EP1226055A1 - Bremssystem zur automatischen durchführung eines bremsvorgangs in einem fahrzeug - Google Patents

Bremssystem zur automatischen durchführung eines bremsvorgangs in einem fahrzeug

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EP1226055A1
EP1226055A1 EP00975871A EP00975871A EP1226055A1 EP 1226055 A1 EP1226055 A1 EP 1226055A1 EP 00975871 A EP00975871 A EP 00975871A EP 00975871 A EP00975871 A EP 00975871A EP 1226055 A1 EP1226055 A1 EP 1226055A1
Authority
EP
European Patent Office
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vehicle
determined
curve
speed
yaw rate
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP00975871A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Rainer Freitag
Wilfried Huber
Avshalom Suissa
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Daimler AG
Original Assignee
DaimlerChrysler AG
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Filing date
Publication date
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Application filed by DaimlerChrysler AG filed Critical DaimlerChrysler AG
Publication of EP1226055A1 publication Critical patent/EP1226055A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • B60W2720/00—Output or target parameters relating to overall vehicle dynamics
    • B60W2720/10—Longitudinal speed
    • B60W2720/106—Longitudinal acceleration

Definitions

  • the invention relates to a method and a brake system for carrying out an automatic braking process in a vehicle according to the preamble of claim 1.
  • DE 4201142 AI discloses a vehicle speed control device which warns the driver of an impending curve if the current driving speed is greater than the curve limit speed at which the curve can be safely driven through. This is particularly relevant if the driver cannot yet see the upcoming curve. If necessary, an automatic braking operation is carried out in good time before the curve in order to avoid accidents, in order to avoid a critical driving state of the vehicle by entering the curve too quickly beforehand. An upcoming curve can be recognized, for example, by comparing stored road maps with the current position of the vehicle.
  • the curve curvature of the curve traversed by the vehicle is first determined, it being known that the curve radius can be determined therefrom by generating reciprocal values.
  • the desired target course is formed by the center of the lane, which is identical to the curve radius.
  • the center of the lane indicates, so to speak, the path of the vehicle that could be traveled at an adapted vehicle speed.
  • the aim of the present invention is to prevent, as far as possible, that the vehicle leaves the carriageway due to the excessive vehicle speed. To this end, the invention minimizes the maximum transverse distance between the center of the lane and the position of the vehicle determined by the center of gravity of the vehicle.
  • the transverse distance is measured radially to the center of the lane, regardless of whether the center of the lane has a path with a constant radius or not.
  • the maximum transverse distance occurs when the tangent applied to the center of the lane is aligned parallel to the tangent applied to the actual course of the vehicle.
  • a target longitudinal acceleration is determined using a mathematical optimization process. After an optimal value for the longitudinal acceleration has been found, the actual and Long acceleration of the vehicle generates a control signal, so that the vehicle can be decelerated with the target longitudinal acceleration.
  • This method or braking system can be used in addition to existing devices that trigger an automatic braking process, such as ESP or ABS.
  • the ESP system generates a yaw moment around the vertical axis of the vehicle in order to stabilize the driving state.
  • the method according to the invention and the device according to the invention set a specific desired longitudinal acceleration of the vehicle, it being irrelevant here the braking force applied to the individual wheels, so that e.g. During an ESP braking process, the wheels can be subjected to different braking forces, and thus a yaw moment and, at the same time, the required longitudinal acceleration can be set.
  • the entrance to a curve is first detected when a curve curvature is determined. It is then determined whether the vehicle's longitudinal speed is too high.
  • the actual yaw rate is determined by sensors and compared with a determined target yaw rate, with the current vehicle longitudinal speed being too high when the actual yaw rate deviates m from the target yaw rate in an impermissible manner, for example when the difference between the actual values - Yaw rate and target yaw rate exceeds a certain amount.
  • the desired yaw rate is expediently derived from the driver's request, in particular from the steering wheel angle specified by the driver, which is related to the yaw rate via the steering ratio, the vehicle speed, the wheelbase of the vehicle and the self-steering gradient of the vehicle ,
  • the current curve curvature can be estimated from the ratio of the given target yaw rate to the vehicle's longitudinal speed.
  • the middle of the lane is equated with the curve radius, which results from the curve curvature through the creation of reciprocal values. This estimate is justified insofar as it can be assumed that the driver stops the vehicle at the specified curve radius at least at the beginning of the curve.
  • This embodiment is characterized by a simple mode of operation with sufficient accuracy.
  • the current curvature can also be advantageous to determine the current curvature from a measurement.
  • Such measurements can be carried out, for example, with the aid of optical detection devices such as Cameras are carried out, the actual yaw angle of the vehicle preferably being determined in relation to the edge of the lane or the center of the lane.
  • This version is characterized by a high degree of accuracy, which means that the vehicle limit range can be determined more precisely and thus a higher degree of safety when driving through curves.
  • the curvature of the curve can also be determined by determining the exact vehicle position and comparing it with the current route profile, which can be stored, for example, as an electronic map.
  • the position of the vehicle can be determined with the aid of a location system, for example GPS.
  • 1 is a schematic representation of several trajectories of vehicles entering a curve or passing through the curve
  • FIG. 3 shows a schematic illustration of a first exemplary embodiment of a brake system
  • FIG. 4 shows a schematic illustration of a second exemplary embodiment of a brake system.
  • FIG. 1 shows a number of vehicles 1, 1 ', l 1 ' which are shown schematically by their centers of gravity and which after entering m move a curve 2 along different tracks 3, 4, 4 '.
  • a first vehicle 1 moves at a vehicle longitudinal speed v that does not exceed a physically determined curve-dependent limit speed, ideally along the center 3 of the lane shown with a dashed line, which lies, for example, on the curve radius R of the curve 2 to be traveled.
  • a conventional, second vehicle 1 ' in which an automatic braking process according to the invention does not take place and which enters the curve at a vehicle speed above the limit speed v' m, moves, for example, along the path 4 shown in broken lines.
  • This vehicle 1 ' can make the curve due to the vehicle speed v 'being too high, do not drive through and is driven in deviation from the ideal track 3 m in the direction of the outside of the curve, which, for example, leads to the vehicle 1' leaving the paved track.
  • FIG. 1 shows a third vehicle 1A in which an automatic braking operation can be carried out according to the present invention.
  • the vehicle 1 ′′ also travels into the curve em at a vehicle longitudinal speed v 1 ′ that is above the limit speed. In this situation, an automatic braking process is carried out with the aim of keeping the vehicle 1 ′′ as far as possible on the road.
  • the curve curvature p is first determined in a first method step 5. This can be done, for example, using an estimate for the curve curve
  • the curve curvature p in such a way that the position of the vehicle with the aid of a location system, e.g. GPS, is determined and the curvature p is determined by evaluating a stored road map as a function of the current vehicle position.
  • the curve curvature p can also be measured directly, e.g. with an optical detection device (not shown) on the vehicle 1'A, for example a camera.
  • step 6 of the method it is determined whether the current vehicle speed v ′′ is greater than a curve-dependent limit speed.
  • yaw rate ⁇ “ which is determined, for example, by sensors, and a target yaw rate
  • the target yaw rate ⁇ “// represents the driver's request and can be taken from context, for example
  • the wheelbase L of the vehicle the steering wheel angle ⁇ , the vehicle's longitudinal speed v '' and the self-steering gradient EG of the vehicle
  • step 6 If it is determined in method step 6 that the vehicle is not moving the curve at an excessive vehicle longitudinal speed m, a branch is made to step 5 (branching "neg” m FIG. 2). Otherwise, step 7 is carried out (branch "pos" in FIG. 2), in which a target Long deceleration a, _ : 1 is determined, with which the vehicle 1 '' is then decelerated by an automatic braking process.
  • the target longitudinal acceleration a X; Jüll is determined in such a way that the transverse distance ⁇ y between the lane center 3 and the actual movement path 4 of the vehicle 1 ′′ ′ radially to the lane center 3 is measured at the point at which it reaches its maximum ⁇ y ma ⁇
  • the maximum deviation ⁇ y "between the desired path along the lane center 3 and the actually driven lane 4 is minimized in order to be able to drive the vehicle 1" through the curve as close as possible to the lane center 3 and to make an agreement to prevent as far as possible from the paved road.
  • A indicates the Kurswmkel, ie the angle between the current actual direction of the vehicle 1 l 'along the web 4 and represents the desiredsecuritys ⁇ chtung along the lane center.
  • the course angle ⁇ thus results from the angle between the tangent to the lane center 3 and the tangent to the path 4 (FIG. 1);
  • a y represents the acceleration of the vehicle 1 ′′ transversely to the direction of travel (y direction).
  • the determination of the target longitudinal acceleration a x , S oi ⁇ is an optimization problem that can be solved using various methods.
  • equation (4) can be integrated from this because:
  • This determination method is based on a 2-point boundary value problem, with a first point at time t . when entering m, curve 2 and a second point when the end time t e has been reached at which the automatic braking process is ended (hypothetical end point of the curve).
  • the initial speed v 0 ′′ at which the vehicle 1 ′′ is entering the curve is recorded and stored for further calculation.
  • the end time t e is reached when the vehicle 1 ′′ takes the maximum transverse distance ⁇ y max from the lane center 3. Because of the automatic braking process, it then has a final speed V e '' which is lower than V o '.
  • the automatic braking process gear ended and the vehicle 1 '' can continue to be driven on a track with a radius that corresponds at least to the curve radius R.
  • the final speed V ′′ is so low that a track with a smaller radius than the radius R can also be driven, so that the vehicle 1 ′′ can again be steered in the direction of the center of the lane 3 (see FIG. 1).
  • the target longitudinal acceleration av , 3 __ ⁇ can be determined.
  • additional boundary conditions are expediently taken into account.
  • the condition is formulated that the course angle ⁇ ⁇ is equal to zero both at the beginning of the corner entry (time t 0 ) and at the hypothetical end point of the curve (time t_).
  • the target longitudinal acceleration a, jl can then be determined as a function of the initial speed v 'of the current vehicle speed v'', the usable friction coefficient ⁇ and the curve curvature p.
  • ⁇ is the current distance of the vehicle from the hypothetical curve end point (which is reached at time A) poses.
  • v is the cornering speed
  • the target longitudinal acceleration a x so _ ⁇ is determined by using equations (24) to (27) m equation (23).
  • step 8 follows step 5 again.
  • the brake system 10 has a regulating and control unit 11, to which the variables necessary for calculating the desired longitudinal acceleration a x , Sü n are fed via several inputs 12.
  • the regulating and control unit 11 On the output side, the regulating and control unit 11 generates an actuating signal 13, which can be present in a conventional hydraulic braking device, for example in the form of the braking pressure P B to be set or a braking force F B (FIG. 3).
  • the control signal 13 is compared with the driver brake pressure specified by the driver on an operating element 14, for example the brake pedal, and the signal 15 determined therefrom is forwarded to an driving dynamics control or control device 16 (for example ESP controller or ABS controller).
  • an driving dynamics control or control device 16 for example ESP controller or ABS controller.
  • the driver's braking request can be given priority and, for example, a deceleration required according to the driver's braking request is initiated or controlled by the vehicle dynamics control unit 16. adjusted.
  • the brake system 10 is designed in the manner of a so-called "brake-by-wire" brake system, for example as an electrohydraulic brake system (EMS) or electromechanical brake system (EMB).
  • the driver's braking request is output directly via a specification device 21 as the driver acceleration signal 22 corresponding to the desired driver longitudinal acceleration.
  • the regulating and control unit 11 can therefore also directly output the calculated target longitudinal deceleration a IrS0 u as a control signal 13, so that the signal 15 for the driving dynamics control or control device 16 is also present in the form of a signal corresponding to the acceleration value to be set, this acceleration value can then be adjusted or controlled.
  • the driver's braking request can also be treated with priority in this embodiment, before the braking request of the regulating and control unit 11, for example if the driver's longitudinal acceleration is greater in magnitude than the desired longitudinal acceleration av, 30 n.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und ein Bremssystem zur Durchführung eines automatischen Bremsvorgangs in einem Fahrzeug. Zur Erhöhung der Sicherheit bei Kurvenfahrten ist vorgesehen, dass die aktuelle Kurvenkrümmung ermittelt und in Abhängigkeit davon entschieden wird, ob die aktuelle Fahrzeuglängsgeschwindigkeit zu gross ist. Bei überhöhter Fahrzeuglängsgeschwindigkeit wird dann die Soll-Längsbeschleunigung derart bestimmt, dass der maximale Querabstand des Fahrzeugs zur Fahrspurmitte minimiert ist. Die entsprechenden Stellsignale werden von einer Regel- und Steuereinheit ermittelt und zur Regelung oder Steuerung der Längsbeschleunigung verwendet.

Description

Bremssystem zur automatischen Durchfuhrung eines Bremsvorgangs in einem Fahrzeug
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und ein Bremssystem zur Durchfuhrung eines automatischen Bremsvorgangs in einem Fahrzeug nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.
Heutzutage sind Systeme für Kraftfahrzeuge bekannt, die unabhängig von einem Bremswunsch des Fahrers einen Bremsvorgang auslosen können. Aus der DE 4201142 AI geht eine Fahrzeugge- schwindigkeits-Steueremnchtung hervor, die den Fahrer vor einer bevorstehenden Kurve warnt, falls die aktuelle Fahrgeschwindigkeit großer ist als die Kurvengrenzgeschwindigkeit mit der die Kurve sicher durchfahren werden kann. Dies ist insbesondere dann relevant, wenn der Fahrer die bevorstehende Kurve noch nicht sehen kann. Gegebenenfalls wird zur Unfallvermeidung rechtzeitig vor der Kurve ein automatischer Bremsvorgang durchgeführt, um so einen kritischen Fahrzustand des Fahrzeugs durch zu schnelles Einfahren m die Kurve schon vorher zu vermeiden. Eine bevorstehende Kurve kann beispielsweise durch Vergleich von gespeicherten Straßenkarten mit der momentanen Position des Fahrzeugs erkannt werden.
Ausgehend von derartigen Sicherheitssystemen ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum automatischen Bremsen zu schaffen, so dass beim Durchfahren einer Kurve eine zusätzliche Sicherheit insbesondere bei überhöhter Fahrzeuglangsgeschwmdigkeit gewährleistet ist.
Diese Aufgabe wird erfmdungsgemaß mit den Merkmalen der Ansprüche 1 bzw. 11 gelost. Wird in eine Kurve mit zu hoher Fahrzeuglangsgeschwmdigkeit eingefahren, kann das Fahrzeug seinen gewünschten Kurs nicht einhalten und wird m der Regel wegen untersteuerndem Fahrzeugverhalten aus der Kurve nach außen getrieben. Das gleiche gilt bei zu starkem Abbremsen des Fahrzeugs durch den Fahrer. Die Erfindung schafft hier Abhilfe durch einen automatisch eingeleiteten Bremsvorgang.
Nach dem erfmdungsgemaßen Verfahren wird beim Einfahren m die Kurve zunächst die aktuelle Kurvenkrummung der vom Fahrzeug durchfahrenen Kurve ermittelt, wobei daraus bekanntermaßen durch Kehrwertbildung der Kurvenradius bestimmt werden kann. Der gewünschte Soll-Kurs ist durch die Fahrspurmitte gebildet, die mit dem Kurvenradius identisch ist. Die Fahrspurmitte gibt sozusagen die Bahn des Fahrzeugs an, die bei einer angepaßten Fahrzeuglangsgeschwmdigkeit durchfahren werden konnte. Es ist das Ziel der vorliegenden Erfindung möglichst zu verhindern, dass das Fahrzeug aufgrund der überhöhten Fahrzeuglangsgeschwmdigkeit die Fahrbahn verlaßt. Die Erfindung minimiert hierzu den maximalen Querabstand zwischen der Fahrspurmitte und der durch den Fahrzeugschwerpunkt bestimmten Position des Fahrzeugs. Der Querabstand wird dabei radial zur Fahrspurmitte gemessen, unabhängig davon, ob die Fahrspurmitte einen Bahnverlauf mit konstantem Radius aufweist oder nicht. Der maximale Querabstand tritt auf, wenn die an die Fahrspurmitte angelegte Tangente parallel zu der an den tatsächlichen Kursverlauf des Fahrzeugs angelegten Tangenten ausgerichtet ist.
Um diesen maximalen Querabstand zu minimieren - so dass die maximale Kursabweichung zwischen gewünschtem und tatsächlichem Kurs möglichst gering ist - wird anhand eines mathematischen Optimierungsverfahrens eine Soll-Langsbeschleunigung bestimmt. Nachdem ein optimaler Wert für die Langsbeschleunigung gefunden worden ist, wird zur Regelung und/oder Steuerung der Ist- Langsbeschleunigung des Fahrzeugs ein Stellsignal erzeugt, so dass das Fahrzeug mit der Soll-Langsbeschleunigung verzögert werden kann.
Durch den Einsatz des neuartigen Verfahrens bzw. des neuartigen Bremssystems wird mithin mittels der Mmimierung des maximalen Querabstandes versucht, das Fahrzeug beim Durchfahren von Kurven mit zu hoher Fahrzeuglangsgeschwmdigkeit durch eine optimierte, automatische Betätigung der Radbremsemrichtungen auf der Fahrbahn zu halten.
Dieses Verfahren bzw. Bremssystem kann zusätzlich zu bereits bestehenden, einen automatischen Bremsvorgang auslosenden Einrichtungen wie ESP oder ABS, eingesetzt werden. Zum Beispiel erzeugt das ESP-System ein Giermoment um die Hochachse des Fahrzeugs, um den Fahrzustand zu stabilisieren. Das erfmdungs- gemaße Verfahren bzw. die erfmdungsgemaße Vorrichtung stellen eine bestimmte Soll-Langsbeschleunigung des Fahrzeugs ein, wobei es hier keine Rolle spielt mit welcher Bremskraft die einzelnen Rader beaufschlagt werden, so dass z.B. bei einem ESP- Bremsvorgang die Rader mit unterschiedlichen Bremskräften beaufschlagbar und somit ein Giermoment und gleichzeitig die geforderte Soll-Langsbeschleunigung einstellbar sind.
Zur Aktivierung des Bremssystems wird zunächst über das Vorliegen einer ermittelten Kurvenkrummung die Einfahrt eine Kurve detektiert. Anschließend wird festgestellt, ob die Fahrzeuglangsgeschwmdigkeit zu groß ist. Hierzu wird bei einer zweckmäßigen Ausführung die Ist-Giergeschwmdigkeit sensorisch ermittelt und mit einer ermittelten Soll-Giergeschwmdigkeit verglichen, wobei eine zu hohe momentane Fahrzeuglangsgeschwmdigkeit vorliegt, wenn die Ist-Giergeschwmdigkeit m unzulässiger Weise von der Soll-Giergeschwmdigkeit abweicht, z.B. wenn die Differenz zwischen Ist-Giergeschwmdigkeit und Soll- Giergeschwmdigkeit einen bestimmten Betrag übersteigt. Die Soll-Giergeschwmdigkeit wird zweckmäßig aus dem Fahrerwunsch abgeleitet, insbesondere aus dem vom Fahrer vorgegebenen Lenk- radwmkel, welcher über die Lenkubersetzung, die Fahrzeugge- schwmdigkeit, den Radstand des Fahrzeuges sowie den Eigenlenk- gradienten des Fahrzeugs in einer gegebenen Beziehung zur Gier- geschwmdigkeit steht.
Die aktuelle Kurvenkrummung kann aus dem Verhältnis der gegebenen Soll-Giergeschwmdigkeit zur Fahrzeuglangsgeschwmdigkeit geschätzt werden. Die Fahrspurmitte wird mit dem Kurvenradius gleichgesetzt, welcher sich durch Kehrwertbildung aus der Kurvenkrummung ergibt. Diese Schätzung ist insoweit gerechtfertigt, als davon ausgegangen werden kann, dass der Fahrer zumindest am Beginn der Kurve das Fahrzeug auf dem vorgegebenen Kur- venradius halt. Diese Ausfuhrung zeichnet sich durch eine einfache Betriebsweise bei hinreichender Genauigkeit aus.
In einer weiteren Ausführung kann es aber auch vorteilhaft sein, die aktuelle Kurvenkrummung aus einer Messung zu bestimmen. Derartige Messungen können beispielsweise mit Hilfe optischer Erfassungsgerate wie z.B. Kameras durchgeführt werden, wobei bevorzugt der tatsächliche Gierwmkel des Fahrzeugs m Bezug zum Fahrbahnrand bzw. zur Fahrspurmitte festgestellt wird. Diese Ausfuhrung zeichnet sich durch einen hohen Genauigkeitsgrad aus, wodurch der Fahrzeug-Grenzbereich präziser bestimmt werden kann und damit ein höheres Maß an Sicherheit bei der Kurvendurchfahrt erzielt werden kann.
Die Kurvenkrummung kann auch dadurch bestimmt werden, dass die genaue Fahrzeugposition bestimmt und mit dem aktuellen Strek- kenprofil verglichen wird, welches beispielsweise als elektronische Karte gespeichert sein kann. Die Positionsbestimmung des Fahrzeugs kann mit Hilfe eines Ortungssystems, beispielsweise GPS, erfolgen. Weitere Vorteile und zweckmäßige Ausfuhrungsformen sind den weiteren Ansprüchen, der Figurenbeschreibung und den Zeichnungen zu entnehmen. Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung mehrerer Bahnverlaufe von Fahrzeugen, die in eine Kurve einfahren bzw. die Kurve durchfahren,
Fig. 2 ein Ablaufdiagramm mit den Verfahrensschritten zur Durchfuhrung eines automatischen Bremsvorganges m Kurven,
Fig. 3 eine schematische Darstellung eines ersten Aus- fuhrungsbeispiels eines Bremssystemes und
Fig. 4 eine schematische Darstellung eines zweiten Aus- fuhrungsbeispiels eines Bremssystemes.
In Figur 1 sind mehrere, durch ihre Schwerpunkte schematisch dargestellte Fahrzeuge 1, 1', l1' gezeigt , die sich nach dem Einfahren m eine Kurve 2 entlang unterschiedlicher Bahnen 3, 4, 4' bewegen. Ein erstes Fahrzeug 1 bewegt sich mit einer Fahrzeuglangsgeschwmdigkeit v, die eine physikalisch bestimmte kurvenabhangige Grenzgeschwindigkeit nicht bersteigt, im Idealfall entlang der mit gestrichelter Linie dargestellten Fahrspurmitte 3, die beispielsgemaß auf dem Kurvenradius R der zu durchfahrenden Kurve 2 liegt.
Ein herkömmliches, zweites Fahrzeug 1', bei dem ein erfmdungs- gemaßer automatischer Bremsvorgang nicht erfolgt und das mit einer oberhalb der Grenzgeschwindigkeit liegenden Fahrzeuglangsgeschwmdigkeit v' m die Kurve hineinfahrt, bewegt sich z.B. entlang der strichpunktiert dargestellten Bahn 4 Dieses Fahrzeug 1' kann die Kurve aufgrund der zu hohen Fahrzeuglangsgeschwmdigkeit v' nicht durchfahren und wird abweichend von der idealen Bahn 3 m Richtung des Kurvenaußeren getrieben, was beispielsgemaß dazu fuhrt, daß das Fahrzeug 1' die befestigte Fahrbahn verlaßt. Figur 1 zeigt schließlich noch ein drittes Fahrzeug l'A bei dem gemäß der vorliegenden Erfindung em automatischer Bremsvorgang durchfuhrbar ist. Auch das Fahrzeug 1'' fahrt mit einer oberhalb der Grenzgeschwindigkeit liegenden Fahrzeuglangsgeschwmdigkeit v1' in die Kurve em. In dieser Situation wird em automatischer Bremsvorgang ausgeführt, mit dem Ziel, das Fahrzeug 1'' möglichst auf der Fahrbahn zu halten.
Anhand des Ablaufdiagramms in Figur 2 wird das Verfahren zur Durchfuhrung des automatischen Bremsvorgangs naher erläutert.
Fahrt das Fahrzeug 1'' in eine Kurve, wird zunächst in einem ersten Verfahrensschritt 5 die Kurvenkrummung p bestimmt. Dies kann beispielsweise mittels einer Schätzung für die Kurvenkrum-
mung p m Abhängigkeit der Soll-Giergeschwmdigkeit Ψs„// und der Fahrzeuglangsgeschwmdigkeit v' ' gemäß der Beziehung
erfolgen. Alternativ hierzu besteht auch die Möglichkeit die Kurvenkrummumg p derart zu bestimmen, dass die Position des Fahrzeugs mit Hilfe eines Ortungssystems, z.B. GPS, bestimmt wird und die Kurvenkrummung p durch die Auswertung einer gespeicherten Straßenkarte m Abhängigkeit von der momentanen Fahrzeugposition ermittelt wird. Die Kurvenkrummung p kann des weiteren auch unmittelbar gemessen werden, z.B. mit einem nicht naher dargestellten optischen Erfassungsgerat am Fahrzeug l'A beispielsweise einer Kamera.
Im darauffolgenden Schritt 6 des Verfahrens wird ermittelt, ob die aktuelle Fahrzeuglangsgeschwmdigkeit v' ' großer ist als eine kurvenabhangige Grenzgeschwindigkeit.
Beispielsgemaß kann hierzu em Vergleich zwischen der tatsach-
liehen Ist-Giergeschwmdigkeit Ψ„, , welche beispielsweise sensorisch ermittelt wird, und einer Soll-Giergeschwmdigkeit
Ψi0ιι durchgeführt werden. Die Soll-Giergeschwmdigkeit Ψ„// repräsentiert den Fahrerwunsch und kann z.B. aus dem Zusammenhang
m Abhängigkeit der Lenkubersetzung 1, des Radstandes L des Fahrzeuges, des Lenkradwinkels δ, der Fahrzeuglangsgeschwmdigkeit v' ' sowie des Eigenlenkgradienten EG des Fahrzeuges ermit-
telt werden. Sofern die Ist-Giergeschwmdigkeit Ψ,*, über einen vorgebbaren Differenzbetrag hinaus von der Soll-
Giergeschwindigkeit Ψ__// abweicht, kann auf eine Kurvenfahrt mit überhöhter Fahrzeuglangsgeschwmdigkeit v' ' geschlossen werden, d.h. die Fahrzeuglangsgeschwmdigkeit v' ' liegt über der Grenzgeschwindigkeit, die das Durchfahren der Kurve ermöglicht. In der Regel sind Kraftfahrzeuge untersteuernd ausgelegt, so dass die tatsächlich vorhandene Ist-
Giergeschwindigkeit Ψ,s bei zu hoher Fahrzeuglangsgeschwmdig¬
keit v1 ' kiemer ist als die Soll-Giergeschwmdigkeit Ψ4_// .
Wird im Verfahrensschritt 6 festgestellt, dass sich das Fahrzeug nicht mit einer überhöhten Fahrzeuglangsgeschwmdigkeit m die Kurve bewegt, dann wird zum Schritt 5 verzweigt (Verzweigung "neg" m Figur 2) . Andernfalls wird der Schritt 7 ausgeführt (Verzweigung "pos" m Figur 2), m dem eine Soll- Langsverzogerung a ,_ :1 bestimmt wird, mit der das Fahrzeug 1'' dann durch einen automatischen Bremsvorgang verzögert wird.
Die Bestimmung der Soll-Langsbeschleunigung aX;Jüll erfolgt derart, dass der Querabstand Δy zwischen der Fahrspurmitte 3 und der tatsachlichen Bewegungsbahn 4 des Fahrzeugs 1"' radial zur Fahrspurmitte 3 gemessen an der Stelle, an der er sein Maximum Δyma^ erreicht minimiert wird. Anders ausgedruckt wird die maximale Abweichung Λy„, zwischen der gewünschten Bahn entlang der Fahrspurmitte 3 und der tatsächlich gefahrenen Bahn 4 minimiert, um das Fahrzeug 1'' so nahe wie möglich an der Fahrspurmitte 3 durch die Kurve fahren zu können und em Abkommen von der befestigten Fahrbahn möglichst zu verhindern.
Die Ausgangsgieichungen für den Querabstand Δy und den Kurswmkel A<9 lauten wie folgt:
Δy = smΔ< v" (1)
Δl9 = -^7-v"cosΔ. p (2)
wobei A& den Kurswmkel angibt, d.h. den Winkel zwischen der momentanen, tatsächlichen Bewegungsrichtung des Fahrzeugs l1' entlang der Bahn 4 und der gewünschten Bewegungsπchtung entlang der Fahrspurmitte 3 darstellt. Der Kurswmkel Δι ergibt sich demnach aus dem Winkel zwischen der Tangenten an die Fahrspurmitte 3 und der Tangenten die Bahn 4 (Figur 1); ay stellt die Beschleunigung des Fahrzeugs 1'' quer zur Fahrtrichtung (y- Richtung) dar.
Es handelt sich be der Bestimmung von der Soll- Langsbeschleunigung ax,Soiι um em Optimierungsproblem, das anhand von verschiedenen Methoden gelost werden kann. Bei einer ersten Methode geht man vereinfachend davon aus, dass die Soll-Langsbeschleunigung ax,JolJ = ax,j ll#1. konstant ist, wodurch sich eine einfache und robuste Steuerung oder Regelung der Ist-Langsbeschleunigung aX;1 , ergibt.
Aus Gleichung (1) ergibt sich durch Ableitung:
Δy = v"sιn(Δ,9) + v"cos(Δ,) A3 ( 3 :
Für kleine Kurswmkel A3 ergibt sich aus Gleichung (3;
Ay = v" A Θ = av - v"2 p ( :
Daraus kann man wegen der als konstant angenommenen Soll- Langsbeschleunigung ax,soιι = ax,Soiι, Gleichung (4) integrieren zu:
Diese Gleichung wird partiell nach der Zeit t und der Beschleunigung ax,k abgeleitet und jeweils gleich Null gesetzt, woraus sich ergibt:
Aus diesen Gleichungen (6), (7) erhalt man: " lv*k + . a~v vkk+ ' k "• a " v k, +l
k = (μg)2 10;
Die Losung der Gleichung 3. Ordnung (8) lautet
ly toll k z + j* mit >---i 12'
Dabei ist z=s+w :i3)
s = H -^ + D :i )
w ■ V _- -V_> ;i5:
Diskrimmante D ;i6:
Somit stellt sich das Ergebnis wie folgt dar:
Der Zeitpunkt te bei Erreichen des Maximums des Querabstandes Δyma ergibt sich zu
2 Λ
3 {μ g) 3 v 0 19: lx,soll,k P V 0 ay,oll k J und die Soll-Langsbeschleunigung
wobei in diese beiden Losungsgleichungen (19), (20) die Gleichungen (12) bis (18) einzusetzen sind.
Alternativ zu dieser ersten Bestimmungsmethode mit konstanter Soll-Langsbeschleunigung ax,son,k kann bei einer weiteren Methode em dynamisches Optimierungsproblem gelost werden.
Das zu losende Problem lautet:
te . te
J = JΔ v Λ ≡ jV' Δ ? dt = Ay(te) ( 21 )
0 0
wobei J das Gutefunktional darstellt und als Nebenbedingung gilt:
A3 = -^-- v" cos A3 p . (22) v"
Bei dieser Bestimmungsmethode wird von einem 2-Punkt-Randwert- Problem ausgegangen, mit einem ersten Punkt zum Zeitpunkt t. beim Einfahren m die Kurve 2 und einem zweiten Punkt bei Erreichen des Endzeitpunktes te, zu dem der automatische Bremsvorgang beendet wird (hypothetischer Kurvenendpunkt) . Zunächst wird die Anfangsgeschwindigkeit v0 ' ' mit der das Fahrzeug 1'' die Kurve einfahrt erfaßt und zur weiteren Berechnung abgespeichert. Der Endzeitpunkt te ist erreicht, wenn das Fahrzeug 1'' den maximalen Querabstand Δymax von der Fahrspurmitte 3 einnimmt. Es weist dann aufgrund des automatischen Bremsvorganges noch eine Endgeschwindigkeit Ve'' auf, die kleiner ist als Vo' Zu diesem Endzeitpunkt t_ wird der automatische Bremsvor- gang beendet und das Fahrzeug 1 ' ' kann im weiteren Verlauf auf einer Bahn mit einem Radius, der zumindest dem Kurvenradius R entspricht gefahren werden. Beispielsgemaß ist die Endgeschwindigkeit V ' ' so gering, das auch eine Bahn mit einem kleineren Radius als dem Radius R gefahren werden kann, so dass das Fahrzeug 1'' wieder m Richtung der Fahrspurmitte 3 lenkbar ist (s. Figur 1 ) .
Aus der Formulierung des Optimierungskriteriums, dass der maximale Querabstand Λym, zwischen dem Fahrzeug 1'' und der Fahrspurmitte 3 minimiert werden soll, und der Losung des sich daraus ergebenden Gleichungssystems kann analytisch oder numerisch, gegebenenfalls unter vereinfachenden Bedingungen, die Soll-Langsbeschleunigung av,3__ι bestimmt werden. Hierbei werden jedoch zweckmaßigerweise zusätzliche Randbedingungen berücksichtigt. Als Bedingung wird insbesondere formuliert, dass der Kurswmkel Δ< sowohl zu Beginn der Kurveneinfahrt (Zeitpunkt t0) als auch im hypothetischen Kurvenendpunkt (Zeitpunkt t_ ) gleich Null ist.
Die Soll-Langsbeschleunigung a ,j l kann dann m Abhängigkeit von der Anfangsgeschwindigkeit v ' der aktuellen Fahrzeuglangsgeschwmdigkeit v' ' , dem ausnutzbaren Reibbeiwert μ und der Kurvenkrummung p bestimmt werden.
M2- )2 A3'
mit der Querbeschleunigung des Fahrzeugs 1''
a = fetf (24)
wobei λ die momentane Entfernung des Fahrzeugs vom hypothetischen Kurvenendpunkt (der zum Zeitpunkt A erreicht ist) dar- s t e l l t .
Auf eine analytische Losung des Problems wird im vorliegenden
A3
Fall verzichtet und eine Näherung für den Quotienten ein-
gesetzt .
Da der Kurswmkel A3 am Anfang Null ist aber λ ungleich Null ist, ist der Quotient zum Zeitpunkt tt (Einfahrt m die Kurve 2) gleich Null. Zum Zeitpunkt te (hypothetischer Kurvenendpunkt bei Erreichen des maximalen Querabstandes ) sind sowohl Kurswmkel Δι und Entfernung λ gleich Null. Der Quotient wird durch die Annahme bestimmt, daß die Querbeschleunigung av am
Endpunkt maximal ( a ma_ = // g ) ist. Damit ergibt sich der Quotient am Endpunkt zu:
e e
Zwischen dem Anfangs- und Endpunkt wird über die Fahrgeschwindigkeit linear interpoliert:
Für die Endgeschwindigkeit wird folgende Beziehung eingesetzt
v ist die Kurven-Grenzgeschwmdigkeit .
Die Soll-Langsbeschleunigung ax so_ι wird durch Einsetzen der Gleichungen (24) bis (27) m Gleichung (23) bestimmt.
Die Soll-Langsbeschleunigung ax,soιι wurde nunmehr im Schritt 7 des Verfahrens nach Figur 2 ermittelt. In einem letzten Verfahrensschritt 8 wird dann em Stellsignal 13 erzeugt, das zur Steuerung oder Regelung der Ist-Langsbeschleunigung a λ , dient .
Das gesamte Verfahren wird wahrend der Fahrt permanent zyklisch wiederholt, so dass auf Schritt 8 wieder Schritt 5 folgt.
Es versteht sich, dass der dargestellte Ablauf in Abwandlung zur Darstellung nach Figur 1 auch bei nicht konstanten Kurven- krummungen, also bei Kurvenbahnen, die keine Kreisform aufweisen, angewandt werden kann.
In den Figuren 3 und 4 sind zwei Ausfuhrungsformen eines Bremssystems 10 gemäß der vorliegenden Erfindung schematisch anhand jeweils eines Blockschaltbildes dargestellt.
Nach Figur 3 weist das Bremssystem 10 eine Regel- und Steuereinheit 11 auf, der die zur Berechnung der Soll- Langsbeschleunigung ax,Sün notwendigen Großen über mehrere Eingänge 12 zugeführt werden. Ausgangsseitig erzeugt die Regel- und Steuereinheit 11 em Stellsignal 13, das bei einer herkömmlichen hydraulischen Bremseinrichtung z.B. in Form des einzustellenden Bremsdruckes PB oder einer Bremskraft FB vorliegen kann (Figur 3) . Das Stellsignal 13 wird mit dem vom Fahrer an einem Bedienelement 14, beispielsweise dem Bremspedal, vorgegebenen Fahrer-Bremsdruck verglichen und das daraus ermittelte Signal 15 an em Fahrdynamikregel- oder -steuergerat 16 (z.B. ESP-Regler oder ABS-Regler) weitergeleitet. Dieser regelt oder steuert dann die nicht naher dargestellten Aktuatoren der einzelnen Radbremsemrichtungen 17 bis 20 des Fahrzeugs Abhängigkeit vom Signal 15. Liegt em Fahrer-Bremswunsch vor, dessen Verzögerung großer ist als die, die durch die Soll- Langsbeschleunigung ay,Soiι erreicht werden wurde, so kann der Fahrer-Bremswunsch Priorität erhalten und es wird z.B. eine entsprechend dem Bremswunsc des Fahrers geforderte Verzögerung vom Fahrdynamikregel- oder -steuergerat 16 eingesteuert bzw. eingeregelt .
In Abwandlung zu Figur 3 ist das Bremssystem 10 nach Figur 4 nach Art eines sogenannten "Brake-By-Wιre"-Bremssystems z.B. als elektrohydraulisches Bremssystem (EHB) oder elektromechani- sches Bremssystem (EMB) ausgestaltet. Der Bremswunsch des Fahrers wird dabei über eine Vorgabeeinrichtung 21 unmittelbar als em der gewünschten Fahrer-Langsbeschleunigung entsprechendes Fahrer-Beschleunigungssignal 22 ausgegeben. Die Regel- und Steuereinheit 11 kann daher auch direkt die errechnete Soll- Langsverzogerung aIrS0u als Stellsignal 13 ausgeben, so daß auch das Signal 15 für das Fahrdynamikregel- oder -steuergerat 16 in Form eines dem einzustellenden Beschleunigungswert entsprechendes Signal vorliegt, wobei dieser Beschleunigungswert dann eingeregelt oder eingesteuert werden kann. Wie schon im Zusammenhang mit Figur 3 erwähnt, kann auch bei dieser Ausfuhrung der Fahrer-Bremswunsch vorrangig vor dem Bremswunsch der Regel- und Steuereinheit 11 behandelt werden, beispielsweise wenn die Fahrer-Langsbeschleunigung betragsmaßig großer ist als die Soll- Langsbeschleunigung av,30n.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Durchfuhrung eines automatischen Bremsvorgangs in einem Fahrzeug, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass beim Einfahren eine Kurve (2) deren aktuelle Kurvenkrummung (p) ermittelt wird, dass ermittelt wird, ob die aktuelle Fahrzeuglangsgeschwmdigkeit (v, v1, v' für das Durchfahren der Kurve mit der ermittelten Kurvenkrummung (p) zu groß ist, dass die Soll-Langsbeschleunigung (a ,__n) m der Weise bestimmt wird, dass der maximale Querabstand (Δyma,) zwischen Fahrzeug (1'') und Fahrspurmitte (3) - radial zur Fahrspurmitte (3) gemessen - minimiert wird, dass bei überhöhter Fahrzeuglangsgeschwmdigkeit (V ' ) em Stellsignal (13) erzeugt wird, so dass die Soll- Langsbeschleunigung (a ,3_ιι) einsteuerbar oder einregelbar
2. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t,
dass die Ist-Giergeschwmdigkeit ( Ψ,5, ) des Fahrzeugs über einen Sensor ermittelt wird und die überhöhte Fahrzeuglangsgeschwmdigkeit (V ' ) dadurch feststellbar ist, dass eine ermittelbare
Soll-Giergeschwmdigkeit ( Ψ__« ) m unzulässiger Weise von der
Ist-Giergeschwmdigkeit ( Ψ«. ) abweicht.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die aktuelle Kurvenkrummung (p) durch das Verhältnis einer
gegebenen Soll-Giergeschwindigkeit ( Ψ„,// ) zur Fahrzeuglangsgeschwmdigkeit (v' ' ) gemäß der Beziehung
p = ( Ψ-0« ) / v "
geschätzt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die aktuelle Kurvenkrummung (p) mit Hilfe eines optischen Erfassungsgeräts bestimmt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die aktuelle Kurvenkrummung (p) durch eine Positionsbestimmung mittels eines Ortungssystems und einer elektronisch gespeicherten Karte bestimmt wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t ,
dass die Soll-Giergeschwindigkeit ( Ψi0_ ) aus dem Lenkradwinkel (δ) gemäß der Beziehung
Ψ ?o!l A i -A L l + EG-v"2 ermittelt wird, worin
1 die Lenkubersetzung,
L den Radstand des Fahrzeugs und
EG den Eigenlenkgradienten des Fahrzeugs bezeichnen .
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Soll-Langsbeschleunigung (aXfS0n) zumindest aus der Anfangsgeschwindigkeit (v0'') des Fahrzeugs ( 1 '' ) bei Kurveneinfahrt, dem ausgenutzten Reibbeiwert (μ) der Kurvenkrummung (p) und der Erdbeschleunigung g bestimmt wird.
8. Verfahren nach Anspruch 7, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Soll-Langsbeschleunigung (a/30lι) zusätzlich in Abhängigkeit von der aktuellen Fahrzeuglangsgeschwmdigkeit (v'') ermittelt wird.
9. Verfahren nach Anspruch 7, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das Fahrzeug (1'') wahrend des automatischen Bremsvorgangs eine konstante Langsbeschleunigung (ay, ) erfahrt.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Querabstand (Δy) zwischen Fahrzeug (1'') und Fahrspurmitte (3) Abhängigkeit vom Kurswmkel (Δθ) gemäß dem
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DE19962549 1999-12-23
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