DE102011013023A1

DE102011013023A1 - Situationsabhängiges Verfahren zur Erkennung eines Lenkradkontakts durch einen Fahrer

Info

Publication number: DE102011013023A1
Application number: DE102011013023A
Authority: DE
Inventors: Hendrik Töpper; Bernd Engler; Reimund Limbacher; Dr. Freyer Jörn
Original assignee: Audi AG; Audi Electronics Venture GmbH
Current assignee: Audi AG; Audi Electronics Venture GmbH
Priority date: 2011-03-04
Filing date: 2011-03-04
Publication date: 2012-09-06

Abstract

Situationsabhängiges Verfahren zur Erkennung eines Lenkradkontakts durch einen Fahrer, wobei ein Zähler einen Zählvorgang bis zu einem Zählerendwert durchführt und der Zählvorgang bei einem erfassten Lenkradkontakt unterbrochen wird, dass eine Klassifizierung der aktuellen Fahrsituation durchgeführt wird, anhand der der Zählerendwert festgelegt wird, und dass mehrere extrahierte Merkmale anhand der vorliegenden Fahrsituation bewertet und/oder gewichtet werden und den Zählvorgang beeinflussen, wobei beim Erreichen des Zählerendwerts ohne vorherige Detektion eines Lenkradkontakts eine Aktion ausgelöst wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein situationsabhängiges Verfahren zur Erkennung eines Lenkradkontakts durch einen Fahrer.
Derzeit werden unterschiedliche Fahrerassistenzsysteme erprobt, beispielsweise aktive Spurhalteassistenzsysteme, die den Fahrer in bestimmten Situationen unterstützen sollen. Allerdings ist ein autonomes Fahren nicht zulässig, daher ist bei herkömmlichen Spurhalteassistenzsystemen eine Abschaltung vorgesehen, sobald erkannt worden ist, dass der Fahrer das Lenkrad nicht festhält.
In der DE 10 2008 033 722 A1 wird ein Fahrerassistenzsystem beschrieben, das zur Erfassung der Aufmerksamkeit des Fahrers ausgebildet ist. Die Reaktion des Fahrers wird unter anderem mittels Lenkwinkelsensoren erfasst, da der Fahrer zumindest unbewusst der Lenkung eine Gegenlenkbewegung aufprägt.
In der DE 10 2005 026 457 A1 wird ein Verfahren zum Erkennen eines unaufmerksamen Fahrers vorgeschlagen, dabei werden bestimmte Zustandsgrößen wie der Lenkradwinkel oder dessen zeitliche Änderung betrachtet. Wenn die Zustandsgröße oder ein daraus abgeleiteter Wert unterhalb eines festgelegten Schwellwerts liegt, wird auf eine mangelnde Aufmerksamkeit des Fahrers geschlossen.
In ähnlicher Weise werden bei einem in der DE 10 2010 007 241 A1 vorgeschlagenen Verfahren die Aufmerksamkeit eines Fahrers beeinträchtigende Fahrstreckenabschnitte ermittelt, so dass beim Befahren dieser Strecken Warnsignale früher als sonst ausgegeben werden.
Herkömmliche Verfahren zur Erkennung eines Lenkradkontakts durch einen Fahrer basieren primär auf der Auswertung des Handlenkmoments und des Lenkradwinkels. Darüber hinaus ist bereits vorgeschlagen worden, zusätzliche Sensoren zu verwenden, beispielsweise Drucksensoren oder kapazitive Sensoren. Allerdings ist der Übergang zwischen den Zuständen „Hands-On” und „Hands-Off” fließend, so dass die Empfindlichkeit der Detektion die Anzahl der korrekt bzw. falsch interpretierten Situationen bestimmt.
Bekannte Verfahren und Systeme weisen den Nachteil auf, dass die erforderlichen Sensoren für die Hands-On-Erkennung einen erhöhten Entwicklungsaufwand und höhere Produktionskosten verursachen. In bestimmten Situationen kann sich die Auswertung von vorhandenen Messgrößen wie Lenkmoment und Lenkradwinkel nachteilig auswirken. Bei Fahrerassistenzsystemen, die eine geringe Anregung in der Lenkung bewirken, kann eine falsche Interpretation dieser Messgrößen zu einer höheren Zahl an falschen Hands-Off-Erkennungen führen, wodurch die Akzeptanz des Fahrerassistenzsystems beim Benutzer reduziert wird.
In der Praxis wurde festgestellt, dass der Fahrer das Systemverhalten erlernen kann, insbesondere kann er den Zeitraum zwischen einer erkannten Fahreraktivität und der Hands-Off-Erkennung abschätzen, so dass er zumindest für einen gewissen Zeitraum die Hände vom Lenkrad nehmen kann, ohne dass dies von dem Fahrerassistenzsystem bemerkt wird.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Erkennung eines Lenkradkontakts durch einen Fahrer anzugeben, das eine zuverlässige Erkennung gewährleistet.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 vorgesehen.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ist vorgesehen, dass ein Zähler einen Zählvorgang bis zu einem Zählerendwert durchführt und der Zählvorgang bei einem erfassten Lenkradkontakt unterbrochen wird, dass eine Klassifizierung der aktuellen Fahrsituation durchgeführt wird, anhand der der Zählerendwert festgelegt wird, und dass mehrere extrahierte Merkmale anhand der vorliegenden Fahrsituation bewertet und/oder gewichtet werden, den Zählvorgang beeinflussen, wobei beim Erreichen des Zählerendwerts ohne vorherige Detektion eines Lenkradkontakts eine Aktion ausgelöst wird.
Der Kern der Erfindung besteht darin, dass bei einem Verfahren zur Erkennung eines Lenkradkontakts durch einen Fahrer eine variable Erkennungszeit auf der Basis einer Situationsklassifizierung zugrunde gelegt wird. Von einem Zähler wird dabei ein Zählvorgang bis zu einem Zählerendwert durchgeführt, bei einem erfassten Lenkradkontakt wird ein Reset durchgeführt, das heißt der Zählvorgang wird unterbrochen. Eine Unterbrechung des Zählvorgangs bedeutet, dass ein Lenkradkontakt durch einen Fahrer erfasst worden ist, im Anschluss daran beginnt das Verfahren und der Zählvorgang wieder von neuem. Wenn bis zum Erreichen des Zählerendwerts kein Lenkradkontakt detektiert worden ist, wird davon ausgegangen, dass kein Lenkradkontakt besteht, das heißt der Fahrer hält das Lenkrad nicht fest. In diesem Fall wird eine Aktion ausgelöst, beispielsweise wird ein autonomes Fahren unterbrochen oder es wird eine Warnung an den Fahrer ausgegeben.
Anhand der aktuellen Fahrsituation wird eine Klassifizierung durchgeführt, um den Zählerendwert festzulegen. Das bedeutet, dass der Zählerendwert und damit die Zeitdauer der Erkennung des Lenkradkontakts situationsabhängig angepasst wird. Auf diese Weise kann der Zählerendwert so angepasst werden, dass die Erkennung des Lenkradkontakts mit einer erhöhten Qualität durchgeführt werden kann, so dass falsche Hands-Off-Erkennungen minimiert werden. In zuverlässig erkannten Hands-Off-Situationen kann gleichzeitig eine Aktion früher ausgelöst werden.
Daneben werden im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens aus mehreren Eingangsgrößen Merkmale extrahiert, die eine Information über die aktuelle Fahreraktivität enthalten. Diese Merkmale werden anhand der klassifizierten Fahrsituation einer Gewichtung unterzogen und zur Beeinflussung des Zählvorgangs benutzt. Diese Eingangsgrößen werden vorzugsweise von Sensoren bereitgestellt bzw. aus deren Messwerten oder aus der Kombination verschiedener Roh- und vorverarbeiteter Sensorwerte abgeleitet. Mögliche Eingangsgrößen können u. a. das Handlenkmoment bzw. die Handlenkmomentengeschwindigkeit, also die erste Ableitung des Handlenkmoments sein. Auch weitere passive und aktive Sensoren, wie ein Bildsensor mit oder ohne nachgeschalteter Bildverarbeitung können genauso wie kapazitive oder induktive Sensoren als extrahierte Merkmale dem Algorithmus zur Verbesserung der Erkennung dienen.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren kann wenigstens eine der folgenden Größen bei der Klassifizierung der aktuellen Fahrsituation berücksichtigt werden: Fahrbahnkrümmung und/oder Fahrbahnneigung, Fahrzeuggeschwindigkeit, prädiktive Streckendaten, kinematische Eingangsgrößen des Fahrzeugs, Fahrwerkinformationen sowie Reifeninformationen. Je mehr Fahrsituationen klassifiziert werden können bzw. umso mehr Eingangskriterien für die Klassifizierung zur Verfügung stehen, desto genauer kann die Gewichtung der einzelnen Hands-On Merkmale erfolgen. Dieses verbessert die Erkennung, da es Fahrsituationen gibt, in denen anhand bestimmter extrahierter Merkmale eine besonders gute Aussage über eine Fahreraktivität getroffen werden kann, in anderen wiederum nicht. Des Weiteren kann die Erkennungszeit genauer an die jeweilige Fahrsituation angepasst werden. Wenn in einer Fahrsituation viele gute Merkmale extrahiert werden können, so kann auch eine frühere Abschaltung erfolgen. Können nur wenige gute Merkmale extrahiert werden, so sollte erst eine späte Abschaltung erfolgen. Beispielsweise wird das Lenkrad bei Fahrten mit hoher Geschwindigkeit überwiegend stark von der Fahrbahn angeregt. Aus dieser Anregung können Merkmale überwiegend gut extrahiert werden. Daher können für die Fahrsituationen mit hohen Geschwindigkeiten die extrahierten Merkmale überwiegend hoch bewertet werden und die Erkennungszeit niedrig gehalten werden. Die Klassifizierung ist somit eine Beurteilung der aktuellen Fahrsituation, anhand der der Zählerendwert festgelegt wird.
Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich besonders gut für den Einsatz bei einem der folgenden Fahrerassistenzsysteme: Spurhalteassistent, insbesondere mit einer Spurmittenführung, Stauassistent, insbesondere mit einer Längs- und/oder Querführung, Assistenzsystem zum automatischen Ausweichen in einer Gefahrensituation, Parklenkassistent, ACC-Anfahrüberwachung, Plausibilisierung und Verbesserung von außen generierter Fahreraufmerksamkeitswerte, Assistenzsystem mit einem Temperaturmodell zur Kompensation von Alterungseffekten in der elektromechanischen Servolenkung. Bei sämtlichen erwähnten Systemen kann das erfindungsgemäße Verfahren zur Erkennung eines Lenkradkontakts angewendet werden.
Im Rahmen der konkreten Umsetzung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann es vorgesehen sein, dass ein hoher Zählerendwert festgelegt wird, wenn wenige Informationen zu einer Fahrsituation zur Verfügung stehen und dass ein niedriger Zählerendwert festgelegt wird, wenn in einer Fahrsituation viele Informationen zur Verfügung stehen.
Daneben betrifft die Erfindung ein Fahrerassistenzsystem, das zur Erkennung eines Lenkradkontakts durch einen Fahrer ausgebildet ist.
Das erfindungsgemäße Fahrerassistenzsystem zeichnet sich dadurch aus, dass es zur Durchführung des Verfahrens gemäß einem der Patentansprüche 1 bis 7 ausgebildet ist.
Daneben betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug. Das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug umfasst ein erfindungsgemäßes Fahrerassistenzsystem, das zur Durchführung des Verfahrens gemäß einem der Patentansprüche 1 bis 7 ausgebildet ist.
Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung werden nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnungen erläutert. Die Zeichnungen sind schematische Darstellungen und zeigen:
1 ein Blockschaltbild eines erfindungsgemäßen Fahrerassistenzsystems, das zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ausgebildet ist; und
2 ein erfindungsgemäßes Kraftfahrzeug.
Das in 1 gezeigte Blockschaltbild eines Fahrerassistenzsystems 1 um fasst eine zentrale Recheneinheit 2, der mehrere Eingangsgrößen zugeführt werden. 2 zeigt schematisch ein Kraftfahrzeug 14, das ein Fahrerassistenzsystem 1 mit der in 1 gezeigten Recheneinheit 2 umfasst. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel werden ein Handlenkmoment 3, die Fahrzeuggeschwindigkeit 4 und die Fahrbahnkrümmung 5 als Eingangsgrößen verwendet. Diese Eingangsgrößen werden über bereits vorhandene Sensoren, von anderen Steuergeräten oder aus einer Datenbank erhalten. Anhand dieser Eingangsgrößen wird eine Situationsklassifizierung 6 durchgeführt. Im Rahmen der Situationsklassifizierung 6 wird eine logische Anzahl von Fahrsituationen klassifiziert. Im einfachsten Fall kann jedem Eingangswert dabei der Wert „wahr” oder „falsch” zugeordnet werden. Im Rahmen der Klassifizierung kann beispielsweise für die Fahrbahnkrümmung 5 festgelegt werden, dass deren Wert „falsch” ist, sofern die Fahrbahnkrümmung einen bestimmten Wert unterschreitet, beim Überschreiten des festgelegten Werts hat die Fahrbahnkrümmung den Wert „wahr”. Dasselbe gilt für die Fahrzeuggeschwindigkeit 4, die unterhalb eines festgelegten Schwellwerts als „falsch” und oberhalb dieses Werts als „wahr” interpretiert wird. Ebenso kann in dem dargestellten Ausführungsbeispiel der Wert des Handlenkmoments 3 als „wahr” oder „falsch” festgelegt sein. Insgesamt ergibt sich eine große Anzahl an Fahrsituationen in Abhängigkeit der Eingangskombinationen. Neben der erläuterten „digitalen” Einteilung in „wahr” oder „falsch” können für jede Eingangsgröße auch mehr als zwei Fahrsituationen bzw. Zustände vorgesehen sein, beispielsweise können für die Fahrzeuggeschwindigkeit 4 mehrere Intervalle vorgesehen sein.
Anhand der aktuell vorliegenden Fahrsituation wird eine Gewichtung 7 durchgeführt, wobei in die Gewichtung auch die Ergebnisse einer Merkmalextraktion 8 eingehen. Im Rahmen der Merkmalextraktion 8 wird die Erkennungsqualität der einzelnen Eingangsgrößen berücksichtigt.
Das Ergebnis der Situationsklassifizierung 6 wird einerseits für die Gewichtung 7, andererseits auch für die Festlegung einer Erkennungszeit 9 berücksichtigt. Die Erkennungszeit 9 wird somit in Abhängigkeit der Fahrsituation variiert. In bestimmten Fahrsituationen kann der Zustand „Hands-On” schneller als in anderen Zuständen erkannt werden. Anhand der Fahrsituation, die auf verschiedenen Kombinationen von Eingangsgrößen beruht, kann bewertet werden, in welchen Fahrsituationen früh bzw. verzögert ausgelöst werden soll.
Wie bereits erwähnt, werden die im Rahmen der Merkmalsextraktion 8 gewonnenen Informationen der Gewichtung 7 unterzogen, dadurch wird ein Zähler 10 bei erkannter Lenkaktivität durch die einzelnen Merkmale inkrementiert, das heißt der Wert des Zählers 10 wird geändert. Auf diese Weise gehen alle gewichteten Merkmale in den Wert des Zählers 10 ein. Dieser Zählvorgang wird bei nicht erkannter Lenkaktivität bis zu einem Zählerendwert durchgeführt.
Wenn kein Lenkradkontakt erfasst worden ist und der Zähler dekrementiert wird, wird der Zustand „Hands-Off” erkannt, sobald der Zähler einen definierten Wert erreicht oder überschreitet. Der Vergleich zwischen dem aktuellen Zählerwert und der Erkennungszeit findet in dem Block 11 statt. In dieser Situation liegt kein Lenkradkontakt seitens des Fahrers vor, so dass eine Aktion ausgelöst wird. Im Hands-Off-Zustand 12 wird ein Warnsignal an den Fahrer ausgegeben oder es werden Sicherheitsmaßnahmen durchgeführt, beispielsweise eine Verringerung der Geschwindigkeit. Wenn hingegen ein Hands-On-Zustand 13 erkannt worden ist, wird das Verfahren zur Erkennung eines Lenkradkontakts erneut durchgeführt. Somit stellt die Recheneinheit 2 als Ausgangsgrößen den Hands-Off-Zustand 12 oder den Hands-On-Zustand 13 zur Verfügung. Diese Zustandsgrößen können als Eingangsgrößen für andere Fahrerassistenzsysteme Verwendung finden, besonders geeignet ist das Verfahren für einen aktiven Spurhalteassistenten, einen Stauassistenten, für automatisches Ausweichen in Gefahrensituationen, für einen Parklenkassistenten oder eine ACC-Anfahrüberwachung (ACC = automatic cruise control).
Das erfindungsgemäße Verfahren weist den Vorteil auf, dass in nicht eindeutigen Hands-On-Situationen eine längere Erkennungszeit zur Verfügung steht. Gleichzeitig ist damit eine schnelle Hands-Off-Abschaltung möglich. Der Fahrer kann die variable Erkennungszeit nicht erlernen und muss seine Aufmerksamkeit permanent auf die Verkehrssituation richten. Da für das Verfahren lediglich bereits vorhandene Sensoren bzw. Eingangsgrößen erforderlich sind, kann es mit geringen Kosten implementiert werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102008033722 A1 [0003]
DE 102005026457 A1 [0004]
DE 102010007241 A1 [0005]

Claims

Situationsabhängiges Verfahren zur Erkennung eines Lenkradkontakts durch einen Fahrer, dadurch gekennzeichnet, dass ein Zähler einen Zählvorgang bis zu einem Zählerendwert durchführt und der Zählvorgang bei einem erfassten Lenkradkontakt unterbrochen wird, dass eine Klassifizierung der aktuellen Fahrsituation durchgeführt wird, anhand der der Zählerendwert festgelegt wird, und dass mehrere extrahierte Merkmale anhand der vorliegenden Fahrsituation bewertet und/oder gewichtet werden und den Zählvorgang beeinflussen, wobei beim Erreichen des Zählerendwerts ohne vorherige Detektion eines Lenkradkontakts eine Aktion ausgelöst wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass beim Erreichen des Zählerendwerts eine automatische Funktion eines Fahrerassistenzsystems abgeschaltet wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Zähler während des Zählvorgangs inkrementiert oder dekrementiert wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine der folgenden Größen als Eingangsgrößen verwendet wird: – Handlenkmoment; – Handlenkmomentgeschwindigkeit; – Bildverarbeitungsmerkmale; – Daten eines kapazitiven Sensors; – Daten eines induktiven Sensors.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine der folgenden Größen bei der Klassifizierung der aktuellen Fahrsituation berücksichtigt wird: – Fahrbahnkrümmung und/oder Fahrbahnneigung; – Fahrzeuggeschwindigkeit; – prädiktive Streckendaten; – kinematische Eingangsgrößen des Fahrzeugs; – Fahrwerkinformationen; – Reifeninformationen.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet dass es bei einem der folgenden Fahrerassistenzsysteme eingesetzt wird: – Spurhalteassistent, insbesondere mit einer Spurmittenführung; – Stauassistent, insbesondere mit einer Längs- und/oder Querführung; – Assistenzsystem zum automatischen Ausweichen in einer Gefahrensituation; – Parklenkassistent; – ACC-Anfahrüberwachung (ACC = automatic cruise control); – Plausibilisierung und Verbesserung von außen generierter Fahreraufmerksamkeitswerte; Assistenzsystem mit einem Temperaturmodell zur Kompensation von Alterungseffekten in der elektromechanischen Servolenkung.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein hoher Zählerendwert festgelegt wird, wenn wenige Informationen zu einer Fahrsituation zur Verfügung stehen und dass ein niedriger Zählerendwert festgelegt wird, wenn in einer Fahrsituation viele Informationen zur Verfügung stehen.
Fahrerassistenzsystem, das zur Erkennung eines Lenkradkontakts durch einen Fahrer ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass es zur Durchführung des Verfahrens gemäß einem der Patentansprüche 1 bis 7 ausgebildet ist.
Kraftfahrzeug, dadurch gekennzeichnet, dass es ein Fahrerassistenzsystem gemäß Patentanspruch 8 umfasst.