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Die Erfindung betrifft ein System sowie ein entsprechendes Verfahren zum Feststellen, ob ein Fahrer ein Element eines Fahrzeugs, insbesondere das Lenkrad oder einen Sitz, berührt.
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Bei teil-, hoch- oder sogar vollautomatisierten Fahrzeugen übernehmen Fahrerassistenzsysteme teilweise oder vollständig die Quer- und Längsführung des Fahrzeugs. Obwohl ein Fahrer auch bei einer vollautomatisierten Führung des Fahrzeugs am Führerstand verbleibt, beispielsweise um im Notfall eingreifen zu können, beschäftigt sich der Fahrer zwangsläufig mit anderen Dingen, da das Führen des Fahrzeugs nicht mehr seine volle Aufmerksamkeit erfordert.
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Je nach anderer Tätigkeit des Fahrers wird dieser seine Hände vom Lenkrad nehmen, insbesondere um sein Mobiltelefon, das Infotainment des Fahrzeugs oder sonstige elektronische Ausrüstung zu bedienen, ein Buch zu lesen oder auch einfach nur, um zu relaxen.
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Um die Aufgabenteilung zwischen Fahrerassistenzsystem und dem Fahrer zu überwachen und sicherzustellen, dass der Fahrer bei einer Übergabe des Fahrerassistenzsystems seine Hände auch am Lenkrad des Fahrzeugs hat bzw. diesen auf eine Übergabe vorzubereiten, ist es notwendig, den Kontakt der Hände des Fahrers mit dem Lenkrad des Fahrzeugs zu überwachen.
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Auch bei Fahrzeugen, bei denen ein Lenkrad mechanisch von dem Lenkaktuator entkoppelt ist und bei der die Übertragung eines Lenksignals an einen Lenkaktuator elektronisch erfolgt (Steer-by-wire-Lenkung), ist es notwendig zu erkennen, ob der Fahrer mindestens eine Hand an dem Lenkrad hat oder nicht bzw. ob der Fahrer das Lenkrad auch festhält oder ob er nur mit einem Finger lenkt. In bestimmten Fahrsituationen muss der Fahrer sich mit einem Gegenmoment an dem Lenkrad abstützen. Dann ist es erforderlich, zu erkennen, ob der Fahrer das Lenkrad auch festhält.
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Aus dem Stand der Technik sind verschiedene Vorrichtungen und Verfahren bekannt, um zu überwachen, ob der Fahrer seine Hände am Lenkrad hat.
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Aus der
EP 2 028 078 A1 ist z. B. ein Lenkrad bzw. eine Lenkhandhabe bekannt, bei welcher Mittel zur Erkennung des Kontakts zwischen mindestens einer Hand eines Fahrers und der Lenkhandhabe vorgesehen sind und die Freihanderkennung mittels eines oder mehrerer in der Lenkhandhabe angeordneter, elektrisch leitender Metallkörper erfolgt, beispielsweise mittels druckresistiver piezoelektrischer Elemente.
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Aus der
DE 101 21 693 A1 ist eine Vorrichtung zur Detektion des Kontakts zwischen Händen und dem Lenkrad mit Mitteln zum Erzeugen eines ersten Signals und einer ersten Frequenz offenbart, wobei die erste Frequenz davon abhängt, ob die Hände Kontakt zum Lenkrad haben oder nicht, mit Mitteln zum Erzeugen eines zweiten Signals und einer zweiten Frequenz und mit Mitteln zum Erzeugen eines Ausgangssignals in Abhängigkeit der ersten und der zweiten Frequenz, wobei sich die erste Frequenz mit der Kapazität eines Kondensators ändert, welcher am Lenkrad angebracht ist und wobei sich die Kapazität verändert, wenn der Fahrer seine Hände ans Lenkrad legt.
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Aus der
DE 10 2010 010 028 A1 ist ein Verfahren zum Feststellen bekannt, ob ein Fahrer ein Fahrzeuglenkrad festhält, wobei das Verfahren das Liefern eines Störsignals zum Lenkrad umfasst. Dieses bewirkt, dass das Lenkrad vibriert. Weiterhin wird festgestellt, dass der Fahrer das Lenkrad des Fahrzeugs nicht festhält, wenn das Vibrations-Störsignal am Lenkrad detektiert wird.
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Diesen bekannten Systemen zur „hands-off-detection“ bzw. Berührungszustandsfeststellung ist gemein, dass anhand eines Schwellwertes eines Parameters, der gemessen wird oder der aus einer Messung abgeleitet wird, festgestellt wird, ob sich die Hände des Fahrers am Lenkrad befinden („hands-on“) oder ob diese sich nicht am Lenkrad befinden („hands-off“).
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Im Allgemeinen unterliegen solche Systeme gewissen Schwankungen, welche aufgrund von Umwelteinflüssen und Alterungsprozessen, aber auch aufgrund von Materialunterschieden bei dem jeweiligen produzierten Lenkrad, leicht abweichenden Dimensionen oder auch durch den unterschiedlichen Körperbau und die Körperzusammensetzung des Fahrers entstehen. Die Feststellung eines Berührungszustands hängt u.a. stark von der jeweiligen Geometrie der Sensorelemente im Lenkradkranz und von deren relativer Lage ab.
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Bei einer Änderung des Lederzuschnitts und damit des Zuschnitts der hands-off-detection-Sensormatte muss die hands-off-detection mit hohem Aufwand neu kalibriert werden. Veränderungen oder Dispersionen können nämlich dazu führen, dass der Zustand des hands-off oder auch der Zustand des hands-on nicht zuverlässig festgestellt werden bzw. der jeweils andere Zustand festgestellt wird. Im schlimmsten Fall kann dies zu Unfällen führen, da z. B. ein Fahrerassistenzsystem die Fahrzeugführung an den Fahrer übergibt, wenn dieser gar keinen Kontakt zum Lenkrad hat.
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Aus der
DE 10 2008 042 277 A1 ist ein Verfahren zum Feststellen, ob ein Fahrer mir den Händen das Lenkrad berührt, bekannt. Bei diesem Verfahren wird im Rahmen eines Machine Learning in einem Lernprozess ein Algorithmus mittels Testdaten trainiert und mit dem trainierten Algorithmus später eine Erkennung von Lenkradberührungen auch dann ermöglicht, wenn sich sensorisch erfasste Daten von den Lerndaten unterscheiden.
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In der
US 2004 / 0 044 293 A1 ist ein System zur Überwachung der Aufmerksamkeit eines Fahrzeugführers bekannt. Es umfasst mehrere Sensoren um seine Wachsamkeit zu erfassen, beispielsweise Drucksensoren im Sitz und an Pedalen, sowie ein Kopfband zur Erfassung von EEG-Signalen. Auch am Lenkrad vorgesehene Sensoren, die Lenkradbewegungen erfassen, können dazu verwendet werden.
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In der
DE 10 2005 026 457 A1 wird ein Verfahren zum Erkennen, wann der Fahrer eines Kraftfahrzeuges unaufmerksam wird, beschrieben. Dabei werden vorgegebene Parameter wie eine Lenkruhephase, eine daran anschließende Lenkaktion und eine Lenkradgeschwindigkeit erfasst und daraus ein müdigkeitsbedingtes und/oder ablenkungsbedingtes Lenkmuster erkannt.
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In der
DE 10 2009 028 647 A1 ist ein Verfahren für eine hands-off/hands-on Erkennung in einem Fahrzeug bekannt, bei dem 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. Abhängig von einem Verlauf des Fahrerhandmoments erfolgt dann die Erkennung des hands-off bzw. hands-on Zustands am Lenkrad.
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Es ist eine Aufgabe der Erfindung, ein System sowie ein entsprechendes Verfahren anzugeben, mit welchen die Feststellung, ob ein Fahrer ein Element, insbesondere das Lenkrad oder einen Sitz, des Fahrzeugs, berührt, verbessert wird und welche einfach zu realisieren sind.
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Diese Aufgabe wird durch das System und das Verfahren gemäß den unabhängigen Ansprüchen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen werden in den Unteransprüchen beansprucht.
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Das erfindungsgemäße System zur Ermittlung eines Schwellwerts zum Feststellen, ob ein Fahrer ein Element eines Fahrzeugs, insbesondere das Lenkrad oder einen Sitz berührt, weist auf: eine erste Einrichtung zur Erfassung zumindest eines Parameters, welcher charakterisiert, ob ein Fahrer das Element des Fahrzeugs berührt, eine zweite Einrichtung zum Speichern von Werten des zumindest einen Parameters und eine Ermittlungseinrichtung, eingerichtet, um auf der Grundlage einer Anzahl von Werten des zumindest einen Parameters zumindest eine erste Gruppe und/oder eine zweite Gruppe von Werten des zumindest einen Parameters zu identifizieren, wobei die erste Gruppe Werten entspricht, bei denen der Fahrer das Lenkrad berührt und die zweite Gruppe Werten entspricht, bei denen der Fahrer das Lenkrad nicht berührt, und einen Schwellwert für den zumindest einen Parameter festzulegen, welcher zwischen einer Mehrzahl der Werte der ersten Gruppe und einer Mehrzahl der Werte der zweiten Gruppe liegt. Die Anzahl von Werten zur Identifikation der ersten Gruppe und/oder der zweiten Gruppe wird auf der Grundlage der statistischen Aussagekraft der Gesamtheit der Werte der ersten Gruppe und/oder der Gesamtheit der Werte der zweiten Gruppe festgelegt.
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Das erfindungsgemäße Verfahren zur Ermittlung eines Schwellwerts zum Feststellen, ob ein Fahrer ein Element eines Fahrzeugs, insbesondere das Lenkrad oder einen Sitz berührt, weist folgende Schritte auf: Erfassen zumindest eines Parameters, welcher charakterisiert, ob der Fahrer das Element des Fahrzeugs berührt, Identifizieren auf der Grundlage einer Anzahl von Werten des zumindest einen Parameters, zumindest einer ersten Gruppe und/oder einer zweiten Gruppe von Werten des zumindest einen Parameters, wobei die erste Gruppe einen ersten Berührungszustand und die zweite Gruppe einen zweiten Berührungszustand entspricht, und Festlegen eines Schwellwerts für den zumindest einen Parameter, welcher zwischen einer Mehrzahl der Werte der ersten Gruppe und einer Mehrzahl der zweiten Gruppe liegt. Die Anzahl von Werten zur Identifikation der ersten Gruppe und/oder der zweiten Gruppe wird auf der Grundlage der statistischen Aussagekraft der Gesamtheit der Werte der ersten Gruppe und/oder der Gesamtheit der Werte der zweiten Gruppe festgelegt.
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Die Erfindung basiert auf dem Ansatz, einen Schwellwert eines Parameters, welcher zwischen einem Berührungszustand und einem Nicht-Berührungszustand liegt, dynamisch zu ermitteln bzw. neu festzulegen. Hierfür identifiziert die Erfindung zumindest eine erste Gruppe und/oder eine zweite Gruppe von Werten des für die Berührung des Lenkrads relevanten Parameters. Die Gruppen zeichnen sich hierbei bevorzugt dadurch aus, dass die Differenz der jeweiligen Parameterwerte einen gewissen Wert nicht überschreitet und/oder die Werte in einer räumlichen Nähe zu einem Mittelwert angeordnet sind. Der Schwellwert wird nunmehr als punktförmiger Betrag zwischen den beiden Gruppen oder auch als Bereich zwischen den beiden Gruppen identifiziert. Der Schwellwert kann hierbei auch als Linie oder mehrdimensionale Ebene ausgebildet sein, wenn z. B. zwei Parameter betrachtet werden oder zwischen dem Real- und Imaginärteil eines Parameters differenziert wird. Jede der so unterteilten beiden Gruppen identifiziert jeweils einen Berührungszustand.
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Durch die erfindungsgemäße Ermittlung des Schwellwerts über die Identifikation von Gruppen von Parameterwerten kann eine Dispersion in den Parameterwerten ausgeglichen werden, da der Schwellwert dynamisch anpassbar ist.
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Das erfindungsgemäße System und das erfindungsgemäße Verfahren sind somit sensibel gegenüber schnellen Werteänderungen, die eine Veränderung des Berührungszustands anzeigen. Gegenüber langsamen, insbesondere dispersiven Änderungen des Schwellwerts, welche beispielsweise durch Alterung oder auch Produktionsabweichungen hervorgerufen werden, ist das erfindungsgemäße Verfahren dagegen sehr robust, da auch der Schwellwert von der jeweiligen Veränderung der Parameterwerte abhängt, welche einem Berührungszustand entsprechen.
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Ein Schwellwert im Sinne der Erfindung ist ein Wert, der als Grenzwert für die Verarbeitung eines Signals bzw. eines Parameters verwendet wird, wobei der Schwellwert zur Unterscheidung von zumindest zwei Gruppen von Parameterwerten eingesetzt wird, welche jede jeweils einen Berührungszustand angeben.
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Ein Fahrzeug im Sinne der Erfindung ist jede Art von Luft-, Land-, Wasser- oder Raumfahrzeug, insbesondere jedoch ein Kraftfahrzeug.
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Eine Ermittlungseinrichtung im Sinne der Erfindung ist jede Art von Datenverarbeitungseinrichtung, insbesondere jedoch eine Kombination aus einem Mikroprozessor mit entsprechender Software.
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Ein Berührungszustand im Sinne der Erfindung gibt an, ob eine Berührung vorliegt oder nicht vorliegt.
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Eine Gruppe von Werten im Sinne der Erfindung gibt eine Mehrzahl von Werten an, deren Differenz des maßgeblichen Parameters einen gewissen Wert nicht überschreitet.
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Ein Parameter im Sinne der Erfindung ist eine messbare physikalische Größe oder eine aus einer physikalischen Größe abgeleitete Größe.
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Ein Schwingkreis im Sinne der Erfindung ist eine resonanzfähige elektrische Schaltung aus einer Spule (L) und einem Kondensator (C), die elektrische Schwingungen ausführen kann.
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Einem Mittelwert im Sinne der Erfindung liegt eine Vorschrift zugrunde, mit der man aus zwei oder mehr Zahlenwerten einen weiteren Wert berechnen kann, der zwischen den gegebenen Zahlen liegt. Insbesondere wird der Mittelwert im Sinne der Erfindung als arithmetisches Mittel oder geometrisches Mittel berechnet.
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Eine Standardabweichung im Sinne der Erfindung ist ein Maß für die Streuung der Werte eines Parameters und dessen Erwartungswerts. Insbesondere wird diese als Quadratwurzel aus der Varianz des Parameters definiert.
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Ein Sicherheitsfaktor im Sinne der Erfindung wird mit einem anderen Grenzwert, insbesondere einer Standardabweichung einer Gesamtheit von Werten eines Parameters, multipliziert, um sicherzustellen, dass ein bestimmter Prozentsatz einer Gesamtheit von Werten innerhalb des Grenzwerts liegt.
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Ein Sicherheitsabstand im Sinne der Erfindung gibt ein Intervall an, bei der man mit einer definierten Wahrscheinlichkeit davon ausgehen kann, dass alle Werte eines Parameters innerhalb dieses Intervalls liegen.
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Durch die Ausbildung der Erfindung dergestalt, dass die Anzahl von Werten zur Identifikation der ersten Gruppe und/oder der zweiten Gruppe auf der Grundlage der statistischen Aussagekraft der Gesamtheit der Werte der ersten Gruppe und/oder der Gesamtheit der Werte der zweiten Gruppe festgelegt wird, kann nicht nur der Schwellwert, sondern auch die Anzahl von erfassten Werten, die herangezogen werden, um einen Schwellwert neu festzulegen, dynamisch auf der Grundlage der Qualität der gemessenen Werte angepasst werden.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Systems ist die Anzahl von Werten zur Identifikation der ersten Gruppe und/oder der zweiten Gruppe vordefiniert oder ist die über einen definierten Zeitraum erfasste Anzahl von Werten des zumindest einen Parameters. Durch diese Ausgestaltung kann der Schwellwert sowohl dann dynamisch berechnet werden, wenn eine bestimmte Anzahl von Werte aufgelaufen ist oder periodisch nach einem definierten Zeitraum.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Systems ist die Ermittlungseinrichtung eingerichtet, um den Schwellwert neu festzulegen, insbesondere periodisch und/oder als Reaktion auf ein Ereignis, insbesondere eine Änderung der Luftfeuchtigkeit und/oder der Temperatur. Durch diese Ausgestaltung kann der Schwellwert immer dann neu festgelegt werden, wenn eine Änderung desselbigen zu erwarten ist.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Systems ist die zweite Einrichtung zum Speichern ein Ringspeicher. Der Ringspeicher hat zum Vorteil, dass die ältesten Werte bei Eingang neu erfasster Werte gelöscht werden, so dass immer nur Werte über einen gewissen Zeitraum zur Ermittlung des Schwellwerts herangezogen werden.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Systems weist die erste Einrichtung eine erste Elektrode zumindest eines Kondensators auf, welche an dem Element angeordnet ist, und der zumindest eine Parameter charakterisiert den Blindwiderstand eines Schwingkreises, wobei dieser insbesondere die Impedanz oder die Admittanz ist.
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Im Rahmen der Erfindung wurde festgestellt, dass sich eine dynamische Einstellung des Schwellwerts insbesondere bei kapazitiven hands-off-detection-Systemen eignet, um den Berührungszustand jeweils zuverlässig festzustellen. Bei den kapazitiven Systemen haben nämlich sowohl produktionstechnische Dispersionen wie auch Änderungen der Luftfeuchtigkeit oder Änderungen der Körperzusammensetzung zwischen verschiedenen Fahrern einen Einfluss auf die relative Anordnung der jeweiligen Parameterwerte und somit auf den Schwellwert zum Feststellen, ob ein Fahrer ein Element eines Fahrzeugs berührt.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Systems wird die zweite Elektrode des zumindest einen ersten Kondensators durch den Fahrer, insbesondere durch zumindest einer seiner Hände, gebildet.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Systems weist die erste Einrichtung des Weiteren eine zweite Elektrode des zumindest einen Kondensators auf, welche an dem Element angeordnet ist.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Systems ist die Ermittlungseinrichtung eingerichtet, um für die Werte, welche der ersten Gruppe zugerechnet werden und/oder für die Werte, welche der zweiten Gruppe zugeordnet werden, den Mittelwert und/oder die Standardabweichung zu berechnen.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Systems ist die Ermittlungseinrichtung eingerichtet, um den Schwellwert auf der Grundlage des Mittelwerts und/oder der Standardabweichung der Werte, welche der ersten Gruppe zugeordnet werden, und/oder der Werte, welche der zweiten Gruppe zugeordnet werden, festzulegen. Die Festlegung mittels statistischer Verfahren erhöht weiterhin die Robustheit des erfindungsgemäßen Systems gegenüber langsamen dispersiven Änderungen der Parameterwerte.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Systems werden die Werte des zumindest einen Parameters nur dann der ersten Gruppe zugeordnet, wenn, insbesondere auf der Grundlage eines vorläufigen Schwellwerts, sichergestellt ist, dass der Fahrer das Element des Fahrzeugs tatsächlich berührt.
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Durch die Angabe eines vorläufigen Schwellwerts kann verhindert werden, dass das System bei Inbetriebnahme versehentlich eine falsche Berührungszustandsbestimmung macht, insbesondere angibt, dass der Fahrer das Element berührt, wenn dies nicht der Fall ist. Der eigentliche Schwellwert kann dann ausgehend von diesem vorläufigen Schwellwert in kurzer Zeit neu festgelegt werden.
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Die im Vorstehenden beschriebenen Aspekte der Erfindung und die dazugehörigen zur Weiterbildung des Systems zur Ermittlung eines Schwellwerts offenbarten Merkmale gelten auch für die nachstehende beschriebenen Aspekte der Erfindung und der dazugehörigen Weiterbildungen des Verfahrens zur Ermittlung eines Schwellwerts entsprechend und umgekehrt.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die ersten Gruppe und/oder die zweiten Gruppe durch folgende Unterschritte identifiziert: Prüfen, ob erfasste Werte des zumindest einen Parameters größer als ein vorläufiger Schwellwert sind, Ausgeben eines ersten Berührungszustands, falls die Werte größer als der vorläufige Schwellwert sind, oder Ausgeben eines zweiten Berührungszustands, falls die Werte kleiner als der vorläufige Schwellwert sind, wobei der Schwellwert durch den vorläufigen Schwellwert festgelegt wird, falls die erfassten Werte größer als der vorläufige Schwellwert sind, oder wobei der Schwellwert durch folgende Unterschritte festgelegt wird, falls die erfassten Werte kleiner als der vorläufige Schwellwert sind: Speichern der erfassten Werte, Berechnen des Mittelwerts und der Standardabweichung der gespeicherten Werte, prüfen, ob ein Prüfwert aus der Multiplikation eines Sicherheitsfaktors mit der Standardabweichung größer als ein Sicherheitsabstand vom vorläufigen Schwellwert ist, und Addition des Mittelwerts und des Sicherheitsabstand, wenn der Prüfwert kleiner als der Sicherheitsabstand ist, oder Addition des Mittelwerts und der Multiplikation des Sicherheitsfaktors mit der Standardabweichung, wenn der Prüfwert größer als der Sicherheitsabstand ist, wobei die jeweils berechnete Summe der Schwellwert ist.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens berührt der Fahrer das Element im ersten Berührungszustand und berührt das Element im zweiten Berührungszustand nicht.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist dieses des Weiteren die folgenden Schritte auf: Prüfen, ob einer oder mehrere erfasste Werte des zumindest einen Parameters innerhalb eines plausiblen Werteintervalls liegen, und Ausgeben einer Fehlermeldung, falls der oder die erfassten Werte außerhalb des plausiblen Werteintervalls liegen. Durch diesen Verfahrensschritt können so genannte Ausreißer aus der Ermittlung des Schwellwerts ausgeschlossen werden.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist die Anzahl von Werten zur Identifikation der ersten Gruppe und/oder der zweiten Gruppe vordefiniert oder ist die über einen vordefinierten Zeitraum erfasste Anzahl von Werten des zumindest einen Parameters.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der Schwellwert periodisch und/oder als Reaktion auf ein Ereignis, insbesondere eine Änderung der Luftfeuchtigkeit und/oder der Temperatur neu festgelegt.
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Weitere Merkmale, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung im Zusammenhang mit den Figuren. Es zeigen:
- 1 eine teilweise schematische Darstellung einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Systems zur Ermittlung eines Schwellwerts;
- 2 ein teilweise schematisches Diagramm von erfassten Werten eines Parameters, welcher mit Imaginärteil und Realteil dargestellt wird; und
- 3 ein teilweise schematisches Blockdiagramm einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Ermittlung eines Schwellwerts.
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Die Erfindung wird im Folgenden an einem Beispiel beschrieben, in welchem das Element ein Lenkrad ist. Jedoch kann das erfindungsgemäße System auch zur Ermittlung herangezogen werden, ob ein Fahrer ein anderes Element des Fahrzeugs, insbesondere den Sitz, berührt. Die Erfindung ist daher nicht auf den Berührungszustand des Lenkrads oder des Sitzes oder auf die Hände des Fahrers oder eine kapazitive Einrichtung zur Erfassung zumindest eines Parameters, wie im Folgenden beschrieben, beschränkt.
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1 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform für den schematischen Aufbau eines Systems 1 zur Ermittlung eines Schwellwerts zum Feststellen, ob ein Fahrer ein Element eines Fahrzeugs, insbesondere das Lenkrad oder einen Sitz, berührt.
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In 1 wird an die Elektroden 9, 10 eines Kondensators 8, welcher beispielsweise im Lenkrad eines Fahrzeugs angeordnet ist, über einen analogen Digitalwandler 12 und eine analoge Signalverarbeitung 11 durch eine Ermittlungseinrichtung 4, im vorliegenden Fall ein Mikrocontroller, vorzugsweise eine Wechselspannung angelegt. Je nachdem, ob der Fahrer seine Hände am Lenkrad hat, wird die Kapazität des Kondensators 8 mit den Elektroden 9, 10 verändert, wodurch sich vorzugsweise die Frequenz eines Schwingkreises, in welchem der Kondensator mit den Elektroden 9, 10 angeordnet ist, verändert. Vorzugsweise kann anhand dieser Veränderung durch die Ermittlungseinrichtung 4 der Blindwiderstand des Schwingkreises festgestellt werden, wobei als Kennwerte insbesondere die Impedanz Z oder die Admittanz Y herangezogen werden können. Die Parameterwerte des Blindwiderstands werden vorzugsweise in einer zweiten Einrichtung 3 zum Speichern von Werten des Blindwiderstands abgespeichert. Auf der Grundlage einer Anzahl von Werten, welche in dem Ausführungsbeispiel der 1 durch die Größe des Ringspeichers 3, welcher die zweite Einrichtung bildet, vorgegeben ist, wird zumindest eine erste Gruppe 6 von Werten des zumindest einen Parameters identifiziert, welche einen Berührungszustand charakterisieren.
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Die zumindest eine erste Gruppe 6 kann hierbei über einen gewissen Wertekorridor definiert sein oder auch in Unterscheidung zu einer zweiten Gruppe 7 von erfassten Werten mit einem anderen Wertekorridor unterschieden werden, welche sich beispielsweise beim Auftragen in ein Diagramm ergeben, wie dies in 2 beispielhaft gezeigt ist.
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Alternativ hierzu werden nach dem Erfassen der Werte eines Blindwiderstands diese Werte vorzugsweise mit einem vorläufigen Schwellwert vSW durch die Ermittlungseinrichtung 4, welche vorzugsweise ein Mikrocontroller ist, verglichen. Abgespeichert werden dann nur jene Werte, welche größer als der vorläufige Schwellwert vSW sind. Anhand dieser Werte, welche mit sehr hoher Wahrscheinlichkeit einen der beiden Berührungszustände des Lenkrads durch den Fahrer zugeordnet werden können, wird anhand von statistischen Mitteln der Schwellwert SW bestimmt.
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Die jeweiligen durch den Mikrocontroller 4 festgestellten Schwellwerte SW oder auch der Berührungszustand können vorzugsweise über ein fahrzeuginternes Kommunikationssystem, beispielsweise über das Local Interconnect Network (LIN) oder auch über das Controller Area Network (CAN) bzw. ein dazugehöriges Bussystem 13, an diese Information benötigende Systeme im Fahrzeug verteilt werden, beispielsweise an Fahrerassistenzsysteme.
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Das erfindungsgemäße System 1 hat zum Vorteil, dass es sich durch „Lernen“ an die jeweilige Fahrzeugkonfiguration selbst adaptiert. Anstatt konventionell für die Erkennung des Berührungszustands einen statischen Schwellwert zu definieren und je nach Fahrzeugderivat und/oder Lenkradvariante in einem Steuergerät zu speichern, wird ein dynamischer Schwellwert SW auf der Grundlage statistischer Daten der gemessenen Kapazitäts- bzw. Blindwiderstandswerte erzeugt. Dadurch wird die Elektronik unabhängig von der Lenkradgeometrie und/oder der Fahrzeugkonfiguration und allen anderen, sich langsam ändernden Einflüssen, wie beispielsweise Temperatur und Luftfeuchtigkeit, bestimmt. Bei kleinen Zuschnittsänderungen des Leders in der Lenkradendfertigung ist damit beispielsweise keine I-Stufenabsicherung nötig und auch eine aufwendige Vorabkalibrierung entfällt.
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In dem Diagramm der 2 sind erfasste Werte (5a, 5b) der Admittanz Y des die Kapazitäten der Elektroden 9,10 enthaltenen Schwingkreises nach Realteilen YReal und Imaginärteil Ylmag aufgetragen. Auf den ersten Blick fällt unmittelbar eine erste Gruppe 6 von Admittanzwerten 5a auf, welche einen relativ geringen Betragswert aufweisen, und eine zweite Gruppe 7 von Admittanzwerten 5b, welche einen relativ großen Betragswert aufweisen.
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Zwischen den Werten 5a der ersten Gruppe 6 und den Werten 5b der zweiten Gruppe 7 ist eine Lücke (gap) vorhanden, in der sich keine erfassten bzw. gemessenen Werte befinden. Durch die Analyse dieses Diagramms kann vorzugsweise ein Schwellwert SW ermittelt werden, der betragsmäßig in der Lücke zwischen den Werten 5a der ersten Gruppe 6 und den Werten 5b der zweiten Gruppe 7 angeordnet ist. Aufgrund der Aufspaltung im Realteil der Admittanz YReal und Imaginärteil der Admittanz Ylmag in 2 ist dieser Schwellwert SW als Linie ausgebildet ist. Die Werte der Admittanz, insbesondere deren Betragswerte, können verschiedenen Berührungszuständen zugeordnet werden. In dem in 2 dargestellten Beispiel entsprechen die niedrigeren Betragswerte 5a im unteren Bereich 6 dem Zustand hands-off bzw. dem Nicht-Berührungszustand des Lenkrads und die höheren Betragswerte 5b in dem oberen Bereich 6 entsprechen dem Zustand hands-on bzw. dem Berührungszustand des Lenkrads durch den Fahrer.
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Durch die Aufspaltung der Parameterwerte 5a, 5b, in dem dargestellten Fall der Admittanzwerte, in Realteil YReal und Imaginärteil Ylmag kann weiterhin der performanzrelevante Einfluss der Luftfeuchtigkeit auf den Schwellwert SW berücksichtigt werden und eine größtmögliche Robustheit des Schwellwerts SW gewährleistet werden. Im vorliegenden Fall bewegen sich die Werte der Admittanz wie durch den Pfeil im Diagramm angedeutet nach rechts, wenn sich die Feuchtigkeit bzw. die Luftfeuchtigkeit bei den Messungen am Lenkrad erhöht.
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3 stellt ein Blockdiagramm einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens 100 zur Ermittlung eines Schwellwerts SW zum Feststellen, ob ein Fahrer ein Element eines Fahrzeugs, insbesondere das Lenkrad oder einen Sitz, berührt, dar. Zunächst wird in einem Schritt 101 zumindest ein Parameter erfasst, insbesondere gemessen, welcher charakterisiert, ob der Fahrer das Lenkrad des Fahrzeugs berührt.
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Vorzugsweise wird in einer Plausibilitätsprüfung 102 hierauf geprüft, ob die erfassten Parameterwerte in einem erwarteten Bereich liegen, wodurch etwaige Fehlfunktionen einer Messapparatur ausgeschlossen werden können. Sind die erfassten Parameterwerte offensichtlich unbrauchbar, wird weiter vorzugsweise eine Fehlermeldung ausgegeben. Tritt eine solche Fehlermeldung auf, kann auf einen Defekt in der Sensormatte geschlossen werden.
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Sind die erfassten Parameterwerte plausibel, so wird auf der Grundlage einer Anzahl von Werten des zumindest einen Parameters, in dem in der 2 gezeigten Beispiel der Admittanz Y, zumindest eine erste Gruppe 6, 7 von erfassten Werten 5a, 5b der Admittanz Y identifiziert, welche einem ersten Berührungszustand, vorliegend dem hands-on oder Berührungszustand des Lenkrads durch den Fahrer, entspricht 104.
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Vorzugsweise kann bei dieser Identifikation 104 in einem ersten Unterschritt geprüft werden, ob die erfassten Werte des Blindwiderstands größer als ein vorläufiger Schwellwert vSW sind 104a. Dieser vorläufige Schwellwert vSW ist dabei vorzugsweise so gewählt, dass ein bestimmter Berührungszustand bei Über- oder Unterschreiten des vorläufigen Schwellwerts vSW mit sehr hoher Wahrscheinlichkeit oder Sicherheit vorliegt. In einem weiteren Unterschritt kann hierauf ein erster Berührungszustand 104a oder ein zweiter Berührungszustand 104b in Abhängigkeit davon ausgegeben werden, ob die erfassten Werte kleiner oder größer als der vorläufige Schwellwert vSW des Blindwiderstands sind. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel, welches jenem aus 2 entspricht, wird geprüft, ob der erfasste Wert der Admittanz Y größer als der vorläufige Schwellwert vSW ist. Ist dies der Fall, so wird der Berührungszustand hands-on ausgegeben. Im anderen Fall wird der Berührungszustand hands-off ausgegeben.
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Dieser ausgegebene Wert kann vorzugsweise von über ein Netzwerk (LIN, CAN) verbundenen Systemen im Fahrzeug verwendet werden. Insbesondere Fahrerassistenzsysteme, welche in die Quer- und/oder Längssteuerung des Fahrzeugs eingreifen, benötigen eine sichere Aussage über den Berührungszustand des Lenkrads.
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Auf der Grundlage der identifizierten Gruppe oder Gruppen 6, 7 von Parameteniverten 5a, 5b wird ein Schwellwert SW für den zumindest einen Parameter, welcher zwischen einer Mehrzahl der Werte 5a der ersten Gruppe 6 und einer Mehrzahl der Werte 5b der zweiten Gruppe 7 liegt, festgelegt 105.
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Sind die erfassten Werte größer als der vorläufige Schwellwert vSW, so ist dieser Schwellwert SW vorzugsweise identisch zu dem vorläufigen Schwellwert 105f.
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Sind die erfassten Werte kleiner als der vorläufige Schwellwert vSW, so weist der Schritt des Festlegens 105 des Schwellwerts SW weiter vorzugsweise den Unterschritt des Speicherns der erfassten Werte 5a auf, welche kleiner als der vorläufige Schwellwert vSW sind 105a. Alternativ können vorzugsweise auch alle erfassten Werte abgespeichert werden und weiter vorzugsweise kann aus der Gesamtheit der abgespeicherten erfassten Werte eine Untergesamtheit identifiziert werden, deren Werte größer als ein vorläufiger Schwellwert vSW sind. Weiter vorzugsweise weist das Festlegen des Schwellwerts den Unterschritt des Berechnens des Mittelwerts m und der Standardabweichung σ der gespeicherten Werte des Blindwiderstands auf 105b. Hierauf wird in einem weiteren Unterschritt vorzugsweise ein Sicherheitsfaktor x mit der Standardabweichung σ multipliziert und geprüft, ob das Ergebnis größer als ein vordefinierter Sicherheitsabstand y vom vorläufigen Schwellwert vSW ist 105c. Der Sicherheitsabstand y und der Sicherheitsfaktor x kann hierbei betragsmäßig eindimensional sein, wie auch jeweils für den Realteil und den Imaginärteil, beispielsweise der Admittanz eines Blindwiderstands YReal, Ylmag definiert sein. In einem weiteren vorzugsweisen Unterschritt des Festlegens des Schwellwerts SW wird der Mittelwert m zu dem Sicherheitsabstand y addiert, wenn der Prüfwert kleiner als der Sicherheitsabstand y ist 105d. Ist der Prüfwert größer als der Sicherheitsabstand y, wird der Sicherheitsfaktor x in einem alternativen Unterschritt vorzugsweise mit der Standardabweichung σ multipliziert und zu diesem Ergebnis der Mittelwert m addiert 105e. Die Werte, welche sich aus der jeweiligen Addition, wenn der Prüfwert kleiner als der Sicherheitsabstand ist oder wenn der Prüfwert größer als der Sicherheitsabstand y ist, 105d, 105e ergeben, wir dann als der Schwellwert SW festgelegt.
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Der jeweilige in Abhängigkeit dem Verhältnis der erfassten Parameterwerte zu dem vorläufigen Schwellwert vSW berechnete Schwellwert wird darauf vorzugsweise ausgegeben 106 und weiter vorzugsweise als neuer vorläufiger Schwellwert vSW in dem Indentifikationsschritt 104 bzw. dem Prüfschritt 104a verwendet 107.
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Ist ein Wert in den Entscheidungsunterschritten 104a, 104b gleich dem jeweiligen Grenzwert bzw. Schwellwert, so gilt dieser als kleiner, in einer bevorzugten Ausführungsform jedoch als größer als der Grenzwert bzw. Schwellwert.
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Durch die Rückkoppelung bzw. Rückgabe des festgelegten Schwellwerts SW in Schritt 107 kalibriert sich das erfindungsgemäße System 1 selbst. Hierdurch kann ein erheblicher Kalibrierungsaufwand bei Änderung der Lenkradgeometrie oder der Fahrzeugkonfiguration eingespart werden. Die Sensoreinheit, welche von dem erfindungsgemäßen System 1 gebildet wird, adaptiert sich hierdurch automatisch. Durch die Überprüfung, ob auch die Multiplikation der Standardabweichung σ mit dem Sicherheitsfaktor x größer als ein vordefinierter Sicherheitsabstand y ist und, sollte dies der Fall sein, durch die Neudefinition des Schwellwerts SW durch die Summe aus dem Mittelwert der betrachteten Werte des Blindwiderstands mit der Multiplikation aus dem Sicherheitsfaktor x und der Standardabweichung σ wird stets gewährleistet, dass der Schwellwert „weit genug“ von den Werten des hands-off-Zustands bzw. Nicht-Berührungszustands entfernt ist, damit nicht ungerechtfertigter Weise erfasste Parameterwerte des Blindwiderstands als hands-on-Zustand bzw. Berührungszustand erkannt werden.
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Mit dem Sicherheitsfaktor x kann hierbei die Sicherheit reguliert werden, dass keine erfassten Werte, die im hands-off-Bereich liegen, als hands-on erkannt werden. Der Sicherheitsfaktor x beträgt dabei zwischen 1 und 7, bevorzugt zwischen 1,5 und 4, bevorzugter zwischen 2 und 3 und am bevorzugtesten 2,5. Mit einem x = 3 liegen beispielsweise nur noch 0,27 % der Werte außerhalb des Intervalls, sollte die Messung der erfassten Blindwiderstandwerte einer Normalverteilung folgen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- System
- 2
- Erste Einrichtung
- 3
- Zweite Einrichtung
- 4
- Ermittlungseinrichtung
- 5a, 56
- Parameterwerte
- 6
- Erste Gruppe
- 7
- Zweite Gruppe
- 8
- Kondensator
- 9
- Erste Elektrode
- 10
- Zweite Elektrode
- 11
- Analoge Signalverarbeitung
- 12
- Analog-Digital-Wandler
- 13
- Bussystem