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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Erkennen
eines Bedienzustands eines Lenkrads in einem Fahrzeug, wobei der
Bedienzustand beschreibt, ob ein Fahrer ein Lenkrad in einem Fahrzeug
bedient und insbesondere, ob der Fahrer mindestens eine Hand am
Lenkrad hat oder beide Hände
vom Lenkrad genommen hat.
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Bei
mechatronischen Lenksystemen, insbesondere bei elektrisch unterstützten Lenksystemen (EPS),
wird das von dem Fahrer zur Querführung des Fahrzeugs aufgebrachte
sogenannte Fahrermoment situationsabhängig mittels eines sogenannten
Unterstützungsmoments
in einer Vielzahl von Betriebsbereichen beeinflusst. Beispielsweise
wird der Fahrer bei der Spurführung
unterstützt,
indem dem Fahrer eine haptische Rückmeldung über einen mittels einer Kamera
oder einer anderen Sensorik erkannten Spurverlauf zur Verfügung gestellt
wird. Diese Rückmeldung
wird durch ein geeignetes Handmoment realisiert, das dem Fahrer über das
Lenkrad die entsprechende haptisch wahrnehmbare Information übermittelt.
Bei dem oben genannten Beispiel einer haptischen Spurführungsassistenz
wird folglich eine erhöhte
Fahrsicherheit insbesondere auf Autobahnen und Schnellstraßen erreicht.
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Fahrerassistenzsysteme
sind regelmäßig so ausgelegt,
dass der Fahrer in den Regelkreis einbezogen ist. Dies bedeutet,
dass der Fahrer stets die Hände
am Lenkrad halten muss, um auf die haptische Information reagieren
zu können.
Das Niveau des Unterstützungsmoments
ist derart begrenzt, dass ein Überstimmen
des resultierenden Moments durch den Fahrer jederzeit möglich ist,
indem der Fahrer ein Gegenmoment an dem Lenkrad erzeugt.
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Auch
aus rechtlichen Gründen
darf eine vollautomatische Spurführung
durch das Fahrerassistenzsystem nicht erfolgen, da der Fahrer stets
die volle Kontrolle über
das Fahrzeug haben muss.
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Bei
Fahrerassistenzsystemen ist es deshalb notwendig, das Assistenzsystem
abzuschalten, wenn der Fahrer die Hände von dem Lenkrad nimmt. Ergänzend werden
häufig
Warnungen ausgegeben, um den Fahrer darauf hinzuweisen, dass das
Fahrerassistenzsystem abgeschaltet ist und dass die Hände wieder
an das Lenkrad gelegt werden sollen.
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Bei
bisher bekannten Systemen wird häufig fehlerhaft
eine Warnmeldung ausgegeben und/oder das Fahrerassistenzsystem abgeschaltet.
Dies ist besonders häufig
dann der Fall, wenn der Fahrer das Lenkrad nur relativ leicht berührt.
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Aufgabe
der Erfindung ist es, ein System bzw. eine Vorrichtung zum Erkennen
des Bedienzustands des Lenkrads zur Verfügung zu stellen, das gegenüber den
bekannten Systemen bzw. Verfahren deutlich zuverlässiger arbeitet
und insbesondere das irrtümliche
Ausgeben von Warnmeldungen und/oder das irrtümliche Abschalten eines Fahrerassistenzsystems
vermeidet oder zumindest reduziert.
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Die
Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 dadurch gelöst, dass
ein aktueller, hoch aufgelöster
Lenkradwinkel und ein aktuelles Lenkmoment bestimmt werden. In Abhängigkeit
von dem Lenkradwinkel und dem Lenkmoment wird ein von dem Fahrer
aktuell aufgebrachtes Fahrerhandmoment bestimmt. In Abhängigkeit
von einem Verlauf des Fahrerhandmoments wird dann der Bedienzustand
des Lenkrads bestimmt.
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Erfindungsgemäß wird folglich
das von dem Fahrer aufgebrachte Fahrerhandmoment bestimmt. Aus dem
Verlauf des Fahrerhandmoments wird auf den Bedienzustand des Lenkrads
geschlossen bzw. es wird erkannt, ob der Fahrer die Hände am Lenkrad hat,
was im Folgenden als Bedienzustand ”hands_on” bezeichnet wird, oder ob
der Fahrer die Hände
von dem Lenkrad genommen hat, im Folgenden als Bedienzustand ”hands_off” bezeichnet.
Das erfindungsgemäße Verfahren
hat ferner den Vorteil, dass die beispielsweise in einer EPS-Lenkung
bereits vorhandene Sensorik bzw. die hiervon zur Verfügung gestellten Eingangsgrößen genügen, um
mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens
den Bedienzustand des Lenkrads zu erkennen.
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Weitere
Vorteile ergeben sich aus den Merkmalen bzw. Ausführungsformen,
die in den Unteransprüchen
genannt sind. Gemäß solcherart
vorteilhafter Ausführungsformen
können
die Eingangsgrößen, die
für ein
Erkennen des Bedienzustands des Lenkrads herangezogen werden, u.
a. einen Lenkradwinkel, eine Lenkradwinkelgeschwindigkeit, einen EPS-Motorwinkel,
eine EPS-Motorwinkelgeschwindigkeit
und/oder ein Drehstabmoment sein.
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Umfasst
das Lenksystem ein sogenanntes Winkelüberlagerungsgetriebe, so wird
dies bei der Bestimmung des Fahrerhandmoments bzw. bei der Bestimmung
des Bedienzustands des Lenkrads berücksichtigt. Vorzugsweise werden
hierbei weitere Eingangsgrößen, wie
beispielsweise eine Fahrzeuggeschwindigkeit, ein Motorwinkel und/oder
eine Motorwinkelgeschwindigkeit des Überlagerungsstellers, sowie
die aktuelle Übersetzung
bzw. das aktuelle Übersetzungsverhältnis herangezogen.
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Die
Aufgabe wird auch gelöst,
durch eine Vorrichtung zum Erkennen des Bedienzustands eines Lenkrads,
das zur Durchführung
des erfindungsgemäßen Verfahrens
hergerichtet ist. Insbesondere weist diese Vorrichtung ein Steuergerät zum Steuern und/oder
Regeln eines Lenksystems auf, das zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens programmiert
ist. Ferner sind dem Lenksystem Sensoren zugeordnet, die ein Erfassen
von für
die Durchführung
des erfindungsgemäßen Verfahrens
notwendigen Eingangsgrößen ermöglichen.
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Anhand
der folgenden Zeichnungen wird die Erfindung an Ausführungsbeispielen
näher erläutert. Hierbei
zeigen:
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1 eine
schematische Darstellung eines Lenksystems in einem Fahrzeug;
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2 ein
Blockschaltbild, das einzelne Aspekte bei der Erzeugung eines hoch
aufgelösten Lenkradwinkels
graphisch darstellt;
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3a ein
Diagramm, in dem ein fiktiver Verlauf eines Fahrermoments sowie
relevante Größen für die Bestimmung
des Bedienzustands des Lenkrads gemäß einer Ausführungsform
dargestellt sind;
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3b ein
Diagramm, in dem der Verlauf des Fahrermoments entsprechend 3a dargestellt
ist, die Bestimmung des Bedienzustands des Lenkrads jedoch gemäß einer
anderen Ausführungsform
erfolgt;
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4 ein
Ablaufdiagramm, in dem Verfahrensschritte des erfindungsgemäßen Verfahrens
gemäß einem
Ausführungsbeispiel
dargestellt sind; und
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5 ein
Diagramm, in dem gemäß einer Ausführungsform
Bedingungen für
das Erkennen eines Zustandswechsels graphisch dargestellt sind.
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In 1 ist
ein Lenksystem 1 dargestellt, das eine Lenkvorrichtung 2 und
ein Steuergerät 3 umfasst.
In dem Steuergerät 3 ist
ein Mikroprozessor 4 angeordnet, der über eine Datenleitung, beispielsweise
ein Bussystem, mit einem Speicherelement 5 verbunden ist.
In dem Speicherelement 5 sind Speicherbereiche 5a ausgebildet,
in denen abgearbeitete Computerprogramme und/oder Daten abgelegt
sind. Die Daten können
sowohl vorgebbare Größen als
auch während
der Durchführung
des Verfahrens ermittelte oder während
der Applikation des erfindungsgemäßen Verfahrens vorgegebene
Daten sein.
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Über eine
Signalleitung 6 ist das Steuergerät 3 mit einem Momentensteller,
beispielsweise einem als Elektromotor 7 ausgebildeten EPS-Motor,
verbunden, so dass eine Steuerung des Elektromotors 7 durch
das Steuergerät 3 ermöglicht wird.
Der Elektromotor 7 wirkt über ein Getriebe 8 auf
einen Drehstab 9. An dem Drehstab 9 ist ein Lenkrad 10 angeordnet. Gemäß einer
anderen möglichen
Ausführungsform ist
der EPS-Motor parallel zur Zahnstange angeordnet, wobei das Motormoment über einen
Riemen und ein Kugelumlaufgetriebe übertragen wird. Bei einer nochmals
anderen möglichen
Ausführungsform
wirkt der EPS-Motor über
ein weiteres Ritzel auf die Zahnstange.
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Die
Lenkvorrichtung 2 weist ferner ein Lenkgetriebe 11 auf,
das gemäß der in 1 beispielhaft dargestellten
Ausführungsform
als Zahnstangenlenkgetriebe ausgebildet ist. Das Lenkgetriebe 11 ist über ein
Ritzel 12a und eine Zahnstange 12b auf jeder Fahrzeugseite
mit einem Lenkgestänge 13,
das jeweils mit einem Rad 14 zusammenwirkt, verbunden.
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Das
Lenksystem 1 weist ferner einen Drehmomentsensor 16 auf,
mittels dessen ein aktuelles Drehmoment TTB erfassbar
ist. Der Drehmomentsensor 16 ist an dem Drehstab 9 angeordnet.
Das aktuelle Drehmoment TTB wird beispielsweise
durch Messung der aktuellen Verdrehung des Drehstabs 9 – vorzugsweise
unter Berücksichtigung
einer Verdrehsteifigkeit des Drehstabs 9 – bestimmt.
Der Drehmomentsensor 16 ist über eine Datenleitung mit dem Steuergerät 3 verbunden.
An dem Elektromotor 7 ist ein Winkelsensor 17 angeordnet,
mittels dessen ein Motorwinkel δ erfassbar
ist. Ferner weist das Lenksystem 2 einen Winkelsensor 18 auf,
der die Erfassung eines Lenkradwinkels ermöglicht. Die Winkelsensoren 17 und 18 sind über Signalleitungen
mit dem Steuergerät 3 verbunden.
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Über eine
weitere Signalleitung ist das Steuergerät 3 mit einem Winkelsteller,
beispielsweise einem als Servomotor ausgebildeten AFS-Motor 15, verbunden,
so dass eine Steuerung des AFS-Motors 15 durch das Steuergerät 3 ermöglicht wird.
Der AFS-Motor 15 wirkt über
ein Winkelüberlagerungsgetriebe 19,
beispielsweise ein Planetengetriebe, auf den Drehstab 9 und
ermöglicht
die Realisierung einer Winkelüberlagerung
bei einer Aktivlenkung (AFS).
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Das
in 1 dargestellte Lenksystem 1 ist zur Durchführung des
erfindungsgemäßen Verfahrens
geeignet. Die Wirkungsweise des Lenksystems 1 wird in der
folgenden Beschreibung erläutert.
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Um
eine besonders zuverlässige
Ausführung des
erfindungsgemäßen Verfahrens
zu erreichen, müssen
Lenkwinkel und Lenkmomente eine möglichst hohe Auflösung aufweisen.
Die in Fahrzeugen vorhandene serienmäßige Lenkradwinkelsensorik genügt häufig nicht
diesen Anforderungen. Deshalb wird in einer besonders bevorzugten
Ausführungsform
zunächst
ein Lenkradwinkel mit ausreichend hoher Auflösung erzeugt. Gemäß einem
Ausführungsbeispiel
wird der Lenkradwinkel über Übersetzungen von Übertragungsgliedern,
wie beispielsweise einem Lenkgetriebe oder einem Kugelumlaufgetriebe,
aus dem EPS-Motorwinkel δ oder
der Motorwinkelgeschwindigkeit δ .
berechnet. Vorzugsweise wird hierbei
eine Verdrehung des Drehstabes 9 ebenfalls berücksichtigt.
Die im Betrieb des Lenksystems bestehende Dynamik kann mittels eines
Zustandsraummodells abgebildet werden. Weist das Fahrzeug ein Winkelüberlagerungsgetriebe
auf, so wird ein aktuelles Übersetzungsverhältnis i
ebenfalls einbezogen. Das Übersetzungsverhältnis i
kann abhängig
von der Fahrzeuggeschwindigkeit oder anderen Größen, wie dem Lenkradwinkel
oder dem Radlenkwinkel, sein.
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In 2 ist
in einem Blockschaltbild eine mögliche
Anordnung dargestellt, mittels der ein hoch aufgelöster Lenkradwinkel
erzeugt werden kann. In dem Blockdiagramm ist ein Funktionsblock 20 dargestellt,
in welchem mittels der Übersetzung
des EPS aus der Motorwinkelgeschwindigkeit δ .
des EPS-Motors 7 eine
auf das Lenkrad bezogene Winkelgeschwindigkeit δ .
LR bestimmt
wird. Die Winkelgeschwindigkeit δ .
LR wird
einem Funktionsblock 21 zugeführt. Dem Funktionsblock 21 wird
ferner ein aktuelles, vorzugsweise von der Fahrzeuggeschwindigkeit
v abhängiges Übersetzungsverhältnis i(v)
des Winkelüberlagerungsgetriebes 19 zugeführt. In
dem Funktionsblock 21 wird aus der Motorwinkelgeschwindigkeit
und dem Übersetzungsverhältnis i(v) eine
Winkelgeschwindigkeit δ .
korr beispielsweise durch
Multiplikation berechnet, die das Übersetzungsverhältnis i(v)
berücksichtigt.
Die so berechnete Winkelgeschwindigkeit δ .
korr wird
einem Funktionsblock 22 zugeführt.
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Einem
Funktionsblock 23 wird ein aktuelles, beispielsweise mittels
des Sensors 16 erfasstes Drehstabmoment TTB zugeführt. In
dem Funktionsblock 23 wird ein zusätzlicher, aus der Verdrehung des
Drehstabs 9 resultierender Anteil des Lenkradwinkels bestimmt
und dem Funktionsblock 22 zugeführt. Die hierbei benötigte Drehstabsteifigkeit
kann in einem Kennfeld abgelegt sein.
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Die
Eingangsgrößen des
beispielsweise als Zustandsraummodell ausgebildeten Funktionsblocks 22 sind
somit die um den Einfluss der Winkelüberlagerung korrigierte Lenkradwinkelgeschwindigkeit δ .
korr und der aus der Drehstabverdrehung
resultierende Lenkradwinkel. Aus diesen Eingangssignalen wird in dem
Funktionsblock 22 eine Lenkradwinkelgeschwindigkeit δ .
LR,ber berechnet.
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Der
Funktionsblock 24 ist vorzugsweise als Kalman-Filter ausgebildet
und erzeugt aus der berechneten Lenkradwinkelgeschwindigkeit δ .
LR,ber und einem beispielsweise mittels
des Sensors 18 gemessenen Lenkradwinkel δLR,mess einen
hoch aufgelösten Lenkradwinkel δLR.
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Der
so gebildete Lenkradwinkel δLR kann nun für die Berechnung des Fahrermoments,
also des Momentes, welches der Fahrer auf das Lenkrad aufbringt,
herangezogen werden.
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Ohne
Verwendung des Lenkradwinkels kann das Fahrermoment mittels einer
Tiefpassfilterung des Drehstabmoments ermittelt werden.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform wird
für die
Bestimmung des Fahrerhandmoments ein Momentengleichgewicht zwischen
dem Drehstabmoment TTB und dem Moment am
Lenkrad, welches sich aus einem Fahrermoment TLR und
einem aus einer Lenkradträgheit
JLR resultierenden Momentanteil zusammensetzt,
berechnet. Ferner wird die aktuelle Lenkradbeschleunigung δ ..
LR gemäß der folgenden Berechnungsvorschrift
berücksichtigt: TTB = TLR – δ ..
LR·JLR
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Die
oben angegebene Gleichung kann zur Berechnung des Fahrermoments
TLR entsprechend nach TLR aufgelöst werden.
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Gemäß einer
anderen Ausführungsform
wird zusätzlich
geprüft,
ob das gemessene Drehstabmoment TTB,mess kleiner
ist als das berechnete Handmoment TLR,ber.
Ist dies nicht der Fall, ist also das berechnete Handmoment TLR,ber größer als
das gemessene Drehstabmoment TTB,mess, so
wird das Handmoment TLR auf den Wert des
gemessenen Drehstabmoments TTB,mess gesetzt
und statt des berechneten Handmoments wird der Wert des gemessenen
Drehstabmoments ausgegeben.
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Gemäß einer
weiteren Ausführungsform kann
ein sogenannter Beobachter bzw. „observer” eingesetzt werden, der in
Abhängigkeit
von den Eingangsgrößen Lenkradwinkel δ und Drehstabmoment TTB einen Wert für das Fahrerhandmoment TLR erzeugt. Der Beobachter wird mittels bekannter
Verfahren erzeugt und entsprechend parametriert bzw. angelernt.
Die Qualität
des so ermittelten Fahrerhandmoments TLR hängt von
der Struktur des Beobachters, dessen Parametrierung und/oder der
Art und Weise ab, wie der Beobachter angelernt wurde. Der Beobachter
kann beispielsweise in Form eines neuronalen Netzes realisiert sein.
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Das
berechnete Fahrerhandmoment TLR wird nun
gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren
ausgewertet, um die Bedienzustände ”hands_on” und ”hands_off” zu detektierten.
Wie in 3a gezeigt, wird der Zustand ”hands_off” ausgegeben,
wenn der Betrag des Fahrerhandmoments TLR mindestens
für die
Dauer einer festgelegten Zeitdauer t1 unter
einem einstellbaren Schwellwert S1 liegt. Übersteigt danach das Handmoment
einen oberen Schwellwert S3, so wird wieder der Zustand ”hands_on” detektiert.
Der Bereich zwischen den Schwellwerten S1 und S3 realisiert eine
Hysterese.
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Die
Ausgabe einer Warnung unmittelbar nach dem Lösen der Hände von dem Lenkrad 10 ist meist
nicht erwünscht,
da eine kurze Fahrstrecke bei losgelassenem Lenkrad 10 häufig toleriert
werden soll. Erfindungsgemäß ist deshalb
vorgesehen, dass zwischen dem Entfernen der Hände von dem Lenkrad 10 und
der Ausgabe einer Warnmeldung mindestens die Zeitdauer t1 vergeht.
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Gemäß einem
in 3b dargestellten Ausführungsbeispiel ist ein mittlerer
Schwellwert S2 zwischen den Schwellwerten S1 und S3 vorgesehen. Unterschreitet
das Fahrerhandmoment den Schwellwerte S1, so wird der Zähler t0 in Gang gesetzt. Wird der Schwellwert S1
wieder überschritten,
so wird der Zähler
t0 – anders
als in der in 3a gezeigten Ausführungsform – nicht
zurückgesetzt.
Erst wenn das Fahrermoment TLR über den
Wert S2 steigt, wird der Zähler
t0 wieder auf den Wert 0 gesetzt. Deshalb kann
mittels der in 3b dargestellten Ausführungsform
der Zustand „hands_off” in manchen
Situationen früher
detektiert werden, als bei der in 3a gezeigten
Ausführungsform,
da ein Überschreiten des
unteren Schwellwerts S1 nicht ein Rücksetzen des Zählers t0 bewirkt. Würde in 3b das
Fahrermoment TLR über den Wert S2 steigen bevor
die Zeitdauer t1 abgelaufen ist, so würde der
Zähler
t0 wieder auf den Wert 0 gesetzt und erst
wieder gestartet werden, falls das Fahrermoment TLR erneut
unter den Wert S1 fiele. Bei der in 3b dargestellten
Situation erreicht der Zähler
t0 aber ohne Rücksetzen den Wert t1 und es wird der Bedienzustand ”hands_off” detektiert.
Dieser Bedienzustand wird solange als aktuell betrachtet, bis das
Handmoment TLR den Wert S3 überschreitet
und der Bedienzustand ”hands_on” detektiert
wird.
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Vorzugsweise
wird die Zeitdauer t1 abhängig von
der gefahrenen Geschwindigkeit, einer aktuellen Querbeschleunigung
und/oder anderer Zustandsgrößen eingestellt.
Die Zeitdauer t1 ist damit variabel und kann
in Abhängigkeit
von aktuellen Fahrzuständen beispielsweise
mittels eines Kennfelds oder durch funktionale Berechnung ermittelt
werden. Ist die Zeitdauer t1 beispielsweise
abhängig
von der aktuellen Fahrzeuggeschwindigkeit, so kann die Zeitdauer
t1 größer gewählt werden,
wenn das Fahrzeug eine niedrige Geschwindigkeit hat. Bewegt sich
das Fahrzeug jedoch mit hoher Geschwindigkeit, so kann die Zeitdauer
t1 verringert werden. Dies bedeutet, dass bei
niedrigeren Geschwindigkeiten eine längere Zeit toleriert wird,
während
der der Fahrer möglicherweise die
Hände vom
Lenkrad genommen hat. Bei höheren Geschwindigkeiten
wird aus Sicherheitsgründen
eine verkürzte
Zeitspanne t1 eingestellt.
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Eine
Abhängigkeit
der Zeitdauer t1 von einer Querbeschleunigung
ermöglicht
einer Verkürzung der
Zeitdauer t1 bei zunehmender Querbeschleunigung.
Liegt eine Querbeschleunigung vor, so wird davon ausgegangen, dass
das Fahrzeug sich in einer Kurvenfahrt befindet. In einer Kurvenfahrt
muss das Fahrzeug von dem Fahrer durch Vorgabe eines Handmoments
mittels des Lenkrads geführt
werden. Ein Loslassen des Lenkrads während einer Kurvenfahrt kann
bei Berücksichtigung
der Querbeschleunigung folglich besonders rasch detektiert werden.
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Bei
einer vorteilhaften Ausführungsform
werden die Bedienzustände
des Lenkrads nicht unmittelbar aus dem Fahrerhandmoment TLR bestimmt, sondern es wird die Ableitung
des Fahrerhandmoments, also eine Fahrerhandmomentänderung,
herangezogen. Die grundsätzliche
Vorgehensweise bleibt hierbei analog wie zuvor beschrieben. Die
Parameter S1, S3 und gegebenenfalls der mittlere Schwellwert S2 müssen jedoch
entsprechend angepasst werden. Bei dieser Variante wird ausgenutzt,
dass eine Änderung des
Bedienzustands häufig
eine relativ hohe Änderung
des Fahrerhandmoments mit sich bringt. Derartige ”Sprünge” im Verlauf
des Fahrerhandmoments können
durch Bilden der Ableitung des Fahrerhandmoments besonders gut erkannt
werden. Anstatt der Fahrerhandmomentänderung oder in Ergänzung hierzu
kann auch eine Änderung
des Lenkradwinkels, also eine Lenkradwinkelgeschwindigkeit herangezogen
werden.
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Gemäß einer
verbesserten Ausführungsform wird
die aktuelle Frequenz des Fahrerhandmomentsignals als weitere Information
zur Erkennung des Bedienzustands herangezogen. Dieser Ausführungsform
liegt die Beobachtung zugrunde, dass bereits eine nur leicht an
ein Lenkrad angelegte Hand eine Dämpfung von leichten Schwingungen
im Lenkmoment TTB bzw. der Lenkmomentenänderung
bewirkt, wodurch es zu einer Änderung
der Schwingungsfrequenz kommt.
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Als
weitere Alternative oder Ergänzung
wird die Lenkradwinkelbeschleunigung oder die Fahrerhandmomentbeschleunigung
erkannt, wodurch insbesondere ein Wechsel des Bedienzustands des Lenkrads
gut erkannt werden kann.
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Die
unterschiedlichen Ausführungsformen können alternativ
oder sich ergänzend
eingesetzt werden. Insbesondere kann durch unterschiedliche Signale
oder unterschiedlich aufbereitete Signale, die für eine Detektion des Bedienzustands
des Lenkrads zur Verfügung
stehen, eine Plausibilisierung des Bedienzustands erreicht werden,
so dass beispielsweise nur dann auf das Vorliegen einer Änderung
des Bedienzustands geschlossen wird, wenn mindestens zwei von drei
unterschiedlichen Verfahren zum Erkennen des aktuellen Bedienzustands
ein übereinstimmendes
Ergebnis liefern.
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Es
wurde beobachtet, dass ein Fahrer sich von kurzzeitigen und häufigen Warnungen
gestört oder
irritiert fühlt.
Kurzzeitige Warnungen zur Anzeigen es Bedienzustands „hands_off” können dadurch entstehen,
dass der Fahrer zwischenzeitlich das Lenkrad nur besonders leicht
berührt
oder der Fahrer, der das Lenkrad mit nur einer Hand führt, die Hände wechselt.
Vorteilhafterweise wird deshalb eine Mindestwarndauer vorgegeben.
Wird ein Übergang
von dem Bedienzustand ”hands_on” in den
Bedienzustand ”hands_off” erkannt,
so erfolgt die Ausgabe eines Warntons oder die Aktivierung einer Warnleuchte
für eine
vorgebbaren Zeitdauer, auch wenn der Fahrer die Hände bereits
wieder an das Lenkrad gelegt hat und bereits wieder der Bedienzustand ”hands_on” detektiert
wurde.
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Wird
die Bedienzustandserkennung in Kombination mit einer Spurführungsassistenzfunktion
eingesetzt, so kann vorteilhafterweise die Ausgabe einer Warnung
unterdrückt
werden, bis eine bestimmte Anzahl von Lenkeingriffen durch den Fahrer
vorliegt. Die Anzahl der Lenkeingriffe kann über die Höhe des durch den Fahrer aufgebrachten
Zusatzmoments, die Position des Fahrzeugs in der Spur bzw. eine
Positionsveränderung
des Fahrzeugs oder einer Differenz zwischen einem Soll-Lenkradwinkel
und einem Ist-Lenkradwinkel erkannt werden.
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Vorzugsweise
ist mindestens einer der Schwellwerte S1, S2, S3 und/oder die Zeitdauer
t1 und/oder die Mindest-Warndauer individuell
für einen Fahrer
einstellbar. Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass von dem Fahrer
unterschiedliche Parameter bzw. verschiedene Sensitivitätsstufen
definierende Parametersätze über ein
Bord-Menü eingestellt werden
können.
Bei unterschiedlichen Fahrern kann somit manuell, vorzugsweise jedoch
durch automatische Fahrertyperkennung, der diesem Fahrer zugeordnete
Parametersatz geladen werden.
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Eine
Individualisierung für
unterschiedliche Fahrer ermöglicht
es auch, dem Umstand Rechnung zu tragen, dass manche Fahrer das
Lenkrad stets sehr fest halten, wohingegen andere Fahrer die Hände nur
sehr locker am Lenkrad halten. Dieses fahrerspezifische Verhalten
wird vorzugsweise automatisiert erkannt aus dem Verlauf des Fahrerhandmoments
TLR und/oder aus Fahrerreaktionen auf Zusatzmomente
des Spurhalteassistenzsystems, die aus dem Lenkradwinkelverlauf,
dem Fahrerhandmomentverlauf und/oder dem Drehstabmomentverlauf ermittelt
werden. In Abhängigkeit
von dem fahrerspezifischen Verhalten können automatisiert einzelne Parameter,
insbesondere ein Schwellwert S1, S2, S3 oder eine Zeitdauer, angepasst
werden. Beispielsweise wird ein Fahrer, der das Lenkrad sehr fest
hält, stets
eine starke Dämpfung
auf das Drehmoment TTB ausüben, so
dass eine Veränderung
der Dämpfung erkannt
und hieraus eine Zustandsänderung
des Bedienzustands abgeleitet werden kann. Hält ein Fahrer das Lenkrad sehr
locker, so ist die Schwingungsfrequenz des Fahrerhandmoments häufig geringer, als
wenn der Fahrer das Lenkrad relativ fest hält.
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Gemäß einer
vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird eine Warnung nicht
ausgegeben, wenn das Fahrerassistenzsystem bzw. eine Assistenzfunktion
nicht aktiviert ist. Die Ausgabe einer Warnmeldung kann auch dann
unterdrückt
werden, wenn eine Assistenzfunktion aktiviert ist, jedoch nur ein
sehr geringes Zusatzmoment angefordert ist. Die Ausgabe einer Warnmeldung
kann insbesondere auch in Abhängigkeit
von einer aktuellen Fahrzeuggeschwindigkeit gesteuert werden, da beispielsweise
bei stehendem Fahrzeug die Ausgabe einer Warnmeldung nicht sinnvoll
ist.
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Selbstverständlich kann
die Bedienzustandserkennung unabhängig von einer Spurführungsassistenzfunktion
eingesetzt werden, wie dies in den Ansprüchen ebenfalls zur Geltung
kommt. Für
die grundlegende Funktion der Bedienzustandserkennung sind keine
Signale einer speziellen Umweltsensorik, wie sie für Spurführungsassistenzfunktionen eingesetzt
werden, notwendig. eine Realisierung des erfindungsgemäßen Verfahrens
ist nur mit lenkungsspezifischen Messgrößen möglich. Ist jedoch eine Spurführungsassistenzfunktion
verfügbar
bzw. aktiviert, so kann vorgesehen sein, dass weitere Signale aus
der Umweltsensorik bei der Erkennung des Bedienzustands ausgewertet
werden. Beispielsweise kann mittels einer Kamera die aktuelle Position
des Fahrzeugs bezüglich
einer Spur erkannt werden. Diese Information kann dann – wie oben
beschrieben – bei
der Erkennung des Bedienzustands des Lenkrads und/oder bei einer
Plausibilitätsprüfung herangezogen
werden.
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In 4 ist
ein Ablaufdiagramm einer möglichen
Realisierung des erfindungsgemäßen Verfahrens
dargestellt. Das Ablaufdiagramm zeigt eine von einer Vielzahl möglicher
Realisierungen an. Die Vielzahl möglicher Variationen sind dem
mit der Implementierung des erfindungsgemäßen Verfahrens betrauten Fachmann
bekannt.
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Das
in 4 dargestellte Verfahren beginnt in einem Schritt 100.
Dort werden beispielsweise die Schwellwerte S1, S2 und S3 sowie
die Zeitdauer t1 initialisiert. Dies kann
in Abhängigkeit
von einer Fahrertyperkennung individuell für den aktuellen Fahrer erfolgen.
In dem Schritt 100 wird ferner ein Zähler t0 auf den
Wert 0 initialisiert.
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In
einem Schritt 101 werden die für das Verfahren notwendigen
Eingangssignale erfasst. Dies sind beispielsweise der Motorwinkel δ, ein aktuelles Übersetzungsverhältnis eines
Winkelüberlagerungsgetriebes,
ein aktuell erfasstes Drehmoment TTB und/oder
ein mittels eines Winkelsensors erfasster aktueller Lenkwinkel δLR,Mess.
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In
einem Schritt 102 wird das Fahrerhandmoment TLR beispielsweise
durch Berechnung eines Momentengleichgewichts zwischen dem Drehstabmoment
TTB und dem Fahrerhandmoment TLR gebildet.
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In
einem Schritt 103 wird der aktuelle Bedienzustand des Lenkrads,
der in dem Initialisierungsschritt 100 beispielsweise auf
den Wert ”hands_off” voreingestellt
worden ist oder in einem vorherigen Durchlauf des erfindungsgemäßen Verfahrens
abgespeichert worden ist, überprüft. Ergibt
diese Überprüfung, dass
der Fahrer aktuell die Hände
nicht am Lenkrad hat, der Bedienzustand also ”hands_off” ist, so wird in einem Schritt 104 geprüft, ob das
Fahrerhandmoment TLR den Schwellwert S3 überschreitet. Ist
dies nicht der Fall, so wird zu dem Schritt 101 zurückverzweigt
und es werden erneut aktuelle Werte erfasst. Überschreitet das Fahrerhandmoment
TLR jedoch den Schwellwert S3, so wird davon
ausgegangen, dass der Fahrer mindestens eine Hand am Lenkrad hat.
In dem Schritt 105 wird deshalb auf den Bedienzustand ”hands_on” gewechselt
und das Verfahren wird dann in dem Schritt 101 fortgesetzt.
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Ist
in dem Schritt 103 der aktuelle Bedienzustand ”hands_on”, so wird
in einem Schritt 106 geprüft, ob das in dem Schritt 102 ermittelte
Fahrerhandmoment TLR kleiner oder gleich
dem mittleren Schwellwert ist. Der Schwellwert hat die Funktion, stets
dann eine neue Initialisierung des Zählers t0 zu veranlassen,
wenn das Fahrerhandmoment TLR den Schwellwert
S1 unterschritten hatte, wodurch der Zähler t0 aktiviert
worden ist, also die aktuelle Zeitdauer erfasst worden ist. Gemäß dem in 4 dargestellten
Ablaufdiagramm wird für
den Fall, dass der aktuelle Bedienzustand ”hands_on” ist und das aktuelle Fahrerhandmoment
den Schwellwert nicht überschreitet,
stets in einem Schritt 107 der Zähler t0 neu initialisiert
und insbesondere deaktiviert. War der Zähler bereits deaktiviert, weil
das Fahrerhandmoment TLR den Schwellwert
S1 noch nicht überschritten
hat, so erfolgt folglich keine Änderung
des Zustands des Zählers
t0. Es wird dann zu dem Schritt 101 zurückverzweigt.
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Ergibt
der Vergleich in dem Schritt 106 jedoch, dass das Fahrerhandmoment
unterhalb der Schwelle liegt, so wird in einem Schritt 108 geprüft, ob der
aktuelle Zählerstand
t0 die vorgegebene Zeitdauer t1 erreicht
oder überschritten
hat. Selbstverständlich
kann der Zähler
t0 den Wert t1 nur
erreichen, wenn der Zähler
t0 aktiviert worden ist und eine entsprechend
lange Zeitdauer aktiviert war. Es wird nun davon ausgegangen, dass
der Zähler
t0 noch nicht aktiviert ist, er deshalb
den Wert t1 auch nicht erreicht haben kann.
In diesem Fall wird zu einem Schritt 109 verzeigt und es
wird geprüft,
ob das aktuelle Fahrerhandmoment TLR unterhalb
der Schwelle S1 liegt. Ist dies nicht der Fall, bewegt sich folglich
das Fahrerhandmoment zwischen den Schwellwerten S1 und, so erfolgt
gemäß dem in 4 dargestellten
Ausführungsbeispiel
keine weitere Aktion und es wird zu dem Schritt 101 zurückverzweigt.
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Hat
das Fahrerhandmoment TLR hingegen den Schwellwert
S1 unterschritten (Schritt 109), so wird in einem Schritt 110 der
Zähler
t0 aktiviert und es wird nun die Zeitspanne
mittels des Zählers
t0 gemessen War der Zähler t0 bereits
aktiviert, so erfolgt in dem Schritt 110 keine weitere Änderung
und es wird zu dem Schritt 101 zurückverzweigt. Nun werden die Schritte 101 bis 109 so
lange durchlaufen, bis der Zähler
den Wert t1 erreicht. Der Zähler t0 kann die Zeitdauer t1 jedoch
nur erreichen, wenn nicht zwischenzeitlich das Fahrerhandmoment
den Schwellwert überschreitet
(Schritt 106), da sonst der Zähler neu initialisiert und
deaktiviert werden würde
(Schritt 107).
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Erreicht
oder überschreitet
der Zähler
t0 den Wert t1,
so wird von dem Schritt 108 in den Schritt 111 verzweigt
und es wird eine Änderung
des Bedienzustands von „hands_on” zu ”hands_off” detektiert.
Diesem Schritt können
sich weitere Schritte, beispielsweise die Ausgabe einer Warnmeldung,
das Abspeichern des aktuellen Bedienzustands, das Deaktivieren einer
Fahrerassistenzfunktion und ähnliches
anschließen.
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Gemäß einer
anderen Ausführungsform
wird die Differenz zwischen dem Fahrerhandmoment und dem Drehstabmoment
gebildet und ausgewertet. Hierzu erfolgt eine zeitliche Integration
des Betrages der gebildeten Differenz. In 5 ist ein
Ausführungsbeispiel
gezeigt, bei dem das Integral fortlaufend innerhalb eines applizierbaren
Zeitintervalls bzw. einer applizierbaren Zeitdauer ti gebildet
und beobachtet wird. Bleibt das Integral innerhalb des Zeitintervalls
ti unterhalb eines ersten Schwellwerts S4, wird
der Zustand „hands-off” erkannt.
Steigt das Integral jedoch innerhalb des Zeitintervalls ti über
einen zweiten, höheren
Schwellwert S5, wird der Zustand „hands-on” detektiert. Zumindest bei
jedem Zustandswechsel wird der Zeitzähler zur Feststellung, ob die
Zeitdauer ti abgelaufen ist, neu gestartet
und die Integration beginnt von neuem, so dass das Integral zu Beginn
einer jeden Zeitdauer ti zurückgesetzt wird.
Das in 5 gezeigte Ausführungsbeispiel geht davon aus,
dass zu Beginn der Zustand „hands_on” vorliegt.
In dem entlang der Zeitachse ersten Zeitintervall bzw. der ersten
Zeitdauer ti-1 überschreitet das als Kurve
dargestellte Integral I1 den Schwellwert
S5, so dass am Ende der ersten Zeitdauer ti-1 weiterhin
der Zustand „hands_on” vorliegt. In
dem zweiten Zeitintervall bzw. der zweiten Zeitdauer ti-2 bleibt
das Integral I2 unterhalb des Schwellwerts S4,
so dass am Ende des zweiten Zeitintervalls ti-2 der
Zustand „hands_off” detektiert
wird. In dem dritten Zeitintervall ti-3 überschreitet
das Integral I3 zwar den ersten Schwellwert
S4, bleibt jedoch unterhalb des Schwellwerts S5, so dass am Ende
des dritten Zeitintervalls ti-3 weiterhin
der Zustand „hands_off” vorliegt.
In dem vierten Zeitintervall ti-4 überschreitet das
Integral I4 wieder den Schwellwert S5, so
dass am Ende des vierten Zeitintervalls ti-4 der
Zustand „hands_on” detektiert
wird.
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Selbstverständlich sind
eine Vielzahl weiterer Ausführungsformen
des erfindungsgemäßen Verfahrens
und insbesondere eine Vielzahl weiterer Implementierungsmöglichkeiten
vorstellbar. Beispielsweise könnte
ein weiterer Zustandsanzeiger verwendet werden, der den aktuellen
Aktivierungszustand des Zählers
t0 anzeigt. Dieser Zustandsanzeiger könnte im
weiteren Verlauf des Verfahrens abgefragt werden, beispielsweise
stets dann, wenn eine Manipulation des Zählers t0 erfolgen
soll. Ferner könnte ein
Deaktivieren und/oder Initialisieren des Zählers t0 auch
in dem mit A gekennzeichneten Anweisungsblock des Ablaufdiagramms
erfolgen. Die Anweisungsblöcke
A und B könnten
ebensogut sequentiell hintereinander ausgeführt werden, wobei auf den Schritt 103 verzichtet
werden könnte
und das Aktivieren/Deaktivieren des Zählers t0 gegebenenfalls
in anderer, dem Fachmann bekannter Weise organisiert werden könnte. Selbstverständlich kann
die Reihenfolge der Schritte in vielfältiger Weise verändert werden
und es können
weitere Zwischenschritte eingesetzt werden. Ferner ist es für das Verfahren
unerheblich, ob bei einem Vergleich des Fahrerhandmoments TLR mit einem Schwellwert eine Aktion dann ausgeführt wird,
wenn das Fahrerhandmoment TLR den Schwellwert
erreicht oder erst dann, wenn das Fahrerhandmoment TLR den
Schwellwert über-/unterschritten
wird.