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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Fahrassistenzverfahren, sowie
eine Vorrichtung zur Durchführung
des Verfahrens. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung
ein Verfahren, bei welchem der Abstand zwischen einem Fahrzeug und
einem Hindernis gemessen und zur automatischen Abbremsung des Fahrzeugs
verwendet wird, bevor es auf das Hindernis trifft.
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Bestimmte
Fahrzeuge sind mit Entfernungssensoren ausgerüstet, um einen Fahrer unter schlechten
Sichtbedingungen zu unterstützen,
beispielsweise wenn er rückwärts einparken
muss. Bei bestimmten Fahrzeugen wird ein Schallsignal mit einer
Frequenz emittiert, die umso höher
ist, je näher sich
das Fahrzeug einem Hindernis annähert.
Der Fahrer muss dann selbst abschätzen, welche Bremskraft er
aufwenden soll. Bei anderen bekannten Fahrzeugen wird die von den
Abstandssensoren gemessene Entfernung von einer Steuerung verwendet,
um das Fahrzeug automatisch abzubremsen. Jedoch ist ein Eingriff
des Fahrers immer noch notwendig. Im Fall eines falschen Manövers kann
das Fahrzeug ein Hindernis treffen und beschädigt werden. Diese Gefahr ist
besonders groß bei
Manövern
auf einer geneigten Oberfläche
mit wenig Freiraum um das Fahrzeug herum. So reicht ein Gefälle von
2 bis 3 % aus, um ein Fahrzeug in Bewegung zu versetzen, wenn es nicht
abgebremst wird.
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Aus
DE 101 52 632 ist ein Fahrzeug
bekannt, das mit einem Geschwindigkeitsregler ausgerüstet ist,
welcher mit einem Abstandssensor verbunden ist, der so eingreift,
dass ein konstanter Abstand vom vorausfahrenden Fahrzeug eingehalten
wird. In Abhängigkeit
von der Entfernung zu diesem Fahrzeug übt er eine Kraft auf die Bremsen
auf, welche eine Funktion des gemessenen Abstandes ist. Er wirkt
ebenso auf die Parkbremse, wenn die Geschwindigkeit während einer
gewissen Zeit Null ist.
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Aus
US 2003/033073 ist ein Fahrzeug bekannt, das über einen Geschwindigkeitsregler
verfügt,
der mit einem Abstandssensor verbunden ist, welcher die normale
Bremse freigibt und die Parkbremse auslöst, wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit während einer
gewissen Zeit Null wird.
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Aus
US 2003/135318 ist ein Fahrzeug bekannt, das über einen Geschwindigkeitsregler
verfügt,
der mit einem Abstandssensor verbunden ist, der einen vorgegebenen
Abstand zu einem anderen Fahrzeug konstant hält, wenn die Geschwindigkeit geringer
als 40 km/h wirkt.
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Aus
DE-4 201 806 ist ein Fahrzeug bekannt, welches einen Abstandssensor
umfasst, der den Abstand zwischen dem Fahrzeug und einem hinter
dem Fahrzeug befindlichen Hindernis misst. Wenn dieser Abstand kleiner
als ein festgelegter Grenzwert wird, aktiviert eine Kontrolleinheit
eine Pumpe, die den Druck der Hydraulikbremsen erhöht, um das
Fahrzeug anzuhalten.
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Aus
US 2003/0111902 ist schließlich
ein Lastkraftwagen bekannt, welcher einen Abstandssensor umfasst,
der den Abstand zwischen dem Lastkraftwagen und einer hinter dem
Lastkraftwagen befindlichen Laderampe misst. Der Lastkraftwagen umfasst
außerdem
einen Geschwindigkeitssensor. Eine Kontrolleinheit hat ein Minimalprofil
und ein Maximalprofil abgespeichert, so dass für einen gegebenen Abstand ein
Geschwindigkeitsbereich definiert wird, in welchen die Geschwindigkeit
des Lastkraftwagens liegen soll. Wenn dies nicht der Fall ist, schickt
die Kontrolleinheit Steuerimpulse an ein Druckventil, um den Druck
der Hydraulikbremsen des Lastkraftwagens so zu erhöhen oder
zu verringern, dass der Lastkraftwagen automatisch an der Laderampe
zu stehen kommt. Wenn der Lastkraftwagen steht, wird der Hydraulikdruck
einige Sekunden aufrechterhalten. Wenn man den Motor abstellt, kann der
Druck nicht aufrechterhalten werden. In diesem Fall muss der Fahrer
die Parkbremse manuell auslösen,
damit der Lastkraftwagen an seinem Platz bleibt. Sollte der Fahrer
dies vergessen, kann der Lastkraftwagen, wenn er sich auf einer
geneigten Oberfläche befindet,
in Neigungsrichtung in Bewegung setzen und ein Hindernis treffen.
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Aufgabe
der Erfindung ist es, ein Assistenzverfahren und -system vorzuschlagen,
welches ein erleichtertes Parken eines Fahrzeugs ermöglicht, ohne
dabei auf ein Hindernis zu treffen.
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Dazu
stellt die Erfindung ein Assistenzverfahren zum Führen eines
Fahrzeugs bereit, wobei das Verfahren die Schritte umfasst, bestehend
aus:
Messen eines Abstandes zwischen dem Fahrzeug und einem
Hindernis mittels wenigstens eines Abstandssensors,
Ausüben einer
Bremskraft auf wenigstens ein Rad des Fahrzeugs mittels einer Bremsvorrichtung,
wobei die Bremskraft abhängig
von dem durch den Abstandssensor gemessenen Abstand so angepasst wird,
dass das Fahrzeug angehalten wird, bevor es auf das Hindernis prallt,
wobei
die Bremskraft mittels einer elektrischen Bremsvorrichtung ausgeübt wird,
die mit einer integrierten Feststellbremse versehen ist, welche
die Verriegelung der elektrischen Bremsvorrichtung in einer angezogenen
Position ermöglicht,
wobei
das Verfahren den Schritt umfasst, der darin besteht, die Feststellbremse
auszulösen,
sobald das Fahrzeug seit einem bestimmten Zeitraum steht,
dadurch
gekennzeichnet, dass es eine interaktive Berechungsschleife umfasst,
welche Schritte beinhaltet, bestehend aus:
Bestimmen einer
zeitlichen Veränderungsrate
der Bremskraft in Abhängigkeit
von dem durch den Abstandssensor gemessenen Abstand,
Verändern der
durch die Bremsvorrichtung ausgeübten
Bremskraft gemäß der zeitlichen
Veränderungsrate,
wobei die während
einer Iteration der Berechnungsschleife auszuübende Bremskraft dadurch berechnet
wird, dass man die Summe der Bremskraft der vorhergehenden Iterationen
und des Produkts der zeitlichen Veränderungsrate mit einer Ausführungsdauer
der interaktiven Schleife bildet,
wobei das Verfahren den Schritt
umfasst, der darin besteht, eine anfängliche Bremskraft zu messen,
die von der Bremsvorrichtung vor dem Eintritt in die Berechnungsschleife
ausgeübt
wird, wobei die Bremskraft der vorhergehenden Iteration bei der
ersten Durchführung
der interaktiven Schleife gleich der ursprünglichen Bremskraft gesetzt
wird.
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Somit
wird das Fahrzeug automatisch angehalten, wobei die Feststellbremse
automatisch ohne Eingriff des Fahrers ausgelöst und die ausgeübte Bremskraft
schnell an eine neue Situation angepasst wird. Wenn beispielsweise
ein Hindernis nicht unbeweglich ist, sondern sich dem Fahrzeug annähert oder
sich von diesem entfernt, wird die zeitliche Veränderungsrate der Bremskraft
so modifiziert, dass die Bremskraft schnell an die neue Position
des Hindernisses angepasst werden kann.
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Außerdem kann
das Verfahren leicht mittels einer einzigen Bremsvorrichtung, die
von einer Steuerung gesteuert wird, durchgeführt werden.
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Bevorzugt
umfasst das Verfahren die Schritte bestehend aus:
Bestimmen
der Neigung einer Fläche,
auf welcher sich das Fahrzeug befindet, mittels eines Neigungssensors,
Anpassen
der Klemmkraft der Feststellbremse in Abhängigkeit von der Neigung.
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Auf
diese Weise gewährleistet
man, dass das Fahrzeug auch auf einer Fläche mit starker Neigung an
seinem Platz bleibt.
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Gemäß einer
speziellen Ausführungsform umfasst
das Verfahren die Schritte bestehend aus:
Bestimmen eines zum
Durchfahren verbleibenden Abstandes, indem man einen vorgegebenen
Zielhalteabstand von dem durch den Abstandssensor gemessenen Abstand
abzieht,
Bestimmen der Gesamtgeschwindigkeit des Fahrzeugs,
Bestimmen
eines vorhersehbaren Halteabstandes in Abhängigkeit von der Gesamtgeschwindigkeit
und einer vorgegebenen Zielverzögerung,
Bestimmen
eines Rückwirkungsterms
in Abhängigkeit
von der Differenz zwischen dem vorhersehbaren Halteabstand und dem
zum Durchfahren verbleibenden Abstand,
Bestimmen der zeitlichen
Veränderungsrate
der Bremskraft in Abhängigkeit
von dem Rückwirkungsterm.
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Mit
einer derartigen Rückwirkung
wird das Fahrzeug so abgebremst, dass es mit großer Präzision in einem vorgegebenen
Abstand von dem Hindernis anhält.
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Durch
die Berücksichtigung
der Fahrzeuggeschwindigkeit bei der Bestimmung der zeitlichen Veränderungsrate
ermöglicht
außerdem,
die Bremskraft schnell an eine neue Situation anzupassen. Wenn beispielsweise
ein zweites Fahrzeug auf das Fahrzeug prallt und seine Geschwindigkeit
plötzlich
zunimmt, wird die Bremskraft schnell an die neue Geschwindigkeit
angepasst.
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Vorzugsweise
umfasst das Verfahren die Schritte bestehend aus:
Bestimmen
einer Bewegungsrichtung des Fahrzeugs,
Berechnen der zeitlichen
Veränderungsrate
in Abhängigkeit
von der Bewegungsrichtung des Fahrzeugs.
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Damit
kann die Verzögerung
kompensiert werden, die in Vorwärtsrichtung
verglichen mit der Verzögerung
in Rückwärtsrichtung
weniger effizient sein kann. Bei einer Verzögerung nach vorn findet eine
Lastübertragung
auf die Vorderachse statt, was die Hinterachse entlastet. Dies führt zu einer
weniger wirksamen Verzögerung,
insbesondere in dem Fall, wo die Verzögerung nur auf der Hinterachse
stattfindet.
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Vorteilhaft
umfasst die Erfindung die Schritte bestehend aus:
Bestimmen
der Neigung der Fläche,
auf welcher sich das Fahrzeug befindet, mittels eines Neigungssensors,
Berechnen
der zeitlichen Veränderungsrate
in Abhängigkeit
von dieser Neigung.
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Durch
Berücksichtigung
der Neigung zur Bestimmung der zeitlichen Veränderung kann die Bremskraft
ebenfalls schnell an eine Situation angepasst werden. Wenn das Fahrzeug
beispielsweise eine Strecke durchfährt, auf der sich die Neigung ändert, wird
die Bremskraft schnell an die neue Neigung angepasst.
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Gemäß einer
besonderen Ausführungsform wird
der Rückwirkungsterm
berechnet, indem man:
die Summe eines Terms, der proportional
zu der Differenz zwischen den vorhersehbaren Halteabstand und dem
zum Durchfahren verbleibenden Abstand ist, eines Terms, der proportional
zur zeitlichen Ableitung dieser Differenz ist, und eines Terms,
der proportional zu einem zeitlichen Integral der Differenz ist,
bildet,
das Produkt der Summe und eines Faktors bildet, wobei
der Faktor abhängig
von der Bewegungsrichtung des Fahrzeugs ist,
einen Abstandsterm
zu dem Produkt addiert, wenn der zum Durchfahren verbleibende Abstand
kleiner als eine Annäherungsschwelle
ist oder wenn die Differenz zwischen dem vorhersehbaren Halteabstand und
dem zum Durchfahren verbleibenden Abstand größer als eine Differenzschwelle
ist,
einen Neigungsterm zu dem Produkt addiert, wobei der Neigungsterm
abhängig
von der Neigung ist,
wobei die zeitliche Veränderungsrate
gleich dem so erhaltenen Rückwirkungsterm
ist.
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Die
Erfindung stellt außerdem
ein Assistenzsystem zum Führen
eines Fahrzeugs bereit, wobei das System eine Bremssteuerung, eine
Bremsvorrichtung zum Ausüben
einer durch die Bremssteuerung gesteuerten Bremskraft auf wenigstens
ein Rad des Fahrzeugs und wenigstens einen Abstandssensor umfasst,
der den Abstand zwischen dem Fahrzeug und einem Hindernis messen
kann, wobei die Bremssteuerung die Bremskraft abhängig von
dem durch Abstandssensor gemessenen Abstand so anpassen kann, dass
das Fahrzeug angehalten wird, bevor das Fahrzeug auf das Hindernis
prallt, wobei die Bremsvorrichtung eine elektrische Bremsvorrichtung
ist, die mit einer integrierten Feststellbremse versehen ist, wobei
die Bremssteuerung die Feststellbremse auslösen kann, wenn das Fahrzeug
seit einem bestimmten Zeitraum steht, dadurch gekennzeichnet, dass
die Bremssteuerung eine iterative Berechungsschleife ausführen kann,
welche die Schritte umfasst, bestehend aus
Bestimmen einer
zeitlichen Veränderungsrate
der Bremskraft in Abhängigkeit
von dem durch den Abstandssensor bestimmten Abstand,
Verändern der
durch die Bremsvorrichtung ausgeübten
Bremskraft gemäß der zeitlichen
Veränderungsrate,
wobei die während
einer Iteration der Berechnungsschleife auszuübende Bremskraft dadurch berechnet
wird, dass man die Summe der Bremskraft aus der vorhergehenden Iteration
und das Produkt der zeitlichen Veränderungsrate mit der Ausführungszeit
der iterativen Schleife bildet, wobei das System einen Klemmkraftsensor
umfasst, der eine ursprüngliche
Bremskraft messen kann, die durch die Bremsvorrichtung ausgeübt wird,
wobei die Bremskraft der vorhergehenden Iteration beim ersten Durchlaufen
der iterativen Schleife gleich der ursprünglichen Bremskraft gesetzt
wird.
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Vorzugsweise
umfasst das System einen Neigungssensor, der die Neigung einer Fläche messen
kann, auf welcher sich das Fahrzeug befindet, wobei die Steuerung
die Klemmkraft der Feststellbremse in Abhängigkeit von der Neigung regeln kann.
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Vorteilhaft
umfasst die Bremsvorrichtung wenigstens einen elektromechanischen
Bügel mit
zwei Platten, welche eine Klemmkraft auf eine mit einem Rad des
Fahrzeugs verbundene Scheibe ausüben können, wobei
ein elektrischer Motor die beiden Platten bewegen kann und ein mechanischer
Riegel vorgesehen ist, der in eine stabile Verriegelungsposition umgeschaltet
werden kann, in der die Platten in einem Zustand gehalten werden,
in welchem die Platten eine erhöhte
Klemmkraft auf die Scheibe ausüben.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform umfasst
das System einen Geschwindigkeitssensor, der die Gesamtgeschwindigkeit
des Fahrzeugs messen kann, wobei die Bremssteuerung die Veränderungsrate
in Abhängigkeit
von der Gesamtgeschwindigkeit bestimmen kann.
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Vorzugsweise
kann die Bremssteuerung die Veränderungsrate
in Abhängigkeit
von der Neigung bestimmen.
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Bevorzugt
umfasst das System wenigstens einen Abstandssensor, der auf der
Rückseite
des Fahrzeugs so angeordnet ist, dass der Abstand zwischen dem Fahrzeug
und einem Hindernis gemessen wird, das sich in der Bahn des Fahrzeugs
befindet, wenn dieses im Rückwärtsgang
rollt.
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Vorteilhaft
umfasst das System wenigstens einen Abstandssensor, der auf der
Vorderseite des Fahrzeugs so angeordnet ist, dass er den Abstand zwischen
dem Fahrzeug und einem Hindernis messen kann, das sich in der Bahn
des Fahrzeugs befindet, wenn dieses im Vorwärtsgang rollt.
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Vorzugsweise
umfasst das System mehrere Abstandssensoren (beispielsweise mehrere
auf der Vorderseite angeordnete Abstandssensoren oder mehrere auf
der Rückseite
angeordnete Abstandssensoren) und einen Winkelsensor, der den Winkel messen
kann, der von den Steuerrädern
des Fahrzeugs zur Längsachse
des Fahrzeugs gebildet wird, umfasst, wobei die Bremssteuerung den
Abstand zwischen dem Fahrzeug und dem Hindernis in Abhängigkeit
von den durch die Abstandssensoren gemessenen Abstände und
dem durch den Winkelsensor gemessenen Winkel bestimmen kann.
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Die
Erfindung wird besser verständlich
und weitere ihrer Ziele, Details, Eigenschaften und Vorteile werden
im Laufe der folgenden Beschreibung einer speziellen Ausführungsform
der Erfindung deutlicher werden, die rein illustrativ und nicht
einschränkend unter
Bezugnahme auf beigefügte
Zeichnungen erfolgt. In den Zeichnungen:
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ist 1 eine
schematische Darstellung eines Fahrassistenzsystems gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung,
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zeigt 2 die
Schritte eines Programms zur Ausführung des Fahrassistenzverfahrens
gemäß dieser
Ausführungsform.
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In 1 ist
ein Kraftfahrzeug 1 schematisch in der Untersicht dargestellt.
Das Fahrzeug 1 weist zwei Vorderräder 2a und 2b und
zwei Hinterräder 2c und 2d auf.
Im Allgemeinen erfolgt die Beschreibung mehrerer identischer Mechanismen
dadurch, dass, in der Einzahl, ein einziger dieser Mechanismen beschrieben
wird.
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Jedes
der Räder 2a–d ist mit
einem elektromechanischen Bügel 3a–d versehen.
Der elektromechanische Bügel 3a–d kann
eine Klemmkraft auf eine mit den Rädern 2a–d verbundene
Scheibe ausüben. Genauer
gesagt entsteht die Bremskraft dadurch, dass man zwei auf beiden
Seiten der Scheibe angeordnete Bremsklötze einander annähert. Die
zur Scheibe senkrechte Klemmkraft erzeugt ein Verzögerungsmoment,
welches die Winkelgeschwindigkeit der Drehung der Scheibe und folglich
diejenige der Räder 2a–2d verringern
kann. Der elektromechanische Bügel 3a–d weist
einen Elektromotor und ein Kupplungssystem auf, das eine Umwandlung
der Rotationsbewegung der Austrittswelle des Elektromotors in eine
Translationsbewegung eines Klotzes zum andern hin oder von diesem
weg ermöglicht.
Der Elektromotor des elektromechanischen Bügels 3a–d wird über einen
Undulator 6a–d
mit elektrischer Energie versorgt. Letzterer passt die Parameter
des elektrischen Stroms an, der durch eine Batterie 4 über eine
Versorgungsleitung 5a–d
zur Versorgung des Elektromotors geliefert wird.
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Der
elektromechanische Bügel 3a–d ist außerdem mit
einer integrierten Feststellbremsfunktion versehen. Dazu weist der
Bügel 3a–d einen
mechanischen Riegel auf, der zur Verriegelung des Kupplungssystems
in einer Position, in der die Platten eine erhöhte Klemmkraft auf die Scheibe
des Rades 2a–d ausübt, in eine
stabile Verriegelungsposition umgeschaltet werden kann. So wird
selbst dann, wenn die Versorgung des Motors unterbrochen ist, die
Klemmkraft aufrechterhalten, was eine Bewegung des Fahrzeugs verhindert.
Ein derartiger elektromechanischer Bügel ist beispielsweise aus
US-6 315 092 oder WO 03/050437 bekannt.
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Das
Fahrzeug 1 weist eine eingebaute Steuerung 20 auf.
Die Steuerung 20 hat wenigstens einen Speicher und einen
Prozessor zur Ausführung
verschiedener in den Speicher gespeicherter Programme. Die Steuerung 20 weist
außerdem
eine Reihe Eingänge
auf, die insgesamt mit dem Buchstaben E bezeichnet sind, sowie eine
Reihe Ausgänge
S. Die Steuerung 20 ist folglich für jeden ihrer Eingänge E mit
Datenerfassungsmitteln versehen, die das Signal am entsprechenden
Eingang auslesen und den sich auf das gelesene Signal beziehenden
Wert in einen vorgegebenen Speicher einlesen können. Entsprechend weist die
Steuerung 20 für
jeden Ausgang S Ausgabemittel auf, die Daten aus einem vorgegebenen
Raum des Speichers auslesen und am entsprechenden Ausgang ein Signal
aussenden können,
das sich auf den gelesenen Wert bezieht.
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Das
Fahrzeug 1 weist eine Reihe Sensoren auf, die mit dem Eingang
der Steuerung 20 verbunden sind.
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Das
Fahrzeug 1 weist einen Bremsbedarfssensor 10 auf,
der ein Signal abhängig
vom Treten eines Bremspedals aussenden kann, auf welches der Fahrer
des Fahrzeugs drückt,
wenn er bremsen will. Vorzugsweise ist das ausgesandte Signal proportional
zu oder, allgemeiner, positiv korreliert mit dem Maß, in welchem
das Bremspedal hinabgedrückt wird.
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Das
Fahrzeug 1 weist außerdem
vier Radgeschwindigkeitssensoren 11a–d auf. Der Radgeschwindigkeitssensor 11a–d misst
die Winkelgeschwindigkeit der Rotation der Räder 2a–d. Beispielsweise
weist der Radgeschwindigkeitssensor 11a–d einen feststehenden, auf
dem Kasten des Fahrzeugs 1 montierten Teil und einen beweglichen, auf
dem Rad 2a–d
montierten Teil auf. Die Anzahl der Durchgänge des beweglichen Teils am
fixierten Teil pro Zeiteinheit stellt ein Maß für die Winkelgeschwindigkeit
des Rades dar. Daraus lässt
sich leicht die Lineargeschwindigkeit des Kontaktpunktes des Rades mit
dem Boden berechnen, indem man die Winkelgeschwindigkeit mit dem
Radius des Rades 2a–d
multipliziert. Die Steuerung 20 führt in Echtzeit ein Programm
aus, welches dem Prozessor erlaubt, die Gesamtgeschwindigkeit des
Fahrzeugs 1 auf der Grundlage der momentanen Winkelgeschwindigkeiten,
die an den unterschiedlichen Rädern
von den Sensoren 11a–d
gemessen werden, zu berechnen.
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Außerdem weist
der elektromechanische Bügel 3a–d, anstelle
eines Klemmkraftsensors, wie er beispielsweise in US-6 315 092 in
Spalte 3, Zeilen 42–46
erwähnt
wird, einen (nicht dargestellten) piezoelektrischen Sensor auf,
der die Klemmkraft messen kann, die tatsächlich von dem elektromechanischen
Bügel 3a–d auf die
Bremsscheibe ausgeübt wird.
Die verschiedenen Klemmkraftsensoren sind mit dem Eingang der Steuerung 20 verbunden.
Andere Mittel zur Bestimmung der Klemmkraft sind vorstellbar, ohne
dadurch den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen. Es ist
beispielsweise möglich,
die Klemmkraft auf der Grundlage von Winkel- und Intensitätsmessungen
zu bestimmen, wie dies in FR-2 855 610 beschrieben ist. In Kenntnis
der Klemmkraft kann die Steuerung 20 das entsprechende
Bremsmoment leicht berechnen.
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Das
Fahrzeug 1 ist mit einem Neigungssensor 12 versehen,
welcher die Neigung der Fläche messen
kann, auf welcher sich das Fahrzeug befindet.
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Ein
Aktivierungsschalter 13 befindet sich auf dem Armaturenbrett
des Fahrzeugs 20. Der Schalter 13 wird vom Fahrer
des Fahrzeugs betätigt,
um der Steuerung 20 anzuzeigen, dass die Fahrassistenzfunktion
aktiviert werden kann.
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Das
Fahrzeug umfasst außerdem
weitere, in 1 nicht dargestellte Sensoren:
einen Richtungssensor, um festzustellen, ob sich das Fahrzeug nach vorn
oder nach hinten bewegt, einen Getriebesensor, um festzustellen,
welcher Gang eingelegt ist, und, im Fall einer manuellen Schaltung,
den aus- oder eingekuppelten Zustand, sowie einen Winkelsensor,
der den von den Steuerrädern
des Fahrzeugs zu dessen Längsachse
gebildeten Winkel messen kann.
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Das
Fahrzeug 1 umfasst vier vordere Abstandssensoren 15 und
vier hintere Abstandssensoren 16, die jeweils in den vorderen
Stoßdämpfern 17 und
hinteren Stoßdämpfern 18 angeordnet
sind. Die Abstandssensoren sind gleichmäßig entlang der Stoßdämpfer verteilt.
Diese Abstandssensoren können
beispielsweise Infrarotsensoren oder Radarsensoren sein. Sie ermöglichen
der Steuerung, einen Abstand D0 zwischen dem Fahrzeug und einem
in dessen Bahn befindlichen Hindernis zu messen. Zur Bestimmung
dieses Abstandes D0 verwendet die Steuerung 20 die vier
Abstände,
die von den Sensoren 15 oder 16 gemessen wurden,
die der Bewegungsrichtung des Fahrzeugs entsprechen, die von dem
Richtungssensor angezeigt wird. Der Abstand D0 zwischen dem Fahrzeug
und dem Hindernis kann beispielsweise als Mittelwert der vier von
den Sensoren 15 oder 16 gemessenen Abständen programmiert
sein. Dieser Mittelwert kann gegebenenfalls ein gewichteter Mittelwert
sein, abhängig
von dem von dem Winkelmesser gemessenen Winkel, damit die seitliche
Bewegung des Fahrzeugs berücksichtigt werden
kann. Alternativ kann der Abstand D0 als der minimale Abstand unter
den von den Abstandssensoren 15 oder 16 gemessenen
Abständen
festgelegt werden.
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Die
Steuerung 20 hat u.a. die Aufgabe, Programme in Echtzeit
auszuführen,
welche die Berechnung des Werts der Klemmkraft ermöglichen,
die wieder elektromechanische Bügel 3a–d ausüben muss.
So ist die Bremskraft nicht einfach proportional zu dem vom Sensor 10 gemessenen
Hinabdrücken sondern
sie wird so berechnet, dass der Fahrkomfort, die Sicherheit und
die Leichtigkeit der Fahrzeugsteuerung, ... verbessert werden...
. Eines dieser Programme kann die erfindungsgemäße Fahrassistenzfunktion ausführen. Andere
Programme können
vorgesehen sein, um andere Funktionen auszuführen, beispielsweise kann die
Steuerung 20 ein Rad-Antiblockierprogramm (ABS) ausführen. Der
in jedem Moment von der Steuerung 20 berechnete Wert der Klemmkraft
wird als Zielklemmkraft bezeichnet. Die Steuerung 20 sendet
am entsprechenden Ausgang ein sich auf die Zielklemmkraft beziehendes
Steuersignal über
die zugehörige
elektrische Verbindung 7a–d in Richtung des Undulators 6a–d aus.
Als Antwort auf dieses Steuersignal betätigt der Ondulator 6a–d den Elektromotor
des elektromechanischen Bügels 3a–d, damit
die von letzterem ausgeübte Klemmkraft
der Zielklemmkraft entspricht. Bestimmte von der Steuerung 20 durchgeführte Programme können als
Resultat eine ausgeübte
Klemmkraft liefern. In diesem Fall bestimmt die Steuerung 20 die entsprechende
Zielklemmkraft.
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Ein
Ausgang der Steuerung 20 entspricht einer Betriebsanzeige 14 der
Fahrassistenzfunktion. diese Anzeige 14 umfasst eine grüne Lampe
und eine rote Lampe, die sich auf dem Armaturenbrett befinden. Deren
Rolle wird weiter unten erläutert.
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Schließlich ist
ein Ausgang der Steuerung 20 dazu vorgesehen, die Feststellbremse
durch elektrische Steuerung des Riegels des Bügels 3a–d auszulösen. Beispielsweise
kann ein Ausgang der Steuerung 20 einen Elektromagneten
magnetisieren oder entmagnetisieren. Eine Feder stößt den Riegel
in dessen Verriegelungsposition, während der Elektromagnet dann,
wenn er magnetisiert ist, den Riegel aus seiner Verriegelungsposition
heraus zu bewegen, wie dies beispielsweise in Spalte 4, Zeilen 34–43 der
US-6 315 092 beschrieben ist.
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Wenn
der Schalter 3 gekippt ist, übt der Prozessor der Steuerung 20 periodisch
ein Haltebremsprogramm 200 aus, welches zur Durchführung der Fahrassistenzfunktion
in seinem Speicher abgelegt ist. 2 zeigt
das Haltebremsprogramm 200 gemäß einer gegenwärtig bevorzugten
Ausführungsform
der Erfindung in Form eines Ablaufdiagramms. Wenn der Schalter 13 nicht
gedrückt
ist, führt
die Steuerung das Programm 200 nicht aus.
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Die
Ausführung
des Programms beginnt am Eintrittspunkt 201, und wird anschließend mit
dem Schritt 202 fortgesetzt, in welchem die Steuerung 20 überprüft, ob Eingangsbedingungen
verifiziert sind.
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In
Abhängigkeit
von der Bewegungsrichtung des Fahrzeugs überprüft die Steuerung 20,
ob die von den Abstandssensoren 15 oder 16 übermittelten Entfernungen
kleiner als der maximale Betriebsabstand Dmax der
Abstandssensoren sind. Wenn dies der Fall ist, gelten diese Eingangsbedingungen
als verifiziert. Der Maximalabstand Dmax wird
vom Hersteller der Sensoren vorgegeben und im Speicher der Steuerung 20 gespeichert.
Wenn der von den Sensoren 15 oder 16 ausgelesene
Abstand größer als
Dmax ist, bedeutet dies erstens, dass die
ausgelesenen Abstände
nicht gering sind, und zweitens, dass das Fahrzeug 2 nicht
in der Nähe
eines Hindernisses ist. In diesem Fall ist die Eingangsbedingung
nicht verifiziert.
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Die
Steuerung 20 überprüft, ob der
Abstand D0 zwischen dem Fahrzeug und dem Hindernis kleiner als eine
Kollisionsgefahrschwelle Dr ist. Der Abstand
Dr wird außerdem im Speicher abgelegt.
Bevorzugt werden zwei Werte Dr_av und Dr-ar gespeichert, die einer Vorwärts- bzw. Rückwärtsbewegung entsprechen.
Wenn der Abstand D0 kleiner als der Grenzwert Dr der
entsprechenden Bewegungsrichtung des Fahrzeugs ist, gilt die Bedingung
als verifiziert.
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Die
Steuerung 20 überprüft, ob die
Geschwindigkeit des Fahrzeugs kleiner als ein vorgegebener Grenzwert
vmax und größer als Null ist. Wenn dies
der Fall ist, gilt die Eingangsbedingung als verifiziert.
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Im
Fall eines manuell geschalteten Getriebes überprüft die Steuerung 20,
ob sich das Getriebe im entkuppelten Zustand befindet oder ob der
gewählte
Gang der Leerlauf ist. Im Fall eines Automatikgetriebes überprüft die Steuerung 20,
ob der gewählte
Gang der Leerlauf ist. Wenn dies der Fall ist, gilt diese Eingangsbedingung
als verifiziert.
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Schließlich überprüft die Steuerung 20,
ob die Feststellbremse ausgelöst
ist. Wenn dies der Fall ist, wird diese Eingangsbedingung nicht
verifiziert. Wenn wenigstens eine dieser Bedingungen nicht verifiziert
ist, springt man zum Schritt 209. Wenn alle Eingangsbedingungen
verifiziert sind, tritt man in eine iterative Berechnungsschleife 203–208 ein,
indem man zum Schritt 203 übergeht.
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Bei 203 führt die
Steuerung 20 unterschiedliche Berechnungen aus, um die
zeitliche Veränderungsrate
des Bremsmomentes Tx zu bestimmten.
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Die
Steuerung 20 berechnet einen zu durchlaufenden Restabstand
D1, welcher gleich der Differenz zwischen dem Abstand D0, der zwischen
dem Fahrzeug und dem Hindernis gemessen wurde, und einem vorgegebenen
Zielhalteabstand R0 besteht. Wenn beispielsweise der Abstand R0
20 cm beträgt, bremst
die Steuerung das Fahrzeug so ab, dass es in einem Abstand von 20
cm vor dem Hindernis anhält.
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Dann
berechnet die Steuerung einen vorhersehbaren Halteweg D2 als Funktion
der Gesamtgeschwindigkeit v des Fahrzeugs 1 und einer vorgegebenen
Zielverzögerung
d gemäß: D2 =
v2/(2·d).
Die Verzögerung
d beträgt
beispielsweise 6 m/s2.
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Der
Unterschied D3 = D2 – D1
erlaubt es festzustellen, ob das Fahrzeug tatsächlich vorgegebenen Zielhalteabstand
R0 anhalten wird.
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Ein
Rückwirkungsterm
TC wird berechnet, indem man die Summe eines zum Abstand D3 proportionalen
Terms, eines zur zeitlichen Ableitung des Abstandes D3 proportionalen
Terms und eines zum zeitlichen Integral des Abstandes D3 proportionalen Terms
bildet (PID-Regelung).
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Wenn
das Abbremsen nur auf den Hinterrädern stattfindet, wird der
Term TC mit einem Faktor G1 multipliziert, um einen Rückwirkungsterm
TC1 = TC·G1
zu bilden. Der Faktor hat je nach Bewegungsrichtung des Fahrzeugs
einen unterschiedlichen Wert. Im Fall einer Abbremsung nach vorn
findet eine Lastübertragung
auf die Vorderachse statt, was die Hinterachse folglich entlastet.
Dies impliziert eine weniger effiziente Abbremsung, wenn das Abbremsen nur
auf der Hinterachse stattfindet. Der Faktor G1 hat daher einen größeren Wert,
wenn sich das Fahrzeug in Vorwärtsrichtung
bewegt, um die weniger wirksame Abbremsung zu kompensieren.
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Der
Rückwirkungsterm
TC2 entspricht der Summe der Terme TC1 und einer Konstante K2 :
TC2 = TC1 + K2. Die Konstante K2 gewährleistet, dass die zeitliche
Veränderungsrate
Tx nicht Null ist. Gemäß einer anderen Ausführungsform
wird K2 nicht dazu addiert.
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Wenn
der Abstand D1 kleiner als eine vorgegebene Annäherungsschwelle R1 ist, beispielsweise 40
cm, oder wenn der Abstand D3 größer als
eine vorgegebene Differenzschwelle R2 ist, beispielsweise 2 cm,
wird ein Rückwirkungsterm
TC3 berechnet, indem man die Summe der Terme TC2 und eines Abstandsterms
K3 bildet. Andernfalls ist TC3 gleich TC2. Dies erlaubt eine Verstärkung der
Abbremsung, wenn man sich in der Nähe eines Hindernisses befindet
oder wenn der große
Wert von K3 erkennen lässt, dass
man nicht im vorgegebenen Zielabstand R0 vom Hindernis anhalten
kann. Durch Addition des Terms K3 modifiziert man den Abbremsvorgang
so, dass die Wahrscheinlichkeit, tatsächlich im vorgegebenen Zielabstand
anzuhalten, verbessert wird.
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Schließlich wird
die Neigung der Fläche,
auf welcher sich das Fahrzeug befindet, berücksichtigt. Ein Rückwirkungsterm
TC4 wird berechnet, indem man die Summe der Terme TC3 und eines
Neigungsterms K4 bildet. Der Term K4 ist positiv, wenn das Fahrzeug
nach unten fährt,
um den Bremsvorgang zu verbessern, und er ist negativ, wenn das
Fahrzeug nach oben fährt,
um den Bremsvorgang abzuschwächen,
und er ist Null, wenn sich das Fahrzeug auf einer horizontalen Fläche befindet.
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Die
zeitliche Veränderungsrate
Tx entspricht dem Term TC4.
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Anschließend setzt
man die Ausführung
des Programms mit dem Schritt 204 fort, in welchen das aufzuwendende
Bremsmoment CC(n) berechnet wird, indem man die Summe des Bremsmomentes
in der vorhergehenden Iteration CC(n – 1) und des Produktes der
im Schritt 203 bestimmten zeitlichen Veränderungsrate
Tx mit der Ausführungszeit T der interakiven
Berechnungsschleife 203–208 bildet. Beim ersten
Durchlaufen der Schlaufe ist das Bremsmoment bei der vorhergehenden
Iteration gleich einem ursprünglichen
Moment CC(0), das gleich dem Bremsmoment gesetzt wird, welches einer
durch den piezoelektrischen Sensor des Bügels 3a–d gemessenen
Klemmkraft entspricht. Folglich gibt es keine Diskontinuitäten hinsichtlich
des aufzuwendenden Momentes.
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Wenn
die vorhergehende Berechnung als Ergebnis ein Moment liefert, das
größer als
ein Maximalmoment CCmax ist, wird das anzuwendende
Moment gleich dem Moment CCmax gesetzt.
Das Moment CCmax wird so gewählt, dass
ein Blockieren der Räder
verhindert wird, was andernfalls die Wirksamkeit der Abbremsung
und den Fahrkomfort mindern würde.
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Im
Schritt 205 sendet man ein Betriebssignal mittels einer
Anzeige 14 aus. Die grüne
Lampe wird am Armaturenbrett aktiviert, um den Fahrer anzuzeigen,
dass die Fahrassistenzfunktion aktiviert ist und dass die anzuwendende
Bremskraft diejenige ist, die von der Steuerung 20 bei
der Ausführung
des Programms 200 berechnet wird. Die rote Lampe wird aktiviert,
wenn der Abstand D3 größer als
Null ist, um anzuzeigen, dass die Gefahr besteht, das Hindernis zu
berühren.
In diesem Fall kann der Fahrer die Entscheidung treffen, auf das
Bremspedal zu treten. Die Anzeige 14 kann gegebenenfalls
einen Lautsprecher umfassen. In diesem Fall steuert die Steuerung 20 den
Lautsprecher 10 so, dass ein Ton ausgesandt wird, der eine
Frequenz aufweist, die umso höher
ist, je geringer der Abstand D0 ist.
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Im
Schritt 206 überprüft man,
ob die Geschwindigkeit des Fahrzeugs Null ist. Wenn dies der Fall
ist, geht man zum Schritt 207 über, andernfalls geht man zum
Schritt 208 über.
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Im
Schritt 207 tritt man in einen statischen Modus ein. Die
Steuerung steuert den elektromechanischen Bügel 3a–d so, dass
das im Schritt 204 bestimmte Bremsmoment weiterhin angewendet
wird und bestimmt einen Bremsmoment zum Festsetzen des Fahrzeugs.
Das Bremsmoment zum Festsetzen ist umso größer, je stärker das Gefälle ist,
auf welchem sich das Fahrzeug 1 befindet und das mit dem Neigungssensor 12 gemessen
wurde. Nach einer vorgegebenen Zeitdauer, beispielsweise nach 2
Sekunden, steuert die Steuerung 20 den Bügel 3a–d so, dass
ein Bremsmoment zum Festsetzen des Fahrzeugs mittels des Elektromotors
angewendet wird und löst
die Feststellbremse aus, indem man elektrisch den Riegel des Bügels 3a–d steuert.
Folglich wurde das Fahrzeug in einem Abstand vom Hindernis angehalten
und die Feststellbremse ist mit einer ausreichenden Bremskraft ausgelöst, ohne
dass der Fahrer eingreifen brauchte. Die Ausführung des Programms geht zum
Schritt 208 und anschließend zum Schritt 209 über, weil
das Auslösen
der Feststellbremse eine Austriebsbedingung ist.
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In
Schritt 208 überprüft die Steuerung 20,
ob die Austrittsbedingungen verifiziert sind.
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Die
Steuerung 20 überprüft, ob der
Fahrer die Fahrassistenzfunktion mittels des Schalters 13 deaktiviert
hat. In diesem Fall ist diese Austrittsbedingung verifiziert und
die anzuwendende Klemmkraft braucht nicht mehr von dem Programm 200 bestimmt werden.
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Die
Steuerung 20 überprüft, ob die
Feststellbremse ausgelöst
ist. Dies ist der Fall, wenn die Ausführung des Programms 200 in
den Schritt 207 übergegangen
ist. Diese Austrittsbedingung ist dann ebenfalls verifiziert.
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Die
Steuerung 20 überprüft ebenfalls,
ob der Abstand D0 größer als
der Bremswert R0 ist. So kann sich nämlich das Hindernis so verschoben
haben, dass keine Gefahr einer Berührung mehr besteht. Wenn dies
der Fall ist, ist diese Austrittsbedingung verifiziert.
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Wenn
eine der Austrittsbedingungen nicht verifiziert ist, kehrt man zum
Schritt 203 zurück.
Andernfalls geht die Ausführung
des Programms zum Schritt 209 über.
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Die
Ausführung
des Programms endet am Austrittspunkt 209. Periodisch und
solange der Aktivierungsschalter 13 gedrückt ist,
führt die
Steuerung das Programm 200 erneut aus, indem es am Eingangspunkt 201 beginnt.
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Abweichend
von der eben beschriebenen Ausführungsform
sind auch andere Ausführungsformen
vorstellbar.
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Es
wurde ein Fahrzeug beschrieben, das mit einer vollständig elektrischen
Bremsvorrichtung ausgerüstet
ist. Alternativ kann es sich um ein hybrides Bremssystem handeln,
welches beispielsweise hydraulische Bügel zum Abbremsen der Vorderräder und
elektromechanische Bügel
zum Abbremsen der Hinterräder
aufweist. Das erfindungsgemäße Verfahren
betrifft dann das Abbremsen der Hinterräder. Die Zielverzögerung ist
dann an die Anzahl der gebremsten Räder angepasst. Wenn man beispielsweise
mit zwei Hinterrädern
abbremst, beträgt
die Zielverzögerung
2 oder 3 oder 4 m/s2.
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Bei
der beschriebenen Ausführungsform sind
vier vordere Abstandssensoren und vier hintere Abstandssensoren
vorgesehen. Alternativ kann man dort mehr oder weniger Abstandssensoren
vorsehen. Es kann auch keine vorderen Abstandsensoren oder keine
hinteren Abstandssensoren geben. Die Steuerung kann so ausgelegt
sein, dass die vorhandenen Sensoren detektiert werden. In diesem
Fall wird die Fahrassistenzfunktion beispielsweise dann, wenn detektiert
wird, dass keine vorderen Sensoren vorhanden sind, nur aktiviert,
wenn sich das Fahrzeug rückwärts bewegt.
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Es
wurde ein Programm beschrieben, in welchem man ein Bremsmoment berechnet.
In äquivalenter
Weise kann das Programm eine Klemmkraft berechnen.
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Der
beschriebene Aktivierungsschalter kann durch ein beliebiges Element
ersetzt werden, welches dem Fahrer erlaubt, anzuzeigen, ob er die
Assistenzfunktion aktivieren will oder nicht.
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Die
Bremssteuerung kann aus einem gegenständlichen Modul (Zentralarchitektur)
oder mehreren gegenständlichen
Modulen (verteilte Architektur) bestehen. Die Assistenzfunktion
ist vorzugsweise mittels eines Bremssteuerungsprogramms realisiert. Jedoch
kann diese Funktion auch mittels einer speziell zu diesem Zweck
konstruierten elektronischen Schaltung realisiert werden.
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Das
beschriebene Verfahren kann mittels anderer Eingangs- oder Ausgangsbedingungen
als den beschriebenen ausgeführt
werden. Beispielsweise kann die Eingangsbedingung bezüglich des
gewählten
Gangs oder des entkoppelten Zustandes des Getriebes weggelassen
werden.
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Obwohl
die Erfindung im Zusammenhang mit einer speziellen Ausführungsform
beschrieben wurde, versteht es sich, dass sie keineswegs darauf beschränkt ist
und alle äquivalenten
technischen Maßnahmen
der beschriebenen Mittel, sowie deren Kombinationen umfasst, soweit
sie im Rahmen der Erfindung liegen.