WO2003104014A1 - Verfahren und vorrichtung zur begrenzung der kurvengeschwindigkeit - Google Patents

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Definitions

  • a second value for the curve radius is calculated in block 101. This type of determination is based, for example, on knowledge of the wheelbase a (the wheelbase a is the distance from the front axle to the rear axle) and the steering angle ⁇ . For this purpose, the value tan ( ⁇ ) is first determined in block 101 and then the variable a / tan ( ⁇ ) is formed. This results in

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Begrenzung der Kurvengeschwindigkeit eines Fahrzeugs auf eine Grenzgeschwindigkeit (vkvb), bei dem eine einen Kurvenradius (rkp) beschreibende Größe ermittelt wird und bei dem aus der den Kurvenradius (rkp) beschreibenden Größe eine Grenzgeschwindigkeit (vkvb) ermittelt wird. Der Kern der Erfindung besteht darin, dass die Ermittlung der Grenzgeschwindigkeit (vkvb) aus der den Kurvenradius beschreibenden Größe (rkp) durch den Fahrer (130) beeinflussbar ist.

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Begrenzung der Kurvengeschwindigkeit
Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einem Verfahren und einer Vorrichtung zur Begrenzung der Kurvengeschwindigkeit nach der Gattung der unabhängigen Ansprüche .
Aus der DE 198 48 236 AI sind ein Verfahren und eine Vor- richtung zur Begrenzung der Geschwindigkeit eines Fahrzeugs bekannt, wobei im Rahmen eines iterativen Prozesses abhängig von Fahrzeuggeschwindigkeit, maximaler Querbeschleunigung und Kurvenradius eine Sollgeschwindigkeit ermittelt wird. Diese nähert sich einer Grenzgeschwindigkeit an, mit der die zu durchfahrende Kurve sicher durchfahren werden kann. Die
Geschwindigkeit des Fahrzeugs wird abhängig von dieser Sollgeschwindigkeit und der Istgeschwindigkeit gesteuert.
Aus der DE 199 64 032 AI sind eine Vorrichtung und ein Ver- fahren zur Stabilisierung eines Fahrzeugs bekannt. Bei dem
Verfahren wird zur Stabilisierung des Fahrzeugs eine Querdynamikgröße, die die Querdynamik des Fahrzeugs beschreibt, geregelt. Die Regelung der Querdynamikgröße wird so durchgeführt, dass der Schwimmwinkel des Fahrzeuges auf einen vor- gegebenen Wert begrenzt wird. Durch eine Vorgabe des Fahrers wird die Querdynamikgröße so verändert, dass ein größerer Schwimmwinkel als der vorgegebene Wert zugelassen wird.
Die Merkmale der Oberbegriffe der unabhängigen Ansprüche sind der DE 198 48 236 AI entnommen.
Vorteile der Erfindung
Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zur Begrenzung der Kurvengeschwindigkeit eines Fahrzeugs " auf eine Grenzgeschwindigkeit, bei dem eine den Kurvenradius beschreibende Größe ermittelt wird und - bei dem aus der den Kurvenradius beschreibenden Größe eine Grenzgeschwindigkeit ermittelt wird. Der Kern der Erfindung besteht darin, dass die Ermittlung der Grenzgeschwindigkeit aus der den Kurvenradius beschreibenden Größe durch den Fahrer beeinflussbar ist. Damit bie- tet sich vorteilhafterweise die Möglichkeit, die zulässige Grenzgeschwindigkeit fahrerindividuell zu beeinflussen und an den Fahrstil des Fahrers anzupassen.
Eine vorteilhafte Ausführungsform ist dadurch gekennzeich- net, dass die den Kurvenradius beschreibende Größe aus wenigstens zwei auf unterschiedliche Weisen ermittelten Kurvenradiusgrößen ermittelt wird. Durch die Ermittlung des Kurvenradius auf wenigstens zwei unterschiedliche Arten wird eine höhere Genauigkeit und Verfügbarkeit des Verfahrens er- reicht.
Eine vorteilhafte Ausführungsform davon ist dadurch gekennzeichnet, dass die den Kurvenradius beschreibende Größe als Minimum wenigstens zweier auf unterschiedliche Weisen ermit- telter Kurvenradiusgrößen ermittelt wird. Dies hängt damit zusammen, dass die kleinere der beiden Kurvenradiusgrößen die kritischere ist.
Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform ist dadurch ge- kennzeichnet, dass eine der Kurvenradiusgrößen aus dem Lenkwinkel und dem Radstand ermittelt wird und eine der Kurvenradiusgrößen aus der Fahrzeuggeschwindigkeit und der Querbeschleunigung ermittelt wird. Beide Verfahren sind zur Ermittlung des Kurvenradius besonders geeignet, da sie die Er- mittlung des Kurvenradius aus einfachen Rechenvorschriften erlauben. Diese sind in einem Steuergerät auf einfache Weise implementierbar .
Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Beeinflussung der Ermittlung der
Grenzgeschwindigkeit durch den Fahrer über ein manuell betätigbares Bedienelement erfolgt.
Dieses manuell betätigbare Bedienelement ist vorteilhafter- weise so im Fahrzeug positioniert ist, dass es während der Fahrt vom Fahrer betätigt werden kann. Dadurch wird es dem Fahrer ermöglicht, dass auch während der Fahrt die Ermittlung der Kurvengrenzgeschwindigkeit beeinflusst werden kann. Insbesondere können Faktoren wie beispielsweise Regen oder Fahrbahnbeschaffenheit bei der Beeinflussung der Ermittlung der Kurvengrenzgeschwindigkeit berücksichtigt werden.
Eine weitere Ausgestaltung ist dadurch gekennzeichnet, dass das manuell betätigbare Bedienelement durch den Fahrer we- nigstens in drei verschiedene Zustände geschaltet werden kann. Auch eine stufenlose (kontinuierliche) Beeinflussung (beispielsweise über ein Potentiometer) ist denkbar.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung ist dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine der beiden Kurvenradiusgrößen über die
Ausgangssignale einer das Fahrzeugumfeld erfassenden Senso- rik ermittelt wird. Diese Sensorik kann beispielsweise Radarsensoren oder Kameras umfassen, die den Straßenverlauf vor dem Fahrzeug erkennen. Es ist hierzu auch denkbar, dass Informationen aus einem Navigationssystem oder GPS-System verwendet werden.
Die Vorrichtung zur Begrenzung der Kurvengeschwindigkeit eines Fahrzeugs auf eine Grenzgeschwindigkeit enthält erste Ermittlungsmittel zur Ermittlung einer den Kurvenradius be- schreibenden Größe und zweite Ermittlungsmittel, in denen aus der den Kurvenradius beschreibenden Größe eine Grenzgeschwindigkeit ermittelt wird. In der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind Beeinflussungsmittel vorhanden, mit denen die Ermittlung der Grenzgeschwindigkeit aus der den Kurvenradius beschreibenden Größe durch den Fahrer beeinflussbar ist.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind den Unteransprüchen zu entnehmen .
Zeichnung
Die Zeichnung besteht aus Fig. 1.
In Fig. 1 ist ein Ausführungsbeispiel für den Aufbau und grundlegenden Verfahrensablauf der Erfindung dargestellt.
Ausführungsbeispiele
In bestehenden elektronischen Systemen zur Fahrdynamikregelung (ESP) wird das Motormoment reduziert sowie Bremseingriffe eingeleitet, um die Stabilität des Fahrzeugs zu erhalten. Dies geschieht jedoch nur im dynamischen Grenzfall, d.h. wenn das Giermoment kritische Werte erreicht und das
Fahrzeug zu schleudern droht. Bestehende Tempomatfunktionen in Motorsteuergeräten regeln lediglich die Fahrzeuggeschwindigkeit durch Verändern des Motormoments. Die Erfindung betrifft ein übergeordnetes System, das die Geschwindigkeit in Kurven noch vor dem Erreichen des dynamischen Grenzfalls be- grenzt. Dieses System soll sowohl über Rücknahme des Motormoments, Getrieberückschaltungen als auch über Bremseingriffe wirken. Bei der Erfindung wird zunächst ein prädizierter Kurvenradius rkp gebildet. Damit wird versucht, die Information über eine bevorstehende Kurvenfahrt möglichst frühzei- tig aus den Fahrzeugdaten zu gewinnen. Dabei spielt es eine wesentliche Rolle, mit welchen Sensoren das Fahrzeug ausgestattet ist. Dies können beispielsweise Radarsensoren oder Kameras sein, die den Straßenverlauf vor dem Fahrzeug erkennen. Es ist hierzu auch denkbar, dass Informationen aus ei- nem Navigationssystem oder GPS-System verwendet werden. Im einfachsten Fall ist im Fahrzeug nur ein Lenkwinkelsensor vorhanden.
In Fig. 1 ist der prinzipielle Aufbau einer Ausführungsform dargestellt.
Die Ermittlung des Kurvenradius rkp in Figur 1 erfolgt in Block 100. Darin sind zwei verschiedene Methoden (Blöcke 101 und 102) zur Ermittlung des Kurvenradius implementiert. Da- bei ist in Figur 1 beispielhaft der Fall vorgesehen, dass ein Beschleunigungssensor und ein Lenkwinkelsensor sowie eine Vorrichtung zur Ermittlung der Fahrzeuggeschwindigkeit vfzg im Fahrzeug vorhanden sind. Der Lenkwinkelsensor liefert das Eingangssignal δ in Figur 1, der Beschleunigungs- sensor liefert das Eingangssignal aq in Figur 1. Die Fahrzeuglängsgeschwindigkeit vfzg kann beispielsweise aus den Ausgangssignalen von Raddrehzahlsensoren ermittelt werden. In ESP-Systemen sind sowohl ein Lenkwinkelsensor, ein Quer- beschleunigungssensor als auch Raddrehzahlsensoren bereits enthalten. In Block 102 wird der Kurvenradius rkq beispielsweise aus der Fahrzeuglängsgeschwindigkeit vfzg und der Querbeschleunigung aq berechnet. Dies geschieht aus dem Kräftegleichgewicht m * aq = J ά . rkq
Diese Gleichung beschreibt die kinematische Kreisbewegung um einen Kreismittelpunkt. Eine Auflösung dieser Gleichung nach rkq ergibt vfzg2 rkq = m * aq
Ein zweiter Wert für den Kurvenradius wird in Block 101 berechnet. Diese Ermittlungsart basiert beispielsweise auf der Kenntnis des Radstandes a (der Radstand a ist der Abstand von Vorderachse zu Hinterachse) sowie des Lenkwinkels δ. Dazu wird in Block 101 zuerst der Wert tan(δ) ermittelt und danach wird die Größe a/tan(δ) gebildet. Damit ergibt sich
rkδ = —— * (1 + (vfzg/vch)2) . tan δ rkδ ist derjenige Kurvenradius, welcher sich aus dem Lenkwinkel und dem Radstand ergibt und der dem Fahrerwunsch entspricht. Das ist derjenige Kurs, dem das Fahrzeug ohne Einwirkung der Fliehkräfte folgen würde. Dabei wird davon ausgegangen, dass der Schwimmwinkel (d.h. der Winkel zwischen Fahrzeuglängsachse und der Kurventangente) Null ist. vch ist eine fahrzeugspezifische Größe, nämlich die (beispielsweise in die Ackermann-Gleichung eingehende) charakteristische Geschwindigkeit .
Anschließend wird in Block 150 das Minimum aus beiden Radien gebildet, da der kleinere Radius von beiden der kritischere ist. Das bedeutet anschaulich, wenn das Fahrzeug untersteuert, wird rkδ verwendet und wenn das Fahrzeug übersteuert, wird rkq verwendet. Der kleinere der beiden Radien (als Ausgangssignal rkp bezeichnet) stellt das Ausgangssignal von Block 100 dar und wird an Block 110 weitergegeben. In Block 110 erfolgt die Bestimmung der Grenzgeschwindig- keit. Dazu enthalt Block 110 beispielsweise mehrere Kennlinien, von denen jede dem Kurvenradius rkp eine gewünschte Grenzgeschwindigkeit vkvb zuordnet.
In Figur 1 ist der Fahrer 130 dargestellt. Dieser beein- flusst durch seine Wahl das Bedienelement 140. über das Bedienelement 140 wird die Ermittlung der Kurvengeschwindig- keit beeinflusst, beispielsweise die Auswahl der Kennlinie. Der Fahrer kann beispielsweise zwischen drei verschiedenen Optionen wählen: Option 1: Die Kurvengrenzgeschwindigkeit ist nicht begrenzt (Block 141), Option 2: Die Kurvengrenzgeschwindigkeit ist auf eine Geschwindigkeit knapp unterhalb der fahrdynamisch zulassigen Grenzgeschwindigkeit begrenzt (Block 142), Option 3: Die Kurvengrenzgeschwindigkeit ist auf einen Wert weit unterhalb der fahrdynamisch zulassigen Grenzgeschwindigkeit begrenzt (Block 143) . Diese Wahl des Fahrers beeinflusst den Block 110, in dem der Fahrer über seine Wahl die Kennlinie vorgibt, welche zur Ermittlung der Grenzgeschwindigkeit aus dem Kurvenradius rkp verwendet wer- den soll. Block 110 liefert die ermittelte Grenzgeschwindigkeit vkvb an den Regler 120. Dieser Regler empfangt als Eingangssignal zusatzlich die Große vfzg (das ist die Fahrzeug- langsgeschwindigkeit) und sorgt dafür, dass die Fahrzeug- langsgeschwindigkeit die zulassige Grenzgeschwindigkeit nicht überschreitet. Dazu beeinflusst der Regler 120 die Aktormittel 150. Die Aktormittel 150 können beispielsweise Bremseingriffe durchfuhren oder das Motormoment beeinflussen. Die beschriebene Vorrichtung und das beschriebene Verfahren erhohen das Gefühl der Sicherheit und somit den Fahr- komfort, indem die Fahrzeuggeschwindigkeit noch vor dem Erreichen des dynamischen Grenzfalls (bzw. der fahrdynamischen Grenzgeschwindigkeit) auf Werte begrenzt wird, die vom Fahrer als angenehm empfunden werden. Die fahrdynamische Grenzgeschwindigkeit ist dabei vorzugsweise diejenige Geschwin- digkeit, bei welcher die für die Spurhaltung des Fahrzeugs notwendige Seitenfuhrungskraft gerade noch vorhanden ist. Alternativ dazu kann es sich bei der fahrdynamischen Grenzgeschwindigkeit um diejenige Geschwindigkeit handeln, welche in einer Kurve aus Sicherheitsgründen nicht überschritten werden darf und deren Überschreitung in der Kurve durch ein Regelungssystem verhindert wird.

Claims

Ansprüche
1. Verfahren zur Begrenzung der Kurvengeschwindigkeit eines Fahrzeugs auf eine Grenzgeschwindigkeit, - bei dem eine einen Kurvenradius beschreibende Größe (rkp) ermittelt wird, bei dem aus der den Kurvenradius beschreibenden Größe
(rkp) eine Grenzgeschwindigkeit (vrkp) ermittelt wird, dadurch gekennzeichnet dass - die Ermittlung der Grenzgeschwindigkeit (vrkp) aus der den Kurvenradius beschreibenden Größe (rkp) durch den
Fahrer beeinflussbar ist.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die den Kurvenradius beschreibende Größe (rkp) aus wenigstens zwei auf unterschiedliche Weisen ermittelten Kurvenradiusgrößen (rkaq, rkδ) ermittelt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die den Kurvenradius beschreibende Größe (rkp) als Minimum wenigstens zweier auf unterschiedliche Weisen ermittelten Kurvenradiusgrößen (rkaq, rkδ) ermittelt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine der Kurvenradiusgrößen (rkδ) aus dem Lenkwinkel (δ) und dem Radstand (a) ermittelt wird und eine der Kurvenradiusgrößen (rkaq) aus der Fahrzeuggeschwindigkeit (vfzg) und der Querbeschleunigung (aq) er- mittelt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Beeinflussung der Ermittlung der Grenzgeschwindigkeit durch den Fahrer über ein manuell betätigbares Bedienelement erfolgt.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das manuell betätigbare Bedienelement so im Fahrzeug positioniert ist, dass es während der Fahrt vom Fahrer betätigt werden kann.
7. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das manuell betätigbare Bedienelement durch den Fahrer wenigstens in drei verschiedene Zustände geschaltet werden kann.
8. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine der beiden Kurvenradiusgrößen über die Aus- gangssignale einer das Fahrzeugumfeld erfassenden Sensorik ermittelt wird.
9. Vorrichtung zur Begrenzung der Kurvengeschwindigkeit eines Fahrzeugs auf eine Grenzgeschwindigkeit, welche erste Ermittlungsmittel (100) zur Ermittlung einer einen Kurvenradius beschreibenden Größen (rkp) und zweite Ermittlungsmittel (110) , in denen aus der den Kurvenradius beschreibenden Größe (rkp) eine Grenzgeschwindigkeit (vrkp) ermittelt wird, enthält, dadurch gekennzeichnet dass - Beeinflussungsmittel (140) vorhanden sind, mit denen die Ermittlung der Grenzgeschwindigkeit (vrkp) aus der den Kurvenradius beschreibenden Größe (rkp) durch den Fahrer beeinflussbar ist.
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