DE102011013808A1

DE102011013808A1 - Übergabe der Fahrzeugführungskontrolle

Info

Publication number: DE102011013808A1
Application number: DE201110013808
Authority: DE
Inventors: Johann Kelsch; Frank FLEMISCH; Dipl. Psych. Heesen Matthias; Dipl.Mat. Griesche Stefan
Original assignee: Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Current assignee: Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Priority date: 2011-03-14
Filing date: 2011-03-14
Publication date: 2012-09-20
Anticipated expiration: 2031-03-15
Also published as: DE102011013808B4

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Unterstützung der kontrollierten Übergabe der Fahrzeugführungskontrolle eines Fahrzeuges von mindestens einem Fahrzeugassistenzsystem (2), das zumindest teilweise zur automatischen Fahrzeugführung des Fahrzeuges vorgesehen ist, an einen Fahrzeugführer zur manuellen Fahrzeugführung mittels mindestens eines an dem Fahrzeug angeordneten und zur man1), wobei vor der Übergabe der Fahrzeugführungskontrolle an dem Fahrzeugführer mittels mindestens eines mit dem Steuerorgan (1) mechanisch gekoppelten Aktors (3) eine Schüttelbewegung (SB) des Steuerorgans (1) in mindestens einer Raumachse ausgeführt wird

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Unterstützung der kontrollierten Übergabe der Fahrzeugführungskontrolle eines Fahrzeuges von mindestens einem Fahrzeugassistenzsystem, das zumindest teilweise zur automatischen Fahrzeugführung des Fahrzeuges vorgesehen ist, an einem Fahrzeugführer zur manuellen Fahrzeugführung mittels mindestens eines an dem Fahrzeug angeordneten und zur manuellen Fahrzeugführung vorgesehenen Steuerorgans.
Bei einem hohen Grad der Fahrzeugautomation übernimmt eine Automatik bzw. ein Fahrzeugassistenzsystem einen Teil der Fahraufgabe. So werden heutzutage bereits in Serie sogenannte Adaptive-Cruise-Control (ACC) Systeme eingesetzt, welche die Längsführung des Fahrzeuges vollständig übernehmen. Ebenso gibt es mittlerweile automatische Systeme zur Spurhaltung, welche dem Fahrzeugführer nicht nur das Verlassen einer gewählten Fahrzeugspur anzeigen, sondern diese selbstständig auch während des Fahrverlaufes halten.
In beiden Fällen muss der Fahrzeugführer entweder gar nicht oder nur sehr eingeschränkt selbstständig aktiv die jeweilige Fahraufgabe ausführen. Dies wird insbesondere dann sehr deutlich, wenn die Funktionen der Längs- und Querführung kombiniert werden. In diesem Fall erfolgt eine Kontrollverteilung von einer reinen manuellen Fahrzeugführung, bei dem der Fahrer ausschließlich die Kontrolle über das Fahrzeug inne hat, in Richtung der Kontrollausführung durch eine Automation.
Die Unterstützung, die der Fahrzeugführer dabei durch die Automation bzw. das Fahrzeugassistenzsystem erhält, ist jedoch nicht in allen Fahrsituationen aufrecht zu erhalten. So ist z. B. ein Spurhaltungssystem auf das Vorhandensein von Spurmarkierungen auf der Fahrbahn angewiesen, die es durch eine Kamera erkennt. Sind diese Spurmarkierungen nicht vorhanden, kann die Automation in dieser Situation keine Unterstützung liefern. In solchen sogenannten Systemgrenzen kann die Automation daher entweder keine, eine eingeschränkte oder gar eine vollkommen falsche Unterstützung liefern, so dass daher eine rechtzeitige Umverteilung der Fahrzeugführungskontrolle von der Automation in Richtung Fahrzeugführer notwendig wird.
Bevor eine Übergabe der Fahrzeugführungskontrolle von einer Automation an den Fahrzeugführer erfolgt, muss dieser zuvor auf die bestehende Übergabe hingewiesen und vorbereitet werden. Denn nur wenn der Fahrzeugführer auch weiß, dass er die Fahrzeugführungskontrolle wieder übernehmen soll, kann eine lückenlose Sicherheitskette gewährleistet werden. Andernfalls entsteht ein großer Kontrollverlust, der zu schweren Unfällen führen kann.
Um dem Fahrzeugführer entsprechende Hinweise zu geben, sind beispielsweise visuelle oder akustische Hinweisgeber bekannt, die dem Fahrzeugführer ein visuellen Hinweis, beispielsweise in Form eines Symbols, geben oder einen akustischen Ton ausgeben, der dem Fahrzeugführer signalisieren soll, dass er die Fahrzeugführungskontrolle übernehmen soll. Derartige Hinweisgeber haben jedoch den entscheidenden Nachteil, dass die Hinweise, die dem Fahrzeugführer präsentiert werden, von ihm wahrgenommen und verstanden werden müssen, was in der Regel viel Zeit in Anspruch nimmt. Denn bei derartigen Hinweisen werden in erster Linie die kognitiven Fähigkeiten eines Menschen beansprucht, die ein langes Reiz-Reaktionsmuster aufweisen.
Aus der US 5,803,408 ist beispielsweise ein Verfahren bekannt, bei dem der Pilot auf einen möglichen Strömungsabriss hingewiesen wird, indem auf das Steuerorgan des Flugzeuges, beispielsweise ein Steuerknüppel, eine Vibration aufgeprägt wird, die als Warnhinweis dient. Auch hier werden jedoch wieder die kognitiven Fähigkeiten des Menschen angesprochen, da dieser die Warnung wahrnehmen muss, um dann geeignete Maßnahmen zu treffen.
Aufgabe
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine verbesserte Vorrichtung und ein verbessertes Verfahren anzugeben, mit dem schnell und sicher die Kontrollübergabe von einer Automation zurück an den Fahrer zuverlässig durchgeführt werden kann.
Lösung
Die Aufgabe wird mit dem Verfahren der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass vor der Übergabe der Fahrzeugführungskontrolle an den Fahrzeugführer mittels mindestens eines mit dem Steuerorgan mechanisch gekoppelten Aktors eine Schüttelbewegung des Steuerorgans in mindestens einer Raumachse ausgeführt wird.
Durch die Schüttelbewegung des Steuerorgans, beispielsweise eines Lenkrades, erfolgt nicht nur ein Hinweis an den Fahrzeugführer, dass die Fahrzeugführungskontrolle nunmehr wieder manuell durchgeführt werden muss, sondern es werden auch weiterhin entsprechende Reiz-Reaktionsmuster angesprochen, die derart reflexartig ausgeführt werden, dass der Fahrzeugführer unter Umgehung der kognitiven Fähigkeiten die Aufmerksamkeit wieder der Fahrzeugführung widmet. Die Interaktion des Kontrollwechsel erfolgt demnach intuitiv bzw. reflexartig und ist daher wesentlich schneller, als herkömmliche akustische oder visuelle Hinweisgeber.
Dazu wird eine Schüttelbewegung in Form einer stark ausgeprägten und niederfrequenten Bewegung mit einer hohen Wegamplitude auf das Steuerorgan eingespielt, so dass sich eine Schüttelbewegung ergibt. Durch diese Schüttelbewegung wird dem Fahrzeugführer ein drohender Kontrollverlust simuliert, so dass ein Eingreifen von seiner Seite aus erforderlich wird, was er intuitiv und reflexartig wahrnimmt. Die Schüttelbewegung des Steuerorgans führt dabei zu einem reflexartigen Zugreifen des Fahrzeugführers und zu einer unmittelbaren Kontrollübernahme durch das Bestreben, das Fahrzeug in einem sicheren Zustand zu bringen.
Die Schüttelbewegung im Sinne der vorliegenden Erfindung ist dabei von der Vibration derart abzugrenzen, dass mit der Schüttelbewegung eine niederfrequente Bewegung mit hoher Wegamplitude gemeint ist, während eine Vibration eine hohe Frequenz mit niedriger Wegamplitude aufweist. Vibrationen werden dabei von dem Fahrzeugführer nur als haptischer Hinweisgeber wahrgenommen und lösen keine reflexartigen Handlungen aus.
Ganz besonders vorteilhaft ist es dabei, wenn die Schüttelbewegung des Steuerorgans mit einer niedrigen Frequenz im Bereich von 2 bis 15 Hz ausgeführt wird. Denn es wurde erkannt, dass gerade im niederfrequenten Bereich das Gefühl des Fahrzeugführers vor einem drohenden Kontrollverlust besonders stark ausgeprägt ist, so dass es hier zu einer besonders schnellen reflexartigen Handlung und Kontrollübernahme kommt.
Des Weiteren ist es ganz besonders vorteilhaft, wenn die Schüttelbewegung des Steuerorgans mit einer hohen Wegamplitude im Bereich von 3 bis 15 mm ausgeführt wird. Eine niedrigere Schüttelfrequenz mit hoher Wegamplitude, beispielsweise im Bereich von 7 bis 12 mm führt dabei zu einer ausgeprägten und gut sichtbaren Bewegung des Steuerorgans, welche letztendlich die reflexartige Kontrollübernahme durch den Fahrzeugführer auslöst. Das Signal hat jedoch dabei einen aversierten Charakter, der nicht stark genug ist, um eine unkontrollierbare Schreckreaktion des Fahrzeugführers auszulösen.
Damit die Schüttelbewegung des Steuerorgans nicht von einer entsprechenden Steuervorrichtung zur Fahrzeugsteuerung des Fahrzeuges als Steuereingabe interpretiert wird, ist es ganz besonders vorteilhaft, wenn das Steuerorgan vor Ausführung der Schüttelbewegung von der Steuervorrichtung getrennt und nach Ausführung der Schüttelbewegung mit dieser wieder verbunden wird. Die zwischenzeitlich aufgeprägten Schüttelbewegungen des Steuerorgans werden dann nicht als Steuereingaben interpretiert. Außerdem kann so, sofern es zu einer schreckhaften Reaktion des Fahrzeugführers kommt, die aufgrund der schreckhaften Reaktion des Fahrzeugführers ausgelösten Steuereingaben kompensiert werden.
Im Übrigen wird die Aufgabe auch mit der Vorrichtung der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Vorrichtung mindestens einen mit dem Steuerorgan mechanisch gekoppelten Aktor aufweist und eine Signalempfangseinheit hat, die zum Empfang eines die Übergabe der Fahrzeugführungskontrolle kennzeichnenden Übergabesignals ausgebildet ist, wobei die Vorrichtung in Abhängigkeit von dem Empfang des Übergabesignals zum Ausführen einer Schüttelbewegung des Steuerorgans mittels des mindestens einen Aktors eingerichtet ist.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Vorrichtung finden sich in den entsprechenden Unteransprüchen.
Die Erfindung wird anhand der beigefügten Figur beispielhaft näher erläutert. Es zeigt:
1 – schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit Fahrzeugassistenzsystem.
1 zeigt ein Lenkrad 1 als ein Steuerorgan zur Eingabe von Steuersignalen, die zur Fahrzeugführung, insbesondere zur Querführung eines Fahrzeuges verwendet werden. Das Lenkrad 1 ist mit einem Fahrzeugassistenzsystem 2 verbunden, was insbesondere zur automatischen Querführung (Spurhaltung) des Fahrzeuges eingerichtet ist. Für diesen Zweck werden auf das Lenkrad 1 Steuerbefehle aufgeprägt, die von der Steuervorrichtung des Fahrzeuges als Steuereingaben zur Querführung interpretiert werden.
Darüber hinaus ist das Lenkrad 1 mit einem Aktor 3 verbunden, der eingerichtet ist, dem Lenkrad 1 eine Schüttelbewegung S_B aufzuspielen. Die Schüttelbewegung S_B hat dabei eine niedrige Frequenz im Bereich von 2 bis 15 Hz und eine relativ hohe Wegamplitude von 3 bis 15 mm. Über eine Verbindungsleitung 4 ist der Aktor mit dem Fahrzeugassistenzsystem 2 verbunden.
Die Verbindungen mit dem Lenkrad 1 in der 1 sind dabei nur schematisch dargestellt und signalisieren entweder eine mechanische Verbindung bei einer mechanischen Steuereingabe oder aber entsprechende elektronische Verbindungen, wenn es sich um einen Systembereich des Stear-by-Wire handelt.
Stellt das Fahrzeugassistenzsystem 2, das zur Querführung des Fahrzeuges ausgebildet ist, fest, dass eine Systemgrenze erreicht ist und die Querführung des Fahrzeuges nicht mehr sicher automatisch durchgeführt werden kann, sendet das Fahrzeugassistenzsystem 2 über die Verbindungsleitung 4 an den Aktor 3 ein Signal, das signalisiert, dass eine Kontrollübergabe an den Fahrzeugführer stattfinden soll. Daraufhin löst der Aktor 3 für einen fest vorgegebenen und definierten Zeitraum, beispielsweise eine oder zwei Sekunden lang, eine Schüttelbewegung S_B aus, die den Fahrzeugführer die Kontrollübergabe signalisiert.
Die Schüttelbewegung S_B führt dabei zu einer reflexartigen bzw. intuitiven Handlung des Fahrzeugführers und zu einer sofortigen Kontrollübernahme, da die Schüttelbewegung S_B einen Kontrollverlust simuliert, dem der Fahrer entgegenwirken will. Ohne dabei auf kognitive Fähigkeiten zurückzugreifen, erfolgt die Kontrollübernahme derart schnell, dass auch bei einem abrupten Steuerungsverlust durch das Fahrzeugassistenzsystem 2 eine Kontrollübernahme durch den Fahrzeugführer sicher und schnell stattfinden kann.
Das in 1 gezeigte Steuerorgan 1 kann darüber hinaus auch ein Steuerstick sein, wie er bei der Stear-by-Wire Technologie eingesetzt wird.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 5803408 [0007]

Claims

Verfahren zur Unterstützung der kontrollierten Übergabe der Fahrzeugführungskontrolle eines Fahrzeuges von mindestens einem Fahrzeugassistenzsystem (2), das zumindest teilweise zur automatischen Fahrzeugführung des Fahrzeuges vorgesehen ist, an einen Fahrzeugführer zur manuellen Fahrzeugführung mittels mindestens eines an dem Fahrzeug angeordneten und zur manuellen Fahrzeugführung vorgesehenen Steuerorgans (1), dadurch gekennzeichnet, dass vor der Übergabe der Fahrzeugführungskontrolle an dem Fahrzeugführer mittels mindestens eines mit dem Steuerorgan (1) mechanisch gekoppelten Aktors (3) eine Schüttelbewegung (S_B) des Steuerorgans (1) in mindestens einer Raumachse ausgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schüttelbewegung (S_B) mit einer niedrigen Frequenz im Bereich von 2 bis 15 Hz ausgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Schüttelbewegung (S_B) mit einer hohen Wegamplitude im Bereich von 3 bis 15 mm ausgeführt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass vor Ausführung der Schüttelbewegung (S_B) des Steuerorgans (1) das Steuerorgan (1) von einer Steuerungsvorrichtung zur Fahrzeugsteuerung getrennt und nach Ausführung der Schüttelbewegung mit der Steuerungsvorrichtung wieder verbunden wird.
Vorrichtung zur Unterstützung einer kontrollierten Übergabe der Fahrzeugführungskontrolle eines Fahrzeuges von mindestens einem Fahrzeugassistenzsystem (2), das zumindest teilweise zur automatischen Fahrzeugführung des Fahrzeuges vorgesehen ist, an einen Fahrzeugführer zur manuellen Fahrzeugführung mittels mindestens eines an dem Fahrzeug angeordneten und zur manuellen Fahrzeugführung vorgesehenen Steuerorgans (1), dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung mindestens einen mit dem Steuerorgan (1) mechanisch gekoppelten Aktor (3) aufweist und eine Signalempfangseinheit hat, die zum Empfang eines die Übergabe der Fahrzeugführungskontrolle kennzeichnenden Übergabesignals ausgebildet ist, wobei die Vorrichtung in Abhängigkeit von dem Empfang des Übergabesignals zum Ausführen einer Schüttelbewegung (S_B) des Steuerorgans (1) mittels des mindestens einen Aktors (3) vor der Übergabe der Fahrzeugführungskontrolle eingerichtet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung zum Ausführen der Schüttelbewegung (S_B) mit einer niedrigen Frequenz im Bereich von 2 bis 15 Hz eingerichtet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung zum Ausführen der Schüttelbewegung (S_B) mit einer hohen Wegamplitude im Bereich von 3 bis 15 mm eingerichtet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung vor Ausführung der Schüttelbewegung des Steuerorgans (1) zum Trennen des Steuerorgans (1) von einer zur Fahrzeugsteuerung vorgesehenen Steuervorrichtung und nach Ausführung der Schüttelbewegung (S_B) zum Zusammenführen des Steuerorgans (1) mit der Steuervorrichtung eingerichtet ist.