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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Einstellung
eines Zusatzlenkmoments in einer Lenkeinrichtung eines Kraftfahrzeugs zur
Erzeugung einer haptischen Lenkradwarnung beim Spurverlassen.
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Beim
Fahren eines Kraftfahrzeugs kann es zum Beispiel auf Grund von Müdigkeit
oder Ablenkung des Fahrers vorkommen, dass das Kraftfahrzeug unbeabsichtigt
seine gegenwärtige Fahrspur zu verlassen droht beziehungsweise
tatsächlich verlässt. Dies kann zu sehr gefährlichen
Fahrsituationen führen, die im schlimmsten Fall auch einen
Unfall zur Folge haben können. Um diesem Problem abzuhelfen,
sind aus dem Stand der Technik bereits unterschiedliche Fahrerassistenzsysteme
bekannt, die zum Beispiel als Spurassistenzsysteme oder Spurhalteassistenzsysteme
bezeichnet werden. Derartige Fahrerassistenzsysteme warnen den Fahrer
auf unterschiedliche Weise, wenn das Kraftfahrzeug unbeabsichtigt
die Fahrspur verlässt oder zu verlassen droht. Bei den
bekannten Fahrerassistenzsystemen wird zum Beispiel eine Kamera
eingesetzt, welche den Fahrbahnbereich unmittelbar vor dem Kraftfahrzeug
erfasst. Die von der Kamera erfassten Bilddaten werden weiterverarbeitet,
wobei insbesondere der Verlauf der Fahrbahnmarkierungen analysiert
wird. Ferner wird die Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs kontinuierlich
erfasst. Wenn das Fahrerassistenzsystem anhand der zur Verfügung
stehenden Daten (Fahrzeuggeschwindigkeit und aktuelle Position des Kraftfahrzeugs
in der Fahrspur) die Gefahr erkennt, dass das Kraftfahrzeug die
Fahrspur verlassen könnte, wird der Fahrer entsprechend
gewarnt. Bei den aus dem Stand der Technik bekannten Fahrerassistenzsystemen
wird der Fahrer beispielsweise auf optischem oder akustischem Wege
oder aber durch Lenkradvibrationen gewarnt, sobald das Kraftfahrzeug
ungewollt von der Fahrspur abzukommen droht, noch bevor es auf die
falsche Fahrspur oder auf den Fahrbahnrand gerät.
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Die
DE 103 48 916 A1 offenbart
ein Fahrerassistenzsystem zur Warnung eines Fahrers bei einer unbeabsichtigten
Querführung des Kraftfahrzeugs. Das Kraftfahrzeug umfasst
erste Mittel zur Erfassung des Abstands zwischen dem Kraftfahrzeug und
einer seitlichen Fahrspurbegrenzung sowie zweite Mittel zur Erzeugung
eines haptischen Signals in Abhängigkeit von dem durch
die ersten Mittel erfassten Abstand. Die zweiten Mittel sind derart
ausgebildet, dass zumindest ein Federelement des Fahrzeugfahrwerks
zu einer Warnschwingung angeregt wird, die bei einer Gefahrensituation
vom Fahrer wahrgenommen werden kann.
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In
der
DE 10 2007
029 427 A1 wird ein haptisches Lenkungsrückmeldungssystem
beschrieben, bei dem der Fahrzeugführer durch Lenkradvibrationen
gewarnt wird, wenn das Kraftfahrzeug die Fahrspur verlässt.
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Aus
der
DE 10 2005
009 701 B4 ist ein Verfahren zur Spurverlass-Warnung bekannt,
bei dem der Fahrer durch ein Vibrationssignal gewarnt wird, wenn
das Kraftfahrzeug unbeabsichtigt die Fahrspur verlässt.
Bei diesem Verfahren werden die Fahrspurmarkierungen erfasst, wobei – ausgehend
von dem ermittelten Unterbrechungsintervall der Fahrspurmarkierungen-Vibrationssignale
erzeugt werden, die in ihrem Signal/Pause-Verhältnis der
Fahrspurmarkierung nachgebildet sind.
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Es
wird deutlich, dass eine mögliche Form der Fahrerwarnung
die haptische Rückmeldung an den Fahrer über das
Lenkrad in Form einer dort aufgebrachten Vibration mit definierter
Frequenz und Amplitude ist. In der Regel wird hierzu ein synthetisches
Zusatzlenkmoment MZ als periodisches Signal lenkradseitig
in die Lenkeinrichtung des Kraftfahrzeugs eingesteuert, welches
eine Lenkradvibration mit einer für den Fahrer wahrnehmbaren
Winkelauslenkung da am Lenkrad zur Folge hat. Die Ausprägung,
insbesondere die Amplitude, Frequenz und Signalform, dieses in die
Lenkeinrichtung eingebrachten synthetischen Zusatzlenkmoments MZ hängt unter anderem von den ermittelten
fahrdynamischen Parametern, den Eigenschaften der verbauten Lenkeinrichtung
sowie unter Umständen auch von den Ergebnissen der Fahrspurerkennung
des Fahrerassistenzsystems ab. Ein generelles Ziel besteht darin, den
Fahrer auf haptischem Wege intuitiv und unmittelbar auf das vom
Fahrerassistenzsystem zu signalisierende Warnereignis (Spurverlassen
beziehungsweise drohendes Spurverlassen), aufmerksam zu machen.
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Andererseits
stellt die Lenkeinrichtung eines Kraftfahrzeugs im normalen Fahrbetrieb
das primäre Übermittlungsmedium für alle
Arten der Fahrbahnrückmeldungen an den Fahrer dar. Das
sich hierbei im Lenkrad ergebende Amplitudenspektrum bildet sich
abhängig von den verschiedenen Fahrbahnuntergründen
und Fahrsituationen für den Fahrer fühlbar als
Handlenkmoment MH ab und bildet das vom Fahrer
wahrgenommeine, subjektive Lenkgefühl. Es ist in diesem
Zusammenhang stets zu beachten, dass die Rückmeldungen
der Fahrbahn nicht ausnahmslos wegdämpft werden dürfen.
Ein im Sinne der bestmöglichen Lenkeinrichtungsentwicklung
einzustellendes „korrektes” Lenkgefühl
ist für den Fahrer ein wichtiges Kriterium für
die Beurteilung des aktuellen Fahrzustands des Kraftfahrzeugs und
kann ihm darüber hinaus Sicherheit und Komfort vermitteln.
Weitere Faktoren und Parameter der Lenkeinrichtung (wie zum Beispiel
Geradeauslauf, Dämpfungscharakteristik, Rücklauf
und so weiter) sowie der Vorderachse (insbesondere eine Radunwucht), die
ebenfalls mehr oder weniger in das Amplitudenspektrum des Handlenkmoments
eingehen können, sollen an dieser Stelle außer
Acht gelassen werden.
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In
zahlreichen Versuchen hat es sich gezeigt, dass das synthetisch
aufgebrachte Zusatzlenkmoment MZ zur Erzeugung
der Lenkradvibrationen im Fall einer vom Fahrerassistenzsystem erfassten
Gefahrensituation nicht zu stark ausgeprägt sein sollte. Zum
einen soll dadurch verhindert werden, dass zu starke Zusatzlenkmomente
MZ für die Fahr- beziehungsweise
Querdynamik des Kraftfahrzeugs nachteilige Effekte zur Folge haben
(insbesondere bei höheren Fahrzeuggeschwindigkeiten oder
bei sehr glatten Fahrbahnoberflächen) und die Fahrzeugbeherrschbarkeit
jederzeit gegeben ist. Zum anderen soll der Fahrer durch den Systemeingriff
nicht überrascht oder erschreckt werden, um zu verhindern, dass
möglicherweise falsche Reaktionen beim Fahrer hervorgerufen
werden. Letztendlich ist natürlich auch von möglichen
Fehlwarnungen des Fahrerassistenzsystems auszugehen. Das dann zu
Unrecht aufgebrachte synthetische Zusatzlenkmoment MZ sollte
vom Fahrer nicht als unangemessen groß und damit störend
empfunden werden.
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Hier
setzt die vorliegende Erfindung an.
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Der
vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren
der eingangs genannten Art zur Verfügung zu stellen, das
auf einfache Weise eine adaptive, fahrsituationsabhängige
Anpassung des Zusatzlenkmoments MZ in der
Lenkeinrichtung ermöglicht.
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Diese
Aufgabe wird durch ein Verfahren der eingangs genannten Art mit
den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Die Unteransprüche
betreffen vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung.
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Bei
einem erfindungsgemäßen Verfahren zur Einstellung
eines Zusatzlenkmoments MZ in einer Lenkeinrichtung
eines Kraftfahrzeugs zur Erzeugung einer haptischen Lenkradwarnung
beim Spurverlassen ist vorgesehen, dass
- – mit
mindestens einem Umgebungssensormittel die Umgebung eines sich auf
einer Fahrspur bewegenden Kraftfahrzeugs erfasst wird und festgestellt
wird, ob das Kraftfahrzeug die von ihm befahrene Fahrspur verlässt,
- – mit mindestens einem Erfassungsmittel ein in der
Lenkeinrichtung wirkendes Handlenkmoment MH erfasst
wird,
- – beim Verlassen der Fahrspur in der Lenkeinrichtung
ein Zusatzlenkmoment MZ erzeugt wird, wobei
die Größe des Zusatzlenkmoments MZ in
Abhängigkeit von dem erfassten Handlenkmoment MH eingestellt wird.
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Dadurch
wird in vorteilhafter Weise erreicht, dass das synthetische Zusatzlenkmoment
MZ, welches im Warnfall in der Lenkeinrichtung
wirkt und als periodisches Signal eine für den Fahrer wahrnehmbare
Winkelauslenkung da am Lenkrad erzeugt, in Abhängigkeit
von dem in der Lenkeinrichtung wirkenden Handlenkmoment MH das in erster Linie durch Fahrbahnrückmeldungen
erzeugt wird, adaptiv angepasst werden kann. Würde nämlich
die Amplitude des synthetischen Zusatzlenkmoments MZ auf
einen festen Wert eingestellt und für den ungünstigsten
Fall bezüglich auftretender Handlenkmomente MH ausgelegt
(zum Beispiel eine Fahrbahnoberfläche mit grobem Asphalt),
so wäre dieses Zusatzlenkmoment MZ bei
glatten Fahrbahnoberflächen für viele Fahrer subjektiv
zu groß. Umgekehrt würde ein zu klein applizierter
Wert des synthetischen Zusatzlenkmoments MZ beim
Befahren einer sehr groben Fahrbahnoberfläche in der dann
vorliegenden Fahrbahnrückmeldung untergehen und somit vom
Fahrer nicht mehr einwandfrei als Systemeingriff des Fahrerassistenzsystems
wahrnehmbar sein. Das hier vorgestellte Verfahren stellt einen vorteilhaften
und effizienten Ansatz zur adaptiven Einstellung des synthetischen Zusatzlenkmoments
MZ zur Aufbringung der Warnvibration in
einer Lenkeinrichtung in Abhängigkeit vom erfassten Handlenkmoment
MH zur Verfügung. Das Erfassungsmittel,
mit dem das Handlenkmoment MH erfasst wird,
kann insbesondere eine Drehmomentsensoreinrichtung sein, mittels
derer das Handlenkmoment MH fortwährend
im Nichteingriffs- beziehungsweise Nichtwarnfall des Fahrerassistenzsystems
bestimmt werden kann. Über eine Winkelsensoreinrichtung,
mittels derer der Lenkwinkel erfasst werden kann, ist ebenfalls
eine indirekte Bestimmung des ursächlichen Handlenkmoments
MH möglich. Geeignete Auswerteverfahren
zur Ermittlung der Amplituden im Signalverlauf des Handlenkmoments
MH können beispielsweise der allgemeinen
Signalverarbeitung und Systemtheorie entnommen werden.
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Um
die Warnvibration des Fahrerassistenzsystems im Lenkrad für
den Fahrer ausreichend differenzierbar gegenüber der aktuell
vorherrschenden Fahrbahnrückmeldung zu machen, wird in
einer besonders bevorzugten Ausführungsform die Amplitude
des synthetischen Zusatzlenkmoments MZ so
eingestellt, dass es größer als das Handlenkmoment
MH ist. Unter dem Handlenkmoment MH wird dabei nur die Abbildung der Fahrbahnrückmeldungen
als Momentenverlauf im Lenkrad der Lenkeinrichtung ohne explizite
Fahrervorgaben (zum Beispiel beim Einlenken in Kurven oder sonstige
Lenkkorrekturen) verstanden, welche ebenfalls mit einem Rückstellmoment
in die Lenkung eingehen. Zur Differenzierung gegenüber
dem Handlenkmoment MH wird ein um MZ = ΔMH höheres
Drehmoment in der Lenkung erzeugt.
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Es
besteht in einer bevorzugten Ausführungsform die Möglichkeit,
dass das Betragsspektrum des Handlenkmoments MH gebildet
wird und daraus die Größe des Zusatzlenkmoments
MZ bestimmt wird. Dadurch kann die Größe
des Zusatzlenkmoments MZ auf einfache Weise
bestimmt werden. Um die Bestimmung der Größe des
Zusatzlenkmoments MZ weiter zu präzisieren,
ist in einer besonders vorteilhaften Ausführungsform vorgesehen,
dass das Handlenkmoment MH hinsichtlich
seiner Frequenzanteile f1, f2,
..., fn analysiert wird. Es besteht zum
Beispiel die Möglichkeit, dass die Frequenzanteile f1, f2, ..., fn des Handlenkmoments MH mittels
einer schnellen Fourier-Transformation oder mittels einer Kurzzeit-Fourier-Transformation
analysiert werden.
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Wenn
zum Beispiel das Betragsspektrum des Handlenkmoments MH gebildet
wird, können zusätzlich noch die signifikanten
Frequenzen ermittelt werden und diese Erkenntnis kann ebenfalls
bei der Einstellung des Zusatzlenkmoments MZ und
damit der periodischen Lenkradvibrationen einbezogen werden. Vorzugsweise
können aus dem Betragsspektrum des Handlenkmoments MH die einzelnen Frequenzanteile f1, f2, ..., fn ermittelt werden. Die Frequenzanteile f1, f2, ..., fn können in einer besonders bevorzugten
Ausführungsform mit entsprechenden Gewichtungsfaktoren
g1, g2, ..., gn gewichtet werden. Dadurch können
in besonders vorteilhafter Weise gezielt bestimmte Frequenzanteile
stärker gewichtet werden als andere Frequenzanteile.
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Dabei
gilt: MZ = ΔMH = u(f1·g1 + f2·g2 + ...)
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In
einer besonders vorteilhaften Ausführungsform werden lediglich
die höhenfrequenten Signalanteile der Fahrbahnrückmeldung
und nicht die niederfrequenten, vom Fahrer induzierten Lenkmomente
für die Bestimmung des Zusatzlenkmoments MZ zu
Grunde gelegt.
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Die
vorliegende Erfindung ermöglicht in vorteilhafter Weise
die Adaption des im Warnfall wirkenden synthetischen Zusatzlenkmoments
MZ in Abhängigkeit von dem zuvor
im Lenkrad der Lenkeinrichtung messbaren höherfrequenten
Handlenkmomentverlauf MH in der Weise, dass
mit Hilfe von Signalverarbeitungsmethoden (zum Beispiel Bildung
des Betragsspektrums, zeitliche Statistik oder dergleichen) Kenngrößen
für die mittlere Amplitude des Handlenkmomentverlaufs MH abgeleitet werden können und somit
die Amplitude des synthetischen Zusatzlenkmoments MZ = ΔMH im Warnfall optimal angepasst werden kann.
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Anhand
der beigefügten Zeichnungen wird die Erfindung nachfolgend
näher erläutert. Dabei zeigt:
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1 eine
schematische Darstellung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels
eines Verfahrens zur Einstellung eines Zusatzlenkmoments in einer Lenkeinrichtung
eines Kraftfahrzeugs zur Erzeugung einer haptischen Lenkradwarnung
beim Spurverlassen;
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2 eine
schematische Darstellung, die die Auswertung des Handlenkmoments
MH zur Einstellung eines Zusatzlenkmoments
veranschaulicht.
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Eine
Lenkeinrichtung 1 eines Kraftfahrzeugs umfasst ein Lenkrad 2,
das an einer Lenkstange 3 angebracht ist, sowie ein Aktuatormittel 4,
mittels dessen Vibrationen des Lenkrads 2 synthetisch erzeugt
werden können, sowie mindestens ein Erfassungsmittel 5,
welches zur Erfassung des momentan in der Lenkeinrichtung 1 wirkenden
Drehmoments beziehungsweise des Lenkwinkels geeignet ist. Das Erfassungsmittel 5 kann
insbesondere ein Drehmomentsensor sein. Ferner ist eine Bewertungs-
und Einstelleinheit 6 vorgesehen, die an ein Fahrerassistenzsystem 7 (Spurassistenzsystem
oder Spurhalteassistenzsystem) angeschlossen ist beziehungsweise
ein Teil von diesem ist. Die Bewertungs- und Einstelleinheit 6 ist
darüber hinaus sowohl mit dem Aktuatormittel 4 als
auch mit dem Erfassungsmittel 5 verbunden.
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Das
Fahrerassistenzsystem 7 umfasst mindestens ein Umgebungssensormittel
(beispielsweise eine Kamera) mittels dessen die Umgebung des sich auf
einer Fahrspur bewegenden Kraftfahrzeugs erfasst werden kann und
festgestellt werden kann, ob das Kraftfahrzeug die von ihm befahrene
Fahrspur verlässt beziehungsweise zu verlassen droht.
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Mit
Hilfe des mit mindestens einen Erfassungsmittels 5 kann
ein in der Lenkeinrichtung 1 aktuell wirkendes Drehmoment,
das nachfolgend auch als Handlenkmoment MH bezeichnet
wird, kontinuierlich erfasst werden. Diese Messdaten können
bereits vom Erfassungsmittel 5 ausgewertet werden und anschließend
in der Bewertungs- und Einstelleinheit 6 weiterverarbeitet
werden. Alternativ kann das Erfassungsmittel 5 der Bewertungs-
und Einstelleinheit 6 auch die Messdaten zur Verfügung
stellen, die dann von der Bewertungs- und Einstelleinheit 6 ausgewertet
werden. Die Bewertungsund Einstelleinheit 6 erhält
in jedem Fall vom Erfassungsmittel 5 kontinuierlich Messdaten über
das in der Lenkeinrichtung 1 aktuell wirkende Handlenkmoment
MH, so dass das Handlenkmoment MH im Nicht-Warnfall des Fahrerassistenzsystems 7 bewertet
werden kann. Dieser Bewertung werden lediglich die höherfrequenten
Signalanteile der Fahrbahnrückmeldung und nicht die niederfrequenten,
vom Fahrer induzierten Lenkmomente zugrunde gelegt. Dabei können
geeignete Auswerteverfahren zur Ermittlung der Amplituden im Signalverlauf
des Handlenkmoments MH eingesetzt werden,
die beispielsweise der allgemeinen Signalverarbeitung und Systemtheorie
entnommen werden können. Wenn beispielsweise das Betragsspektrum des
gemessenen Handlenkmoments MH gebildet wird,
können zusätzlich noch die signifikanten Frequenzen
ermittelt werden und diese Erkenntnis kann bei der Einstellung der
Vibrationen in der Lenkeinrichtung 1 ebenfalls einbezogen
werden.
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Wenn
das mindestens eine Umgebungssensormittel feststellt, dass das Kraftfahrzeug
die von ihm befahrene Fahrspur verlässt beziehungsweise zu
verlassen droht, wird in der Lenkeinrichtung 1 ein Zusatzlenkmoment
MZ erzeugt, welches als periodisches Signal
eine Lenkradvibration mit einer für den Fahrer wahrnehmbaren
Winkelauslenkung da am Lenkrad 2 zur Folge hat. Die Größe
des Zusatzlenkmoments MZ wird dabei von
der Bewertungs- und Einstelleinheit in Abhängigkeit von
dem erfassten Handlenkmoment MH eingestellt
und vom Aktuatormittel 4 in die Lenkung eingebracht. Um
die Warnvibration im Lenkrad 2 für den Fahrer
ausreichend differenzierbar gegenüber der aktuell vorherrschenden Fahrbahnrückmeldung
zu machen, wird die Amplitude des synthetischen Zusatzmoments MZ so eingestellt, dass sie größer
als das Handlenkmoment MH ist. Unter dem
Handlenkmoment MH wird dabei nur die Abbildung
der Fahrbahnrückmeldungen als Momentenverlauf im Lenkrad 2 der
Lenkeinrichtung 1 ohne explizite Fahrervorgaben (zum Beispiel
beim Einlenken in Kurven oder sonstige Lenkkorrekturen) verstanden,
welche ebenfalls mit einem Rückstellmoment in die Lenkung
eingehen. Zur Differenzierung gegenüber dem Handlenkmoment
MH wird ein um MZ = ΔMH höheres Drehmoment in der Lenkeinrichtung 1 erzeugt.
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Das
hier vorgestellte Verfahren stellt einen Ansatz zur adaptiven Einstellung
des Zusatzlenkmomentes MZ zur Aufbringung
der Warnvibration in einer Lenkeinrichtung 1 in Abhängigkeit
von dem anliegenden Handlenkmoment MH zur
Verfügung. Neben den Momentenverläufen können
auch die hieraus resultierenden Lenkradwinkeländerungen
herangezogen werden.
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Die
Anpassung des Zusatzlenkmoments MZ in Abhängigkeit
vom Handlenkmoment MH soll unter Bezugnahme
auf 2 anhand eines Beispiels näher erläutert
werden. Das Handlenkmoment MH, das vom Erfassungsmittel 5 erfasst
wird, kann von diesem hinsichtlich seiner Frequenzanteile analysiert werden.
Diese Frequenzanalyse kann zum Beispiel mittels einer schnellen
Fourier-Transformation (englisch: Fast Fourier-Transformation, FFT)
oder – wie in diesem Beispiel – mittels einer
Kurzzeit-Fourier-Transformation (englisch: Short Time Fourier-Transformation,
STFT) erfolgen. Aus dem sich hieraus ergebenden Betragsspektrum
des Handlenkmoments MH werden dann die einzelnen
Frequenzanteile f1, f2,
..., fn ausgewertet und mit entsprechenden
Gewichtungsfaktoren g1, g2,
..., gn gewichtet. Hierbei können
die Anteile beziehungsweise Frequenzbänder der Fahrbahnrückmeldungen
in vorteilhafter Weise entsprechend stärker gewichtet werden als
andere Anteile, die beispielsweise vom Fahrer vermeintlich selbst
in die Lenkeinrichtung 1 eingebracht werden.
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Auf
Basis eines geeigneten linearen oder nicht-linearen Ansatzes bei
der Gewichtung dieser besagten Frequenzanteile f1,
f2, ..., fn erfolgt
die Anpassung des Zusatzlenkmoments MZ = ΔMH in Abhängigkeit von dem in der
Lenkeinrichtung 1 wirkenden Handlenkmoment MH.
Die Gewichtung beziehungsweise die hinterlegte Funktion ist von verschiedenen
Faktoren abhängig (Lenksystem, Ausprägung beziehungsweise
Stärke des Systems). Dabei gilt: MZ = ΔMH=
u(f1·g1 +
f2·g2 +
...)
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- 1
- Lenkeinrichtung
- 2
- Lenkrad
- 3
- Lenkstange
- 4
- Aktuatormittel
- 5
- Erfassungsmittel
- 6
- Auswerte-
und Stelleinheit
- 7
- Fahrerassistenzsystem
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 10348916
A1 [0003]
- - DE 102007029427 A1 [0004]
- - DE 102005009701 B4 [0005]