DE102010010028A1 - Detektion von aufgelegten/losgelassenen Händen eines Fahrers während eines automatischen Fahrspurzentrier-/Fahrspurwechselmanövers - Google Patents

Detektion von aufgelegten/losgelassenen Händen eines Fahrers während eines automatischen Fahrspurzentrier-/Fahrspurwechselmanövers Download PDF

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Abstract

Ein System und ein Verfahren zum Feststellen, ob ein Fahrzeugfahrer ein Lenkrad des Fahrzeugs hält, während sich das Fahrzeug in einem autonomen Fahrmodus befindet. Das Fahrzeug umfasst ein elektrisches Servolenksystem (EPS-System) und kann ein aktives Vorderradlenksystem (AFS-System) umfassen, die beide einen Motor umfassen, der ein Störsignal mit hoher Frequenz und niedriger Amplitude an das Lenkrad des Fahrzeugs anlegen kann, das vom Fahrzeugfahrer nicht gespürt wird und nicht verursacht, dass das Fahrzeug einschlägt, aber von einem Lenkwinkelsensor detektiert werden kann. Das Verfahren subtrahiert ein Lenkwinkelbefehlssignal vom Lenkwinkelsignal und entfernt Straßenbeeinträchtigungen und stellt dann fest, ob das induzierte Störsignal im Lenkwinkelsensorsignal vorhanden ist. Wenn das Störsignal vorhanden ist, dann weiß das System, dass der Fahrzeugfahrer das Lenkrad nicht hält.

Description

  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • 1. Gebiet der Erfindung
  • Diese Erfindung bezieht sich im Allgemeinen auf ein System und ein Verfahren zum Detektieren, ob ein Fahrzeugfahrer ein Lenkrad des Fahrzeugs hält, und insbesondere auf ein System und ein Verfahren zum Feststellen, ob ein Fahrzeugfahrer ein Lenkrad des Fahrzeugs hält, wenn sich das Fahrzeug in einem autonomen oder halbautonomen Fahrmodus befindet, indem ein Signal mit hoher Frequenz und niedriger Amplitude an das Lenkrad angelegt wird, das durch den Fahrer, der das Lenkrad hält, gedämpft wird, jedoch durch einen Lenkwinkelsensor detektierbar ist, wenn der Fahrer das Lenkrad loslässt.
  • 2. Beschreibung des Standes der Technik
  • Die Automobilindustrie hat kontinuierliche Anstrengungen unternommen, um den Komfort und die Sicherheit der Insassen eines Fahrzeugs, insbesondere des Fahrers, zu verbessern. Diese Bemühungen haben zu verschiedenen Technologien geführt, wie z. B. zu fortschrittlichen Fahrerassistenzsystemen (ADAS) und elektronischen Stabilitätssteuersystemen (ESC-Systemen). Einige der Merkmale des ADAS sind adaptive Geschwindigkeitsregelsysteme, Fahrspurassistenzsysteme und Fahrerassistenzlenksysteme. ESC-Systeme verwenden andererseits computerbasierte Technologien, die die Fahrzeughandhabung durch Detektieren und Verhindern von instabilen Bedingungen verbessern.
  • Ein bekanntes ADAS ist ein aktives Vorderradlenksystem (AFS-System), das eine Lenkkomponente zur Winkelbewegung des Lenkrades addiert oder von dieser subtrahiert, um den Fahrerkraftaufwand, der erforderlich ist, um das Lenkrad zu drehen, zu verringern und/oder das Lenken durch den Fahrer für eine verbesserte Fahrzeugsicherheit und -stabilität zu verbessern. Der resultierende Lenkwinkel umfasst folglich die Lenkeingabe vom Fahrer und die vom Lenksystem beigesteuerte Komponente.
  • Der Betrieb von modernen Fahrzeugen wird zunehmend autonomer, d. h. Fahrzeuge können eine Fahrsteuerung mit weniger Fahrereingriff schaffen. Geschwindigkeitsregelsysteme befanden sich für eine Anzahl von Jahren in Fahrzeugen, wobei der Fahrzeugfahrer eine spezielle Geschwindigkeit des Fahrzeugs einstellen kann, und das Fahrzeug hält diese Geschwindigkeit aufrecht, ohne dass der Fahrer das Fahrpedal betätigt. Adaptive Geschwindigkeitsregelsysteme wurden in letzter Zeit auf dem Fachgebiet entwickelt, wobei nicht nur das System die eingestellte Geschwindigkeit aufrechterhält, sondern auch das Fahrzeug automatisch verzögert, falls ein sich langsamer bewegendes voraus fahrendes Fahrzeug unter Verwendung von verschiedenen Sensoren wie z. B. Radar und Kameras detektiert wird. Bestimmte moderne Fahrzeuge schaffen auch autonomes Einparken, wobei das Fahrzeug automatisch die Lenksteuerung zum Einparken des Fahrzeugs bereitstellt. Einige Fahrzeugsysteme greifen ein, wenn der Fahrer scharfe Lenkänderungen durchführt, die sich auf die Fahrzeugstabilität auswirken können. Einige Fahrzeugsysteme versuchen, das Fahrzeug nahe der Mitte einer Fahrspur auf der Straße zu halten. Ferner wurden vollautonome Fahrzeuge vorgeführt, die in simuliertem Stadtverkehr bis zu 48 km/h (30 mph) fahren können, wobei alle Verkehrsregeln beachtet werden.
  • Die vorstehend beschriebenen Systeme unterstützen den Fahrer durch Verringern der Fahrbelastung. Es ist jedoch typischerweise nicht erwünscht, die Wachsamkeit und Aufmerksamkeit des Fahrers zu verringern, selbst wenn solche Systeme einiges oder das meiste der Steuerung des Fahrzeugs bereitstellen. Im Allgemeinen ist es unerlässlich, dass der Fahrer seine Hände auf das Lenkrad legt und bereit ist, die Lenksteuerung zu übernehmen, sobald es die Situation verlangt. Ferner funktionieren verschiedene Lenkaktuatoren, die in aktiven Vorderradlenksystemen verwendet werden, nur dann korrekt, wenn der Fahrer seine Hände am Lenkrad hat, während das Fahrzeug in Bewegung ist.
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Gemäß den Lehren der vorliegenden Erfindung werden ein System und ein Verfahren zum Feststellen, ob ein Fahrzeugfahrer ein Lenkrad des Fahrzeugs hält, während sich das Fahrzeug in einem autonomen oder halbautonomen Fahrmodus befindet, offenbart. Das Fahrzeug umfasst ein elektrisches Servolenksystem (EPS-System) und kann ein aktives Vorderradlenksystem (AFS-System) umfassen, die beide einen Motor umfassen, der ein Störsignal mit hoher Frequenz und niedriger Amplitude an das Lenkrad des Fahrzeugs anlegen kann, das vom Fahrzeugfahrer nicht wahrgenommen wird und nicht bewirkt, dass das Fahrzeug abbiegt, aber von einem Lenkwinkelsensor detektiert werden kann. Das Verfahren subtrahiert ein Lenkwinkelbefehlssignal vom Lenkwinkelsensorsignal und entfernt Straßenbeeinträchtigungssignale und stellt dann fest, ob das induzierte Störsignal im Lenkwinkelsensorsignal vorhanden ist. Wenn das Störsignal im Lenkwinkelsensorsignal vorhanden ist, weiß das System, dass der Fahrzeugfahrer das Lenkrad nicht hält.
  • Zusätzliche Merkmale der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung und den angehängten Ansprüchen in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen ersichtlich.
  • KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • 1 ist eine Draufsicht eines Fahrzeuglenksystems; und
  • 2 ist ein schematisches Blockdiagramm eines Systems zum Feststellen, ob ein Fahrzeugfahrer ein Fahrzeuglenkrad des Fahrzeugs hält, wenn ein autonomes oder halbautonomes System aktiviert ist.
  • AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
  • Die folgende Erörterung der Ausführungsformen der Erfindung, die sich auf ein System und ein Verfahren zum Feststellen, ob ein Fahrzeugfahrer ein Lenkrad des Fahrzeugs hält, richtet, ist dem Wesen nach lediglich beispielhaft und soll keineswegs die Erfindung oder ihre Anwendungen oder Verwendungen begrenzen. Die nachstehend beschriebene Erfindung hat beispielsweise spezielle Anwendung zum Feststellen, ob ein Fahrzeugfahrer ein Lenkrad des Fahrzeugs hält, wenn sich das Fahrzeug in einem autonomen oder halbautonomen Fahrmodus befindet, wobei ein Fahrspurwechsel- oder Fahrspurzentrier-Lenkbefehl gegeben wird. Die Erfindung kann jedoch für andere Fahrzeugsysteme als autonome oder halbautonome Systeme Anwendung haben, um festzustellen, ob ein Fahrzeugfahrer das Lenkrad des Fahrzeugs hält.
  • 1 ist eine Draufsicht eines Fahrzeuglenksystems 10 mit einem Lenkrad 12 zum Lenken der Räder 14 und 16 eines Fahrzeugs. Das Lenkrad 12 ist mit den Rädern 14 und 16 über eine Lenksäule 18 und eine Achse 20 in einer Weise gekoppelt, die für den Fachmann auf dem Gebiet gut verständlich ist, so dass, wenn der Fahrer das Lenkrad 12 dreht, die Räder 14 und 16 entsprechend einschlagen. Ein Lenkwinkelsensor 22, der an der Lenksäule 18 angebracht ist, misst die Drehung des Lenkrades 12 und der Lenksäule 18 und liefert ein Lenkwinkelsignal, das dieselbe anzeigt. Ein Drehmomentsensor 24, der an der Lenksäule 18 angebracht ist, misst das Drehmoment an der Lenksäule 18 und liefert ein Drehmomentsignal, das dasselbe anzeigt.
  • Das Lenksystem 10 umfasst ein elektrisches Servolenksystem (EPS-System) 26 mit einem Elektromotor 28, der an der Achse 20 angebracht ist und der eine elektrische Lenkunterstützung in Ansprechen darauf, dass der Fahrzeugfahrer das Lenkrad 12 dreht, in einer Weise bereitstellt, die auf dem Fachgebiet gut verstanden ist. Mit anderen Worten, wenn der Fahrzeugfahrer das Lenkrad 12 dreht, schlägt das EPS-System 26 die Räder 14 und 16 um das vom Fahrzeugfahrer befohlene Ausmaß ein, so dass das Einschlagen der Räder 14 und 16 auf der Fahrbahn leichter ist. Das Fahrzeugsystem 10 umfasst auch ein aktives Vorderradlenksystem (AFS-System) 30 mit einem Elektromotor 32, der an der Lenksäule 18 angebracht ist. AFS-Systeme sind dem Fachmann auf dem Gebiet gut bekannt, die eine zusätzliche Lenkung oder Korrekturlenkung in verschiedenen Typen von Fahrzeugstabilitätssteuersystemen in Verbindung damit, dass der Fahrzeugfahrer das Lenkrad 12 dreht, vorsehen, wobei das AFS-System 30 das Lenkrad 12 von den Rädern 14 und 16 abkoppelt.
  • Wie nachstehend im Einzelnen erörtert wird, schafft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Feststellen, ob der Fahrzeugfahrer das Lenkrad 12 festhält, wenn sich das Fahrzeug in einem autonomen oder halbautonomen Fahrmodus befindet, wobei die Fahrzeuglenkung, wie z. B. Fahrspurwechsel- und Fahrspurzentrier-Lenkbefehle, vom Fahrzeug ohne Fahrereingriff durchgeführt wird. Fahrzeugsysteme, die solche autonome oder halbautonome schaffen, werden derzeit auf dem Fachgebiet entwickelt. Die derzeitige Technologie erfordert, dass der Fahrzeugfahrer als Unterstützungssicherheitsmerkmal, um das autonome oder halbautonome Fahrzeugsystem außer Kraft zu setzen, mit dem Lenkrad 12 Kontakt hält, und folglich wird ein Verfahren zum Sicherstellen, dass der Fahrzeugfahrer das Lenkrad 12 festhält, geschaffen. Das spezielle Fahrzeug umfasst das EPS-System 26, kann jedoch das AFS-System 30 umfassen oder nicht, wobei das nachstehend beschriebene Verfahren zum Feststellen, ob der Fahrzeugfahrer das Lenkrad 12 hält, für beide Fahrzeuge gleich arbeitet.
  • Im Allgemeinen umfasst das Verfahren zum Feststellen, ob der Fahrzeugfahrer das Lenkrad 12 festhält, das Induzieren eines Störsignals am Lenkrad 12, das eine relativ hohe Frequenz und eine niedrige Amplitude aufweist. Die Frequenz und Amplitude des Signals werden so ausgewählt, dass der Fahrer die Vibration am Lenkrad 12 nicht spürt und die Vibration keine Auswirkung auf die tatsächliche Wendung des Fahrzeugs hat, aber die induzierte Vibration durch den Lenkwinkelsensor 22 detektierbar ist. Die Frequenz des Störsignals wird auch so ausgewählt, dass sie von den durch die Straße induzierten Lenkbeeinträchtigungen verschieden ist. Wenn der Fahrzeugfahrer das Lenkrad 12 festhält, wird die induzierte Störung am Lenkrad 12 durch den Fahrzeugfahrer gedämpft, so dass die Vibration vom Lenkwinkelsensor 22 nicht detektiert wird. Wenn der Fahrzeugfahrer das Lenkrad 12 loslässt, so dass die induzierte Störung nicht gedämpft wird, dann detektiert der Lenkwinkelsensor 22 die Störung am Lenkrad 12. Das System kann veranlassen, dass ein Warnsignal ausgegeben wird, oder einen gewissen Typ von hörbarer oder visueller Angabe bereitstellen, dass der Fahrzeugfahrer das Lenkrad 12 nicht festhält.
  • 2 ist ein schematisches Blockdiagramm eines Systems 40 zum Detektieren, ob der Fahrzeugfahrer das Lenkrad 12 festhält, in der Weise, wie vorstehend erörtert. Wenn sich das Fahrzeug im autonomen oder halbautonomen Fahrmodus befindet, werden Lenkbefehlssignale vom autonomen Fahrsystem für eine Fahrspurzentrier- und Fahrspurwechselsteuerung im Kasten 42 geliefert, wobei die Befehlssignale eine Amplitude ALXC und eine Frequenz fLXC aufweisen. Die Lenkbefehlssignale werden zu einem Summierknotenpunkt 44 gesandt. Wenn sich das Fahrzeug im autonomen oder halbautonomen Fahrmodus befindet, wird ein Lenkstörsignal, das eine Amplitude Apert und eine Frequenz fpert aufweist, im Kasten 46 bereitgestellt und zum Summierknotenpunkt 44 über einen Schalter 48 gesandt, der geschlossen ist, wenn sich das System 40 im autonomen oder halbautonomen Modus befindet. Wenn das Fahrzeug die Straße hinab fährt, werden ferner die Reifen 14 und 16 Beeinträchtigungen auf der Straße ausgesetzt. Straßenbeeinträchtigungssignale, die eine Amplitude ARoad und eine Frequenz fRoad aufweisen, werden im Kasten 50 bereitgestellt, die auch am Summierknotenpunkt 44 summiert werden. Die Kombination dieser drei Signale wird zum EPS-System 26 und zum AFS-System 30 gesandt, die durch den Kasten 52 dargestellt sind, was die tatsächliche Lenkung des Fahrzeugs bereitstellt, wie vorstehend erörtert.
  • Das Störsignal wird am Lenkrad 12 durch den Motor 28 im EPS-System 26 induziert, wenn das Fahrzeug nicht mit dem AFS-System 30 ausgestattet ist, und wird vom Motor 32 im AFS-System 30 geliefert, wenn das Fahrzeug mit dem AFS-System 30 ausgestattet ist. Der Lenkwinkelsensor 22 detektiert das Lenksignal im Kasten 54, das die Lenkung von allen drei Quellen umfasst, nämlich das Lenkbefehlssignal, das induzierte Störsignal und das Straßenbeeinträchtigungssignal. Das Lenkwinkelsensorsignal wird zu einem Differenzierknotenpunkt 56 zusammen mit dem Lenkbefehlssignal vom Kasten 42 gesandt, so dass das Lenkbefehlssignal vom Sensorsignal entfernt wird, so dass nur das Störsignal und der Straßenbeeinträchtigungssignalteil im Lenkwinkelsensorsignal verbleiben. Der restliche Teil des Lenkwinkelsensorsignals wird dann zu einem Bandpassfilter 58 gesandt, um das Straßenbeeinträchtigungssignal auszufiltern. In einer Ausführungsform wird die Beeinträchtigung der Straße durch den Straßentyp aus einer Kartendatenbank 60 bereitgestellt und kann im Fahrzeug zur Verfügung stehen oder nicht. Wenn die Straßenbeeinträchtigungsinformationen nicht von einer Kartendatenbank zur Verfügung stehen, dann werden sie bei der Analyse ignoriert und werden nicht durch das Bandpassfilter 58 gefiltert.
  • Das Ausgangssignal aus dem Bandpassfilter 58 ist eine gewisse Variation oder Verzerrung des Störsignals und weist eine Amplitude A ^pert und die Frequenz f ^pert auf. Das verzerrte Störsignal wird an einen Detektionslogikkasten 62 für aufgelegte/losgelassene Hände angelegt. Der Detektionslogikkasten 62 empfängt auch das tatsächliche Störsignal vom Störkasten 46 und vergleicht die zwei Signale, um festzustellen, ob die Störung am Lenkrad 12 existiert. Wenn der Detektionslogikkasten 62 für aufgelegte/losgelassene Hände kein Signal detektiert, das zum verzerrten Störsignal vom Bandpassfilter 58 ähnlich ist, dann hält der Fahrzeugfahrer das Lenkrad 12 und hat das Lenkstörsignal gedämpft, wobei es vom Lenkwinkelsensor 22 nicht detektiert wird. Wenn jedoch der Vergleich zwischen den Störsignalen innerhalb eines gewissen Schwellenwerts nahe beieinander liegt, dann ist das Störsignal am Lenkrad 12 vorhanden, was bedeutet, dass der Fahrzeugfahrer das Lenkrad 12 losgelassen hat.
  • Der Logikkasten 62 steuert auch den Schalter 48, wobei er das Störsignal vom Summierknotenpunkt 44 trennen kann. Das Lenkstörsignal kann für ein ruhiges Lenkgefühl ausgeschaltet oder verringert werden, wenn detektiert wird, dass die Fahrerhände aufgelegt sind. Während einer Situation mit aufgelegten Händen, kann ferner das Lenkstörsignal periodisch oder kontinuierlich angelegt werden, wenn eine haptische Rückkopplung erwünscht ist.
  • Die vorangehende Erörterung offenbart und beschreibt lediglich beispielhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung. Ein Fachmann auf dem Gebiet wird aus einer solchen Erörterung und aus den begleitenden Zeichnungen und Ansprüchen leicht erkennen, dass verschiedene Änderungen, Modifikationen und Variationen darin durchgeführt werden können, ohne vom Gedanken und Schutzbereich der Erfindung, wie in den folgenden Ansprüchen definiert, abzuweichen.

Claims (12)

  1. Verfahren zum Feststellen, ob ein Fahrzeugfahrer ein Fahrzeuglenkrad festhält, wobei das Verfahren umfasst: Liefern eines Störsignals zum Lenkrad, das bewirkt, dass das Lenkrad vibriert; und Feststellen, dass der Fahrzeugfahrer das Lenkrad des Fahrzeugs nicht festhält, wenn das Störsignal durch Vibrationen am Lenkrad detektiert wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Liefern eines Störsignals zum Lenkrad das Liefern des Störsignals durch einen Elektromotor in einem aktiven Vorderradlenksystem im Fahrzeug umfasst.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Liefern eines Störsignals zum Lenkrad das Liefern des Störsignals durch einen Elektromotor in einem elektrischen Servolenksystem im Fahrzeug umfasst.
  4. Verfahren nach Anspruch 1, das ferner das Ausfiltern eines Straßenbeeinträchtigungssignals aus einem Lenkwinkelsignal umfasst, das verwendet wird, um das Störsignal zu detektieren, bevor festgestellt wird, dass das Störsignal anzeigt, dass ein Fahrzeugfahrer das Fahrzeuglenkrad nicht festhält.
  5. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Verfahren feststellt, ob der Fahrzeugfahrer das Fahrzeuglenkrad festhält, wenn sich das Fahrzeug in einem autonomen oder halbautonomen Fahrmodus befindet.
  6. Verfahren nach Anspruch 1, das ferner das Subtrahieren eines Lenkbefehlssignals vom Lenkwinkelsignal umfasst, bevor festgestellt wird, dass das Störsignal anzeigt, dass der Fahrzeugfahrer das Fahrzeuglenkrad nicht festhält.
  7. Verfahren zum Feststellen, ob ein Fahrzeugfahrer ein Fahrzeuglenkrad festhält, wobei das Verfahren umfasst: Liefern eines Störsignals zum Lenkrad, das bewirkt, dass das Lenkrad vibriert; Feststellen, dass sich das Fahrzeug in einem autonomen oder halbautonomen Fahrmodus befindet; Liefern eines Lenkbefehlssignals zum Lenken des Fahrzeugs, während es sich im autonomen oder halbautonomen Fahrmodus befindet; Detektieren des Lenkwinkels des Lenkrades und Liefern eines Lenkwinkelsignals; Subtrahieren des Lenkbefehlssignals vom Lenkwinkelsignal; und Feststellen, ob das Störsignal im Lenkwinkelsignal existiert, nachdem das Lenkbefehlssignal vom Lenkwinkelsignal subtrahiert wurde.
  8. Verfahren nach Anspruch 7, das ferner das Ausfiltern eines Straßenbeeinträchtigungssignals aus dem Lenkwinkelsignal vor dem Feststellen, ob das Störsignal im Lenkwinkelsignal existiert, umfasst.
  9. Verfahren nach Anspruch 1 oder 7, wobei das Ausfiltern des Straßenbeeinträchtigungssignals das Bestimmen des Straßentyps aus einer Kartendatenbank umfasst.
  10. Verfahren nach Anspruch 7, wobei das Liefern eines Störsignals zum Lenkrad das Liefern des Störsignals durch einen Elektromotor in einem aktiven Vorderradlenksystem im Fahrzeug umfasst.
  11. Verfahren nach Anspruch 7, wobei das Liefern eines Störsignals zum Lenkrad das Liefern des Störsignals durch einen Elektromotor in einem elektrischen Servolenksystem im Fahrzeug umfasst.
  12. System zum Feststellen, ob ein Fahrzeugfahrer ein Fahrzeuglenkrad festhält, wobei das System umfasst: ein Mittel zum Liefern eines Störsignals zum Lenkrad, das bewirkt, dass das Lenkrad vibriert; ein Mittel zum Feststellen, dass sich das Fahrzeug in einem autonomen oder halbautonomen Fahrmodus befindet; ein Mittel zum Liefern eines Lenkbefehlssignals zum Lenken des Fahrzeugs, während es sich im autonomen oder halbautonomen Fahrmodus befindet; ein Mittel zum Detektieren des Lenkwinkels des Lenkrades und zum Liefern eines Lenkwinkelsignals; ein Mittel zum Subtrahieren des Lenkbefehlssignals vom Lenkwinkelsignal; und ein Mittel zum Feststellen, ob das Störsignal im Lenkwinkelsignal existiert, nachdem das Lenkbefehlssignal vom Lenkwinkelsignal subtrahiert wurde.
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