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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erkennen eines Kontaktzustands einer Lenkhandhabe mittels eines mit der Lenkhandhabe verbundenen Lenkmomentsensors. Die Erfindung betrifft des Weiteren eine Lenkvorrichtung mit einer Lenkhandhabe und einer Steuerungseinrichtung, wobei in der Steuerungseinrichtung ein Verfahren zum Erkennen eines Kontaktzustands ausführbar ist.
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In den letzten Jahren hat die Verbreitung von Fahrassistenzsystemen für Kraftfahrzeuge, welche auch Lenkeingriffe vornehmen, kontinuierlich zugenommen. Bei derartigen Fahrassistenzsystemen handelt es sich beispielsweise um Spurassistenten, welche ein unbeabsichtigtes Verlassen einer Fahrspur verhindern sollen, oder um Einparkhilfen zum automatischen Rangieren des Kraftfahrzeugs in eine Parklücke. Sie werden häufig mittels geeigneter Aktuatoren, beispielsweise elektrischer oder hydraulischer Aktuatoren implementiert. Häufig wird dieser Aktuator auch für eine Servolenkung verwendet.
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Bei derartigen Fahrassistenzsystemen ist es meistens vorteilhaft, wenn eine das Fahrassistenzsystem steuernde Elektronik erkennen kann, ob der Fahrer die Lenkhandhabe, beispielsweise ein Lenkrad eines Automobils, in der Hand hält oder nicht. Beispielsweise können Spurassistenzsysteme so ausgebildet sein, dass sie nur dann funktionieren, wenn der Fahrer die Lenkhandhabe in der Hand hält, da sie keinen Ersatz für die aktive Lenkung des Fahrzeugs durch den Fahrer darstellen sollen. Demgegenüber können beispielsweise Einparkassistenten so ausgebildet sein, dass sie nur dann funktionieren, wenn der Fahrer die Lenkhandhabe nicht in der Hand hält, da ein durch den Fahrer auf die Lenkhandhabe ausgeübtes Drehmoment den Einparkvorgang stören könnte.
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Verfahren zum Erkennen eines solchen Kontaktzustands, d.h. zur Erkennung, ob der Fahrer die Lenkhandhabe in der Hand hält oder nicht, werden häufig auch als Hands-On-Erkennung bezeichnet. Wenn der Fahrer die Lenkhandhabe in der Hand hält, so wird dieser Zustand typischerweise als Hands-On-Zustand bezeichnet. Wenn der Fahrer die Lenkhandhabe nicht in der Hand hält, so wird dieser Zustand typischerweise als Hands-Off-Zustand bezeichnet.
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Im Stand der Technik sind Verfahren zum Erkennen eines Kontaktzustands bekannt, welche Informationen aus einer Lenksensorik nutzen. Beispielsweise zeigt das Dokument
DE 10 2007 039 332 A1 ein Verfahren zum Erkennen eines Kontaktzustands, bei welchem ein Lenkmomentsensor und ein davon beabstandeter Lenkwinkelsensor verwendet werden, um einen Kontaktzustand zu erkennen. Hierbei wird ein Modell einer freien Lenkraddynamik unter Berücksichtigung nichtlinearer Reibungseffekte verwendet.
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Im Stand der Technik sind außerdem Verfahren zum Erkennen eines Kontaktzustands bekannt, welche auf haptischen Sensoren der Lenkhandhabe basieren. Diese sind häufig mit einem erheblichen apparativen Aufwand verbunden, was die Kosten einer Lenkhandhabe deutlich erhöht.
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Aus der
DE 10 2009 028 647 A1 ist ein Verfahren zur Erkennung eines Bedienzustand eines Lenkrads in einem Fahrzeug gezeigt, 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. In Abhängigkeit von einem Verlauf des Fahrerhandmoments wird dann der Betriebszustand des Lenkradss bestimmt bzw. es wird erkannt, ob der Fahrer die Hände am Lenkrad hat oder ob der Fahrer die Hände von dem Lenkrad genommen hat.
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Es ist eine Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Erkennen eines Kontaktzustands einer Lenkhandhabe bereitzustellen, welches eine Alternative zu bekannten Verfahren darstellt, beispielsweise einfacher ausführbar ist. Es ist des Weiteren eine Aufgabe der Erfindung, eine Lenkvorrichtung vorzusehen, mit welcher ein solches Verfahren ausführbar ist.
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Dies wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren nach Anspruch 1 und eine Lenkvorrichtung nach Anspruch 14 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen können beispielsweise den jeweiligen Unteransprüchen entnommen werden. Der Inhalt der Ansprüche wird durch ausdrückliche Inbezugnahme zum Inhalt der Beschreibung gemacht.
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erkennen eines Kontaktzustands einer Lenkhandhabe mittels eines mit der Lenkhandhabe verbundenen Lenkmomentsensors,
- - wobei der Lenkmomentsensor ein drehmomentabhängig verdrehbares Element, einen fahrerseitigen Winkelsensor und einen radseitigen Winkelsensor aufweist,
- - wobei der fahrerseitige Winkelsensor zwischen der Lenkhandhabe und dem drehmomentabhängig verdrehbaren Element angeordnet ist und einen fahrerseitigen Winkel liefert,
- - wobei der radseitige Winkelsensor auf der Seite des drehmomentabhängig verdrehbaren Elements angeordnet ist, welche der Lenkhandhabe gegenüberliegt, und einen radseitigen Winkel liefert, und
- - wobei der Lenkmomentsensor ein Lenkmoment basierend auf einer Differenz zwischen dem fahrerseitigen Winkel und dem radseitigen Winkel ermittelt.
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Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass der Kontaktzustand unter Verwendung zumindest eines der Winkel ermittelt wird. Es ist dabei nicht nur auf den Winkel selbst abzustellen, sondern auch auf die daraus ableitbaren oder herleitbaren Größen, wie auch nachfolgend näher beschrieben.
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Die Erfindung basiert auf der Erkenntnis, dass typische Lenkmomentsensoren ohnehin bereits zwei Winkelsensoren aufweisen, welche für ein Verfahren zum Erkennen eines Kontaktzustands verwendet werden können. Es hat sich dabei herausgestellt, dass die mittels der Winkelsensoren gemessenen Werte oder daraus ableitbaren Größen unterschiedliche Verläufe, Vorzeichen und / oder Größen annehmen, je nach dem, welche Art des Kontaktzustandes vorliegt. Auf einen zusätzlichen Winkelsensor, wie er im Stand der Technik erforderlich ist, kann somit verzichtet werden. Das Verfahren kann auf diese Weise einfacher ausgeführt werden. Außerdem können Bauteile eingespart werden.
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Eine besondere Anpassung an eine sich winkelabhängig verändernde Übersetzung eines Lenkgetriebes ist typischerweise nicht erforderlich.
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Eine sich mit dem Lenkwinkel verändernde Lenkradcharakteristik, welche beispielsweise einen Zusammenhang zwischen Lenkradeinschlag und Verdrehung von Rädern angibt, wird mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens automatisch berücksichtigt. Auf die Entwicklung von Modellen einer Lenkraddynamik kann verzichtet werden.
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Bei einer Lenkhandhabe handelt es sich typischerweise um ein Lenkrad eines Automobils. Es sind jedoch auch andere Lenkhandhaben denkbar, beispielsweise in Form eines Steuerknüppels, eines Joysticks oder eines Steuerhorns.
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Bei dem drehmomentabhängig verdrehbaren Element kann es sich beispielsweise um einen Torsionsstab handeln. Es sei jedoch verstanden, dass auch andere drehmomentabhängig verdrehbare Elemente verwendet werden können. Typischerweise weisen geeignete drehmomentabhängig verdrehbare Elemente einen eindeutigen Zusammenhang zwischen einem anliegenden Drehmoment und einer Verdrehung auf. Dies ermöglicht es, aus der Differenz zwischen dem fahrerseitigen Winkel und dem radseitigen Winkel auf das Drehmoment zu schließen.
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Es sei verstanden, dass die Bezeichnungen „fahrerseitiger Winkel“, „fahrerseitiger Winkelsensor“, „radseitiger Winkel“ und „radseitiger Winkelsensor“ vorliegend verwendet werden, um typische Positionierungen der Winkelsensoren in einem Kraftfahrzeug anzugeben. Alternativ könnten der fahrerseitige Winkel und der fahrerseitige Winkelsensor auch als erster Winkel und erster Winkelsensor bezeichnet werden. Ebenso könnten alternativ der radseitige Winkel und der radseitige Winkelsensor als zweiter Winkel und zweiter Winkelsensor bezeichnet werden. Damit werden etwaige Referenzen auf Elemente einer typischen Einbausituation vermieden. Die Bezeichnungen sind trotzdem äquivalent.
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Unter einer Verwendung zumindest eines der Winkel sei verstanden, dass entweder nur der fahrerseitige Winkel, oder nur der radseitige Winkel, oder beide Winkel zur Ermittlung des Kontaktzustands verwendet werden. Bevorzugt wird kein weiterer Winkel als der fahrerseitige Winkel und der radseitige Winkel verwendet, wobei der fahrerseitige Winkel und der radseitige Winkel weiter bevorzugt von Winkelsensoren aufgenommen werden, welche jeweils so angeordnet sind, dass sich zwischen diesen und dem drehmomentabhängig verdrehbaren Element kein weiterer Winkelsensor befindet.
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Mögliche Ausführungen des Verfahrens unter Verwendung der Winkel werden weiter unten beschrieben.
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Gemäß einer Ausführung weist das Verfahren bei einer Änderung des Lenkmoments folgende Schritte auf:
- - Ermitteln desjenigen Winkels, welcher sich zuerst geändert hat, und
- - Erkennen eines kontaktierten Zustands, wenn sich der fahrerseitige Winkel zuerst geändert hat.
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Diese Ausführung des Verfahrens basiert auf der Erkenntnis, dass in dem Fall, in welchem ein Fahrer die Lenkhandhabe aktiv betätigt, ein durch den Fahrer ausgeübtes Drehmoment zunächst auf der Seite des drehmomentabhängig verdrehbaren Elements, welche dem Fahrer zugewandt ist, zu einer Drehung führt. Mit einer geringfügigen Verzögerung verdreht sich dann durch Übertragung des Drehmoments über das drehmomentabhängig verdrehbare Element auch die gegenüberliegende, typischerweise den Rädern oder dem Lenkgestänge zugewandte Seite. Wenn sich also der fahrerseitige Winkel vor dem radseitigen Winkel ändert, so deutet dies darauf hin, dass der Fahrer die Lenkhandhabe mit zumindest einer Hand hält und aktiv dreht.
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Bevorzugt weist das Verfahren ferner einen Schritt des Ermittelns auf, ob sich der fahrerseitige Winkel und der radseitige Winkel in die gleiche Drehrichtung geändert haben, wobei der kontaktierte Zustand nur dann erkannt wird, wenn sich der fahrerseitige Winkel und der radseitige Winkel in die gleiche Drehrichtung geändert haben. Diese Vorgehensweise basiert auf der Erkenntnis, dass sich bei einer aktiven Drehung des Lenkrads durch den Fahrer beide Winkel typischerweise in die gleiche Drehrichtung ändern. Würde sich einer der Winkel in die entgegengesetzte Drehrichtung ändern, so wäre dies ein für die aktive Drehung der Lenkhandhabe durch den Fahrer untypischer Zustand. In diesem Fall wird deshalb auf das Erkennen eines kontaktierten Zustands vorzugsweise verzichtet.
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Es sei verstanden, dass eine Änderung des Lenkmoments von dem Drehmomentsensor typischerweise dadurch detektiert wird, dass sich zumindest einer der Winkel ändert. Somit kann anhand einer solchen Änderung zumindest eines der Winkel darauf geschlossen werden, dass sich fahrer- oder radseitig das Drehmoment geändert hat. Die Ursache einer solchen Änderung kann beispielsweise mittels der in dieser Anmeldung beschriebenen Vorgehensweisen ermittelt werden.
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Bevorzugt weist das Verfahren einen Schritt des Berechnens einer zeitlichen Ableitung des Lenkmoments zum Erkennen einer Änderung des Lenkmoments auf. Dies ermöglicht eine besonders schnelle Erkennung des Auftretens eines Lenkmoments, da ein sich änderndes Lenkmoment durch eine von Null verschiedene zeitliche Ableitung angezeigt wird. Um möglicherweise unzuverlässige Berechnungen bei besonders kleinen Änderungen auszuschließen, kann vorgesehen sein, dass eine Änderung des Lenkmoments nur dann erkannt wird, wenn die Ableitung einen bestimmten Schwellenwert überschreitet.
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Bevorzugt weist das Verfahren ferner einen Schritt des Berechnens jeweiliger zeitlicher Ableitungen der Winkel auf, und zwar zum Ermitteln, welcher Winkel sich zuerst geändert hat. Auch in diesem Fall ist mittels der Ableitungen eine besonders schnelle Berechnung möglich, da ein sich ändernder Winkel durch eine von Null verschiedene Ableitung angezeigt wird. Somit kann nachgesehen werden, welche Ableitung zuerst einen von Null verschiedenen oder oberhalb eines Schwellenwerts liegenden Wert aufweist. Handelt es sich hierbei beispielsweise um die zeitliche Ableitung des fahrerseitigen Winkels, so kann gemäß der oben erläuterten Vorgehensweise ein kontaktierter Zustand erkannt werden.
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Gemäß einer Ausführung weist das Verfahren einen Schritt des Erkennens eines nicht kontaktierten Zustands auf, wenn innerhalb eines vorgegebenen Zeitraums eine zeitliche Änderung des fahrerseitigen Winkels in eine zum Lenkmoment entgegengesetzte Drehrichtung weist. Diese Vorgehensweise basiert auf der Erkenntnis, dass bei Ausübung eines Drehmoments mittels eines Aktuators, welcher typischerweise radseitig des drehmomentabhängig verdrehbaren Elements angeordnet ist, oder durch ein Lenkgestänge bei gleichzeitig nicht kontaktierter, also frei drehender Lenkhandhabe, eine Lenkgeschwindigkeit, welche über den fahrerseitigen Winkel durch zeitliche Ableitung ermittelt werden kann, und das Lenkmoment in zueinander entgegengesetzte Richtungen weisen.
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Gemäß einer Ausführung weist das Verfahren einen Schritt des Erkennens eines kontaktierten Zustands auf, wenn innerhalb eines vorgegebenen Zeitraums eine zeitliche Änderung des fahrerseitigen Winkels in die gleiche Drehrichtung weist wie das Lenkmoment. Diese Vorgehensweise beruht auf der gleichen Erkenntnis wie eben beschrieben, welche auch umgekehrt gilt und sich somit auch zum Erkennen eines kontaktierten Zustands eignet.
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Die Drehrichtungen der zeitlichen Änderungen des fahrerseitigen Winkels und des Lenkmoments können beispielsweise über Vorzeichen bestimmt werden. Es kann beispielsweise vorgesehen sein, dass bei gleicher Drehrichtung jeweilige numerische Werte zeitlicher Ableitungen der Winkel und des Lenkmoments gleiche Vorzeichen haben. Aus unterschiedlichen Vorzeichen kann dann auf unterschiedliche Drehrichtungen geschlossen werden. Die Drehrichtung des Lenkmoments wird bevorzugt von der Seite des Lenkrads aus definiert.
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Gemäß einer Ausführung weist das Verfahren ferner beim Auftreten eines Lenkmoments, welches innerhalb eines vorgegebenen Zeitraums betragsmäßig größer als ein vorgegebener Schwellenwert ist, folgende Schritte auf:
- - Auslesen eines zum Lenkmoment zugehörigen Lenkgeschwindigkeitsschwellenwerts aus einer vorgegebenen Kennlinie, und
- - Erkennen eines kontaktierten Zustands, wenn eine zeitliche Ableitung des fahrerseitigen Winkels betragsmäßig kleiner ist als der Lenkgeschwindigkeitsschwellenwert.
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Gemäß einer kombinierbaren oder auch separat anwendbaren Ausführung weist das Verfahren ferner beim Auftreten eines Lenkmoments, welches innerhalb eines vorgegebenen Zeitraums betragsmäßig größer als ein vorgegebener Schwellenwert ist, folgende Schritte auf:
- - Auslesen eines zum Lenkmoment zugehörigen Lenkgeschwindigkeitsschwellenwerts aus einer vorgegebenen Kennlinie, und
- - Erkennen eines nicht kontaktieren Zustands, wenn eine zeitliche Ableitung des fahrerseitigen Winkels betragsmäßig größer ist als der Lenkgeschwindigkeitsschwellenwert.
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Die beiden eben beschriebenen Vorgehensweisen basieren auf der Erkenntnis, dass ein Reibungswiderstand einer Lenkvorrichtung, welcher auch als Schleppmoment bezeichnet wird, von der Lenkgeschwindigkeit abhängt. Bei einer durch einen Aktuator oder ein Lenkgestänge angetriebenen freien Lenkhandhabenbewegung, d.h. bei einer Bewegung im nicht kontaktierten Zustand, ist ein relativ kleines Schleppmoment bereits mit einer hohen Lenkgeschwindigkeit verbunden. Beispielsweise kann ein Schleppmoment von 0,2 Nm mit einer Lenkgeschwindigkeit von mindestens 10 °/s verbunden sein. In einem kontaktierten Zustand ist dagegen häufig ein größeres Lenkmoment mit einer entsprechend kleineren Lenkgeschwindigkeit verbunden.
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Um diese erkannte Eigenschaft von Lenkvorrichtungen zu nutzen, wird bevorzugt zunächst die Kennlinie aufgenommen, bei welcher es sich typischerweise um eine Lenkgeschwindigkeits-Schleppmoment-Kennlinie handelt. Diese wird bei einer mittels eines Aktuators angetriebenen freien Lenkhandhabenbewegung ermittelt. Während der Durchführung des Verfahrens wird sie zum Auslesen jeweiliger zum Lenkmoment zugehöriger Lenkgeschwindigkeitsschwellenwerte ermittelt. Ist eine Lenkgeschwindigkeit, welche durch die zeitliche Ableitung des fahrerseitigen Winkels wiedergegeben wird, betragsmäßig kleiner als der Lenkgeschwindigkeitsschwellenwert, deutet dies auf einen kontaktierten Zustand hin. Umgekehrt deutet es auf einen nicht kontaktierten Zustand hin, wenn die Lenkgeschwindigkeit betragsmäßig größer ist als der Lenkgeschwindigkeitsschwellenwert.
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Bevorzugt werden für die eben beschriebenen Vorgehensweisen unter Verwendung der Kennlinie Mittelwerte des Lenkmoments verwendet, welche über einen vorgegebenen Zeitraum berechnet werden. Damit können fehlerhafte Erkennungen aufgrund kurzzeitiger Schwankungen vermieden werden.
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Die Kennlinie wird bevorzugt vor Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, beispielsweise bereits bei Konzeption einer Lenkvorrichtung oder auf einem Prüfstand für ein spezifisches Kraftfahrzeug ermittelt. Hierzu können ein häufig ohnehin verbauter Aktuator und der Lenkmomentsensor verwendet werden.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführung wird das Verfahren mittels Rohdaten des fahrerseitigen Winkelsensors und des radseitigen Winkelsensors durchgeführt. Damit werden Latenzen vermieden, welche bei einer Verarbeitung der Rohdaten zu gewissen aufbereiteten Daten auftreten würden. Dies ermöglicht eine besonders schnelle und zuverlässige Erkennung des Kontaktzustands.
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Bevorzugt weist das Verfahren ferner einen Schritt des Durchführens einer Fast-Fourier-Transformation (FFT) mittels der Rohdaten auf. Eine solche Fast-Fourier-Transformation kann insbesondere für eine Drowsiness-Erkennung verwendet werden, welche ein etwaiges Einschlafen des Fahrers erkennen kann. Beispielsweise werden für eine solche Erkennung bestimmte Frequenzkomponenten, welche bei der Fast-Fourier-Transformation erhalten werden, ausgewertet.
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Bevorzugt wird ferner mittels der Rohdaten eine fahrdynamische Parameterschätzung durchgeführt. Auch in diesem Fall wirken sich die fehlende Latenz und die Verfügbarkeit von unverarbeiteten Rohdaten positiv aus.
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Gemäß einer Ausführung weist das Verfahren ferner folgenden Schritt auf:
- - Ermitteln, nach welcher Zeit eine Änderung des radseitigen Winkels mittels der Lenkhandhabe kompensiert wird, und zwar unter Verwendung des fahrerseitigen Winkels.
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Dies ist insbesondere dann sinnvoll, wenn mittels des Verfahrens zusätzlich eine Aufmerksamkeitserkennung realisiert werden soll. Das beschriebene Vorgehen basiert auf der Erkenntnis, dass eine Änderung von Seiten eines Lenkgestänges, welche beispielsweise durch Fahrbahnunebenheiten ausgelöst wird und sich zunächst am radseitigen Winkel bemerkbar macht, von einem aufmerksamen Fahrer zügig kompensiert wird, was sich wiederum am fahrerseitigen Winkel bemerkbar macht. Fehlt eine solche Kompensation oder findet sie erst nach einer zu langen Zeit statt, deutet dies auf fehlende oder verringerte Aufmerksamkeit des Fahrers hin. In diesem Fall kann beispielsweise eine Warnung ausgelöst werden.
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Gemäß einer Ausführung wird beim Erkennen eines kontaktierten Zustands ein Schritt des Bestätigens eines bereits vorher festgestellten kontaktierten Zustands ausgeführt. Dies bedeutet, dass ein System, welches eine Lenkvorrichtung steuert, bereits vorher Anzeichen dafür hatte, dass ein kontaktierter Zustand vorliegt, und dieser mittels des Verfahrens lediglich bestätigt wird. Dies kann die Sicherheit erhöhen. Entsprechend kann auch mit einem nicht kontaktierten Zustand verfahren werden.
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Bevorzugt wird ferner ein Schritt des Durchführens einer Handmomentenschätzung unter Verwendung des fahrerseitigen Winkels und des radseitigen Winkels ausgeführt. Auch in diesem Fall ist es vorteilhaft, dass auf zusätzliche Sensoren zu denjenigen, welche ohnehin in einem Lenkmomentsensor vorhanden sind, verzichtet werden kann. Vorteilhaft werden auch in diesem Fall die jeweiligen Rohdaten verwendet.
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Es sei verstanden, dass die beschriebenen möglichen Ausführungen und Ausgestaltungen des Verfahrens einzeln oder auch in Kombination miteinander angewendet werden können. Dies kann beispielsweise bedeuten, dass mehrere Vorgehensweisen angewendet werden, um einen kontaktierten oder einen nicht kontaktierten Zustand zu erkennen. Dies kann auch dazu führen, dass bei einmaliger Durchführung des Verfahrens widersprüchliche Ergebnisse erhalten werden. Beispielsweise kann eine Ausführung zum Erkennen eines Kontaktzustands einen kontaktierten Zustand erkennen, wohingegen eine andere Ausführung zum Erkennen eines Kontaktzustands einen nicht kontaktierten Zustand erkennt. In diesem Fall wird bevorzugt eine Fehlermeldung ausgegeben. Eine Steuerungseinrichtung kann dann beispielsweise Maßnahmen ergreifen, welche die Sicherheit eines Fahrzeugs unabhängig davon gewährleisten, ob der Fahrer die Lenkhandhabe in der Hand hält oder nicht.
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Die Erfindung betrifft des Weiteren eine Lenkvorrichtung, aufweisend:
- - eine Lenkhandhabe,
- - einen mit der Lenkhandhabe verbundenen Lenkmomentsensor,
- - wobei der Lenkmomentsensor ein drehmomentabhängig verdrehbares Element, einen fahrerseitigen Winkelsensor und einen radseitigen Winkelsensor aufweist,
- - wobei der fahrerseitige Winkelsensor zwischen der Lenkhandhabe und dem drehmomentabhängig verdrehbaren Element angeordnet ist und einen fahrerseitigen Winkel liefert,
- - wobei der radseitige Winkelsensor auf der Seite des drehmomentabhängig verdrehbaren Elements angeordnet ist, welche der Lenkhandhabe gegenüberliegt und einen radseitigen Winkel liefert, und
- - wobei der Lenkmomentsensor ein Lenkmoment basierend auf einer Differenz zwischen dem fahrerseitigen Winkel und dem radseitigen Winkel erzeugt, sowie
- - eine Steuerungseinrichtung, welche dazu ausgebildet ist, ein erfindungsgemäßes Verfahren auszuführen.
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Mittels der erfindungsgemäßen Lenkvorrichtung können die bereits weiter oben beschriebenen Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens für eine Lenkvorrichtung nutzbar gemacht werden. Hinsichtlich des Verfahrens kann dabei auf alle weiter oben erläuterten Ausführungen und Varianten zurückgegriffen werden. Erläuterte Vorteile gelten entsprechend. Die bereits weiter oben mit Bezug auf das erfindungsgemäße Verfahren gegebenen Anmerkungen für einen Lenkmomentsensor treffen ebenso auf den Lenkmomentsensor der Lenkvorrichtung zu. Auf eine Wiederholung wird deshalb verzichtet. Bei der Lenkhandhabe kann es sich beispielsweise um ein Lenkrad, einen Steuerknüppel oder ein Steuerhorn handeln. Typischerweise handelt es sich um ein Lenkrad eines Kraftfahrzeugs wie eines Automobils oder eines Lastkraftwagens.
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Die Steuerungseinrichtung kann beispielsweise als Mikroprozessor, Mikrocontroller, anwendungsspezifischer integrierter Schaltkreis (ASIC) oder als anderweitige programmierbare oder fest verdrahtete Schaltung ausgeführt sein. Beispielsweise kann die Steuerungseinrichtung Prozessormittel und Speichermittel aufweisen, wobei in den Speichermitteln Programmcode gespeichert ist, bei dessen Ausführung die Prozessormittel ein erfindungsgemäßes Verfahren ausführen.
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Bevorzugt ist die Steuerungseinrichtung unmittelbar an dem Lenkmomentsensor ausgebildet. Damit können der fahrerseitige Winkel und der radseitige Winkel unmittelbar ausgelesen werden, ohne dass eine vorherige Verarbeitung dieser Winkel zu weniger aussagekräftigen Signalen erfolgt und ohne dass Latenzen auftreten. Beispielsweise kann die Steuerungseinrichtung zusammen mit weiteren Komponenten des Lenkmomentsensors in einem Gehäuse ausgebildet sein.
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Alternativ können beispielsweise der fahrerseitige Winkel und der radseitige Winkel über eine Busverbindung von den Lenksensoren an die Steuerungseinrichtung weitergegeben werden, wobei weitere Berechnungsschritte dort erfolgen. Die Lenksensoren können auch Zwischengrößen über einen Bus ausgeben, welche zu der Steuerungseinrichtung gesendet werden, wobei weitere Verfahrensschritte in der Steuerungseinrichtung ausgeführt werden. Bevorzugte Zwischengrößen sind Ableitungen, beispielsweise des fahrerseitigen Winkels und/oder des radseitigen Winkels, und/oder Ergebnisse einer Fast Fourier Transformation (FFT).
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Bevorzugt ist zwischen dem fahrerseitigen Winkelsensor und dem drehmomentabhängig verdrehbaren Element kein weiterer Winkelsensor angeordnet. Weiter bevorzugt ist auch zwischen dem radseitigen Winkelsensor und dem drehmomentabhängig verdrehbaren Element kein weiterer Winkelsensor angeordnet. Dies ergibt eine einfache Ausführung mit möglichst wenigen Bauteilen.
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Weitere Merkmale und Vorteile wird der Fachmann dem nachfolgend mit Bezug auf die beigefügte Zeichnung beschriebenen Ausführungsbeispiel entnehmen.
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Dabei zeigen:
- 1: eine Lenkvorrichtung,
- 2: eine Lenkmoment-Lenkgeschwindigkeits-Kennlinie.
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1 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Lenkvorrichtung 100. Die Lenkvorrichtung 100 weist eine Lenkstange 110 auf, welche zweigeteilt ist. Ein erster Teil 112 der Lenkstange 110 ist dabei fahrerseitig angeordnet, wohingegen ein zweiter Teil 114 der Lenkstange 110 radseitig angeordnet ist. Der radseitige Teil 114 der Lenkstange 110 ist insbesondere dazu ausgebildet, mit einem Lenkgestänge eines Kraftfahrzeugs wie beispielsweise eines Automobils oder eines Lastkraftwagens verbunden zu werden, um gelenkte Räder zu lenken.
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Die Lenkvorrichtung 100 weist ferner eine Lenkhandhabe in Form eines Lenkrads 120 auf, welches mit dem fahrerseitigen Teil 112 der Lenkstange 110 verbunden ist. Damit kann ein Fahrer durch Betätigung des Lenkrads 120 ein Drehmoment auf die Lenkstange 110 ausüben.
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An dem fahrerseitigen Teil 112 der Lenkstange 110 ist ferner ein Umdrehungssensor 130 angebracht, welcher vollständige Umdrehungen des fahrerseitigen Teils 112 der Lenkstange 110 erkennen kann. Damit kann ein grober Wert für die aktuelle Ausrichtung von Rädern des Kraftfahrzeugs erhalten werden. Dies kann insbesondere erforderlich sein, wenn das Fahrzeug gestartet wird und somit noch keine Information über eine aktuelle Ausrichtung vorliegt.
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An dem fahrerseitigen Teil 112 der Lenkstange 110 ist ferner ein fahrerseitiger Winkelsensor 140 angebracht. Dieser kann eine Verdrehung des fahrerseitigen Teils 112 der Lenkstange 110 erkennen. Konkret misst der fahrerseitige Winkelsensor 140 den aktuellen Drehwinkel des ersten Teils 112 der Lenkstange 110 relativ zu einem Referenzwinkel. Da der fahrerseitige Winkelsensor 140 typischerweise eine vollständige Umdrehung nicht erkennen kann, wird erst zusammen mit dem Umdrehungssensor 130 eine vollständige Erkennung des aktuellen Zustands ermöglicht. Es sei verstanden, dass eine Erkennung vollständiger Umdrehungen für die Implementierung des erfindungsgemäßen Verfahrens nicht zwingend erforderlich ist.
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Zwischen dem fahrerseitigen Teil 112 und dem radseitigen Teil 114 der Lenkstange 110 ist ein drehmomentabhängig verdrehbares Element in Form eines Torsionsstabs 150 angeordnet. Der Torsionsstab 150 verdreht sich umso mehr, je größer das Drehmoment ist, welches auf ihn ausgeübt wird. Der Torsionsstab 150 weist bei typischen Drehmomenten nur eine geringe Verdrehung auf, so dass er eine präzise Lenkung des Fahrzeugs nicht beeinträchtigt.
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Mit dem radseitigen Teil 114 der Lenkstange 110 ist ein radseitiger Winkelsensor 160 verbunden. Der radseitige Winkelsensor 160 misst - ähnlich zu dem fahrerseitigen Winkelsensor 140 - den aktuellen Drehwinkel des zweiten Teils 114 der Lenkstange 110.
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Der fahrerseitige Winkelsensor 140 liefert einen fahrerseitigen Winkel, welcher anzeigend ist für eine Verdrehung des fahrerseitigen Teils 112 der Lenkstange 110. Dieser Winkel kann auch als Lenkwinkel bezeichnet werden. Der radseitige Winkelsensor 160 liefert einen radseitigen Winkel, welcher anzeigend ist für eine aktuelle Verdrehung des radseitigen Teils 114 der Lenkstange 110. Da die Verdrehung des Torsionsstabs 150 vom anliegenden Drehmoment abhängt, kann aus einer Differenz zwischen dem fahrerseitigen Winkel und dem radseitigen Winkel zum gleichen Zeitpunkt auf das anliegende Drehmoment geschlossen werden. Dieses Drehmoment kann auch als Lenkmoment bezeichnet werden.
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Zusammen bilden somit der fahrerseitige Winkelsensor 140, der Torsionsstab 150 und der radseitige Winkelsensor 160 einen Lenkmomentsensor 105 der Lenkvorrichtung 100.
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An dem radseitigen Teil 114 der Lenkstange 110 ist ferner ein Aktuator 170 angebracht. Hierbei handelt es sich um eine Vorrichtung, mit welcher der radseitige Teil 114 der Lenkstange 110 ohne Eingriff eines Fahrers an dem Lenkrad 120 gedreht werden kann. Der Aktuator 170 kann beispielsweise zum Vorsehen einer Servolenkung, eines Spurassistenten oder einer Einparkhilfe verwendet werden. Insbesondere im Fall einer Einparkhilfe ist es häufig vorgesehen, dass der Fahrer seine Hände nicht am Lenkrad 120 lassen soll, so dass das Fahrzeug ausschließlich mittels des Aktuators 170 gelenkt wird. Wenn der Aktuator 170 für eine Servolenkung verwendet wird, kann er eine von einem Fahrer auf das Lenkrad 120 ausgeübte Lenkkraft verstärken. Bei der Verwendung für einen Spurassistenten kann beispielsweise vorgesehen sein, dass der Aktuator 170 nur geringfügige Lenkkräfte auf den zweiten Teil 114 der Lenkstange 110 ausübt, welche den Fahrer unterstützen, jedoch nicht ersetzen sollen.
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Die Lenkvorrichtung 100 weist ferner eine elektronische Steuerungseinrichtung 180 auf. Die Steuerungseinrichtung 180 weist nicht näher dargestellte Prozessormittel und Speichermittel auf, wobei in den Speichermitteln Programmcode gespeichert ist, welcher das Verhalten der Prozessormittel steuert.
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Die Steuerungseinrichtung 180 ist mit dem Umdrehungssensor 130, dem fahrerseitigen Winkelsensor 140, dem radseitigen Winkelsensor 160 und dem Aktuator 170 verbunden. Die Steuerungseinrichtung 180 kann damit insbesondere den fahrerseitigen Winkel und den radseitigen Winkel empfangen, woraus sie das aktuell anliegende Lenkmoment berechnet.
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Des Weiteren kann die Steuerungseinrichtung 180 den Aktuator 170 betätigen, um diverse Fahrassistenzfunktionen vorzusehen. Diese sind jedoch für die Implementierung des erfindungsgemäßen Verfahrens nicht zwingend erforderlich.
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Die Steuerungseinrichtung 180 ist insbesondere dazu ausgebildet, ein erfindungsgemäßes Verfahren durchzuführen. Dies bedeutet, dass sie unter Verwendung des fahrerseitigen Winkels und/oder des radseitigen Winkels einen Kontaktzustand des Lenkrads 120 ermittelt. Anders ausgedrückt ermittelt die Steuerungseinrichtung 180, ob der Fahrer das Lenkrad 120 in der Hand hält, was als kontaktierter Zustand bezeichnet wird, oder ob er es nicht in der Hand hält, was als nicht kontaktierter Zustand bezeichnet wird.
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Die Steuerungseinrichtung 180 überprüft laufend, ob sich das Lenkmoment geändert hat. Hierzu berechnet sie laufend eine zeitliche Ableitung des Lenkmoments und stellt eine solche Änderung des Lenkmoments fest, wenn die Ableitung einen vorgegebenen Schwellenwert übersteigt. Eine solche Änderung des Lenkmoments beruht grundsätzlich darauf, dass sich zumindest einer der beiden Winkel geändert hat. Wenn eine Änderung des Lenkmoments festgestellt wurde, so überprüft die Steuerungseinrichtung 180 weiter, welcher der beiden Winkel sich zuerst geändert hat. Hierzu berechnet sie jeweilige zeitliche Ableitungen der Winkel. Wenn sich der fahrerseitige Winkel zuerst geändert hat, so wird weiter überprüft, ob sich der fahrerseitige Winkel und der radseitige Winkel in die gleiche Drehrichtung geändert haben. Wenn auch dies der Fall ist, so erkennt die Steuerungseinrichtung 180 einen kontaktierten Zustand.
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Des Weiteren überwacht die Steuerungseinrichtung 180 laufend das Verhältnis zwischen der Drehrichtung der zeitlichen Änderung des fahrerseitigen Winkels zur Drehrichtung des Lenkmoments. Weisen diese in entgegengesetzte Drehrichtungen, so wird ein nicht kontaktierter Zustand erkannt. Weisen diese in die gleiche Drehrichtung, so wird ein kontaktierter Zustand erkannt.
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Des Weiteren bildet die Steuerungseinrichtung 180 laufend zeitliche Mittelwerte des Lenkmoments, und zwar jeweils über einen vordefinierten Zeitraum. Sofern ein solcher zeitlicher Mittelwert größer ist als ein vorgegebener Schwellenwert, so liest die Steuerungseinrichtung 180 einen Lenkgeschwindigkeitsschwellenwert aus einer vorgegebenen Kennlinie aus. Wenn eine zeitliche Ableitung des fahrerseitigen Winkels betragsmäßig kleiner ist als der Lenkgeschwindigkeitsschwellenwert, so erkennt die Steuerungseinrichtung 180 einen kontaktierten Zustand. Sofern eine zeitliche Ableitung des fahrerseitigen Winkels betragsmäßig größer ist als ein Lenkgeschwindigkeitsschwellenwert, so erkennt die Steuerungseinrichtung 180 einen nicht kontaktierten Zustand.
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Eine beispielhafte Kennlinie ist in 2 gezeigt. Auf der horizontalen Achse ist dabei die zeitliche Ableitung des fahrerseitigen Winkels, auch Lenkgeschwindigkeit dφ/dt genannt, angetragen. Auf der vertikalen Achse ist das aktuelle Lenkmoment M angetragen. Die in 2 dargestellte Kennlinie wurde dabei in einem nicht kontaktierten Zustand aufgenommen, d.h. dass lediglich der Aktuator 170 die Lenkstange 110 antreibt, wohingegen sich das Lenkrad 120 frei drehen kann und nur durch das zu überwindende Schleppmoment gebremst wird. In beiden Drehrichtungen weist die Kennlinie zunächst einen Schwellenwert des Lenkmoments M auf, unterhalb welchem es nicht zu einer von Null verschiedenen Winkelgeschwindigkeit kommt. Hierbei handelt es sich bei Linksdrehung um den Schwellenwert SM1 und bei Rechtsdrehung um den Schwellenwert SM2. Sofern das Lenkmoment M nicht größer ist als der jeweils für die Drehrichtung maßgebliche Schwellenwert SM1, SM2 wird durch die Steuerungseinrichtung 180 keine Lenkgeschwindigkeit ausgelesen.
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Wenn ein zeitlicher Mittelwert des Lenkmoments M jedoch betragsmäßig größer ist als der jeweils maßgebliche Schwellenwert, so liest die Steuerungseinrichtung 180 den zugehörigen Lenkgeschwindigkeitsschwellenwert aus der Kennlinie aus. Dabei ist ein Zusammenhang dergestalt erkennbar, dass der Lenkgeschwindigkeitsschwellenwert mit zunehmendem Lenkmoment M größer wird.
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Es sei verstanden, dass unter dem Begriff „betragsmäßig“ beim einem Vergleich typischerweise verstanden wird, dass von beiden Vergleichsgrößen der jeweilige Absolutbetrag betrachtet wird.
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Sollte die Steuerungseinrichtung 180 zu einem bestimmten Zeitpunkt anhand der unterschiedlichen Erkennungsmethoden für den Kontaktzustand zu unterschiedlichen, also widersprüchlichen Ergebnissen kommen, so erkennt die Steuerungseinrichtung 180, dass der Kontaktzustand derzeit nicht eindeutig bestimmbar ist. Für diesen Fall leitet sie Maßnahmen ein, welche für beide möglichen Kontaktzustände einen sicheren Betrieb des Fahrzeugs gewährleisten.
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Es sei verstanden, dass für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens in der Steuerungseinrichtung 180 jeweilige Rohdaten des fahrerseitigen Winkels 140 und des radseitigen Winkels 160 verwendet werden. Somit entstehen keine Latenzen durch eine Übertragung mittels Bussystemen und keine Verfälschung der Daten durch etwaige vorgeschaltete andere Verarbeitungskomponenten. Damit lässt sich das erfindungsgemäße Verfahren besonders schnell und zuverlässig ausführen. Die Steuerungseinrichtung 180 ist unmittelbar benachbart zu den Winkelsensoren 140, 160 angeordnet, was Übertragungswege weiter minimiert.
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Die zur Anmeldung gehörigen Ansprüche stellen keinen Verzicht auf die Erzielung weitergehenden Schutzes dar.
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Sofern sich im Laufe der Verfahrens herausstellt, dass ein Merkmal oder eine Gruppe von Merkmalen nicht zwingend nötig ist, so wird anmelderseitig bereits jetzt eine Formulierung zumindest eines unabhängigen Anspruchs angestrebt, welcher das Merkmal oder die Gruppe von Merkmalen nicht mehr aufweist. Hierbei kann es sich beispielsweise um eine Unterkombination eines am Anmeldetag vorliegenden Anspruchs oder um eine durch weitere Merkmale eingeschränkte Unterkombination eines am Anmeldetag vorliegenden Anspruchs handeln. Derartige neu zu formulierende Ansprüche oder Merkmalskombinationen sind als von der Offenbarung dieser Anmeldung mit abgedeckt zu verstehen.
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Es sei ferner darauf hingewiesen, dass Ausgestaltungen, Merkmale und Varianten der Erfindung, welche in den verschiedenen Ausführungen oder Ausführungsbeispielen beschriebenen und/oder in den Figuren gezeigt sind, beliebig untereinander kombinierbar sind. Einzelne oder mehrere Merkmale sind beliebig gegeneinander austauschbar. Hieraus entstehende Merkmalskombinationen sind als von der Offenbarung dieser Anmeldung mit abgedeckt zu verstehen.
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Rückbezüge in abhängigen Ansprüchen sind nicht als ein Verzicht auf die Erzielung eines selbständigen, gegenständlichen Schutzes für die Merkmale der rückbezogenen Unteransprüche zu verstehen. Diese Merkmale können auch beliebig mit anderen Merkmalen kombiniert werden.
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Merkmale, die lediglich in der Beschreibung offenbart sind oder Merkmale, welche in der Beschreibung oder in einem Anspruch nur in Verbindung mit anderen Merkmalen offenbart sind, können grundsätzlich von eigenständiger erfindungswesentlicher Bedeutung sein. Sie können deshalb auch einzeln zur Abgrenzung vom Stand der Technik in Ansprüche aufgenommen werden.
