DE60319944T2

DE60319944T2 - Adaptive Geschwindigkeitsregelvorrichtung

Info

Publication number: DE60319944T2
Application number: DE60319944T
Authority: DE
Inventors: Alain Chapelfields Coventry Dunoyer; Adam Keith Tile Hill Coventry Leatherland
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2003-01-16
Filing date: 2003-12-03
Publication date: 2009-04-09
Anticipated expiration: 2023-12-04
Also published as: US20040193353A1; GB0300974D0; EP1440836B1; EP1440836A1; DE60319944D1

Description

Herkömmliche Geschwindigkeitsregelanlagen erfüllen die Funktion einer Geschwindigkeitsregelung des Fahrzeugs. Eine gewünschte Geschwindigkeit wird vom Fahrer eingestellt, und eine Regelanlage wirkt auf den Motor (üblicherweise nur auf die Drosselklappe) ein, um die gewünschte Geschwindigkeit aufrechtzuerhalten. Bei schwachem Verkehrsaufkommen ist diese einfache Geschwindigkeitsregelung für den Fahrer akzeptabel, wenn aber der Verkehr stärker ist, muss der Fahrer die eingestellte Geschwindigkeit ständig neu einstellen, um zum vorausfahrenden Verkehr einen Sicherheitsabstand einzuhalten, und muss eventuell die Geschwindigkeitsregelung deaktivieren, um zu bremsen.
Es sind mittlerweile viele Systeme entwickelt worden, bei denen die herkömmliche Geschwindigkeitsregelanlage um einen zusätzlichen Abstandssensor ergänzt wurde, der die Grundfunktion der Geschwindigkeitsregelung um eine Abstandseinhaltung erweitert. Viele derartige Systeme beinhalten auch Mittel, um die Geschwindigkeit des mit der Geschwindigkeitsregelanlage ausgestatteten Fahrzeugs im Verhältnis zu derjenigen eines vorausfahrenden Fahrzeugs zu überwachen. Darüber hinaus beinhaltet die Motorregelung auch häufig ein Bremssystem mit eingeschränkter Funktion, so dass die Geschwindigkeitsregelung/Abstandseinhaltung durch eine Kombination der Drosselklappe und der Bremse bewirkt werden kann.
Ein solches System kann als eine adaptive Geschwindigkeitsregelanlage arbeiten, die, wenn sie aktiviert ist, das fragliche Fahrzeug dazu befähigt, die Geschwindigkeit automatisch zu verringern, wenn ein vorausfahrendes Zielfahrzeug in seiner Spur ermittelt wird. Das Fahrzeug folgt dann im äußersten Fall mit einem eingestellten Mindestzeitabstand (der einem Mindestabstand entspricht) dem nächsten vorausfahrenden Zielfahrzeug, das sich „in der Spur" befindet. Dieser Vorgang setzt sich fort, bis ermittelt wird, dass sich das nächste vorausfahrende Zielfahrzeug aus der Spur des Fahrzeugs herausbewegt, und an diesem Punkt wird die ursprünglich eingestellte Geschwindigkeit wiederaufgenommen. Ein Beispiel einer Anlage dieser Art ist in den Patentschriften US-5,710,565 und WO 98/29279 beschrieben.
Eine adaptive Geschwindigkeitsregelanlage ist somit eine Anlage, die die Fahrgeschwindigkeit in der gleichen Weise wie eine herkömmliche Geschwindigkeitsregelanlage aufrechterhält, wenn die Straße vor dem Fahrzeug frei ist, die aber bei Ermittlung eines vorausfahrenden Fahrzeugs den Abstand zu diesem Fahrzeug durch Betätigen der Drosselklappen- und Bremssysteme aufrechterhält. Der Abstand wird üblicherweise als ein Zeitabstand, beispielsweise eine Sekunde, ausgedrückt. Das Zeitabstandskonzept ist jedoch nur unter Dauerzustandsbedingungen gültig, so dass, wenn versucht wird, hinter einem Zielfahrzeug automatisch zu stoppen, das in einem Verkehrsstau zum Halten kommt, eine andere Strategie erforderlich ist.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Regelung des Abstands eines Fahrzeugs von einem Ziel bereitgestellt, wobei das Fahrzeug mit einer Zielbereichsmessvorrichtung, einer Fahrzeuggeschwindigkeitsmessvorrichtung, einem Bremssystem und einem Drosselklappenregler ausgestattet ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren die folgenden Schritte beinhaltet:
Erhalten eines Zielbereichswertes von der Zielbereichsmessvorrichtung;
Erhalten eines Fahrzeuggeschwindigkeitswertes von der Fahrzeuggeschwindigkeitsmessvorrichtung;
Ermitteln eines abnehmenden Bereichs zum Ziel;
Erzeugen eines ersten Bremsanforderungssignals unter Verwendung eines proportionalen Differenzialalgorithmus;
Auslösen des ersten Bremsanforderungssignals an das Bremssystem, um das Fahrzeug in einer linearen Weise zu verlangsamen;
Auswählen eines zweiten Bremsanforderungswertes im Verhältnis zu den erhaltenen Zielbereichs- und Fahrzeuggeschwindigkeitswerten aus einer Nachschlagtabelle, die vorberechnete Bremsanforderungswerte für gegebene Zielbereiche und Fahrzeuggeschwindigkeiten enthält;
und Auslösen des zweiten Bremsanforderungswertes an das Bremssystem;
Fortsetzen der Überwachung der erhaltenen Zielbereichs- und Fahrzeuggeschwindigkeitswerte sowie Auswählen weiterer entsprechender Bremsanforderungswerte für die erhaltenen Zielbereichs- und Fahrzeuggeschwindigkeitswerte aus der Nachschlagtabelle; und
Auslösen der weiteren Bremsanforderungswerte an das Bremssystem, bis das Fahrzeug hinter dem Ziel zu einem Stillstand kommt.
Die Erfindung ermöglicht es einem mit einer adaptiven Geschwindigkeitsregelanlage ausgestatteten Fahrzeug, hinter einem davor befindlichen Fahrzeug zum Stillstand zu kommen.
Die Erfinder haben festgestellt, dass das automatische Stoppen eines Fahrzeugs in Übereinstimmung mit den Newtonschen Bewegungsgleichungen, d. h. im Wesentlichen linear, durch Auslösen einer konstanten Verlangsamungsrate, vom Fahrer als unnatürlich empfunden wird. Die meisten Fahrer neigen, wenn sie ein Fahrzeug hinter einem davor befindlichen Fahrzeug durch Eingriff zum Halten bringen, dazu, zunächst mit einer vergleichsweise hohen Rate zu verlangsamen, bis sie innerhalb eines Bereichs von etwa zwölf Metern hinter dem davor befindlichen Fahrzeug sind, um dann allmählicher zu verlangsamen, bis das Fahrzeug ein oder zwei Meter hinter dem davor befindlichen Fahrzeug zum Stehen kommt. Die Verwendung einer Nachschlagtabelle ermöglicht eine Emulation dieses Fahrerverhaltens. Die Erfindung kann somit eine konsistente und gleichmäßige Möglichkeit zum Anhalten hinter einem davor befindlichen Fahrzeug zur Verfügung stellen.
Die Erfindung hat den weiteren Vorteil, dass ein Sägen des Motors vermieden wird, das auftreten kann, wenn die herkömmliche adaptive Geschwindigkeitsregelanlage unter solchen Verhältnissen betrieben wird.
Die Nachschlagtabelle kann empirisch erstellt werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform bewirkt der Regler eine Verlangsamung des Fahrzeugs in einer linearen Weise, bis der Zielbereich etwa zwölf Meter beträgt, die Fahrzeuggeschwindigkeit weniger als rund vier Meter pro Sekunde beträgt und das Fahrzeug zum Ziel aufschließt. Anschließend verlangsamt der Regler das Fahrzeug in einer nicht linearen Weise.
Die Nachschlagtabelle kann optional so konfiguriert sein, dass sie Fahrzeuggeschwindigkeitsanforderungswerte im Verhältnis zum gemessenen Zielbereich beinhaltet. In diesem Fall, wenn nicht mehr gebremst werden muss und das Fahrzeug hinter dem Ziel in einer Schlange von Fahrzeugen herkriecht, erfolgt eine weitere Anpassung des Reglers, der aus der Nachschlagtabelle eine dem gemessenen Zielbereich entsprechende Fahrzeuggeschwindigkeitsanforderung auswählt, die dann dem Drosselklappenregler zugeleitet wird.
Eine weitere optionale Verfeinerung dieser Kriechbetriebsart umfasst einen im Regler eingebauten Automaten, der die Fahrzeuggeschwindigkeitsanforderung auf Null herunterzwingt, wenn der vom Regler ausgewählte Bremsanforderungswert nicht Null beträgt.
Da die Bremswirkung eine begrenzte Zeit zum Herunterfahren auf Null benötigt, wird mit dieser Verfeinerung sichergestellt, dass das Fahrzeug nicht zu einer Beschleunigung aufgefordert und gleichzeitig noch abgebremst wird. Als ein Sicherheitsmerkmal wird dem Bremsen Priorität eingeräumt. Eine Situation, in der diese Verfeinerung nützlich ist, ist dann gegeben, wenn das Ziel wegzieht, während das ausgerüstete Fahrzeug dahinter noch zum Stillstand abgebremst wird. Der Automat wartet, bis die Bremsen vollständig gelöst sind, bevor er die Geschwindigkeitsanforderung dem Drosselklappenregler zuleitet.
Einige Ausführungsformen der Erfindung werden nunmehr lediglich beispielhaft unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben; dabei sind:
1 ein Blockdiagramm, das eine adaptive Geschwindigkeitsregelanlage in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der Erfindung und ihren Einbau in herkömmlichen Fahrzeugsystemen zeigt;
2 eine Nachschlagtabellenbremskarte in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der Erfindung; und
3 eine Nachschlagtabellengeschwindigkeitskarte in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der Erfindung.
In 1 ist eine adaptive Geschwindigkeitsregelanlage (1) in einem (nicht dargestellten) Fahrzeug eingebaut. Das Fahrzeug ist auch mit einem Radarsensor (2) zum Messen der Distanz zwischen dem so ausgerüsteten Fahrzeug und einem (nicht dargestellten) vorausfahrenden Zielfahrzeug sowie der relativen Fahrzeuggeschwindigkeit, mit einem Geschwindigkeitssensor (3) zum Messen der Geschwindigkeit des ausgerüsteten Fahrzeugs, einem Bremssystem (4), einem Motormanagementsystem (5) und einem Drosselklappenbetätiger (6) ausgestattet. Alle in 1 dargestellten Vorrichtungen, mit Ausnahme der Anlage (1), arbeiten in einer herkömmlichen Weise.
Die adaptive Geschwindigkeitsregelanlage (1) umfasst einen Regler (7) und eine Nachschlagtabelle (8). Der Regler (7) ist mit allen anderen Modulen von 1 verbunden, so dass er Zielbereichswerte und Geschwindigkeitswerte des ausgerüsteten Fahrzeugs erhalten und überwachen kann, auf die Nachschlagtabelle (8) zugreifen kann sowie Bremsanforderungs- und Drosselklappenanforderungssignale an das Bremssystem (4) bzw. das Motormanagementsystem (5) senden kann.
Ein Teil der Nachschlagtabelle (8) hat einen zweidimensionalen Aufbau, so dass sich Bremsanforderungswerte in Abhängigkeit vom Zielbereich des vorausfahrenden Fahrzeugs und von der Geschwindigkeit des ausgerüsteten Fahrzeugs ergeben. In diesem Beispiel ist die diesem ersten Teil zugeordnete Karte in 2 dargestellt. Ein anderer Teil der Nachschlagtabelle (8) hat einen eindimensionalen Aufbau, der einen gewünschten Geschwindigkeitswert eines ausgerüsteten Fahrzeugs in Abhängigkeit vom Zielbereich bereitstellt. In diesem Beispiel ist die diesem zweiten Teil zugeordnete Karte in 3 dargestellt.
Im Betrieb arbeitet das ausgerüstete Fahrzeug zunächst im adaptiven Geschwindigkeitsregelmodus und folgt einem vorausfahrenden Zielfahrzeug mit einer festgelegten Distanz von beispielsweise 25 Metern in Übereinstimmung mit einem eingestellten Zeitabstand. Wenn nun das Zielfahrzeug verlangsamt werden und hinter einer Schlange von Fahrzeugen anhalten muss, wird, wenn das Ziel zu verlangsamen beginnt, sein abnehmender Bereich zum ausgerüsteten Fahrzeug über das Radarsystem (2) durch den Regler (7) ermittelt. Der Regler (7), der den Zielbereich und die Geschwindigkeit des ausgerüsteten Fahrzeugs kennt, wendet einen herkömmlichen proportionalen Differenzialalgorithmus an, um das entsprechende Bremsanforderungssignal zu erzeugen, das dem Bremssystem (4) zugeleitet wird. Das zu diesem Zeitpunkt erzeugte Bremsanforderungssignal verlangsamt das ausgerüstete Fahrzeug in einer linearen Weise herunter auf einen Bereich von zwölf Metern und eine Geschwindigkeit von vier Metern pro Sekunde. Wenn diese zwei Bereichs- und Geschwindigkeitsbedingungen erfüllt sind und der Regler (7) über das Radarsystem (2) ermittelt, dass das Fahrzeug zum Ziel aufschließt, dann geht die Anlage (1) in eine Betriebsart über, in der die Bremsanforderung durch die Nachschlagtabellenkarte von 2 vorgeschrieben wird, d. h. der Regler (7) überwacht die Zieldistanz (über den Radarsensor (2)) und die Geschwindigkeit des ausgerüsteten Fahrzeugs über den Geschwindigkeitssensor (3), fragt in der Nachschlagtabelle (2) nach, um den Bremsanforderungswert im Verhältnis zu den Distanz- und Geschwindigkeitswerten auszuwählen, und erzeugt dann das entsprechende Anforderungssignal und leitet dieses Signal dem Bremssystem (4) zu. Der Regler führt diese Routine in diesem Beispiel alle 100 Millisekunden durch, bis das ausgerüstete Fahrzeug zum Stillstand kommt.
Nach (entweder automatisch oder durch Einwirken des Fahrers) erfolgtem Anhalten bewirkt der Regler (7), dass sich das ausgerüstete Fahrzeug langsam (im „Kriechmodus") hinter dem Zielfahrzeug herbewegt, während sich das Zielfahrzeug in einer Fahrzeugschlange nach vorne bewegt. Der Regler (7) überwacht weiterhin den Zielbereich, fragt aber jetzt den eindimensionalen Teil der Nachschlagtabelle (8) nach einem gewünschten Fahrzeuggeschwindigkeitswert für den gemessenen Zielbereich ab (3). Der Regler (7) erzeugt dann ein Geschwindigkeitsanforderungssignal, das er dem Motormanagementsystem (5) zuleitet, das wiederum ein entspre chendes Drosselklappenanforderungssteuersignal an den Drosselklappenbetätiger (6) sendet. Ein im Regler (7) eingebauter Automat (9) zwingt das Geschwindigkeitsanforderungssignal immer dann auf Null herunter, wenn der Bremskartenausgang (2) der Nachschlagtabelle nicht Null beträgt.

Claims

Verfahren zur Regelung der Distanz eines Fahrzeugs von einem Ziel, wobei das Fahrzeug mit einer Zielbereichsmessvorrichtung (2), einer Fahrzeuggeschwindigkeitsmessvorrichtung (3), einem Bremssystem (4) und einem Drosselklappenregler (6) ausgerüstet ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren die folgenden Schritte beinhaltet: (a) Erhalten eines Zielbereichswertes von der Zielbereichsmessvorrichtung (2); (b) Erhalten eines Fahrzeuggeschwindigkeitswertes von der Fahrzeuggeschwindigkeitsmessvorrichtung (3); (c) Ermitteln eines abnehmenden Bereichs zum Ziel; (d) Erzeugen eines ersten Bremsanforderungssignals unter Verwendung, eines proportionalen Differenzialalgorithmus; (e) Auslösen des ersten Bremsanforderungssignals an das Bremssystem, um das Fahrzeug in einer linearen Weise herunter auf einen vorbestimmten Bereich und eine vorbestimmte Geschwindigkeit des Fahrzeugs zu verlangsamen; (f) Auswählen eines zweiten Bremsanforderungswertes im Verhältnis zu den erhaltenen Zielbereichs- und Fahrzeuggeschwindigkeitswerten aus einer Nachschlagtabelle (8), die vorberechnete Bremsanforderungswerte für gegebene Zielbereiche und Fahrzeuggeschwindigkeiten enthält; und Auslösen des zweiten Bremsanforderungswertes an das Bremssystem (4); (g) Fortsetzen der Überwachung der erhaltenen Zielbereichs- und Fahrzeuggeschwindigkeitswerte sowie Auswählen weiterer entsprechender Bremsanforderungswerte für die erhaltenen Zielbereichs- und Fahrzeuggeschwindigkeitswerte aus der Nachschlagtabelle ; und Auslösen der weiteren Bremsanforderungswerte an das Bremssystem, bis das Fahrzeug hinter dem Ziel zu einem Stillstand kommt.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der Schritt (f) beginnt, wenn gemessen wird, dass der Zielbereich etwa 12 Meter beträgt, die Fahrzeuggeschwindigkeit etwa 4 Meter pro Sekunde beträgt und ermittelt wird, dass das Fahrzeug zum Ziel aufschließt.
Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, das den weiteren Schritt (h) des Auswählens eines vorberechneten Fahrzeuggeschwindigkeitsanforderungswertes aus einer Nachschlagtabelle (8), die Fahrzeuggeschwindigkeitsanforderungswerte für gegebene Zielbereiche enthält, und des Auslösens des ausgewählten Fahrzeuggeschwindigkeitsanforderungswertes an den Drosselklappenregler (6) beinhaltet.
Verfahren nach Anspruch 3, das den weiteren Schritt des Herunterzwingens des ausgewählten Fahrzeuggeschwindigkeitsanforderungswertes auf Null beinhaltet, wenn ein ausgewählter Bremsanforderungswert nicht Null beträgt.