DE102009047432A1

DE102009047432A1 - Verfahren und Einrichtung für die Erfassung der Fahrerabsicht

Info

Publication number: DE102009047432A1
Application number: DE102009047432A
Authority: DE
Inventors: Holger Mielenz
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2009-12-03
Filing date: 2009-12-03
Publication date: 2011-06-09

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren für die Erfassung der Fahrerabsicht. Dabei wird ein Modell des Fahrerverhaltens gebildet und gespeichert. Dann wird das aktuelle Fahrerverhalten des Fahrers erfasst und aus einem Vergleich zwischen dem gespeicherten Modell des Fahrerverhaltens und dem aktuell erfassten Fahrerverhalten die Fahrerabsicht abgeleitet.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung betrifft ein Verfahren für die Erfassung der Fahrerabsicht nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und eine Einrichtung dazu.
Für die Leistungsfähigkeit und Akzeptanz eingreifender Fahrerassistenzsysteme (FAS) ist es von fundamentaler Bedeutung, Informationen über den zukünftigen Fahrweg eines Fahrzeugs zu erschließen, der sich aus dem Fahrverhalten des Fahrers bzw. aus dem Fahrerwunsch ergibt. Je früher das FAS die von dem Fahrer geplante Trajektorie erfassen kann, desto mehr Zeit verbleibt dem System, aktuelle Umfeldinformationen zu interpretieren, Gefahrensituationen mit dem zu erwartenden Fahrverhalten abzustimmen und ggf. kritische Fahrsituationen durch eine aktive Anpassung der von dem Fahrer gewählten Trajektorie oder der Geschwindigkeit im Sinne eines FAS, wie beispielsweise zur Notbremsung, dem aktiven Ausweichen und dergleichen, durchzuführen.
Aus DE 10 2007 024 141 A1 ist ein Sensorsystem für ein Lenkrad eines Fahrzeuges bekannt. Dabei ist im und/oder an einem Lenkradkranz mindestens ein Sensormittel zur Erfassung der Wirkung einer Druckkraft und/oder einer Torsionskraft auf den Lenkradkranz angeordnet. Damit ist es möglich, dass ein Lenkrad schnell und effizient verwendet werden kann, um bestimmte Funktionen eines Kraftfahrzeugs zu steuern. Die bekannte Lösung geht dabei davon aus, dass diese Funktionen vom Fahrer bewusst gesteuert werden.
Offenbarung der Erfindung
Die Erfindung ermöglicht eine möglichst schnelle und zeitverzugslose Erfassung der Fahrerabsicht durch Bildung eines fahrerindividuellen Modells und Vergleich dieses Modells mit Messdaten aus dem jeweils aktuell erfassten Fahrverhalten. Die schnelle Erfassung der Fahrerabsicht ermöglicht eine überaus schnelle Reaktion eines Fahrerassistenzsystems und kann dadurch zu dessen optimaler Funktionsweise und zu einer verbesserten Akzeptanz beitragen. Besonders vorteilhaft wird das jeweilige Fahrverhalten, einerseits für die eigentliche Modellbildung, andererseits für einen aktuellen Fahrvorgang, von mindestens einem Sensor erfasst. Besonders geeignet ist ein mit dem Lenkrad verbundener Sensor, da das Lenkrad eines Fahrzeugs praktisch permanent von dem Fahrer gehandhabt wird und somit Sensordaten über die Betätigung des Fahrers zeitaktuell zur Verfügung stehen.
Weitere Vorteile ergeben sich aus der Beschreibung, den Ansprüchen und der Zeichnung.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden unter Bezug auf die Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt:
1 eine Aufsicht auf ein Lenkrad eines Fahrzeugs mit einer schematischen Darstellung der Betätigung des Lenkrads bei einer von dem Fahrer beabsichtigten Rechtskurve;
2 ein Ausführungsbeispiel eines Sensors im Querschnitt;
3 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Einrichtung mit einer ersten Sensorvariante;
4 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Einrichtung mit einer zweiten Sensorvariante;
5 ein Ablaufdiagramm.
Zur möglichst frühzeitigen Erkennung der Fahrerabsicht wird nach dem erfindungsgemäßen Verfahren vorgeschlagen, eine Korrelation zwischen einem gespeicherten Modell des Fahrerverhaltens und dem aktuell erfassten Fahrerverhalten vorzunehmen. Durch eine initiale Parametrierung des Systems, die man auch als Trainingsphase bezeichnen kann, ist eine individuelle Auslegung der Fahrerabsichtserkennung möglich, was die Entscheidungsfähigkeit derzeitiger und zukünftiger Fahrerassistenzsysteme verbessert.
1 erläutert den Ablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens. Dabei wird beispielhaft unterstellt, dass der Fahrer beabsichtigt, eine Rechtskurve einzuschlagen. Das Fahrerverhalten wird durch mindestens einen Sensor erfasst, der die Einwirkungen des Fahrers auf mindestens eine Betätigungseinrichtung des Fahrzeugs registriert. Als besonders geeignete Betätigungseinrichtung bietet sich das Lenkrad des Fahrzeugs an, da dieses praktisch permanent, also bei jeder vorkommenden Fahrsituation von den Händen des Fahrers erfasst wird oder zumindest erfasst werden sollte. Eine Reaktion des Fahrers und eine aus dieser Reaktion ableitbare Fahrerabsicht kann auf diese Weise möglichst frühzeitig erfasst werden. Als vergleichsweise leicht erfassbare Einwirkungen des Fahrers auf das Lenkrad bieten sich die dort von den Händen des Fahrers ausgeübten Kräfte, wie insbesondere Druck- und Zugkräfte an. Die schematische Darstellung zeigt eine Aufsicht auf ein Lenkrad 1 eines nicht dargestellten Fahrzeugs. Beide Hände eines Fahrers umfassen das Lenkrad 1. Die Hände des Fahrers sind durch Rechtecke angedeutet. Die linke Hand HL des Fahrers ist individuell an der linken Seite des Lenkrads 1 positioniert. Die rechte Hand HR des Fahrers ist individuell an der rechten Seite des Lenkrads 1 positioniert. Der Pfeil 1.1 deutet eine bevorstehende Rechtsdrehung des Lenkrads 1 an, da der Fahrer beabsichtigt, eine Rechtskurve einzuschlagen. Durch die Pfeile DL und ZL werden die von der linken Hand HL des Fahrers auf das Lenkrad 1 aufgebrachten Druck- und Zugkräfte angedeutet. Durch die Pfeile DR und ZR werden die von der rechten Hand des Fahrers auf das Lenkrad 1 aufgebrachten Druck- und Zugkräfte angedeutet. Im Falle der Entscheidung des Fahrers, eine Rechtskurve einzuschlagen, stellt sich eine fahrerspezifische individuelle Steuerung des Lenkrads ein, die insbesondere von der aktuellen Verkehrslage und dem gegebenen Straßenverlauf abhängig sein kann. Die vorliegende individuelle Steuerung des Lenkrads 1 manifestiert sich durch eine bestimmte Positionierung der Hände 3 HR und HL des Fahrers, sowie die Ausübung bestimmter Zug- und Druckkräfte an dem Innen- und Außenrand des Lenkrads 1.
Um die auf das Lenkrad 1 ausgeübten Kräfte zu erfassen, kann vorteilhaft ein funktionales Polymer eingesetzt werden, das in Gestalt einer Folie bzw. Films vorliegt, die auf dem Lenkrad 1 aufgebracht ist und dieses, bei einer ersten Ausführungsvariante, auf dem gesamten Umfang umgibt. Die grundlegende Funktionsweise einer derartigen Folie wird im Folgenden unter Bezug auf 2 erläutert. Dargestellt ist dort ein aus einer Polymerfolie gebildeter Sensor 20 im Querschnitt. Eine auf den Sensor 20 einwirkende Kraft F führt zu einer Änderung der Dicke D des Sensors 20. Diese Dickenänderung hat eine Ladungsverschiebung ΔQ zur Folge, die als Spannungsänderung ΔV von einem Messgerät 21 erfasst werden kann.
Dieser Zusammenhang kann formelmäßig wie folgt dargestellt werden: ΔV = 1 / C·S_q·ΔF, (1) mit

C: = Kapazität der als Sensor eingesetzten Polymerfolie,
Sq: = Sensitivität des Materials [C/N],
V: = Spannung,
F: = Kraft.

Die Spannungsausgabe für einen auf das Lenkrad 1 ausgeübten Haltedruck ist ΔV = A / C·S_q·ΔP, (2) mit ΔP = ΔF / A, (3)

A: = die mit dem Haltedruck beaufschlagte Fläche des Sensors.

In einer ersten Ausführungsvariante einer erfindungsgemäßen Einrichtung, die in 3 schematisch dargestellt ist, besteht der Sensor 21 aus einer druckempfindlichen Polymerfolie, die das Lenkrad 1 auf seinem gesamten Umfang umgibt. Über eine Verbindungsleitung 21a wird das Ausgangssignal des Sensors 21 abgegriffen und einem Steuergerät 22 zugeführt, in dem es weiter aufbereitet bzw. ausgewertet werden kann. Die erfindungsgemäße Einrichtung umfasst weiter eine Speichereinrichtung 22.1, in der Modelle des Fahrerverhaltens gespeichert und wieder abgerufen werden können. In dem Steuergerät kann dann ein Vergleich zwischen aktuell erfassten Messwerten zum Fahrerverhalten und einem gespeicherten Modell des Fahrverhaltens durchgeführt werden, um auf diese Weise die Fahrerabsicht schnellstmöglich zu ermitteln. Mit Bezugsziffer 23 ist ein mit dem Steuergerät 22 verbundenes Funktionsmodul bezeichnet, das beispielsweise eine Komponente eines Fahrerassistenzsystems sein kann, deren Funktionsweise von der Fahrerabsicht abhängig ist. Durch die frühzeitige Erkennung der Fahrerabsicht und die Versorgung des Funktionsmoduls 23 mit dieser Information kann das Funktionsmodul die ihm zugedachte Funktion optimal ausführen.
4 verdeutlicht eine weitere Ausführungsvariante einer erfindungsgemäßen Einrichtung. Bei dieser Ausführungsvariante ist anstelle eines einzigen Sensors 21 (3) eine Mehrzahl von Sensoren 21.1a, 21.2a, 21.3a, 21.4a, 21.na vorgesehen, die auf dem Lenkrad 1 verteilt, insbesondere gleichmäßig verteilt angeordnet sein können. Über zugeordnete Verbindungsleitungen sind die Sensoren mit dem Steuergerät 22 verbunden. Diese Verbindungsleitungen sind in 4 zwar dargestellt aber nicht im Einzelnen beziffert.
In einer weiteren Ausführungsvariante einer erfindungsgemäßen Einrichtung (ebenfalls in 4 dargestellt) sind Sensoren getrennt voneinander sowohl auf der äußeren Außenfläche des Lenkrads 1 als auch auf dessen innerer Oberfläche angeordnet. So sind beispielsweise die Sensoren 21.1a, 21.2a, 21.3a, 21.4a, ... 21.na auf der äußeren Außenfläche des Lenkrads 1 angeordnet. Die Sensoren 21.1i, 21.2i, 21.3i, 21.4i, ... 21.ni sind auf der inneren Außenfläche des Lenkrads 1 angeordnet. Dadurch können bei der Handhabung des Lenkrads 1 durch den Fahrer auftretende Zug- und/oder Druckkräfte noch selektiver und mit verbesserter Ortsauflösung erfasst werden.
Anstelle einer besonders vorteilhaften Polymerfolie ist auch der Einsatz anderer Sensorarten, beispielsweise kapazitiver Sensoren, denkbar, die geeignet sind, von dem Fahrer auf das Lenkrad ausgeübte Druck- und Zugkräfte zu erfassen.
Im Folgenden werden beispielhaft, auch unter Bezug auf das in 5 dargestellte Ablaufdiagramm, der Einsatz des erfindungsgemäßen Verfahrens bzw. der Einrichtung beschrieben. In einem Schritt 50 beginne das erfindungsgemäße Verfahren. Im Rahmen einer Trainingsphase (Schritt 51), beispielsweise während einer Trainingsfahrt auf einem bekannten Kurs oder auch während einer Routinefahrt im üblichen Straßenverkehr, werden die von dem trainierenden Fahrer gewählte Trajektorie und sein entsprechendes Fahrverhalten überwacht und aufgezeichnet bzw. gespeichert. Insbesondere können GPS-Daten der Trajektorie und zugeordnete Betriebskenngrößen des Fahrzeugs, wie beispielsweise der jeweilige Lenkwinkel, die Geschwindigkeit oder dergleichen erfasst werden. Weiterhin wird das entsprechende Fahrverhalten des Fahrers erfasst, insbesondere dessen Ausprägung durch Einwirkung auf eine Bedienungseinrichtung des Fahrzeugs, beispielsweise das Lenkrad. Beispielsweise kann der zeitliche Verlauf des Haltedrucks auf das Lenkrad 1 entlang der Trajektorie erfasst und aufgezeichnet werden. Mit Hilfe dieser Informationen kann ein statistisches Modell erstellt werden, das eine Klassifikation der Fahrerabsichten über die gemessenen Handdruckverläufe ermöglicht. Als Regressoren bzw. Merkmale für die Klassifikationsmodelle können die zeitlichen Verläufe der ausgeübten Zug- und Druckkräfte an dem Lenkrad 1 dienen. Das auf diese Weise fahrerindividuell ermittelte Modell kann dann, wie bereits erwähnt, in der Speichereinrichtung 22.1 gespeichert (Schritt 52) bzw. von dort wieder abgerufen werden. Nach erfolgreichem Abschluss der Trainingsphase stehen die Modelldaten jederzeit zur Verfügung und können mit aktuellen Messwerten nachfolgender Fahrten verglichen werden, um die Fahrerabsicht zu erfassen. In dem Schritt 53 werden beispielsweise aktuelle Messdaten erfasst. In dem Schritt 54 werden die aktuellen Messdaten mit abgerufenen gespeicherten Modelldaten verglichen und aus dem Vergleich eine Fahrerabsicht ermittelt. In dem Schritt 55 wird diese Fahrerabsicht an ein Funktionsmodul 23 weitergeleitet.
Besonders vorteilhaft ist die Speichereinrichtung 22.1 derart ausgestaltet, dass fahrerindividuelle Modelldaten für mehrere Fahrer gespeichert und abgerufen werden können. Das jeweils zutreffende Fahrermodell kann dann auf Basis eines fahrerindividuellen Zugangscodes (zum Beispiel Fingerprint oder dergleichen) abgerufen werden.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung können Signale weiterer Sensoren 22.2, 22.3 (siehe 4) ausgewertet werden, um das Modell des Fahrerverhaltens noch weiter zu verbessern. Beispielsweise kann es sich bei dem Sensor 22.2 um einen Lenkwinkelsensor und bei dem Sensor 21.3 um einen Geschwindigkeitssensor handeln. Denkbar ist auch ein zusätzlicher Sensor, der die Bremsaktivität des Fahrers entlang der Trajektorie erfasst.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102007024141 A1 [0003]

Claims

Verfahren für die Erfassung der Fahrerabsicht, dadurch gekennzeichnet, dass ein Modell des Fahrerverhaltens gebildet und gespeichert wird, dass das aktuelle Fahrerverhalten des Fahrers erfasst, und dass aus einem Vergleich zwischen dem gespeicherten Modell des Fahrerverhaltens und dem aktuell erfassten Fahrerverhalten die Fahrerabsicht abgeleitet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Fahrerverhalten für die Bildung des Modells und/oder die Erfassung des aktuellen Fahrerverhaltens durch mindestens einen Sensor (21, 21.1a, 21.2a, 21.3a, 21.4a, 21.na, 21.1i, 21.2i, 21.3i, 21.4i, 21.ni) erfasst wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Sensor (21, 21.1a, 21.2a, 21.3a, 21.4a, 21.na, 21.1i, 21.2i, 21.3i, 21.4i, 21.ni) die Einwirkungen des Fahrers auf mindestens eine Bedienungseinrichtung des Fahrzeugs erfasst.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einwirkung des Fahrers auf das Lenkrad (1) des Fahrzeugs erfasst wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei Verwendung einer Polymerfolie als Sensor (21, 21.1a, 21.2a, 21.3a, 21.4a, 21.na, 21.1i, 21.2i, 21.3i, 21.4i, 21.ni) die von dem Sensor (21, 21.1a, 21.2a, 21.3a, 21.4a, 21.na, 21.1i, 21.2i, 21.3i, 21.4i, 21.ni) als Ausgangssignal abgegebene Spannung nach folgender Beziehung abgeleitet wird: ΔV = 1 / C·S_q·ΔF, mit C = Kapazität der als Sensor eingesetzten Polymerfolie, S_q = Sensitivität des Materials [C/N], V = Spannung, F = Kraft.
Einrichtung für die Erfassung der Fahrerabsicht umfassend mindestens einen Sensor (21, 21.1a, 21.2a, 21.3a, 21.4a, 21.na, 21.1i, 21.2i, 21.3i, 21.4i, 21.ni), der Einwirkungen des Fahrers auf mindestens eine Bedienungseinrichtung (Lenkrad 1) des Fahrzeugs erfasst.
Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Sensor (21, 21.1a, 21.2a, 21.3a, 21.4a, 21.na, 21.1i, 21.2i, 21.3i, 21.4i, 21.ni) die Einwirkungen des Fahrers auf das Lenkrad (1) des Fahrzeugs erfasst.
Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Sensor (21, 21.1a, 21.2a, 21.3a, 21.4a, 21.na, 21.1i, 21.2i, 21.3i, 21.4i, 21.ni) eine mit dem Lenkrad (1) verbundene Polymerfolie ist.
Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Sensor (21, 21.1a, 21.2a, 21.3a, 21.4a, 21.na, 21.1i, 21.2i, 21.3i, 21.4i, 21.ni) die von den Händen (HR, HL) des Fahrers auf das Lenkrad (1) ausgeübten Zug- und Druckkräfte erfasst.
Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (21, 21.1a, 21.2a, 21.3a, 21.4a, 21.na, 21.1i, 21.2i, 21.3i, 21.4i, 21.ni) die erfassten Zug- und/oder Druckkräfte in entsprechende Spannungswerte umsetzt.
Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie mindestens ein Steuergerät (22) für die Verarbeitung der Ausgangssignale des Sensors umfasst.
Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung eine Speichereinrichtung (22.1) für die Speicherung von das Fahrerverhalten beschreibenden Modellen umfasst.
Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Sensor (21, 21.1a, 21.2a, 21.3a, 21.4a, 21.na, 21.1i, 21.2i, 21.3i, 21.4i, 21.ni) das Lenkrad auf seinem gesamten Umfang umgibt.
Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor in Sensorkomponenten unterteilt ist, die jeweils Teilbereichen des Lenkrads (1) zugeordnet sind.