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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erkennung fehlender Fahreraktivität
am Lenkrad eines Kraftfahrzeugs gemäß dem Oberbegriff
des Anspruchs 1 sowie eine entsprechende Vorrichtung gemäß dem
Oberbegriff des Anspruchs 10.
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Zur
Erhöhung der Sicherheit beim Betrieb eines Kraftfahrzeugs
im Straßenverkehr kommen zunehmend Fahrerassistenzsysteme
zum Einsatz, die auf die Erhöhung der Fahrsicherheit gerichtet
sind. Derartige Assistenzsysteme unterstützen den Fahrer
oder können gegebenenfalls in Notfallsituationen anstelle
des Fahrers handeln. Ein derzeit in Verbreitung befindliches System
ist das ADR-System (Automatische Distanzregelung), auch unter der
Abkürzung ACC (Automatic Cruise Control) bekannt, bei dem
sowohl eine Geschwindigkeitsregelung als auch eine Abstandsregelung
miteinander verknüpft sind. Weiter sind Spurhaltesysteme (Heading
Control) geläufig, bei denen mittels einer entsprechenden
Sensorik die Fahrspur erkannt und das System durch entsprechend
erzwungene Lenkvorgänge versucht, das Fahrzeug auf der
Fahrspur zu halten. Derartige Systeme setzen eine elektromotorisch
unterstützte Lenkung voraus. Ferner sind Kombinationen
aus den genannten System in der Entwicklung.
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Um
nun eine weitere Verbesserung der aktiven Sicherheit zu bewirken,
ist es notwendig Informationen über den Fahrer hinsichtlich
seiner Reaktionsfähigkeit zu erlangen, da bei einem übermüdeten
Fahrer auch die oben genannten Fahrerassistenzsysteme versagen.
Eine Überwachung des Fahrers und eine anschließende
Beurteilung seines Zustandes sind auf verschiedenen Weise möglich.
Beispielsweise kann das Lenk- und/oder Beschleunigungs-/Bremsverhalten
des Fahrers überwacht und ausgewertet werden. Eine grundlegende
Frage bei der Überwachung der Fahreraktivität
ist, ob der Fahrer während der Fahrt überhaupt
das Lenkrad erfasst hat oder nicht. Hat dieser das Lenkrad nicht
erfasst, so liegt die Vermutung nahe, dass der Fahrer sich in einem
Zustand verringerter Aufmerksamkeit befindet und dass Maßnahmen,
beispielsweise in Form einer Warnung, ergriffen werden müssen.
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Aus
der
DE 10 2005
056 438 A1 ist eine Verfahren zur Klärung der
Frage, ob der Fahrer eines Kraftfahrzeugs das Lenkrad ergriffen
hat oder nicht, zu entnehmen, bei dem solche Parameter des Lenkrades
gemessen, die das Systemverhalten des Lenkrades bestimmen und diese
Parameter ausgewertet werden. Die ausgewerteten Parameter werden
anschließend mit Referenzparametern verglichen, wobei die
Referenzparameter entweder die Situation wiedergeben, in welche
der Fahrer das Lenkrad festhält oder in welcher der Fahrer
das Lenkrad nicht ergriffen hat. Ist die Abweichung zwischen ausgewerteten
Parametern und Referenzparameter größer als eine
vorgegebene Schwelle, so wird eine Warnung, d. h. ein Alarm, ausgelöst.
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Weiterhin
ist aus der
DE 198
06 458 A1 eine Kraftfahrzeuglenkvorrichtung mit einer Freihandfahrt-Erkennungsvorrichtung
bekannt, bei der die freihändige Fahrt auf der Basis von
wenigstens der Fahrzeuggeschwindigkeit und dem Lenkdrehmoment erkannt
wird. Dabei wird die Fahrt als freihändig bewertet, wenn
die Fahrzeuggeschwindigkeit größer als ein vorbestimmter
Geschwindigkeitswert und das gemessene Lenkmoment kleiner als eine
vorgegebene Schwelle sind.
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Nachteilig
bei den bekannten Verfahren bzw. Vorrichtungen ist, dass eine überflüssige
Warnung ausgelöst werden kann, wenn der Fahrer beabsichtigterweise
kurzzeitig beide Hände vom Lenkrad genommen hat. Überflüssige
Warnungen bewirken ein Herabsetzen der Akzeptanz eines derartigen
Systems.
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Der
Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren sowie
eine Vorrichtung zur Erkennung fehlender Fahreraktivität
am Lenkrad eines Kraftfahrzeugs zu schaffen, wodurch die Anzahl
nicht gerechtfertigter Warnungen an den Fahrer verringert wird.
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Die
Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs
1 sowie durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 10
gelöst. Bevorzugte Ausgestaltungen des Verfahrens sind
Gegenstand der Unteransprüche.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren zur Erkennung fehlender
Fahreraktivität am Lenkrad eines Kraftfahrzeugs, wobei
das am Lenkrad ausgeübte Handmoment des Fahrers gemessen
wird, ist getaktet ist und weist innerhalb eines Taktes vorgegebener
Zyklusdauer die folgenden Schritte auf:
- – Bestimmen
mindestens einer Handmomentgröße aus dem gemessenen
Handmoment,
- – Herunterzählen eines Zählers um
eine vorgegebene erste Schrittweite ausgehend von dem Zählerwert des
vorherigen Taktes, wenn die mindestens eine Handmomentgröße
kleiner als eine vorgegebene erste Schwelle ist,
- – Abspeichern des neuen Zählerwertes zur Verwendung
im nächsten Takt,
- – Vergleichen des neuen Zählerwertes mit einem
Zählerschwellwert und Ausgeben einer Warnung, wenn der
neue Zählerwert kleiner dem Zählerschwellwert
ist, und
- – Ausführen des nächsten Taktes,
wenn der neue Zählerwert größer oder
gleich dem Zählerschwellwert ist.
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Vorzugsweise
wird der Zähler um eine zweite Schrittweite ausgehend von
dem Zählerstand des vorherigen Taktes heraufgezählt,
wenn die mindestens eine Handmomentgröße größer
oder gleich der vorgegebenen Schwelle ist. Dabei wird weiter bevorzugte,
dass die zweite Schrittweite eine Funktion der Handmomentgröße
ist.
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Mit
anderen Worten, die der Erfindung zugrunde liegende Idee besteht
darin eine Warnung auszulösen, wenn der Momentschwellwert
länger als eine vorgegebene, aber variable Zeitdauer durch
das ausgeübte Handmoment des Fahrers unterschritten wird.
Dabei wird das Handmoment des Fahrers mit einer vorgegebenen Frequenz
durchgeführt und ein Zähler abwärts gezählt,
solange die Bedingung des Unterschreitens zutrifft. Trifft die Bedingung
nicht zu, d. h. das gemessene Handmoment ist größer
oder gleich dem Momentschwellwert, so wird der Zähler wieder
nach oben gezählt, wobei die Schnelligkeit, mit welcher
der Zähler wieder nach oben gezählt wird, eine
Funktion des ausgeübten Handmoments ist. Eine Warnung des
Fahrers erfolgt daher nur dann, wenn der Wert des Zählers
eine vorbestimmte Schwelle unterschreitet, was erst nach einer gewissen
Zeit erfolgen kann. Damit wird erreicht, dass das System flexibel
auf Aktivitäten des Fahrers reagiert.
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Insbesondere
wird vorzugsweise die Handmomentgröße mit einer
zweiten Schwelle verglichen, wobei die zweite Schrittweite einen
größeren Wert annimmt, wenn die Handmomentgröße
größer ist als die zweite Schwelle, und einen
kleineren Wert annimmt, wenn die Handmomentgröße
kleiner oder gleich der zweiten Schwelle ist.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform beträgt die
Zykluszeit ca. 0,2 Sekunden. Damit soll ausgedrückt werden,
dass die Taktzeit oder Zyklusdauer in dem Bereich von einigen Zehntelsekunden
bewegt, um in einem vernünftigen Zeitraum von einigen Sekunden
eine Aussage über die Fahreraktivität zu erhalten.
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Ferner
ist vorzugsweise der Zählerwert durch eine obere Grenze
begrenzt, wobei die erste und/oder zweite Schrittweite und/oder
erste Schwelle und/oder obere Grenze des Zählerwerts situationsabhängig änderbar
sind.
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Unter
dem Begriff Handmomentgröße wird hier einerseits
das Handmoment des Fahrers selbst verstanden, d. h. dem Verfahren
liegt die Auswertung des Handmoments des Fahrers zugrunde, andererseits
wird darunter auch die zeitliche Ableitung des gemessenen Handmoments
verstanden, was bedeutet, dass das Verfahren auf die Auswertung
der zeitlichen Ableitung des Handmoments gerichtet ist. Das Verfahren
kann auch kombiniert in dem Sinne sein, dass es auf die Betrachtung
beider Handmomentgrößen gerichtet ist.
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Daher
wird vorzugsweise die Handmomentgröße durch das
gemessene Handmoment und/oder dessen zeitliche Ableitung gebildet.
Mit anderen Worten, in einer bevorzugten Ausführungsform
wird das Handmoment des Fahrers innerhalb eines Taktes oder Zyklus
betrachtet, während in dem anderen Fall die Regelung auf
die zeitliche Ableitung des Handmoments gerichtet ist. Ferner ist
es auch möglich, das Verfahren sowohl auf die Betrachtung
des Handmoments als auch dessen Ableitung zu stützen, mit
anderen Worten, das Verfahren eine Kombination der Auswertung des
Handmoments und dessen Ableitung ist. Bei einer Betrachtung der
Ableitung des Handmoments kann dieses vorzugsweise gefiltert werden,
um eine Glättung des Signalverlaufs zu erreichen.
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Eine
erfindungsgemäße Vorrichtung zur Durchführung
des im Vorangegangenen erläuterten Verfahrens weist mindestens
einen Sensor zur Bestimmung des Lenkrad anliegenden Handmoments,
eine Datenverarbeitungseinrichtung zur Durchführung des
Verfahrens und eine Warneinrichtung auf.
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Vorzugsweise
wird die Warneinrichtung durch eine Anzeigeeinrichtung und/oder
eine akustische Warneinrichtung gebildet. Ferner kann die Vorrichtung
einen Sensor zur Bestimmung des Lenkradwinkels aufweisen.
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Eine
bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird nachfolgend
anhand der Zeichnungen beschrieben. Dabei zeigt
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1 ein
Blockschaltbild der Vorrichtung zur Erkennung fehlender Fahreraktivität
am Lenkrad, und
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2 das
Verfahren zur Erkennung fehlender Fahreraktivität am Lenkrad
in schematischer Darstellung.
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1 zeigt
ein Blockschaltbild einer Vorrichtung zur Erkennung fehlender Fahreraktivität,
wie sie beispielsweise in einem Spurhalteassistenten auf Basis eines
Lenkmomentsensors eingesetzt werden kann. Dargestellt ist eine elektromechanische
Lenkung 1, die mit einem Lenkrad 2 verbunden ist.
Ein Fahrer 3 übt aktive Lenkbewegungen auf das
Lenkrad 2 aus, so dass das Handmoment HM des Fahrers 3 auf
die elektromechanische Lenkung 1 wirkt. Ein nicht dargestellter
Sensor misst das am Lenkrad 2 und damit an der elektromechanischen
Lenkung 1 anliegende Handmoments HM des Fahrers, welches
an ein Steuergerät 4 übertragen wird.
Ein weiterer Sensor kann auch optional zusätzlich einen
hochaufgelösten Lenkradwinkel messen und an das Steuergerät 4 übertragen.
Im Steuergerät 4 wird ausgehend von dem gemessenen
Handmoment des Fahrers das Verfahren zur Erkennung fehlender Fahreraktivität
am Lenkrad durchgeführt. Wurde eine fehlende Fahreraktivität
festgestellt, so triggert das Steuergerät eine Anzeige-
oder Warneinrichtung 5, die eine optische und/oder akustische
und/oder haptische Warnung an den Fahrer abgibt.
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2 zeigt
in schematischer Darstellung das erfindungsgemäße
Verfahren zur Erkennung fehlender oder mangelnder Fahreraktivität
am Lenkrad, also zur Erkennung eines freien Lenkrades. Das gemessenes Handmoment
HM des Fahrers des aktuellen Messtaktes wird als Eingangsgröße
einem Betragsbildner 10 zugeführt, der den Betrag
des Handmoments HM bildet. Der Betragswert des Handmoments HM wird
in einem ersten Vergleicher 11 mit einer unteren ersten
Schwelle HMS1 und in einem zweiten Vergleicher 12 mit einer oberen
zweiten Schwelle HMS2 verglichen, wobei der erste Vergleicher 11 die
boolsche Variable V1 und der zweite Vergleicher die boolsche Variable
V2 ausgibt.
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Ist
der Vergleich im ersten Vergleicher 11 positiv, d. h. das
gemessenen Handmoment HM ist größer als die erste
Schwelle HMS1, so hat die boolsche Variable V1 des Vergleicher 11 den
boolschen Wert "Eins". Ist hingegen der Vergleich negativ, d. h.
der Betrag des gemessenen Handmoments HM ist kleiner oder gleich der
ersten Schwelle HMS1, so hat die boolsche Variable V1 den Wert logisch
"Null".
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Die
boolsche Variable V1 des Vergleichers 11 steuert den logischen
Eingang E2 eines Schalters 13, der noch die weiteren die
Eingänge E1 und E3 sowie den Ausgang A aufweist. Dabei
wählt bei dem Vergleicher 11, wie auch bei den
noch zu erläuternden Vergleichern 12 und 13,
der Steuereingang E2 aus, welcher der beiden anderen Eingänge
E1 und E3 auf den Ausgang a geschaltet wird. Ist daher E2 auf logisch
"Eins", so wird der Eingang E1 auf den Ausgang A geschaltet, im
anderen Fall der Eingang E3.
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Ist
daher der Vergleich im Vergleicher 11 negativ ausgefallen,
d. h. der Betrag des gemessenen Handmoments HM kleiner oder gleich
dem ersten Schwellwert HMS1, so hat die boolsche Variable V1 den
Wert "Null", was dazu führt, dass der Schalter 13 die
am Eingang E3 anliegenden erste Schrittweite SW1 auf den Ausgang
A des Schalters 13 legt. In einer bevorzugten Ausführungsform
hat die erste Schrittweite SW1 den Wert "–1". Falls schneller
nach untern gezählt werden soll, kann eine größerer
negative Zahl den Wert der ersten Schrittweite SW1 bilden.
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Die
so auf den Ausgang des Schalters 13 durchgeschaltete erste
Schrittweite SW1 mit dem negativen Wert wird einem als Zähler
wirkenden Addierer 14 zugeführt, auf dessen anderem
Eingang der Zählerwert des vorherigen Taktes anliegt. Beträgt
daher die erste Schrittweite "–1", so wird der Zähler
oder Addierer 14 heruntergezählt. Der neue Zählerwert
des aktuellen Messtaktes wird nun einem Maximumbildner 15 zugeführt, der
das Maximum zwischen dem aktuellen Zählerwert und einer
unteren Zählergrenze bestimmt, die hier den Wert "0" hat.
Dadurch wird der aktuelle Zählerwert immer nach unten auf
den Wert "0" begrenzt. Andere Werte als "0" für die Begrenzung
des Zählerwertes nach unten beim Abwärtszählen
sind natürlich denkbar. Solange daher der aktuelle Zählwert
größer "0" ist, erscheint am Ausgang des Maximumbildners 15 der
Zählerwert des aktuellen Taktes.
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Der
aktuelle Zählerwert wird anschließend durch einen
Minimumbildner 16 nach oben begrenzt. In dem Minimumbildner
wird das Minimum zwischen dem aktuellen Zählerwert und
einer oberen Zählerwertgrenze ZWM bestimmt. Solange daher
der Zählerwert ZW kleiner als die obere Grenze ZWM ist,
wird der aktuelle Zählerwert ZW einen Vergleicher 18 zugeführt.
In dem Vergleicher 18 wird der aktuelle Zählerstand
mit einem Grenzwert ZWG verglichen. Ist der Vergleich negativ, d.
h. der aktuelle Zahlerwert ist größer als der
Zählergrenzwert SWG, so ist die aus dem Vergleich generierte
boolsche Variable V3 "Null". Fällt der Vergleich im Vergleicher 18 jedoch
positiv aus, d. h. der Zählerwert ZW unterschreitet den
Grenzwert ZWG, so hat die boolsche Variable V3 den Wert "Eins".
Dies signalisiert, das der Fahrer über einen längeren
Zeitraum im wesentlichen keine Lenkaktivitäten zeigt und
es wird basierend auf der boolschen Variablen V3 eine Warnung generiert.
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Die
obige Beschreibung behandelt den Fall, in dem der Fahrer über
eine längeren Zeitraum keine Lenkaktivitäten zeigt,
so dass von einer Hand-Off-Situation ausgegangen werden muss. Nun
kann der Fahrer während des Abwärtszählens
des Zählers wieder Lenkmomente auf das Lenkrad ausüben,
was durch den oberen Teil des Verfahrens der 2 abgehandelt
wird.
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In
dem Vergleicher 12 wird parallel zu dem Vergleicher 11 überprüft,
ob eine zweite obere Schwelle HMS2 kleiner ist als der Betrag des
gemessenen Handmoments des Fahrers. Trifft dies zu, so hat die Variable V2
den Wert "Eins" und der Schalter 14 schaltet die Schrittweite
SW3 auf den Eingang E1 des Schalters 13. Trifft der Vergleich
nicht zu, d. h. die zweite Schwelle ist größer
als der Betrag des Handmoments des Fahrers, so hat die boolsche
Variable den Wert "Null", mit der Folge, dass die Schrittweite SW2
auf den Eingang E1 des Schalters 13 durchgeschaltet wird.
Die Schrittweiten SW2 und SW3 sind positive ganze Zahlen mit der
Eigenschaft, dass die Schrittweite SW3 größer
ist als die Schrittweite SW2. Dies führt dazu, dass bei
einem großen detektierten Handmoment der Zähler
schneller aufwärts gezählt wird als bei einem
kleineren.
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Da
die erste Schwelle HMS1 zur Detektion eines nicht oder nur sehr
gering vorhandenen Handmoments des Fahrers dient, während
die zweite Schwelle HMS2 das Vorhandensein eines Lenkmoments voraussetzt,
ist die zweite Schwelle größer als die erste Schwelle
festzulegen. Somit ist aufgrund des Vorhandenseins eines Lenkmoments
des Fahrers notwendigerweise die boolsche Variable V1 "Eins" ist,
wodurch der Eingang E1 des Schalters 13 auf den Ausgang
A gelegt wird. Bei einem Vorhandensein eines Lenkmoments des Fahrers
wird daher mittels der zweiten Schwelle HMS2 entschieden, mit welcher
Schrittweite SW2 oder SW3 der Zähler wieder hochgezählt
wird.
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Folgende
Werte für die einzelnen Parameter haben sich bei dem oben
erläuterten Verfahren bewährt:
| Zykluszeit: | 0,2
s | (d.
h. das Verfahren wird alle 0,2 s erneut durchlaufen) |
| ZWM | 600 | (maximaler
Zählwert) |
| ZWG | 100 | (untere
Grenze Zählwert) |
| HMS1 | 0,3
Nm | (erste
Schwelle) |
| HMS2 | 0,6
Nm | (zweite
Schwelle) |
| SW1 | –1 | (erste
Schrittweite) |
| SW2 | 15 | (zweite
Schrittweite) |
| SW3 | 160 | (dritte
Schrittweite) |
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Eine
Zykluszeit von 0,2 s bedeutet 50 Durchläufe pro Sekunden.
Da in jedem Durchlauf die erste Schrittweite SW1 = –1 von
600 abgezogen wird, werden also 10 Sekunden benötigt, bis
die untere Grenze des Zählwertes ZWG von 100 erreicht wird.
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Ein
alternatives Verfahren wäre, dass anstelle der im obigen
geschilderten Verwendung des gemessenen Handmoments des Fahrers
die Änderung des Handmoments dHM/dt bewertet wird. Dadurch
wird das System unempfindlich gegen eine konstanten Offset gegebenenfalls
ist eine Filterung der Ableitung dHM/dt notwendig, um eine entsprechende
Signalgüte zu erhalten.
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Das
Prinzip wäre in dem Fall: wenn sich das Handmoment über
eine gewisse Zeit nicht, also die Ableitung klein ist, ändert,
so liegt eine Freihandsituation vor.
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Anstelle
der oben genannten Momentgrenzen werden in der alternativen Ausführungsform
Grenzen von Handmomentänderungen verwendet. Beispielsweise
ist ein Wert für die erste Schwelle unterhalb welcher der
Zähler abwärts zählt 0,075 Nm/s.
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Diese
erste Grenze kann fahrzustandsabhängig eingestellt werden
und im Fall eines aktiven Reglereingriffs auf 0,3 Nm/s erhöht
werden.
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Allgemein
können sowohl in der Version bezüglich der Handmomente
als auch der Handmomentänderungen die Warngrenzen und/oder
Zählerwerte und/oder Schrittweiten situationsabhängig
eingestellt werden. Beispielsweise kann in Kurven früher
gewarnt werden oder es können als Funktion des Kurvenradius
die Warngrenzen und/oder Zählerwerte einschließlich
Schrittweiten verändert werden.
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Soll
beispielsweise in Kurven früher gewarnt werden, so kann
man die erste Schrittweite von –1 auf –2 ändern.
Eine Warnung erfolgt dann bei einer Zykluszeit von 0,2 s bereits
bei 5 s. Alternativ kann der Wert des maximalen Zählwertes
von 600 auf 350 abgesenkt werden, welches auch gegebenenfalls eine
frühere Warnung bewirkt.
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- 1
- Elektromechanische
Lenkung
- 2
- Lenkrad
- 3
- Fahrer
- 4
- Steuergerät
- 5
- Anzeige/Warneinrichtung
- 10
- Betragsbildner
- 11
- erster
Vergleicher
- 12
- zweiter
Vergleicher
- 13
- Schalter
- 14
- Summierer
- 15
- Maximumbildner
- 16
- Minimumbildner
- 17
- Speicher
Zählerwert
- 18
- Vergleicher
- HM
- Handmoment
des Fahrers
- HMS1
- erste
(untere) Schwelle
- HMS2
- zweite
(obere) Schwelle
- SW1
- erste
Schrittweite
- SW2
- zweiter
Schrittweite
- SW3
- dritte
Schrittweite
- V1
- erste
boolsche Variable
- V2
- zweite
boolsche Variable
- V3
- dritte
boolsche Variable
- ZWM
- maximaler
Zählerwert
- ZWG
- unterer
Grenzwert Zähler
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 102005056438
A1 [0004]
- - DE 19806458 A1 [0005]