DE102014000769A1

DE102014000769A1 - Verfahren zur Bestimmung und Visualisierung des Lenkverhaltens eines Fahrzeugführers

Info

Publication number: DE102014000769A1
Application number: DE102014000769.3A
Authority: DE
Inventors: Richard Hirschmann; Kristof Polmans
Original assignee: ThyssenKrupp Presta AG
Current assignee: ThyssenKrupp Presta AG
Priority date: 2014-01-24
Filing date: 2014-01-24
Publication date: 2015-08-13
Anticipated expiration: 2034-01-25
Also published as: WO2015110260A1; DE102014000769B4

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung von Parametern, die das Lenkverhalten eines Fahrzeugführers charakterisieren, umfassend folgende Schritte: a. Bestimmung des von einem Fahrer in das Lenkrad eingebrachten Lenkwinkels währen eine vorbestimmte Zeitdauer als Funktion der Zeit; b. Bestimmung zumindest einer weiteren Kenngröße des Lenkverhaltens während die vorbestimmte Zeitdauer als Funktion der Zeit; c. Bestimmung einer generalisierten Lenkarbeit als Kombination aus dem Lenkwinkel und der mindestens einen weiteren Kenngröße als Funktion der Zeit; d. Vergleich der generalisierten Lenkarbeit mit einer optimalen Lenkarbeit und e. Visualisierung des Ergebnisses des Vergleichs.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung und Visualisierung von Parametern, die das Lenkverhalten eines Fahrzeugführers eines nicht spurgebundenen Fahrzeugs charakterisieren.
In der DE102010048A1 wird ein Verfahren zur Bestimmung von Parametern, die das Lenkverhalten eines Fahrzeugführers charakterisieren, sowie ein Verfahren zur Abstimmung des Lenkkraftunterstützungsbeitrages an das Lenkverhalten offenbart.
Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines Verfahrens zur Bestimmung und Visualisierung von Parametern, die das Lenkverhalten eines Fahrzeugführers eines nicht spurgebundenen Fahrzeugs charakterisieren, damit anhand physikalischer Parameter dem Fahrer Hinweise zur Verbesserung seines Fahrstils zur Verfügung gestellt und, falls ein Fahrerassistenzsystem vorhanden ist, die Unterstützungsarbeit des Assistenzsystems besser an den Fahrer angepasst werden können.
Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1. In den Unteransprüchen sind vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung dargestellt.
Weil das Verfahren zur Bestimmung und Visualisierung von Parametern, die das Lenkverhalten eines Fahrzeugführers charakterisieren, die nachfolgend aufgeführten Schritte umfasst, können anhand messbarer physikalischer Parameter dem Fahrer Hinweise zur Verbesserung seines Fahrstils zur Verfügung gestellt und, falls ein Fahrerassistenzsystem vorhanden ist, die Unterstützungsarbeit des Assistenzsystems besser an den Fahrer angepasst werden. Die Schritte sind folgende:

a) Bestimmung des von einem Fahrer in das Lenkrad eingebrachten Lenkwinkels während eine vorbestimmte Zeitdauer als Funktion der Zeit;
b) Bestimmung zumindest einer weiteren Kenngröße des Lenkverhaltens während die vorbestimmte Zeitdauer als Funktion der Zeit;
c) Bestimmung einer generalisierten Lenkarbeit als Kombination aus dem Lenkwinkel und der mindestens einen weiteren Kenngröße als Funktion der Zeit;
d) Vergleich der generalisierten Lenkarbeit mit einer optimalen Lenkarbeit und
e) Visualisierung des Ergebnisses des Vergleichs.

Es folgen Definitionen der zur Beschreibung der vorliegenden Erfindung verwendeten Begriffe.
Der vom Fahrer in die Lenkung eingebrachte Lenkwinkel wird im Folgenden nur als Lenkwinkel bezeichnet. Davon zu unterscheiden ist der Fahrzeuglenkwinkel, der die Trajektorie des Fahrzeuges auf der Fahrbahn bestimmt.
Als weitere Kenngröße wird wenigstens eine Kenngröße ausgewählt aus der Gruppe, die die Lenkgeschwindigkeit, das Lenkmoment, die Gierrate, die Querbeschleunigung, die Fahrzeuggeschwindigkeit, der GPS-Standort und den Fahrzeuglenkwinkel umfasst.
Als generalisierte Lenkarbeit ist beispielsweise das Produkt aus Lenkwinkel und Lenkmoment in einem bestimmten Zeitpunkt zu sehen. Es kann aber auch das Produkt aus Lenkwinkel und Querbeschleunigung und Gierrate als generalisierte Lenkarbeit definiert werden. Weiter ist es auch denkbar und möglich die generalisierte Lenkarbeit als Quotient aus Fahrzeuglenkwinkel und dem vom Fahrer eingebrachtem Lenkwinkel zu einem bestimmten Zeitpunkt festzulegen. Die so definierte generalisierte Lenkarbeit wird im Folgenden einfach als „Lenkarbeit” bezeichnet. Die einzelnen Werte der Lenkarbeit, die jeweils für einen bestimmten Zeitpunkt bestimmt wurden, können auch über die vordefinierte Zeitdauer integriert werden, so das ein Maß für die insgesamt aufgewendete körperliche Arbeit des Fahrers zur Überwindung der entsprechenden Wegstrecke bestimmt werden kann.
Die Lenkarbeit, die real aufgrund des Fahrablaufes bestimmt wird, wird im Folgenden als „aktuelle Lenkarbeit” bezeichnet.
Anhand der Funktion des Lenkwinkels über die Zeit wird eine „optimale Lenkarbeit” bestimmt.
Zusätzlich wird die tatsächlich gefahrene Wegstrecke, die über eine Satelittennavigation, auch als GPS bekannt, ermittelt wurde, mit zur Auswertung herangezogen. Die gefahrene Wegstrecke muss sich aus den einzelnen gefahrenen Trajektorien zusammensetzen.
Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung näher beschrieben. Es zeigen:
1: Ein Fahrzeug in schematischer Darstellung; sowie
2: drei verschiedene mögliche Lenkarbeitsverläufe während einer Fahrt auf derselben Fahrtstrecke in Abhängigkeit von der Fahrzeit.
In der 1 ist ein Fahrzeug 10 mit einigen Komponenten und Symbolen für Parameter, die für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens erforderlich oder nützlich sind, schematisch in einer Draufsicht dargestellt. Das Fahrzeug 10 trägt eine Lenkvorrichtung 11 mit einem Lenkrad 12, dessen Drehung im Betrieb über eine Spurstange 13 eine Verschwenkung von lenkbaren Rädern 14 bewirkt. Die rotatorische Position des Lenkrads 12, wird von einem Drehwinkelsensor 15 erfasst, ein Gierratensensor 16 erfasst die Gierrate des Fahrzeugs 10 im Betrieb. Schließlich trägt das Fahrzeug eine elektronische Steuerung 17, die in diesem Ausführungsbeispiel mit einem mobilen Gerät 18 und einem Satellitennavigationssystem 19 in Verbindung steht.
Die 2 zeigt drei verschiedene mögliche Verläufe der Lenkarbeit in Fahrt des Fahrzeugs 10 entlang derselben Strecke. Eine fette durchgehende Kurve stellt die optimale Lenkarbeit 1 dar. Eine magere (= dünne) fein gestrichelte Kurve stellt eine aktuelle Lenkarbeit 2 dar, und eine magere (= dünne) grob gestrichelte Kurve stellt eine andere aktuelle Lenkarbeit 3 dar.
Während einer Fahrt steuert der Fahrer das Fahrzeug 10 entlang einer Strecke. Dabei betätigt der Fahrer das Lenkrad 12. Die Signale des Drehwinkelsensors 15 und des Gierratensensors 16 werden von der Steuerung 17 erfasst. Die Steuerung kann auch die Signale des Satellitennavigationssystems 19 in Form von GPS-Daten und weitere Daten, beispielsweise die Geschwindigkeit, Längsbeschleunigungen und Querbeschleunigungen, erfassen.
Die optimale Lenkarbeit wird entsprechend aus der Fahrtroute, die anhand der Auswertung der GPS-Daten und vorhandener Topologie-Informationen und/oder Landkartendaten ermittelt wurde, bestimmt. Der über einen Zeitraum t integrierte Lenkwinkel soll dabei bevorzugt mit möglichst wenig plötzlichen Lenkausschlägen, aber möglichst schnell erreicht werden. In der Kurve der Lenkarbeit 2 ist der Verlauf einer aktuellen Lenkarbeit veranschaulicht, bei dem zu unruhig reagiert wird. Das Fahrzeug wird dadurch zu kleinen Lenkbewegungen angeregt, die zur Erreichung der Zieltrajektorie nicht erforderlich sind. Eine im Vergleich zum optimalen Fahrstil zu unruhige Reaktion des Fahrers kann visualisiert werden, so dass der Fahrer eine Information über mögliche Verbesserungen erhält. Dabei kann zur Darstellung einer unruhigen Reaktion in einem Informationsdisplay des Fahrzeugs oder des Mobilgeräts 18 eine obere Grenzfrequenz der Änderung der Lenkarbeit als Maßstab festgelegt werden, beispielsweise 0,2 Hz bis 4 Hz.
Andererseits soll die aktuelle Lenkarbeit nicht zu träge erfolgen, wie dies in der Kurve Lenkarbeit 3 veranschaulicht ist, bei der zu langsam reagiert wird und dann ein zu großer Lenkwinkel angelegt werden muss, um die gewünschte Trajektorie des Fahrzeuges noch zu erreichen. Auch hier kann eine Information an den Fahrer erzeugt und ausgegeben werden. Dafür kann eine untere Grenzfrequenz festgelegt werden, beispielsweise 1 Hz bis 0,1 Hz.
Alternativ und bevorzugt zur Festlegung von Grenzfrequenzen des zeitlichen Verlaufs der aktuellen Lenkarbeit kann in einem anderen Ausführungsbeispiel auch der Gradient der aktuellen Lenkarbeit mit dem Gradienten der optimalen Lenkarbeit verglichen werden. Dabei werden bevorzugt Grenzwerte für die Quotienten aus dem Gradienten der zum aktuellen Zeitpunkt vorliegenden aktuellen Lenkarbeit geteilt durch den Gradienten der für den aktuellen Zeitpunkt berechneten optimalen Lenkarbeit gebildet. Dieser Quotient sollte bevorzugt in einem Intervall zwischen einem ersten oberem Grenzwert und einem zweiten unterem Grenzwert liegen. Bevorzugt liegt das Intervall im Bereich von 0,3 bis 3, mehr bevorzugt im Intervall von 0,5 bis 2.
Zur Visualisierung kann die Abweichung zwischen der aktuellen und der optimalen Lenkarbeit dargestellt werden. Es kann aber auch das Quadrat der Abweichungen zwischen optimaler und aktuellen Lenkarbeit integriert und als Zahlenwert ausgegeben werden. Weiter kann auch, und das ist bevorzugt, das Quadrat der Abweichungen zwischen dem Gradienten der optimalen und aktuellen Lenkarbeit integriert und als Zahlenwert ausgegeben werden. Alternativ kann auch als Maß das Quadrat der Quotienten aus optimaler geteilt durch die aktuelle Lenkarbeit integriert und als Zahlenwert ausgegeben werden.
Die Werte oder Kurvenverläufe können dabei auf ein mobiles Gerät, wie beispielsweise ein Smartphone, ausgegeben werden oder in einem Display des Fahrzeugs für den Fahrer sichtbar oder nachträglich abrufbar bereitgestellt werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102010048 A1 [0002]

Claims

Verfahren zur Bestimmung von Parametern, die das Lenkverhalten eines Fahrzeugführers charakterisieren, umfassend folgende Schritte: a. Bestimmung des von einem Fahrer in das Lenkrad eingebrachten Lenkwinkels währen eine vorbestimmte Zeitdauer als Funktion der Zeit; b. Bestimmung zumindest einer weiteren Kenngröße des Lenkverhaltens während die vorbestimmte Zeitdauer als Funktion der Zeit; c. Bestimmung einer generalisierten Lenkarbeit als Kombination aus dem Lenkwinkel und der mindestens einen weiteren Kenngröße als Funktion der Zeit; d. Vergleich der generalisierten Lenkarbeit mit einer optimalen Lenkarbeit und e. Visualisierung des Ergebnisses des Vergleichs.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die weitere Kenngröße im Schritt b das von dem Fahrer in das Lenkrad eingeleitete Drehmoment ist.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die weitere Kenngröße im Schritt b die Gierrate ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Visualisierung im Schritt e nur dann erfolgt, wenn der Vergleich im Schritt d ein Ergebnis ergibt, das eine obere Grenzfrequenz überschreitet oder eine untere Grenzfrequenz unterschreitet.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Lenkarbeit als Produkt aus Lenkwinkel und Drehmoment berechnet wird.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Lenkarbeit als Produkt aus Lenkwinkel und Gierrate berechnet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Schritt e das Ergebnis auf einem Mobilgerät angezeigt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass im Schritt e das Ergebnis auf einem Display des Fahrzeugs angezeigt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Visualisierung im Schritt e nur dann erfolgt, wenn der Quotient aus dem Gradienten der zum aktuellen Zeitpunkt vorliegenden aktuellen Lenkarbeit geteilt durch den Gradienten der für den aktuellen Zeitpunkt berechneten optimalen Lenkarbeit einen vorgegebenen ersten oberen Grenzwert übersteigt oder einen vorgegebenen zweiten unteren Grenzwert unterschreitet.