用于汽车的距离调节系统
2019-11-22

用于汽车的距离调节系统

用于汽车的距离调节系统,具有一个用于检测关于目标对象(18)和个人汽车(10)的数据的传感器系统(12)、一个用于控制汽车(10)纵向运动的执行器系统(16)、一个在确定干涉极限(Lim1,Lim2)内干涉执行器系统(16)来使到目标对象(18)的距离保持在确定的调节目标上的控制器(14)、以及一个用于当没有保持调节目标时向驾驶员发出接收请求(FA)的输出装置(20),其特征在于:设有一个预测系统(22)用于预测冲突情况,在这种情况中调节目标不再保持,并且在进入冲突情况前发出接收请求(FA),所述预测系统包括目标对象和个人汽车的行驶动力学模型(26,28),用于计算个人汽车和目标对象在确定预测时间点的行驶动力学变量的预测值。

Description

Description

在汽车中越来越多地应用距离调节系统,其也被称为ACC-系统(自适应巡航控制),并且用于自动调节个人汽车与前面行驶的汽车之间的距离。传感器系统例如具有一个雷达传感器,借助于该雷达传感器可以测量距离和相对速度以及大多数情况下也可以测量前面行驶的汽车的方向角。根据测出的方向角可以确定,定位的汽车中有哪些位于自己的车道上,由此将其作为用于距离调节的重要的目标对象。调节目标典型的是保持与目标对象的确定额定距离或者至少避免明显低于该额定距离.该额定距离根据速度来确定是有利的,并且在大多数情况下通过额定时间间隔定义,额定时间间隔说明在时间上的间隔,在该时间间隔后两辆汽车经过车道上的同一个点。控制器根据由雷达传感器测量的数据来计算例如一个正的或者负的额定加速度,其用于保持额定距离,并且控制器按照额定加速度通过执行器系统干涉传动系,并且必要的话也可以干涉汽车制动系统。

离必要的额定加速度,但还没有处于系统的干涉极限之外时,在已知的系统的情况下例如已经发出这样的接收请求。为了控制紧急的行驶情况,然后在大多数情况下要求驾驶员足够快速和/或精力足够充沛地干涉到这种情况中。发明内容本发明提供一种用于汽车的距离调节系统,该距离调节系统具有一个用于检测关于目标对象和个人汽车的数据的传感器系统、一个用于控制汽车纵向运动的执行器系统、一个在确定的干涉极限内干涉执行器系统来使到目标对象的距离保持在确定的调节目标上的控制器、以及一个用于当没有保持调节目标时向驾驶员发出接收请求的输出装置,其特征在于:设有一个预测系统用于预测冲突情况,在这种情况中调节目标不再保持,并且在进入冲突情况前发出接收请求,所述预测系统包括目标对象和个人汽车的行驶动力学模型,用于计算个人汽车和目标对象在确定预测时间点的行驶动力学变量的预测值。该距离调节系统的优点是,实现了接收请求的提前输出,这样给驾驶员留出了更多的时间用于适当的反应。通过这种方式提高了行驶安全性并改善了行驶舒适性,因为由驾驶员控制的加速度改变不必剧烈地取消。同时通过这种方式为驾驶员减负,并减少了紧张情况出现的频次。这根据本发明通过一种预测系统来实现,其推得交通情况在将来的发展情况,特别是推得个人汽车和目标对象将来的动力学特性,这样接收请求在一个时间点时已经发出,在这个时间点要求驾驶员进行干涉的冲突情况虽然可以预见,但亊实上还没有发生。作为例子例如可以观察这种情况,即个人汽车撞到前面的一辆以较慢的速度行驶的汽车,而前面行驶的汽车的驾驶员在一个时间点进行全制动,在这个时间点上实际的汽车距离还比额定距离大。ACC-系统的控制器虽然记录了前面行驶的汽车的速度变化,并且必要时进行适度的速度适配,但是在这种情况下普通的调节特性只是通过当前时间点上的距离和速度数据确定。控制器一般不对"预测"进行编程,即前面行驶的汽车的进行全制动操作的驾驶员预先进行制动过程,并且汽车必要时一直制动到停车,这样就要求对个人汽车进行紧急的减速。相反利用本发明的预测系统就可以至少近似地预测前面行驶的汽车的预估的动力学特性,并且根据该预测的结果必要时提前发出接收留出更多的反应时间。本发明还给出了优选的设计方案。优选通过预测系统确定固定的或者可变的预测时间,该预测时间表明应该推出汽车将来的动力学数据的范围,然后基于目标对象的行驶动力学模型,根据当前的动力学数据以及必要时其它的信息计算出预测时间上目标对象动力学数据的估计值或预测值。对于这些动力学数据可以是加速度、速度和目标对象的位置。相应的,在个人汽车的行驶动力学模型中,预测个人汽车在预测时间点上的动力学数据。由预测的个人汽车的速度和额定时间间隔,其在大多数情况下可以由驾驶员在确定极限内设定,然后计算出预测时间点的额定距离。然后将该预测的额定距离与基于目标对象的动力学数据预测的在预测时间点上的实际距离作比较,并且当该距离满足确定驾驶员-接收请求准则(Ft)A-准则)时,或者将接收请求立即发出,或者延迟合适的时间后发出。该Ft)A-准則一般这样配置,使得在由控制器计算出的額定加速度超过干涉极限前执行接收请求,如果交通情况的发展情况与由预测系统预测的情况发展不同,则绝对可以通过控制器正常的调节特性来控制该情况,而不必要求驾驶员进行干涉。接收请求在这种情况下作为一种预防措施,通过该措施在紧急情况下出于安全考虑提高了驾驶员的注意力。优选设置一个自适应模块,利用该自适应模块,预测时间根椐重要的数据、例如交通密度、个人汽车的速度以及类似的数据进行动态改变。用相应的方式可以动态修正FtJA准则。附图说明在附图中示出了本发明的一个实施例,在下面的说明中进行详细描述-该唯一的附图示出了按本发明的距离调节系统的方框图。具体实施方式用于汽车10、下面称为"个人汽车"的调节系统包括一个传感器系统12、一个例如由一个或者多个微处理器构成的控制器14以及一个执行器系统16,通过该执行器系统使得汽车10的加速度是正值或者是负值。传感器系统12以公知的方式例如包括雷达传感器,借助于雷达5传感器测量目标对象18、典型的是直接在前面行驶的汽车的JE巨离和相对速度。此外在大多数情况下雷达传感器也能够检测旁边车道上的汽车以及在自己车道的更前面行驶的汽车。此外许多已知的传感器也属于该传感器系统12,这些传感器给出个人汽牟10的状态的信息,特别是其速度、当前选择的变速器档位以及类似状态的信息。此外还可以检测汽车的其它数据,例如由驾驶员选择的额定时间间隔的设定选项,应该以该时间间隔来跟随目标对象18,以及必要时检测汽车的充电情况、制动状态、路面的附着力以及类似的数据。同样可以由传感器系统12检测环境数据,例如天气条件。在普通的ACC-调节的范围内,传感器系统12向控制器14至少报告目标对象18的距离和相对速度以及个人汽车10的绝对速度和设定的额定时间间隔。根据这些数据,控制器14首先计算当前的额定加速度。当该额定加速度低于加速度上限并且高于加速度下限(负)时,这些数据直接发送给执行器系统16,以便与汽车的速度相适配。加速度上下限出于舒适性和安全性考虑确定,并且必要时由驾驶员根据其自己的舒适性要求修正。但是在一般情况下,这种下面被称为"软的干涉极限"的极限比用汽车10的执行器系统16、传动系和制动系统实际可以实现的加速度极限更严格。可以由汽车的负荷状态、路面状况等决定的实际的物理极限下面被称为"硬的干涉极限"。当由控制器计算的额定加速度处于硬的或者软的干涉极限之外时,特别是当计算出的制动减速度其数值大于可靠的或者可以实现的制动减速度时,控制器H通过输出装置20、例如一个扬声器向驾驶员发出接收请求FtJA。在这种情况下,作为指令信号只将相关的极限加速度传送到执行器系统16。另外这里所述的距离调节系统还具有一个预测系统22,借助于该预测系统可以在确定条件下向驾驶员更早地发出接收请求。这种预测系统包括一个自适应模块24、目标对象18的行驶动力学模型26、个人汽车10的行驶动力学模型28、预测模块30以及用于输出接收请求的决定模块32。自适应模块24从传感器系统12获得确定的信息,其称为《框图数据"并且表示系统当前的运行条件,并且从控制器"和执行器系统16获得信号Liml、Lim2,其表示软的和硬的干涉极限,自适应模块"根据这些数据确定预测时间点t预测,也就是i兌一个将来的时间点,需要预测这个时间点上交通情况的可能的发展情况。另外自适应模块24根据其可用的数据确定用于在决定模块32中关于发出接收请求的正确决定的合适准則。用于目标对象的模型26从传感器系统12、特别是从雷达传感器获得目标对象的动力学数据,也就是其距离和相对速度,并由此必要时计算出较高阶的时间导数,并通过根据合适的模型假设条件的积分预测出目标对象18在预测时间点t预测的可能的动力学数据(加速度、速度和距离)。相应的,个人汽车的模型28根据个人汽车的动力学数据以及根据控制器14的已知的调节特性和特别是干涉极限Liml、Lim2预测个人汽车IO在预测时间点t预测上的动力学数据(例如加速度、速度和位置)。由这些动力学数据,特别是由预测的在时间点t预测时的自身速度v自身以及其它由传感器系统12提供的数据,特别是颠定时间间隔,预测模块30计算出在时间t预测上预测的额定距离d额定。该额定距离以及预测的个人汽车10的位置x自身和由模型26预测的目标对象18的位置x目标对象在决定模块32中用于计算目标对象18的预估的实际距离,并且与预测的额定距离d额定作比较,以便然后根据由自适应模块24确定的决定准則决定是否要发出接收请求F(JA。预测时间点t预测由自适应模块24根据情况改变。在此由传感器系统12报告的框图数据以及干涉极限可以用不同的方法进行观察,例如在下面只根据实施例所描述的那样。重要的参数是汽车10当前的自身速度。在以高的速度例如在高速公路上行驶时,通常要保持大的安全距离,并且由此可接受的预测时间短,而在中等车速到低速时优选选择较长的预测时间,因为这里提前的接收请求和驾驶员相应的提前的反应是具有重要意义的。交通情况的高的动态性,例如以频繁或者剧烈的速度变化为特征,相应于长的预测时间,同样交通密度也可以根据雷达传感器的数据估计。由驾驶员选择的额定时间间隔应当通过这种方式包含在预测时间内,即在短的额定时间间隔的情况下更早的执行接收请求。其它要求长的预测时间以及可以用合适的传感器检测的准则例如是驾驶员注意力和驾驶员负荷。例如已知疲劳传感器,其可以识别驾驶员疲劳的症状,然后可以延长预测时间。驾驶员负荷增加的标志例如是可以预期的状态,即驾驶员被其它的任务分散注意力,例如通过免提通话装置进行电话通话或者激活巡航系统。同样也可以通过软的或者硬的干涉极限来影响预测时间。例如当借助于大多数情况下在制动系统中存在的滑移率传感器识别出像冰一样滑的路面时,或者一般在温度低于冰点时,需要选择较长的预测时间,以便尽可能考虑延长的制动距离。目标对象18的模型26例如可以这样构造,即将目标对象的运动变量在假定加速度恒定的条件下进行积分。也可以假定加速度的变化率恒定或者一般将运动变量根据当前时间的导数对其进行n阶泰勒展开。但是也可以考虑这样的改进方案,其适合于交通情况的不同的预估。例如这里可以注意由雷达系统报告的再下一辆汽车或者更前面行驶的汽车运动状态的变化,或者也可以识别出一辆较慢的汽车有可能从旁边的车道驶入自己的车道。个人汽车的模型28主要基于运动变量的积分,但是这里要考虑控制器14的已知的调节性能,特别是已知的干涉极限Liml、Lim2。在预测模块30中,在原理上只需要将预设的额定时间间隔与由模块28预测的自身速度v自身相乘。必要时加上附加的安全距离,其或者是预先确定的固定值,或者根据可以使用的框图数据来确定。因为在模型26和28中,汽车10和目标对象18的绝对加速度进行积分,将个人汽车的位置x自身和目标对象的位置x目标对象首先换算到绝对坐标下,然后将位置坐标的差作为时间点t预测的预测的实际距离是有利的。在决定模块32中额定距离和实际距离之间的比较例如可以由此进行,即计算实际距离和额定距离的商。然后用于接收请求的决定准则在最简单的情况下在于与由自适应模块24确定的阈值(〈1)进行的阈值比较。但是也可以考虑更复杂的准则,其中也可以考虑个人汽车和目标对象的附加的动力学变量,其由模型26和28提供。同样根据一种改进方案也可以考虑一种用于FtJA准则的算法,其评估预测的可靠性,并且测定危险程度。在情况的危险程度较小并且预测的可靠性较小的情况下,可以在较短的延迟时间后才发出接收请求,或者如果这种情况能够自动緩解的话甚至取消发送。

本发明涉及一种用于汽车的距离调节系统,具有一个用于关于检测目标对象和个人汽车数据的传感器系统、一个用于控制汽车纵向运动的执行器系统、一个在确定干涉极限内干涉执行器系统来使到目标对象的距离保持在确定调节目标上的控制器、以及一个当调节目标没有保持时向驾驶员输出接收请求的输出装置。

该输出装置可以在这种情况下向驾驶员发出接收请求。通过这种方式

离必要的额定加速度,但还没有处于系统的干涉极限之外时,在已知的系统的情况下例如已经发出这样的接收请求。为了控制紧急的行驶情况,然后在大多数情况下要求驾驶员足够快速和/或精力足够充沛地干涉到这种情况中。发明内容本发明提供一种用于汽车的距离调节系统,该距离调节系统具有一个用于检测关于目标对象和个人汽车的数据的传感器系统、一个用于控制汽车纵向运动的执行器系统、一个在确定的干涉极限内干涉执行器系统来使到目标对象的距离保持在确定的调节目标上的控制器、以及一个用于当没有保持调节目标时向驾驶员发出接收请求的输出装置,其特征在于:设有一个预测系统用于预测冲突情况,在这种情况中调节目标不再保持,并且在进入冲突情况前发出接收请求,所述预测系统包括目标对象和个人汽车的行驶动力学模型,用于计算个人汽车和目标对象在确定预测时间点的行驶动力学变量的预测值。该距离调节系统的优点是,实现了接收请求的提前输出,这样给驾驶员留出了更多的时间用于适当的反应。通过这种方式提高了行驶安全性并改善了行驶舒适性,因为由驾驶员控制的加速度改变不必剧烈地取消。同时通过这种方式为驾驶员减负,并减少了紧张情况出现的频次。这根据本发明通过一种预测系统来实现,其推得交通情况在将来的发展情况,特别是推得个人汽车和目标对象将来的动力学特性,这样接收请求在一个时间点时已经发出,在这个时间点要求驾驶员进行干涉的冲突情况虽然可以预见,但亊实上还没有发生。作为例子例如可以观察这种情况,即个人汽车撞到前面的一辆以较慢的速度行驶的汽车,而前面行驶的汽车的驾驶员在一个时间点进行全制动,在这个时间点上实际的汽车距离还比额定距离大。ACC-系统的控制器虽然记录了前面行驶的汽车的速度变化,并且必要时进行适度的速度适配,但是在这种情况下普通的调节特性只是通过当前时间点上的距离和速度数据确定。控制器一般不对"预测"进行编程,即前面行驶的汽车的进行全制动操作的驾驶员预先进行制动过程,并且汽车必要时一直制动到停车,这样就要求对个人汽车进行紧急的减速。相反利用本发明的预测系统就可以至少近似地预测前面行驶的汽车的预估的动力学特性,并且根据该预测的结果必要时提前发出接收留出更多的反应时间。本发明还给出了优选的设计方案。优选通过预测系统确定固定的或者可变的预测时间,该预测时间表明应该推出汽车将来的动力学数据的范围,然后基于目标对象的行驶动力学模型,根据当前的动力学数据以及必要时其它的信息计算出预测时间上目标对象动力学数据的估计值或预测值。对于这些动力学数据可以是加速度、速度和目标对象的位置。相应的,在个人汽车的行驶动力学模型中,预测个人汽车在预测时间点上的动力学数据。由预测的个人汽车的速度和额定时间间隔,其在大多数情况下可以由驾驶员在确定极限内设定,然后计算出预测时间点的额定距离。然后将该预测的额定距离与基于目标对象的动力学数据预测的在预测时间点上的实际距离作比较,并且当该距离满足确定驾驶员-接收请求准则(Ft)A-准则)时,或者将接收请求立即发出,或者延迟合适的时间后发出。该Ft)A-准則一般这样配置,使得在由控制器计算出的額定加速度超过干涉极限前执行接收请求,如果交通情况的发展情况与由预测系统预测的情况发展不同,则绝对可以通过控制器正常的调节特性来控制该情况,而不必要求驾驶员进行干涉。接收请求在这种情况下作为一种预防措施,通过该措施在紧急情况下出于安全考虑提高了驾驶员的注意力。优选设置一个自适应模块,利用该自适应模块,预测时间根椐重要的数据、例如交通密度、个人汽车的速度以及类似的数据进行动态改变。用相应的方式可以动态修正FtJA准则。附图说明在附图中示出了本发明的一个实施例,在下面的说明中进行详细描述-该唯一的附图示出了按本发明的距离调节系统的方框图。具体实施方式用于汽车10、下面称为"个人汽车"的调节系统包括一个传感器系统12、一个例如由一个或者多个微处理器构成的控制器14以及一个执行器系统16,通过该执行器系统使得汽车10的加速度是正值或者是负值。传感器系统12以公知的方式例如包括雷达传感器,借助于雷达5传感器测量目标对象18、典型的是直接在前面行驶的汽车的JE巨离和相对速度。此外在大多数情况下雷达传感器也能够检测旁边车道上的汽车以及在自己车道的更前面行驶的汽车。此外许多已知的传感器也属于该传感器系统12,这些传感器给出个人汽牟10的状态的信息,特别是其速度、当前选择的变速器档位以及类似状态的信息。此外还可以检测汽车的其它数据,例如由驾驶员选择的额定时间间隔的设定选项,应该以该时间间隔来跟随目标对象18,以及必要时检测汽车的充电情况、制动状态、路面的附着力以及类似的数据。同样可以由传感器系统12检测环境数据,例如天气条件。在普通的ACC-调节的范围内,传感器系统12向控制器14至少报告目标对象18的距离和相对速度以及个人汽车10的绝对速度和设定的额定时间间隔。根据这些数据,控制器14首先计算当前的额定加速度。当该额定加速度低于加速度上限并且高于加速度下限(负)时,这些数据直接发送给执行器系统16,以便与汽车的速度相适配。加速度上下限出于舒适性和安全性考虑确定,并且必要时由驾驶员根据其自己的舒适性要求修正。但是在一般情况下,这种下面被称为"软的干涉极限"的极限比用汽车10的执行器系统16、传动系和制动系统实际可以实现的加速度极限更严格。可以由汽车的负荷状态、路面状况等决定的实际的物理极限下面被称为"硬的干涉极限"。当由控制器计算的额定加速度处于硬的或者软的干涉极限之外时,特别是当计算出的制动减速度其数值大于可靠的或者可以实现的制动减速度时,控制器H通过输出装置20、例如一个扬声器向驾驶员发出接收请求FtJA。在这种情况下,作为指令信号只将相关的极限加速度传送到执行器系统16。另外这里所述的距离调节系统还具有一个预测系统22,借助于该预测系统可以在确定条件下向驾驶员更早地发出接收请求。这种预测系统包括一个自适应模块24、目标对象18的行驶动力学模型26、个人汽车10的行驶动力学模型28、预测模块30以及用于输出接收请求的决定模块32。自适应模块24从传感器系统12获得确定的信息,其称为《框图数据"并且表示系统当前的运行条件,并且从控制器"和执行器系统16获得信号Liml、Lim2,其表示软的和硬的干涉极限,自适应模块"根据这些数据确定预测时间点t预测,也就是i兌一个将来的时间点,需要预测这个时间点上交通情况的可能的发展情况。另外自适应模块24根据其可用的数据确定用于在决定模块32中关于发出接收请求的正确决定的合适准則。用于目标对象的模型26从传感器系统12、特别是从雷达传感器获得目标对象的动力学数据,也就是其距离和相对速度,并由此必要时计算出较高阶的时间导数,并通过根据合适的模型假设条件的积分预测出目标对象18在预测时间点t预测的可能的动力学数据(加速度、速度和距离)。相应的,个人汽车的模型28根据个人汽车的动力学数据以及根据控制器14的已知的调节特性和特别是干涉极限Liml、Lim2预测个人汽车IO在预测时间点t预测上的动力学数据(例如加速度、速度和位置)。由这些动力学数据,特别是由预测的在时间点t预测时的自身速度v自身以及其它由传感器系统12提供的数据,特别是颠定时间间隔,预测模块30计算出在时间t预测上预测的额定距离d额定。该额定距离以及预测的个人汽车10的位置x自身和由模型26预测的目标对象18的位置x目标对象在决定模块32中用于计算目标对象18的预估的实际距离,并且与预测的额定距离d额定作比较,以便然后根据由自适应模块24确定的决定准則决定是否要发出接收请求F(JA。预测时间点t预测由自适应模块24根据情况改变。在此由传感器系统12报告的框图数据以及干涉极限可以用不同的方法进行观察,例如在下面只根据实施例所描述的那样。重要的参数是汽车10当前的自身速度。在以高的速度例如在高速公路上行驶时,通常要保持大的安全距离,并且由此可接受的预测时间短,而在中等车速到低速时优选选择较长的预测时间,因为这里提前的接收请求和驾驶员相应的提前的反应是具有重要意义的。交通情况的高的动态性,例如以频繁或者剧烈的速度变化为特征,相应于长的预测时间,同样交通密度也可以根据雷达传感器的数据估计。由驾驶员选择的额定时间间隔应当通过这种方式包含在预测时间内,即在短的额定时间间隔的情况下更早的执行接收请求。其它要求长的预测时间以及可以用合适的传感器检测的准则例如是驾驶员注意力和驾驶员负荷。例如已知疲劳传感器,其可以识别驾驶员疲劳的症状,然后可以延长预测时间。驾驶员负荷增加的标志例如是可以预期的状态,即驾驶员被其它的任务分散注意力,例如通过免提通话装置进行电话通话或者激活巡航系统。同样也可以通过软的或者硬的干涉极限来影响预测时间。例如当借助于大多数情况下在制动系统中存在的滑移率传感器识别出像冰一样滑的路面时,或者一般在温度低于冰点时,需要选择较长的预测时间,以便尽可能考虑延长的制动距离。目标对象18的模型26例如可以这样构造,即将目标对象的运动变量在假定加速度恒定的条件下进行积分。也可以假定加速度的变化率恒定或者一般将运动变量根据当前时间的导数对其进行n阶泰勒展开。但是也可以考虑这样的改进方案,其适合于交通情况的不同的预估。例如这里可以注意由雷达系统报告的再下一辆汽车或者更前面行驶的汽车运动状态的变化,或者也可以识别出一辆较慢的汽车有可能从旁边的车道驶入自己的车道。个人汽车的模型28主要基于运动变量的积分,但是这里要考虑控制器14的已知的调节性能,特别是已知的干涉极限Liml、Lim2。在预测模块30中,在原理上只需要将预设的额定时间间隔与由模块28预测的自身速度v自身相乘。必要时加上附加的安全距离,其或者是预先确定的固定值,或者根据可以使用的框图数据来确定。因为在模型26和28中,汽车10和目标对象18的绝对加速度进行积分,将个人汽车的位置x自身和目标对象的位置x目标对象首先换算到绝对坐标下,然后将位置坐标的差作为时间点t预测的预测的实际距离是有利的。在决定模块32中额定距离和实际距离之间的比较例如可以由此进行,即计算实际距离和额定距离的商。然后用于接收请求的决定准则在最简单的情况下在于与由自适应模块24确定的阈值(〈1)进行的阈值比较。但是也可以考虑更复杂的准则,其中也可以考虑个人汽车和目标对象的附加的动力学变量,其由模型26和28提供。同样根据一种改进方案也可以考虑一种用于FtJA准则的算法,其评估预测的可靠性,并且测定危险程度。在情况的危险程度较小并且预测的可靠性较小的情况下,可以在较短的延迟时间后才发出接收请求,或者如果这种情况能够自动緩解的话甚至取消发送。