DE102008002171A1

DE102008002171A1 - Verfahren zur Vorhersage der zukünftigen Bewegung einer Steuereinrichtung in einem Fahrzeug

Info

Publication number: DE102008002171A1
Application number: DE102008002171A
Authority: DE
Inventors: Dietrich Manstetten
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2008-06-03
Filing date: 2008-06-03
Publication date: 2009-12-10
Also published as: WO2009146759A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Vorhersage der zukünftigen Bewegung einer Steuereinrichtung (7) in einem Fahrzeug, die von einer Person betätigt wird. Eine relativ genaue Vorhersage wird dadurch möglich, dass Daten über die bisherige Betätigung der Steuereinrichtung (7) gemessen und diese Daten von einem Algorithmus verarbeitet werden, der ein Modell (2) umfasst, das typische menschliche Bewegungsmuster beschreibt, und das Modell (2), basierend auf den Daten über die bisherige Betätigung, eine Information über die zukünftige Betätigung der Steuereinrichtung (7) ermittelt.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Vorhersage der zukünftigen Bewegung einer Steuereinrichtung in einem Fahrzeug gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1, ein Steuergerät gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 9, sowie die Verwendung eines mathematischen Modells gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 10.
Moderne Fahrzeuge sind in der Regel mit einer Vielzahl von Sicherheitssystemen, wie z. B. ESP, ACC, Airbag-Systeme, etc. ausgestattet, die zur Verbesserung der Fahrsicherheit beitragen. Bekannte Stabilitätsprogramme (z. B. ESP) greifen beispielsweise mittels der Radbremsen in den Fahrbetrieb ein, um das Fahrzeug in kritischen Fahrsituationen wieder unter Kontrolle zu bekommen.
Die Funktion dieser Fahrzeug-Sicherheitssysteme könnte weiter verbessert werden, wenn in einer kritischen Fahrsituation bereits zu einem sehr frühen Zeitpunkt bekannt wäre, wie sich das Fahrzeug in nächster Zukunft verhalten wird. Mit dieser Information wäre es z. B. möglich, die im Fahrzeug integrierten Sicherheitssysteme auf eine bevorstehende Kollision vorzubereiten oder diese im Extremfall gar zu vermeiden.
Offenbarung der Erfindung
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die zukünftige Bewegung eines Fahrzeugs und insbesondere dessen Drehbewegung um die Hochachse möglichst genau vorherzusagen.
Gelöst wird diese Aufgabe gemäß der Erfindung durch die in den Patenansprüchen 1, 9 und 10 angegebenen Merkmale. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand von Unteransprüchen.
Ein wesentlicher Aspekt der Erfindung besteht darin, ein mathematisches Modell zur Prädiktion der Bewegung einer Steuereinrichtung zu verwenden, das typische menschliche Bewegungsmuster beschreibt. In Untersuchungen hat sich gezeigt, dass der Weg und zeitliche Verlauf einer motorischen Bewegung des Menschen, wie z. B. einer Hand- oder Fußbewegung bereits zu einem frühen Zeitpunkt relativ genau vorhergesagt werden kann, da derartige menschliche Bewegungen auf Grund der physiologischen Voraussetzungen in typischen Mustern ablaufen. Diese Bewegungs- und Geschwindigkeitsmuster sind mit Hilfe eines Modells relativ gut beschreibbar. Aus der ersten Bewegungsphase, mit der z. B. das Lenkrad eines Fahrzeugs gesteuert wird, lässt sich somit eine relativ genaue Information über den zukünftigen Bewegungsverlauf, wie beispielsweise über den maximalen Lenkradeinschlag oder die zukünftige Lenkrad-Beschleunigung, ermitteln. Diese Information kann wiederum dazu genutzt werden, ein Fahrzeug-Sicherheitssystem, wie z. B. einen Seitenaufprallschutz oder einen Fahrzeugregler auf eine mögliche Kollision vorzubereiten. Ein Fahrdynamikregler (z. B. ESP) könnte je nach Fahrsituation auch auf unterschiedliche Sollwerte geregelt werden, um beispielsweise ein längeres seitliches Rutschen des Fahrzeugs zu verhindern. Ein Fahrerassistenzsystem, das den Fahrer durch zusätzliche Lenkmomente während eines Ausweichmanövers unterstützen soll, kann durch die Vorausschau dem Fahrer die Fahrzeugstabilisierung in kritischen Situationen erleichtern. Gemäß der Erfindung werden zur Vorhersage der zukünftigen Steuerbewegung zunächst Daten über die bisherige Betätigung der Steuereinrichtung gemessen und diese Daten von einem Algorithmus verarbeitet, der ein Modell umfasst, das typische menschliche Bewegungsmuster beschreibt. Das Modell ermittelt dann, basierend auf den Daten über die bisherige Betätigung, eine Information über die zukünftige Bewegung der Steuereinrichtung.
Bei der genannten Steuereinrichtung kann es sich beispielsweise um ein Lenkrad oder ein Bremspedal handeln. Da die Vorhersagegenauigkeit bei menschlichen Handbewegungen wegen der besseren Feinmotorik wesentlich größer ist als bei Fußbewegungen eignet sich das erfindungsgemäße Verfahren insbesondere zur Vorhersage der zukünftigen Bewegung von Steuereinrichtungen, die von Hand betätigt werden.
Das mathematische Modell ist vorzugsweise derart ausgebildet, dass es eine zukünftige Position, einen zukünftigen Bewegungsverlauf, eine zukünftige Geschwindigkeit, eine zukünftige Beschleunigung oder eine andere, die zukünftige Bewegung der Steuereinrichtung beschreibende Größe ermitteln kann. Dadurch wird es beispielsweise möglich, z. B. die Endposition einer Lenkradbewegung oder die Zeit bis zum Erreichen der Endposition zu schätzen.
Das erfindungsgemäße Modell liefert prinzipiell umso genauere Ergebnisse, je mehr Daten über die bisherige Betätigung der Steuereinrichtung vorliegen und je weiter die Bewegung bereits fortgeschritten ist. Gemäß der Erfindung werden zu wenigstens zwei Zeitpunkten Messwerte über die Betätigung der Steuereinrichtung aufgenommen. Bei den Messwerten kann es sich beispielsweise um Positions-, Winkel-, Geschwindigkeits-, Beschleunigungs-, Kraft- und/oder Momenten-Werte oder andere physikalische Größen handeln, die die bisherige Betätigung der Steuereinrichtung zumindest teilweise beschreiben.
Das erfindungsgemäße Model umfasst vorzugsweise eine analytische Funktion, die typische menschliche Bewegungsmuster beschreibt, kann aber auch wenigstens eine Kurve, Tabelle oder andere Daten umfassen, die typische menschliche Bewegungsmuster beschreiben. Im Falle einer Funktion werden z. B. deren Parameter an die Messwerte angepasst. Aus der resultierenden Funktion kann schließlich der zukünftige Bewegungsverlauf abgelesen werden. Bei einer Anzahl von hinterlegten Kurven wird z. B. diejenige ermittelt, die die Messdaten am besten approximiert.
Die vom Model ermittelte Information wird vorzugsweise einem Fahrzeug-Sicherheitssystem oder -Regelungssystem zugeführt, um das System bzw. die Sicherheitseinrichtung im Voraus zu konditionieren. Dies hat den wesentlichen Vorteil, dass z. B. ein Fahrdynamik-Regler situationsabhängig verschiedene Regelstrategien fahren, oder ein Sicherheitssystem, wie z. B. ein Airbag-System, auf eine mögliche Kollision vorbereitet werden kann.
Das erfindungsgemäße Verfahren wird vorzugsweise aktiviert, sobald die Geschwindigkeit, mit der die Steuereinrichtung bewegt wird, einen vorgegebenen Schwellenwert überschreitet.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die Erfindung wird nachstehend anhand der beigefügten Zeichnungen beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:
1 eine schematische Blockdarstellung eines Systems zur Vorhersage der zukünftigen Bewegung einer Steuereinrichtung in einem Fahrzeug; und
2 die wesentlichen Verfahrensschritte eines entsprechenden Prädiktionsverfahrens.
Ausführungsformen der Erfindung
1 zeigt eine schematische Blockdarstellung eines Systems zur Vorhersage der zukünftigen Bewegung einer Steuereinrichtung, die von einem Fahrer eines Kraftfahrzeugs betätigt wird. Im dargestellten Beispiel ist die Steuereinrichtung das Lenkrad 7 des Fahrzeugs. Die Erfindung ist jedoch nicht auf diese Steuereinrichtung beschränkt.
Den Kern des Systems bildet ein Steuergerät 1 mit einem Algorithmus, der ein mathematisches Modell 2 umfasst. Das Modell 2 beschreibt typische menschliche Bewegungsmuster bei einer Handbewegung, wie sie beim Drehen des Lenkrads 7 ausgeführt wird. Aus verschiedenen Untersuchungen ist bekannt, dass bei einer menschlichen Handbewegung, mit der ein bestimmter Weg zurückgelegt werden soll, typische Beschleunigungen und Verzögerungen im Bewegungsverlauf auftreten. Bei einer Lenkradbetätigung wird die Bewegung zunächst beschleunigt, bis etwa die Hälfte der gewünschten Strecke zurückgelegt ist, und dann wieder abgebremst, um die Zielposition des Lenkrads 7 zu erreichen. Je mehr Daten über die bisherige Bewegung vorliegen und je weiter die Bewegung bereits fortgeschritten ist, desto genauer kann z. B. die Zielposition vorhergesagt werden. Ab Erreichen der maximalen Lenkwinkelgeschwindigkeit – etwa bei der Hälfte des Wegs – kann die Zielposition sehr genau vorhergesagt werden.
Das mathematische Modell 2 enthält beispielsweise eine analytische Funktion, eine oder mehrere Kurven oder wenigstens eine Tabelle oder andere Daten, die typische menschliche Bewegungsmuster beschreiben.
Am Steuergerät 1 ist ferner ein Lenkwinkelsensor 3 angeschlossen, aus dessen Signal die Lenkwinkelgeschwindigkeit bestimmt wird. Sobald diese einen vorgegebenen Schwellenwert überschreitet, wird die Lenkwinkelprädiktion aktiv. Das mathematische Modell 2 bestimmt dann aus dem Lenkwinkelsignal eine Information über die zukünftige Bewegung des Lenkrads. Die vom Modell 2 ermittelte Information kann beispielsweise die Zielposition, eine zukünftige Geschwindigkeit oder Beschleunigung oder eine andere, die zukünftige Bewegung des Lenkrads beschreibende Größe sein.
Die so gewonnene Information wird dann einem Fahrzeug-Sicherheitssystem wie z. B. einem Seitenaufprallschutz-System 4, einem Fahrdynamikregler 5 oder einem Airbagsystem 6 zugeführt. Wahlweise könnten auch mehr oder weniger Sicherheitssysteme vorgesehen sein.
Um die Genauigkeit der Vorhersage zu verbessern, kann das Modell 2 beispielsweise auch weitere Parameter, wie z. B. die Fahrzeuggeschwindigkeit, geschwindigkeitsabhängige Rückstellkräfte der Lenkung oder den anfänglichen Lenkwinkel berücksichtigen.
Die genannten Sicherheitssysteme könnten somit auf eine mögliche Kollision konditioniert oder situationsabhängig gesteuert bzw. geregelt werden.
2 zeigt die wesentlichen Verfahrensschritte eines entsprechenden Prädiktionsverfahrens zur Vorhersage der zukünftigen Bewegung eines Lenkrads 7. Dabei bezeichnet Schritt 10 das Messen von Daten mittels des Lenkwinkelsensors 3, Schritt 11 das Verarbeiten der Messdaten im mathematischen Modell 2 und Ermitteln einer Information über die zukünftige Bewegung des Lenkrads, und Schritt 12 die situationsabhängige Anpassung eines Fahrzeug-Sicherheitssystems in Abhängigkeit von der ermittelten Information.

Claims

Verfahren zur Vorhersage der zukünftigen Bewegung einer Steuereinrichtung (7) in einem Fahrzeug, die von einer Person betätigt wird, dadurch gekennzeichnet, dass – Daten über die bisherige Betätigung der Steuereinrichtung (7) gemessen und – diese Daten von einem Algorithmus verarbeitet werden, der ein Modell (2) umfasst, das typische menschliche Bewegungsmuster beschreibt, und – dass das Modell (2), basierend auf den Daten über die bisherige Betätigung, eine Information über die zukünftige Bewegung der Steuereinrichtung (7) ermittelt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (7) ein Lenkrad oder ein Bremspedal ist.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die vom Modell (2) ermittelte Information über die zukünftige Bewegung eine zukünftige Position, einen zukünftigen Bewegungsverlauf, eine zukünftige Geschwindigkeit, eine zukünftige Beschleunigung oder eine andere, die zukünftige Bewegung beschreibende Größe umfasst.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Modell (2) eine analytische Funktion ist oder wenigstens eine Kurve, eine Tabelle oder andere Daten umfasst, die typische menschliche Bewegungsmuster beschreiben.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Modell (2) Daten umfasst, die typische menschliche Bewegungsmuster bei einer Handbewegung beschreiben.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zu wenigstens zwei Zeitpunkten Positions-, Winkel-, Geschwindigkeits-, Beschleunigungs-, Kraft- und/oder Momentenwerte oder andere physikalische Größen gemessen werden, die die bisherige Betätigung der Steuereinrichtung (7) beschreiben.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die vom Modell (2) ermittelte Information über die zukünftige Bewegung einem Fahrzeugregelungssystem (5) oder einem anderen Sicherheitssystem (4, 6) oder Fahrerassistenzsystem zugeführt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren eingeleitet wird, sobald die Geschwindigkeit, mit der die Steuereinrichtung (7) bewegt wird, einen vorgegebenen Schwellenwert überschreitet.
Steuergerät (1), umfassend Mittel zum Durchführen eines der vorstehend beanspruchten Verfahren.
Verwendung eines mathematischen Modells (2), das typische menschliche Bewegungsmuster beschreibt, zur Vorhersage der zukünftigen Bewegung einer Steuereinrichtung (7) in einem Fahrzeug, die von einer Person betätigt wird.