integrals der Abweichung über der Zeit mit einer integralen Verstärkung (Gi) ermittelt wird; und (c) eine Komponente (Gd) entsprechend eines Faktors, der durch Multiplikation eines differentiellen Quotienten (dΔR/dt) der Abweichung (ΔR) über der Zeit mit einer differentiellen Verstärkung (Gd) ermittelt wird.
9. Fahrzeug-Geschwindigkeitssteuervorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Berechnungseinrichtung die proportionale Verstärkung (Gp) und/oder die differentielle Verstärkung (Gd) verkleinert, wenn der gegenwärtige, von der Abstandsmeßeinrichtung ausgegebene Meßwert ansteigt und die proportionale (Gd) und/oder die differentielle Verstärkung (Gd) erhöht, wenn der gegenwärtige, von der Abstandsmeßeinrichtung ausgegebene Meßwert abnimmt.
10. Fahrzeug-Geschwindigkeitssteuervorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Berechnungseinrichtung umfaßt: eine Filtereinrichtung, um ein Filter auf aufeinanderfolgende Werte des Faktors anzuwenden, der durch Multiplikation eines differentiellen Quotienten der Abweichung über der Zeit mit einer differentiellen Verstärkung ermittelt wird.
11. Fahrzeug-Geschwindigkeitssteuervorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Anwendung des Filters zu dem Vorgang äquivalent ist, bei dem ein gewichtetes Mittel einer Vielzahl der aufeinanderfolgenden Werte des Faktors ermittelt wird und eine Filterkonstate (C) umgekehrt proportional zu der Gewichtung auf einen gegenwärtigen Wert des Faktors beim Ermitteln des gewichteten Mittels einer Vielzahl der aufeinanderfolgenden Werte des Faktors ist.
12. Fahrzeug-Geschwindigkeitssteuervorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Filterkonstante (C) mit einer Änderung des von der Abstandsmeßeinrichtung ausgegebenen gegenwärtigen Meßwertes verändert.
13. Fahrzeug-Geschwindigkeitssteuervorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Filterkonstante mit einem Anstieg des von der Abstandsmeßeinrichtung aus gegebenen gegenwärtigen Meßwertes ansteigt.
14. Fahrzeug-Geschwindigkeitssteuervorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Filterkonstante nicht kleiner als viermal die Abtastperiode ist.
15. Fahrzeug-Geschwindigkeitssteuervorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß:
die proportionale Verstärkung (Gp), die integrale Verstärkung (Gi) und die differentielle Verstärkung (Gd) entsprechend eines gegenwärtigen Meßwertes (Rn) der Abstandsmeßeinrichtung variiert werden; und
die proportionale Verstärkung (Gp), die integrale Verstärkung (Gi) und die differentielle Verstärkung (Gd) entsprechend eines unmittelbar vorangehenden Meßwertes (Rn-1) der Abstandsmeßeinrichtung für die Berechnung der Komponenten verwendet werden, wenn ein gegenwärtiger Wert des differentiellen Quotienten einen vorgegebenen Pegel überschreitet.
16. Fahrzeug-Geschwindigkeitssteuervorrichtung zur Aufrechterhaltung eines Fahrzeugzwischenabstandes, umfassend:
eine Abstandsmeßeinrichtung, die auf einem Fahrzeug zur Messung eines Abstandes (R) zu einem anderen Fahrzeug und zum Ausgeben von Meßwerten mit einer vorgegebenen Abtastperiode angebracht ist;
eine Berechnungseinrichtung, die mit der Abstandsmeßeinrichtung gekoppelt ist, um einen differentiellen Quotienten der Meßwerte über der Zeit zu berechnen;
eine Filtereinrichtung, die mit der Berechnungseinrichtung gekoppelt ist, um ein Filter auf aufeinanderfolgende Werte des differentiellen Quotienten der Meßwerte über der Zeit anzuwenden; und
eine Fahrzeug-Geschwindigkeitssteuereinrichtung, die mit der Abstandsmeßeinrichtung und der Filtereinrichtung gekoppelt ist, um eine Fahrzeuggeschwindigkeit (V) des Fahrzeuges auf Grundlage der Meßwerte entsprechend eines proportionalen-plus-integralen-plus-differentiellen Steuerverfahrens so zu steuern, daß der Abstand (R) zu dem anderen Fahrzeug auf dem Ziel-Fahrzeugzwischenabstand (Rs) gehalten wird;
wobei ein differentieller Steuerterm des proportionalen­ plus-integralen-plus-differentiellen Steuerverfahrens ermittelt wird, indem ein Ausgang der Filtereinrichtung mit einer differentiellen Verstärkung multipliziert wird.
17. Fahrzeug-Geschwindigkeitssteuervorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Anwendung des Filters dem Vorgang äquivalent ist, bei dem ein gewichtetes Mittel einer Vielzahl von aufeinanderfolgenden Werten des differentiellen Quotienten ermittelt wird und eine Filterkonstante (C) umgekehrt proportional zu der Gewichtung auf den gegenwärtigen Wert des differentiellen Quotienten beim Ermitteln des gewichteten Mittels einer Vielzahl der aufeinanderfolgenden Werte des differentiellen Quotienten ist.
18. Fahrzeug-Geschwindigkeitssteuervorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Filterkonstante mit einer Änderung des von der Abstandsmeßeinrichtung ausgegebenen gegenwärtigen Meßwertes variiert.
19. Fahrzeug-Geschwindigkeitssteuervorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Filterkonstante mit einem Ansteigen des von der Abstandsmeßeinrichtung ausgegebenen gegenwärtigen Meßwertes ansteigt.
20. Fahrzeug-Geschwindigkeitssteuervorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Filterkonstante nicht kleiner als viermal die Abtastperiode ist.
21. Fahrzeug-Geschwindigkeitssteuervorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß
die Steuerverstärkungen der proportionalen-plus­ integralen-plus-differentiellen Steuerung entsprechend des gegenwärtigen Meßwertes der Abstandsmeßeinrichtung variiert werden; und
die Steuerverstärkungen entsprechend eines unmittelbar vorausgehenden Meßwertes der Abstandsmeßeinrichtung bei der proportionalen-plus-integralen-plus-differentiellen Steuerung verwendet werden, wenn ein gegenwärtiger Wert des differentiellen Quotienten einen vorgegebenen Pegel überschreitet.
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