DE102017205488A1

DE102017205488A1 - Verfahren zur automatischen Einstellung der Fahrzeuggeschwindigkeit

Info

Publication number: DE102017205488A1
Application number: DE102017205488.3A
Authority: DE
Inventors: Thomas Brettschneider; Ralf Schaeffler
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2017-03-31
Filing date: 2017-03-31
Publication date: 2018-10-04
Also published as: US20180281792A1; US10850733B2; CN108688663A

Abstract

Bei einem Verfahren zur automatischen Einstellung der Fahrzeuggeschwindigkeit eines Fahrzeugs bei fortlaufender Abstandsmessung zu einem vorausfahrenden Fremdfahrzeug zum Reduzieren eines Anfangsabstandes wird zunächst in einer Antriebsphase das Fahrzeug mit höherer Fahrzeuggeschwindigkeit bewegt und anschließend in einer Bremsphase abgebremst.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur automatischen Einstellung der Fahrzeuggeschwindigkeit eines Fahrzeugs bei fortlaufender Abstandsmessung zu einem vorausfahrenden Fremdfahrzeug.
Stand der Technik
Bekannt sind Abstandsregelsysteme in Fahrzeugen, mit denen ein geschwindigkeitsabhängiger Sollabstand zwischen dem Fahrzeug und einem vorausfahrenden Fremdfahrzeug ohne Fahrereingriff automatisch eingehalten wird. Das Abstandsregelsystem umfasst ein Radarsystem, mit dem der aktuelle Abstand zwischen dem Fahrzeug und dem vorausfahrenden Fremdfahrzeug ermittelt werden kann. Liegt der Abstand unter dem Sollabstand, wird das Fahrzeug selbsttätig beschleunigt, um den Sollabstand einzustellen. Umgekehrt wird das Fahrzeug selbsttätig abgebremst, wenn das vorausfahrende Fremdfahrzeug seine Geschwindigkeit verringert.
Offenbarung der Erfindung
Das erfindungsgemäße Verfahren wird zur automatischen Einstellung der Fahrzeuggeschwindigkeit eines Fahrzeugs bei fortlaufender Abstandsmessung zu einem vorausfahrenden Fahrzeug eingesetzt. Der Anfangsabstand zwischen dem Fahrzeug und dem vorausfahrenden Fremdfahrzeug liegt zunächst über einem Sollabstand, welcher insbesondere geschwindigkeitsabhängig festgelegt ist. Um den Anfangsabstand auf den Sollabstand zu reduzieren, wird in einer Antriebsphase das Fahrzeug zunächst mit höherer Fahrzeuggeschwindigkeit als das Fremdfahrzeug bewegt. Hieran schließt sich eine Bremsphase an, die bis zum Erreichen des Sollabstandes andauert und an deren Ende die Geschwindigkeiten von Fahrzeug und Fremdfahrzeug angeglichen sind. Während der Bremsphase wird die Geschwindigkeit des Fahrzeugs durch Reibung entweder innerhalb eines Aggregats des Fahrzeugs oder zwischen dem Fahrzeug und der Umgebung reduziert oder, alternativ oder zusätzlich, durch den Generatorbetrieb eines im Antriebsstrang des Fahrzeugs angeordneten Elektromotors.
Im letztgenannten Fall handelt es sich beispielsweise um einen Hybridantrieb, der mindestens einen Elektromotor und zusätzlich eine Brennkraftmaschine umfasst, wobei der Elektromotor ergänzend zur Brennkraftmaschine oder als alleiniger Antrieb dient. Möglich ist auch eine Ausführung mit einem oder mehreren Elektromotoren als ausschließlicher Antrieb des Fahrzeugs. In jedem Fall kann in der Bremsphase mindestens ein Elektromotor in den Generatorbetrieb geschaltet werden, um eine Bremskraft zu erzeugen und das Fahrzeug auf die Zielgeschwindigkeit - die Geschwindigkeit des vorausfahrenden Fremdfahrzeugs - abzubremsen. Die elektromotorische Antriebseinheit befindet sich im Generatorbetrieb im Rekuperationsmodus, in welchem die Fahrzeugbatterie aufgeladen werden kann.
Bei einem Abbremsen durch Reibung können neben der Luftreibung und der Rollreibung zwischen den Rädern und der Fahrbahn auch Reibmomente im Antriebsstrang genutzt werden, beispielsweise Schleppmomente in einer Brennkraftmaschine, die als Antriebsmotor eingesetzt wird, und/oder Reibung in einem Automatikgetriebe bzw. einem Handschaltgetriebe.
Es ist somit möglich, in der Bremsphase vorzugsweise ausschließlich über die Reibung und/oder den Generatorbetrieb mindestens eines Elektromotors die Fahrzeuggeschwindigkeit auf die Zielgeschwindigkeit zu reduzieren. Vorteilhafterweise wird in der Bremsphase das Bremssystem im Fahrzeug nicht betätigt, so dass die Geschwindigkeitsreduzierung ausschließlich über die Reibung bzw. den Generatorbetrieb durchgeführt wird.
Diese Vorgehensweise hat den Vorteil, dass zum einen das Bremssystem nicht belastet wird. Zum andern sind die Antriebsphase und die Bremsphase zum Schließen einer Lücke im Abstandsregelbetrieb in der Weise aufeinander abgestimmt, dass der Vorgang als komfortabel empfunden und vom Fahrer akzeptiert wird. Zur Realisierung des Verfahrens genügt es, wenige Parameter wie beispielsweise den Umschaltzeitpunkt von Antriebsphase zur Bremsphase festzulegen, was den Vorteil hat, dass die Implementierung der Verfahrensfunktion im Fahrzeug mit einem verhältnismäßig geringen Applikationsaufwand durchgeführt werden kann. Vorteilhaft ist es des Weiteren, dass die erzielten Verzögerungen während der Bremsphase in den meisten Fällen auch bei widrigen Umgebungsbedingungen und Straßenverhältnissen ohne Schlupfregelung realisiert werden kann. Aber auch für den Fall, dass eine Schlupfregelung erforderlich ist, kann diese beim erfindungsgemäßen Verfahren ergänzend während der Antriebsphase und/oder der Bremsphase aktiviert werden.
Vorteilhafterweise wird das Fahrzeug während der gesamten Antriebsphase beschleunigt, insbesondere konstant beschleunigt, wodurch ein hoher Fahrkomfort erzielt wird und zugleich ein rasches Schließen der Lücke zwischen dem Fahrzeug und dem vorausfahrenden Fremdfahrzeug gewährleistet ist.
Die Antriebsphase und die Bremsphase können unterschiedlich lange dauern, wenngleich auch Ausführungen mit gleich langen Antriebs- und Bremsphasen möglich sind.
In der Antriebsphase erfährt das Fahrzeug in bevorzugter Ausführung eine Beschleunigung. In einer weiteren Ausführung besitzt das Fahrzeug in der Antriebsphase eine konstante Geschwindigkeit, die jedoch höher ist als die Zielgeschwindigkeit des vorausfahrenden Fahrzeugs. Diese Situation tritt beispielsweise auf, wenn die Abstandsregelungsfunktion in einer Fahrsituation mit manuellem Fahrbetrieb aktiviert wird, in der die Geschwindigkeit des Fahrzeugs größer ist als die Geschwindigkeit des vorausfahrenden Fremdfahrzeugs.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführung, die sich auf eine beschleunigte Fahrweise während der Antriebsphase des Fahrzeugs bezieht, wird die maximale Beschleunigung während der Antriebsphase als Funktion derjenigen Zeitdauer bestimmt, in der die Funktion zum automatischen Einstellen der Fahrzeuggeschwindigkeit aktiv ist und ausgehend von dem Anfangsabstand und der Anfangsüberschussgeschwindigkeit des Fahrzeugs der Sollabstand und die Zielgeschwindigkeit erreicht wird. Die maximale Beschleunigung kann außerdem von der maximalen Verzögerung abhängen, die während der Bremsphase realisiert werden kann.
Die maximale Beschleunigung, welche in der Antriebsphase bis zum Umschaltzeitpunkt von Antriebsphase zur Bremsphase durchgeführt wird, kann aus kinematischen Beziehungen in Abhängigkeit der Anfangsüberschussgeschwindigkeit des Fahrzeugs, der Fahrzeugverzögerung der Bremsphase - wobei vorteilhafterweise sowohl die Beschleunigung als auch die Verzögerung mit konstanten Werten durchgeführt wird -, dem Anfangsabstand und der Zeitdauer bestimmt werden, die ausgehend von dem Anfangsabstand und der Anfangsüberschussgeschwindigkeit zum Erreichen des Sollabstandes und der Zielgeschwindigkeit erforderlich ist. Mit der Kenntnis des Umschaltzeitpunkts, der maximalen Beschleunigung, der maximalen Verzögerung des Anfangsabstandes und der Anfangsüberschussgeschwindigkeit stehen alle Bestimmungsgrößen fest, die zur Durchführung des Verfahrens zur automatischen Einstellung der Fahrzeuggeschwindigkeit erforderlich sind. Hierbei genügt es, sensorisch die Fahrzeuggeschwindigkeit sowie den Abstand zum vorausfahrenden Fremdfahrzeug zu bestimmen, wobei aus mehreren Abstandsmessungen die Geschwindigkeit des vorausfahrenden Fremdfahrzeugs sowie die Relativ- bzw. Überschussgeschwindigkeit des Fahrzeugs bestimmt werden können.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführung wird der Abstand zwischen dem Fahrzeug und dem vorausfahrenden Fremdfahrzeug beim Vorliegen eines definierten Ereignisses selbsttätig vergrößert, beispielsweise um einen weiteren Verkehrsteilnehmer zwischen dem Fahrzeug und dem vorausfahrenden Fremdfahrzeug einfädeln zu lassen. Dieser weitere Verkehrsteilnehmer bildet im weiteren Verlauf das vorausfahrende Fremdfahrzeug, an dem sich nun das Fahrzeug im Hinblick auf den Sollabstand und die Zielgeschwindigkeit orientiert. Zum Vergrößern des Abstands wird zunächst eine Bremsphase durchgeführt, anschließend kann zum Verkleinern des Abstands zu diesem weiteren Verkehrsteilnehmer wieder eine Antriebsphase durchgeführt werden, an die sich insbesondere eine weitere Bremsphase anschließt, wobei die Antriebsphase und die weitere Bremsphase nach dem erfindungsgemäßen Verfahren wie vorbeschrieben durchgeführt werden können. Die erste Bremsphase, die zum Vergrößern des Abstandes durchgeführt wird, und die sich hieran anschließende Antriebsphase können analog zum Lückenschluss durchgeführt werden, jedoch in umgekehrter Reihenfolge.
Die verschiedenen Verfahrensschritte werden vorteilhafterweise in einem Steuergerät im Fahrzeug durchgeführt, das insbesondere Bestandteil eines Abstandsregelsystems im Fahrzeug sein kann. Das Abstandsregelsystem ist des Weiteren mit einem Abstandsermittlungssystem ausgestattet, mit dem der Abstand zwischen dem Fahrzeug und dem vorausfahrenden Fremdfahrzeug ermittelt werden kann. Hierbei handelt es sich vorzugsweise um ein radargestütztes Abstandsermittlungssystem, wobei gegebenenfalls auch sonstige Abstandsermittlungssysteme in Betracht kommen, insbesondere auf Videobasis, auf Ultraschall- oder auf Lidarbasis.
Weitere Vorteile und zweckmäßige Ausführungen sind den weiteren Ansprüchen, der Figurenbeschreibung und den Zeichnungen zu entnehmen. Es zeigen:

1 den Beschleunigungs-/Verzögerungsverlauf als Funktion der Zeit beim Reduzieren des Abstandes zu einem vorausfahrenden Fremdfahrzeug,
2 ein Beschleunigungs-/Verzögerungsdiagramm als Funktion der Zeit beim Vergrößern des Abstandes zum vorausfahrenden Fremdfahrzeug.

1 bezieht sich auf ein Verfahren zur automatischen, selbsttätigen Einstellung der Fahrzeuggeschwindigkeit eines Fahrzeugs bei fortlaufender Abstandsmessung zu einem vorausfahrenden Fremdfahrzeug, wobei ein größerer Anfangsabstand zwischen Fahrzeug und vorausfahrendem Fremdfahrzeug auf einen kleineren Sollabstand reduziert werden soll. Bei der Aktivierung der Abstandsregelfunktion ist somit der tatsächliche Anfangsabstand größer als der Sollabstand. Die Anfangsgeschwindigkeit des Fahrzeugs kann gegebenenfalls größer sein als die Geschwindigkeit des Fremdfahrzeugs, wenngleich auch Ausführungen möglich sind, bei denen die Anfangsgeschwindigkeit des Fahrzeuges gleich groß ist oder kleiner als die Geschwindigkeit des Fremdfahrzeugs.
Um den Anfangsabstand auf den Sollabstand zu reduzieren, der insbesondere geschwindigkeitsabhängig bestimmt wird, wird bei fortlaufender Abstandsmessung zwischen dem Fahrzeug und dem vorausfahrenden Fremdfahrzeug zunächst eine Antriebsphase zwischen dem Anfangszeitpunkt t₀ und einem Umschaltzeitpunkt t_U durchgeführt, der die Umschaltung von der Antriebsphase auf eine sich anschließende Bremsphase markiert, welche bis zum Zeitpunkt t_L andauert. t_L steht zugleich für die gesamte Zeitdauer zur Durchführung des Verfahrens bis zum Erreichen des Sollabstandes und der Zielgeschwindigkeit des Fahrzeuges, die mit der Geschwindigkeit des vorausfahrenden Fremdfahrzeugs übereinstimmt.
Die fortlaufende Abstandsmessung im Abstandsregelsystem des Fahrzeugs wird vorzugsweise mithilfe eines Abstandsradarsystems durchgeführt. Alternativ kommen auch sonstige Abstandsermittlungssysteme in Betracht, die beispielsweise videobasiert oder auf Basis von Ultraschall oder Lidar funktionieren.
In der Antriebsphase weist das Fahrzeug zumindest abschnittsweise eine höhere Geschwindigkeit als das Fremdfahrzeug auf, um den größeren Anfangsabstand auf den Sollabstand zu reduzieren.
Der Umschaltzeitpunkt t_U kann vorgegeben werden, er nimmt beispielsweise eine Zeitspanne von 10 ms bis 100 s ein und liegt vorzugsweise zwischen 500 ms und 1 s, gemessen ab dem Anfangszeitpunkt t₀. Die Fahrzeugverzögerung as in der Bremsphase zwischen dem Umschaltzeitpunkt tu und dem Endzeitpunkt bzw. der gesamten Zeitdauer t_L bis zum Erreichen des Sollabstandes kann ebenfalls vorgegeben werden und liegt beispielsweise in der Größenordnung bis -4 m/s², insbesondere zwischen -0.1 m/s² und -0,5 m/s².
Die Fahrzeugverzögerung as in der Bremsphase zwischen tu und t_L wird vorzugsweise ohne Betätigung des hydraulischen Bremssystems durchgeführt und beruht ausschließlich auf Reibung oder auf dem Generatorbetrieb eines im Antriebsstrang des Fahrzeugs angeordneten Elektromotors. Die Reibung bezieht sich insbesondere auf den Luftwiderstand, die Rollreibung zwischen den Rädern und der Fahrbahn sowie interne Schleppmomente einer Brennkraftmaschine oder Reibung allgemein im Antriebsstrang, insbesondere im Getriebe. Sofern ein Elektromotor im Antriebsstrang angeordnet ist, wird dieser im Generatorbetrieb betrieben und rekuperiert, wodurch eine signifikante Verzögerung in der Bremsphase erreicht werden kann.
Zu Beginn des Verfahrens wird zunächst mithilfe des Abstandsbestimmungssystems der Anfangsabstand s(to) zum Anfangszeitpunkt t₀ bestimmt sowie die Differenzgeschwindigkeit Δv(t₀), wobei das nachfolgende Fahrzeug im Zeitpunkt der Aktivierung des Abstandsregelsystems sowohl eine höhere als auch eine niedrigere oder eine gleiche Geschwindigkeit wie das vorausfahrende Fremdfahrzeug aufweisen kann. Aus diesen Informationen kann die Zeitdauer t_L bestimmt werden, welche mithilfe der aktuellen Geschwindigkeit (im Fall einer Anfangsüberschussgeschwindigkeit) für das Reduzieren des Anfangsabstandes s(to) auf den Sollabstand s_d erforderlich ist.
Die maximale Beschleunigung a_B, welche in der Antriebsphase zwischen t₀ und t_U durchgeführt wird, kann - unter der Voraussetzung einer gleichmäßigen Beschleunigung - mithilfe der folgenden Beziehungen bestimmt werden: $0 = s (t_{0}) + Δ v (t_{0}) \cdot (t_{U} - t_{0}) + \frac{1}{2} a_{B} \cdot {(t_{U} - t_{0})}^{2}$
$0 = Δ v (t_{0}) + a_{B} \cdot (t_{U} - t_{0})$
$0 = s (t_{U}) + Δ v (t_{U}) \cdot (t_{L} - t_{U}) + \frac{1}{2} a_{s} \cdot {(t_{L} - t_{U})}^{2}$
$0 = Δ v (t_{U}) + a_{s} \cdot (t_{L} - t_{U})$
Der Beschleunigungswert a_B wird, wie aus 1 ersichtlich, in der Antriebsphase zwischen t₀ und t_U als konstante Beschleunigung über den Antriebsmotor im Fahrzeug aufgebracht.
Im Umschaltzeitpunkt t_U erfolgt die Umschaltung von der Antriebs- auf die Bremsphase, in der kein weiteres Antriebsmoment erzeugt und stattdessen eine Bremskraft generiert wird, die jedoch nicht mithilfe des fahrzeugeigenen Bremssystems, sondern wie vorbeschrieben über Reibung, Schleppmomente und/oder den Generatorbetrieb eines im Antriebsstrang angeordneten Elektromotors erzeugt wird. Auch die Verzögerung as ist vorteilhafterweise über die gesamte Zeitdauer der Bremsphase konstant.
Im Zeitpunkt t_L ist die Bremsphase abgeschlossen, der Abstand zwischen dem Fahrzeug und dem vorausfahrenden Fremdfahrzeug entspricht dem Sollabstand und die Fahrzeuggeschwindigkeit entspricht der Zielgeschwindigkeit (Geschwindigkeit des vorausfahrenden Fremdfahrzeugs).
In 2 ist das Verfahren zum Vergrößern des Abstandes zu einem vorausfahrenden Fremdfahrzeug dargestellt, beispielsweise zum Einfädeln eines weiteren Verkehrsteilnehmers in die Lücke zwischen dem Fahrzeug und dem vorausfahrenden Fremdfahrzeug. Analog zu 1 unterteilt sich die gesamte Zeitdauer t_L in eine Bremsphase zwischen t₀ und t_U und in eine Antriebsphase zwischen t_U und t_L. In der anfänglichen Bremsphase wird eine konstante Verzögerung a_S aufgebracht, die gegebenenfalls gleich groß sein kann wie die Verzögerung a_S gemäß 1. Die sich hieran anschließende Antriebsphase zwischen t_U und t_L erfolgt mit konstanter Beschleunigung a_B, die gegebenenfalls ebenso gleich groß sein kann wie die Beschleunigung a_B in 1. Der Umschaltzeitpunkt t_U ist als Wert vorgegeben und liegt beispielsweise in einem Wertebereich zwischen 0.1 s und 5 s, bevorzugt zwischen 0.5 s und 2 s.
An die Beschleunigungsphase zwischen tu und t_L kann sich wiederum eine Bremsphase analog zu 1 anschließen, um den gewünschten Sollabstand und die Zielgeschwindigkeit des Fahrzeugs zu dem weiteren Verkehrsteilnehmer, der in die Lücke eingeschert ist, einzustellen.

Claims

Verfahren zur automatischen Einstellung der Fahrzeuggeschwindigkeit eines Fahrzeugs bei fortlaufender Abstandsmessung zu einem vorausfahrenden Fremdfahrzeug zum Reduzieren eines Anfangsabstands (s(t₀)) auf einen Sollabstand (s_d), bei dem zunächst in einer Antriebsphase das Fahrzeug mit einer höheren Fahrzeuggeschwindigkeit als das Fremdfahrzeug bewegt wird und anschließend in einer Bremsphase bis zum Erreichen des Sollabstands (s_d) und dem Angleichen der Geschwindigkeiten das Fahrzeug durch Reibung und/oder den Generatorbetrieb eines im Antriebsstrang des Fahrzeugs angeordneten Elektromotors abgebremst wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Fahrzeug während der gesamten Antriebsphase beschleunigt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Fahrzeug in der Antriebsphase konstant beschleunigt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die maximale Beschleunigung (a_B) während der Antriebsphase als Funktion der Zeitdauer (t_L) bestimmt wird, die ausgehend von dem Anfangsabstand (s(t₀)) und der Anfangsüberschussgeschwindigkeit (Δv(t₀)) zum Erreichen des Sollabstands (s_d) zwischen dem Fahrzeug und dem Fremdfahrzeug erforderlich ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Fahrzeug in der Bremsphase ausschließlich durch Reibung und/oder den Generatorbetrieb abgebremst wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass Umschaltzeitpunkt (tu) von Antriebsphase zu Bremsphase als Funktion des Bremsvermögens durch die Reibung und/oder den Generatorbetrieb bestimmt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Umschaltzeitpunkt (tu) von Antriebsphase zu Bremsphase aus einer oder mehreren der Beziehungen $0 = s (t_{0}) + Δ v (t_{0}) \cdot (t_{U} - t_{0}) + \frac{1}{2} a_{B} \cdot {(t_{U} - t_{0})}^{2}$
$0 = Δ v (t_{0}) + a_{B} \cdot (t_{U} - t_{0})$
$0 = s (t_{U}) + Δ v (t_{U}) \cdot (t_{L} - t_{U}) + \frac{1}{2} a_{s} \cdot {(t_{L} - t_{U})}^{2}$
$0 = Δ v (t_{U}) + a_{s} \cdot (t_{L} - t_{U})$
bestimmt wird, wobei t₀ den Anfangszeitpunkt t_L die Zeitdauer bis zum Erreichen des Sollabstands t_U den Umschaltzeitpunkt von Antriebsphase zu Bremsphase s(t₀) den Anfangsabstand zum Zeitpunkt t₀ s(t_U) den Abstand zum Zeitpunkt t_U Δv(t₀) die Anfangsdifferenzgeschwindigkeit Δv(t_U) die Überschussgeschwindigkeit zum Zeitpunkt t_U a_B die Fahrzeugbeschleunigung in der Antriebsphase a_S die Fahrzeugverzögerung in der Bremsphase bedeuten.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand zwischen dem Fahrzeug und dem vorausfahrenden Fremdfahrzeug beim Vorliegen eines definierten Ereignisses, beispielsweise zum Einfädeln eines weiteren Verkehrsteilnehmers, selbsttätig vergrößert wird.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass zum Vergrößern des Abstands zunächst eine Bremsphase und anschließend zum Verkleinern des Abstands zu dem weiteren Verkehrsteilnehmer eine Antriebsphase durchgeführt wird.
Steuergerät zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 9.
Abstandsregelsystem in einem Fahrzeug mit einem Steuergerät nach Anspruch 10 und mit einem Abstandsermittlungssystem zur Ermittlung des Abstands zu einem vorausfahrenden Fremdfahrzeug.
Fahrzeug mit einem Fahrerassistenzsystem in einem nach Anspruch 11.