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Verfahren und Vorrichtung
zur Regelung der Geschwindigkeit eines Fahrzeugs
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Die vorliegende Erfindung betrifft
eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Regelung der Geschwindigkeit
eines Fahrzeugs, das mit einem adaptiven Abstands- und Geschwindigkeitsregler
und einem Antriebsschlupfregelsystem ausgestattet ist, wobei die
vom adaptiven Abstands- und Geschwindigkeitsregler maximal ausgebbare
Sollbeschleunigung mindestens während
dem Regelbetrieb des Antriebsschlupfregelsystems auf einen Sollbeschleunigungswert
begrenzt wird, der kleiner ist als die maximal vom Abstands- und
Geschwindigkeitsregler ausgebbare Sollbeschleunigung ohne Antriebsschlupfregeleingriff.
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Aus der Veröffentlichung "Adaptive Cruise Control
System – Aspects
and Development Trends" von Wiener, Witte, Uhler und Lichtenberg,
veröffentlicht
auf der SAE International Congress and Exposition, Detroit, 26. – 29. Februar
1996, SAE-Paper Nr. 961010 ist eine Vorrichtung bekannt, die Radarstrahlung
aussendet und die an den erkannten Objekten reflektierten Strahlen
empfängt.
Aus den empfangenen Radarsignalen können Geschwindigkeiten und Abstände vorausfahrender
Fahrzeuge erkarnnt werdern, woraufhin der adaptive Abstands- und
Geschwindigkeitsregler die Verzögerungsmittel
bzw. den Vortrieb des eigenen Fahrzeugs steuert. Derartige Systeme
sind als Komfortsysteme ausgelegt, weshalb die Beschleunigungsdynamik
bzw. Verzögerungsdynamik,
die der Abstands- und Geschwindigkeitsregler steuern kann, beschränkt sind. Üblicherweise
beträgt
die maximale Beschleunigung, die ein derartiger Abstands- und Geschwindigkeitsregler
anfordern kann, bis zu 2,5 m/s2 oder 3 m/s2.
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Aus dem Buch "Fahrsicherheitssysteme",
erschienen im Verlag Friedrich Vieweg und Sohn Verlagsgesellschaft
mbH, Braunschweig, 2. Auflage 1998 ist auf den Seiten 72 bis 81
der Aufbau und die Funktionsweise von Antriebsschlupfregelungssystemen
beschrieben. Diese Systeme haben die Aufgabe, beim Anfahren und
Beschleunigen eines Fahrzeugs die Stabilität und Lenkfähigkeit des Fahrzeugs zu sichern,
indem bei Bedarf das Motordrehmoment rechtzeitig an das jeweils
auf die Strasse übertragbare
Antriebsmoment angepasst wird.
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Bei Fahrzeugen, die sowohl mit Antriebsschlupfregelsystemen,
sowie mit adaptiven Abstands- und Geschwindigkeitsreglern ausgestattet sind,
wird häufig
der aktive Abstands- und Geschwindigkeitsregler deaktiviert, wenn
die Antriebsschlupfregelung in das Fahrgeschehen eingreift, also
wenn die Antriebsschlupfregelung im aktiven Regelbetrieb ist, da
die Antriebsschlupfregelung das Motormoment bzw. die Beschleunigungsanforderung
reduziert, der Abstands- und Geschwindigkeitsregler jedoch in der
Regel ein höheres
Motordrehmoment bzw. einen größeren Sollbeschleunigungswert
anfordert. Auf Grund dieses Konfliktes des einzuregelnden Motordrehmoments
bzw. der einzuregelnden Sollbeschleunigung wird üblicherweise das Abstands-
und Geschwindigkeitsregelsystem abgeschaltet und bleibt auch nach
beendetem Regelbetrieb der Antriebsschlupfregelung deaktiviert.
In diesen Fällen muss
der Fahrer des Fahrzeugs den Abstands- und Geschwindigkeitsregler
wieder aktivieren, was insbesondere dann zu einem undurchsichtigen
Systemverhalten führt,
wenn die Antriebsschlupfregelung für den Fahrer unbemerkbar in
das Fahrgeschehen eingreift.
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Der Kern der vorliegenden Erfindung
ist es, die im Stand der Technik beschriebenen Nachteile zu überwinden.
Erfindungsgemäß wird dies
durch die Merkmale der unabhängigen
Ansprüche
gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen ergeben sich aus
den Unteransprüchen.
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Vorteilhafterweise ist die vom Abstands-
und Geschwindigkeitsregler maximal ausgebbare Sollbeschleunigung
während
des Eingriffs des Antriebsschlupfregelsystems in das Fahrgeschehen
auf einen vorgebbaren Wert begrenzt.
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Weiterhin ist es vorteilhaft, dass
der vorgebbare Wert ein konstanter Wert ist.
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Besonders vorteilhaft ist es, dass
der vorbestimmte Wert in Abhängigkeit
der Fahrzeuggeschwindigkeit oder des momentanen Lenkwinkels oder
der Außentemperatur
oder einer Kombination hieraus veränderbar ist. Hierdurch ist
es möglich,
bei Witterungsverhältnissen
oder Fahrsituationen, in denen die Antriebsschlupfregelung mit hoher
Wahrscheinlichkeit anspricht, denn begrenzten Sollbeschleunigungswert
so zu verändern,
dass der Antriebsschlupfregelungseingriff möglichst rasch beendet wird,
jedoch gleichzeitig ein möglichst
hohes Drehmoment auf die Strasse übertragen werden kann.
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Weiterhin ist es vorteilhaft, dass
nach Beendigung des Eingriffs des Antriebsschlupfregelsystems die
vom adaptiven Abstands- und Geschwindigkeitsregler maximal ausgebbare,
begrenzte Sollbeschleunigung zeitabhängig erhöht wird.
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Besonders vorteilhaft ist, dass die
Erhöhung der
vom adaptiven Abstands- und Geschwindigkeitsregler maximal ausgebbaren,
begrenzten Sollbeschleunigung mittels einer zeitabhängigen Rampe erfolgt.
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Weiterhin ist vorteilhaft, dass die
zeitabhängige
Rampe eine konstante Steigung aufweist.
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Vorteilhafterweise werden dem adaptiven Abstands-
und Geschwindigkeitsregler Signale zugeführt, die die momentane Fahrgeschwindigkeit,
den momentanen Lenkwinkel und/oder die Außentemperatur repräsentieren
und die Begrenzung des vom adaptiven Abstands- und Geschwindigkeitsregler maximal
ausgebbaren Sollbeschleunigungswertes während eines Eingriffs des Antriebsschlupfregelsystems
in das Fahrgeschehen in Abhängigkeit
der Fahrgeschwindigkeit, des Lenkwinkels oder der Außentemperatur
oder einer Kombination hieraus erfolgt.
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Weiterhin ist vorteilhaft, dass der
adaptive Abstands- und Geschwindigkeitsregler Mittel aufweist, die
nach Beendigung des Eingriffs einer Antriebsschlupfregelung in das
Fahrgeschehen die begrenzte, vom Abstands- und Geschwindigkeitsregler maximal
ausgebbare Sollbeschleunigung, zeitabhängig erhöhen.
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Von besonderer Bedeutung ist die
Realisierung des erfindungsgemäßen Verfahrens
in der Form eines Steuerelements, das für ein Steuergerät einer adaptiven
Abstands- und Geschwindigkeitsregelung eines Kraftfahrzeugs vorgesehen
ist. Dabei ist auf dem Steuerelement ein Programm gespeichert, das auf
einem Rechengerät,
insbesondere auf einem Mikroprozessor oder Signalprozessor, ablauffähig und zur
Ausführung
des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignet
ist. In diesem Fall wird also die Erfindung durch ein auf dem Steuerelement
abgespeichertes Programm realisiert, so dass dieses mit dem Programm
versehene Steuerelement in gleicher Weise die Erfindung darstellt
wie das Verfahren, zu dessen Ausführung das Programm geeignet
ist. Als Steuerelement kann insbesondere ein elektrisches Speichermedium
zur Anwendung kommen, beispielsweise ein Read-Only-Memory.
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Weitere Merkmale, Anwendungsmöglichkeiten
und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung
von Ausführungsbeispielen
der Erfindung, die in den Figuren der Zeichnung dargestellt sind.
Dabei bilden alle beschriebenen oder dargestellten Merkmale für sich oder
in beliebiger Kombination den Gegenstand der Erfindung, unabhängig von
ihrer Zusammenfassung in den Patentansprüchen oder deren Rückbeziehung
sowie unabhängig
von ihrer Formulierung bzw. Darstellung in der Beschreibung bzw.
in den Zeichnungen.
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Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der
Erfindung anhand von Zeichnungen erläutert.
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Es zeigen
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1 ein
schematisiertes Blockdiagramm eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Vorrichtung,
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2 ein
Beschleunigungs-Zeit-Diagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens und
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3 ein
weiteres Beschleunigungs-Teit-Diagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens.
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Beschreibung
von Ausführungsbeispielen
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1 zeigt
ein schematisches Blockdiagramm eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Vorrichtung.
Zu erkennen ist der Abstands- und Geschwindigkeitsregler 1,
dem Eingangssignale zugeführt
werden, aus denen Steuersignale bestimmt werden, die an nachgeordnete
Stellvorrichtungen ausgegeben werden. Die Eingangssignale werden
der Eingangsschaltung 2 zugeführt. Diese Eingangssignale
sind in diesem Beispiel Signale eines Radarsensors 3, eines
Geschwindigkeitssensors 4 sowie Signale eines Antriebsschlupfregelsystems 5.
Die Eingangssignale, die der Radarsensor 3 der Eingangsschaltung 2 des
Abstands- und Geschwindigkeitsreglers 1 zuführt, repräsentieren
den Abstand, die relative Geschwindigkeit sowie die relative Position
der vom Radarsensor 3 erkannten Objekte. Der Radarsensor 3 sendet
hierzu Mikrowellenstrahlung aus, die an Objekten teilweise reflektiert
wird und wiederum teilweise vom Radarsensor 3 empfangen
wird. Aus der empfangenen Radarstrahlung kann durch Berücksichtigung
der Laufzeit, der Laufzeit der einzelnen Teilstrahlen sowie des
Dopplereffektes die Relativgeschwindigkeit, der Abstand sowie die
relative Position der erkannten Objekte bestimmt werden. Diese Größen werden
vom Radarsensor 3 ausgegeben und der Eingangsschaltung 2 zugeführt. Weiterhin
ist ein Geschwindigkeitssensor 4 vorgesehen, der der Eingangsschaltung 2 des
Abstands- und Geschwindigkeitsreglers 1 ein Signal zuführt, das
die Geschwindigkeit des eigenen Fahrzeugs repräsentiert. Als weiteres Eingangssignal
wird der Eingangsschaltung 2 ein Signal einer Antriebsschlupfregelung 5 zugeführt, das
dem Abstands- und Geschwindigkeitsregler 1 signalisiert,
ob und wie lange das Antriebsschlupfregelsystem 5 aktiv
in das Fahrgeschehen eingreift. Die Eingangsdaten, die dem Abstands- und
Geschwindigkeitsregler 1 über die Eingangsschaltung 2 zugeführt werden,
werden über
ein Datenaustauschsystem 6 an einen Mikrorechner 7 weitergegeben.
In diesem Mikrorechner 7 läuft das erfindungsgemäße Verfahren
ab, nach dem die Ausgangsstellgrößen des
Abstands- und Geschwindigkeitsreglers 1 beeinflusst werden.
Die vom Mikrorechner 7 ermittelten Ausgangswerte werden über das
Datenaustauschsystem 6 an die Ausgangsschaltung 8 weitergegeben,
die die Ausgangsstellgrößen an nachgelagerte
Vorrichtungen weiterleitet. Die vom Mikrorechner 7 ermittelten
und von der Ausgangsschaltung 8 ausgegebenen Stellgrößen werden
insbesondere an die Verzögerungseinrichtungen 9 sowie
mindestens ein leistungsbestimmendes Stellelement 10 einer
Antriebseinrichtung des Fahrzeugs ausgegeben. Durch die Steuerung
der Antriebseinrichtung bzw. der Verzögerungseinrichtungen wird das
Fahrzeug gemäß der Stellbefehle
des Mikrorechners 7 so gesteuert, dass bei aktivierter
Abstands- und Geschwindigkeitsregelung entweder bei Nichtvorhandensein
eines vorausfahrenden Fahrzeugs eine Geschwindigkeitskonstantregelung
erfolgt oder bei erkanntem, vorherfahrenden Fahrzeug, eine Abstandskonstantregelung
erfolgt. Die durch die Ausgangssignale des Abstands- und Geschwindigkeitsreglers 1 angesteuerten
Verzögerungseinrichtungen 9 bestehen
hierbei aus einer Bremsenansteuervorrichtung sowie den jeweiligen
Rädern
zugeordneten Bremsvorrichtungen. Das ebenfalls vom Abstands- und
Geschwindigkeitsregler 1 angesteuerte leistungsbestimmende
Stellelement 10 kann im Fall einer gemischverdichtenden
Brennkraftmaschine beispielsweise eine elektrisch ansteuerbare Drosselklappe
oder im Falle einer luftverdichtenden Brennkraftmaschine beispielsweise
die Steuerstange einer Verteilereinspritzpumpe sein.
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Zusätzlich können der Eingangsschaltung 2 weitere
Signale von einer weiteren Vorrichtung 17 zuführbar sein,
die beispielsweise von einem Lenkwinkelsensor, einem Außentemperaturfühler oder
einem weiteren Umgebungsgrößensensor
ausgegeben werden. Diese Signale dienen zur Adaption des begrenzten
Sollbeschleunigungswertes während
und unmittelbar nach dem Antriebsschlupfregelbetrieb, da beispielsweise
bei nasser, eisglatter oder kurviger Fahrbahn ein früherer Antriebsschlupfregeleingriff
zu erwarten ist als bei trockener Fahrbahn und die während dem
Antriebsschlupfregelbetrieb notwendige Sollbeschleunigungsbegrenzung
auf kleinere Sollbeschleunigungen begrenzt wird als bei trockener
oder geradliniger Fahrbahn sowie die nachfolgende Rampe nach Beendigung
des Antriebsschlupfregelbetriebs geringere Steigungen aufweisen
soll, da ein erneuter Antriebsschlupfregelbetrieb vermieden werden
soll.
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In 2 ist
ein Beschleunigungs-Zeit-Diagramm dargestellt, bei dem auf der Abszisse 11 die Zeit
aufgetragen ist und auf der Ordinate 12 die Beschleunigung
aufgetragen ist. Die Beschleunigung kann hierbei sowohl positive
als auch negative Werte annehunen. Positive Beschieunigungswerte
stehen hierbei für
eine Beschieunigung und negative Beschleunigungswerte für eine Verzögerung.
In dem Beschleunigungs-Zeit-Diagramm der 2 ist eine waagrechte Linie 13 eingetragen,
die einen konstanten Beschleunigungswert amax repräsentiert.
Dieser Wert amax gibt die maximale Sollbeschleunigung
an, die der Abstands- und Geschwindigkeitsregler 1 im Rahmen
der Komfortgrenzen von der Antriebseinrichtung anfordern kann. Üblicherweise
beträgt
diese maximale Sollbeschleunigung 2,5 bis 3,5 m/s2,
um ein komfortables Fahren zu ermöglichen. Die tatsächlich angeforderte
Beschleunigung, die der Abstands- und Geschwindigkeitsregler 1 ausgibt,
liegt folglich unterhalb des Wertes amax und
kann höchstens
bis zum Wert amax ansteigen. Die tatsächlich angeforderte
Sollbeschleunigung wird durch die beispielhafte Linie 14 dargestellt.
Bewegt sich das Fahrzeug auf einem nassen oder glatten Untergrund
oder auf einem Untergrund, bei dem an den einzelnen Rädern unterschiedliche
Reibmomente herrschen, so ist es möglich, dass der angeforderte
Sollbeschleunigungswert 14 von den Fahrzeugrädern nicht
auf die Strasse übertragen
werden kann, da es zu Radschlupf kommt. In diesem Fall greift ein
Antriebsschlupfregelsystem 5 in das Fahrgeschehen ein und reduziert
beispielsweise mittels Drosselklappeneingriff Zündungseingriff und/oder Radbremseneingriff das
Fahrzeugantriebsmoment, so dass die Antriebsräder die Haftungsgrenzen des
Untergrundes nicht verlassen. In 2 ist
die Dauer und der Zeitpunkt eines Antriebsschlupfregeleingriffs
durch die Zeitdauer 15 eingetragen. Da das vom Antriebsschlupfregelsystem
reduzierte Antriebsmoment geringer ist, als das vom Abstands- und
Geschwindigkeitsregler angeforderte Antriebsmoment, wird erfindungsgemäß nach Linie 16 das
vom Abstands- und Geschwindigkeitsregler 1 anforderbare
Sollbeschleunigungssignal für
die Dauer des Antriebsschlupfregeleingriffs 15 reduziert
und im weiteren Verlauf zeitabhängig
erhöht.
Die strichpunktierte Linie 16 gibt hierbei den Beschleunigungsverlauf über der
Zeit an, der durch den Abstands- und Geschwindigkeitsregler 1 maximal
anforderbar ist. Vor dem Eingriff des Antriebsschlupfregelsystems 15 entspricht
der Verlauf der begrenzten, maximal möglichen Sollbeschleunigung 16 dem
Verlauf der maximalen Sollbeschleunigung 13.
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Zu Beginn des Antriebsschlupfregeleingriffs 15 wird
somit das angeforderte Sollbeschleunigungssignal 14 gemäß der begrenzten,
maximal möglichen Sollbeschleunigung 16 reduziert
und nach Beendigung des Antriebsschlupfregeleingriffs 15 so
lange gemäß der zeitabhängigen Rampe
der Linie 16 begrenzt, bis das vom Abstands- und Geschwindigkeitsregler 1 angeforderte
Sollbeschleunigungssignal 14 kleiner ist, als die begrenzte,
maximal mögliche Sollbeschleunigung 16.
Während
der Dauer des Antriebsschlupfregeleingriffs 15 wird das
begrenzte, maximal mögliche
Sollbeschleunigungssignal auf einen Beschleunigungswert aASR reduziert. Dieser begrenzte Sollbeschleunigungswert
aASR kann beispielsweise durch das System
fest vorgegeben sein oder in Abhängigkeit
von Umgebungsbedingungen, die beispielsweise mittels eines Umgebungstemperatursensors 17,
eines Lenkwinkelsensors 17 und/oder eines Fahrgeschwindigkeitssensors 4 ermittelt
werden, variabel vorgegeben werden. Weiterhin ist es auch denkbar,
dass der Beschleunigungswert aASR dem Abstands-
und Geschwindigkeitsregler 1 von der Antriebsschlupfregeleinrichtung 5 zugeführt wird
und so dimensioniert ist, dass ein maximal mögliches Antriebsmoment auf
die Fahrbahn übertragen
werden kann, jedoch kein Radschlupf einsetzt.
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In 3 ist
ebenfalls ein Beschleunigungs-Zeit-Diagramm dargestellt, das im
Wesentlichen dem der 2 entspricht.
Zu erkennen ist wiederum die Abszisse 11, die die Zeitachse
repräsentiert,
sowie die Ordinate 12, auf der die Beschleunigungswerte
a aufgetragen sind. Der Wert amax, der gemäß Linie 13 über der
Zeit aufgetragen ist, repräsentiert
wiederum die maximal vom Abstands- und Geschwindigkeitsregler 1 anforderbare
Beschleunigung, innerhalb der der angeforderte Sollbeschleunigungswert
liegt. Auf der Zeitachse 11 ist ebenfalls die Zeitdauer 15 aufgetragen,
die die Zeitdauer des Antriebsschlupfregeleingriffs darstellt. Die
Linie 16 repräsentiert
das begrenzte, maximal mögliche
Sollbeschleunigungssignal des Abstands- und Geschwindigkeitsreglers 1,
das zu Beginn der Zeitdauer 15 vom Wert amax auf
den Beschleunigungswert aASR absinkt und
diesen Wert für
die Dauer des Antriebsschlupfregeleingriffs beibehält. Nach
Beendigung des Antriebsschlupfregeleingriffs 15 wird das
begrenzte, maximal mögliche
Sollbeschleunigungssignal 16 zeitabhängig auf den Wert amax erhöht.
Die Erhöhung
des maximal möglichen
Sollbeschleunigungssignals kann hierbei gemäß unterschiedlicher zeitlicher
Verläufe
erfolgen. Denkbar ist beispielsweise eine lineare Erhöhung, wie
sie gemäß Linie 16a angegeben
ist, die beispielsweise so erfolgt, dass der ursprüngliche
Wert innerhalb eines vorbestimmten Zeitraums erreicht wird. Weiterhin
ist es auch denkbar, dass der begrenzte, maximal mögliche Sollbeschleunigungswert
derart erhöht
wird, dass eine konstante Beschleunigungssteigung erreicht wird,
wie durch die Linie 16e angedeutet. Weitere Kurvenverläufe zur
Erhöhung
der begrenzten, maximal möglichen
Sollbeschleunigung sehen Verläufe
vor, bei denen beispielsweise gemäß Linie 16b anfänglich ein schwacher
Anstieg und gegen Ende ein starker Anstieg erfolgt, wobei der Anstieg
zunehmend zunimmt. Weiterhin ist gemäß Linie 16c möglich, eine
anfänglich
große
Beschleunigungssteigung vorzusehen und gegen Ende eine geringere
Beschleunigungssteigung vorzusehen, wobei die Beschleunigungssteigung
kontinuierlich abnimmt oder aber gemäß Linie 16d Mischformen
der beschriebenen Verläufe.
Diese Mischformen können
beispielsweise so gestaltet sein, dass die Übergänge zu Beginn und am Ende der
Beschleunigungserhöhung
für den
Fahrer möglichst
unmerklich geschehen sollen oder gemäß anderer Werte optimiert sind.