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Die Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeug umfassend eine Ermittlungseinrichtung zur Ermittlung der Anlage einer oder beider Hände an einem Lenkrad eines Kraftfahrzeugs nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Moderne Kraftfahrzeuge verfügen über verschiedenartige aktive Fahrassistenzsysteme, die unter anderem der Querführung des Fahrzeugs dienen respektive diese assistieren. Ein solches Fahrassistenzsystem muss sicherstellen, dass der Fahrer das jeweilige System überwacht, und dass er im Regelkreis der Fahrzeugführung bleibt, mithin also aktiv sofort eingreifen kann. Hierzu wird momentan überwacht, ob er eine oder beide Hände an dem Lenkrad hat, um im Bedarfsfall sofort aktiv in die Querführung des Fahrzeugs eingreifen zu können.
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Diese Überwachung geschieht momentan durch Auswertung des Lenkradwinkelsignals in Bezug auf das gegebene Lenkmoment oder den Lenkwinkel. Es wird hierzu also der Verlauf des Lenkmoments, das vom Lenkrad als Teil der Lenkeinrichtung zum Verstellen der Vorderräder gegeben wird, oder der entsprechende Lenkwinkel z. B. in seinem zeitlichen Verlauf ausgewertet. Alternativ ist auch die Verwendung kapazitiver Lenkräder bekannt, die auf kapazitivem Wege erfassen, ob sich eine Hand am Lenkrad befindet. Über die Hand wird ein entsprechendes Signal seitens der kapazitiven Erfassungseinrichtung im Lenkrad erzeugt, das als Indiz für die am Lenker befindliche Hand ausgewertet wird. Beide Systeme lassen in gewissem Maß eine sogenannte HandsOn-Erkennung zu. Jedoch dauert es bei der Auswertung des Lenkmoments respektive des Lenkwinkelsignals relativ lange, bis erkannt wird, dass die Hände nicht mehr am Lenkrad sind. Auch ist es mitunter technisch aufwendig, die Signalanteile aus den herkömmlichen Signalen zur Fahrzeugführung herauszufiltern, die ein Indiz für eine am Lenker befindliche Hand sein können. Ein kapazitives Lenkrad ist in seiner Ausgestaltung sehr aufwendig und teuer.
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Ein gattungsgemäßes Kraftfahrzeug ist beispielsweise aus
DE 10 2013 209 459 A1 bekannt. Bei diesem Kraftfahrzeug ist zur Erkennung des Kontakts von Händen mit einem Lenkrad vorgesehen, dass ein Testimpulsmuster auf das Lenkrad aufgeprägt wird, wobei eine Reaktion der Lenkradbewegung auf das Testimpulsmuster gemessen wird.
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Der Erfindung liegt somit das Problem zugrunde, ein Kraftfahrzeug anzugeben, das demgegenüber verbessert ist.
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Zur Lösung dieses Problem zeichnet sich ein Kraftfahrzeug mit den eingangs genannten Merkmalen erfindungsgemäß dadurch aus, dass das aufgeprägte Signal zur Erfassung einer Variation einer Signalveränderung während eines Ermittlungsvorgangs in seiner Frequenz variiert wird. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Die erfindungsgemäß HandsOn-Erkennung nutzt ein aufmoduliertes mechanisches Signal, das über eine entsprechende Signaleingabeeinrichtung an die Lenkradeinrichtung gegeben respektive an dieser erzeugt wird, sodass es zumindest am Lenkrad anliegt. Dieses Signal, das in seiner Frequenz respektive Amplitude so gewählt ist, dass es vom Fahrer letztlich nicht bemerkt wird (anders als bei einem Vibrationssignal, das vom Fahrer gerade haptisch erfahren werden soll, da hierüber informiert werden soll), wird lenkradseitig reflektiert, das heißt, dass grundsätzlich ein Reflexionssignal gegeben ist, das von einer entsprechenden Signalerfassungseinrichtung erfasst wird. Liegt nun eine oder liegen beide Hände am Lenkrad an, so wird das von der Signalgabeeinrichtung aufgeprägte mechanische Signal über die Hand oder die Hände variiert, das heißt, es wird etwas gedämpft, sodass sich ein gegenüber dem ursprünglich aufgeprägten Signal etwas geändertes Reflexionssignal ergibt. Eine Auswerteeinrichtung ermittelt nun durch entsprechenden Signalvergleich oder rechnerische Verarbeitung des aufgeprägten Signals und Reflexionssignals ein etwaigen Signalunterschied. Ist ein solcher gegeben, so kann daraus abgeleitet werden, dass eine oder beide Hände am Lenkrad sind, mithin also der Fahrer in den Regelkreis der Fahrzeugführung eingebunden ist. Entspricht jedoch das Reflexionssignal vollständig oder weitestgehend dem aufgeprägten Ausgangssignal, so wird dies dahingehend ausgewertet, dass keine Hand am Lenkrad ist. In diesem Fall kann ein entsprechendes Informationssignal an den Fahrer gegeben werden, sei es akustischer oder optischer oder haptischer Art, dass er wieder eine Hand oder beiden Hände an das Lenkrad legt.
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Die Erfassung eines etwaigen Unterschiedes zwischen aufgeprägten Signal oder Reflexionssignal ist ohne weiteres möglich. Denn es sind, was die Lenkeinrichtung angeht, ja quasi gleichbleibende Verhältnisse gegeben, das heißt, das beim Aufprägen eines definierten Ausgangssignals und nicht am Lenkrad anliegenden Händen auch ein entsprechendes definiertes Reflexionssignal, also quasi ein Soll-Signal, erfasst wird. Dieses Soll-Signal wird nun durch eine oder beide am Lenkrad befindlichen Hände entsprechend variiert, sodass - selbst wenn aufgrund der Geometrie respektive Ausgestaltung der Lenkeinrichtung von Haus aus eine Differenz zwischen aufgeprägtem und Soll-Reflexionssignal gegeben ist - eine weitergehende Veränderung des Reflexionssignals durch eine oder beide Hände ohne weiteres aus der Signalfolge erfasst werden kann.
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Eine derartige HandsOn-Erkennung kann als einzige Erkennungsmöglichkeit implementiert sein. Denkbar ist es aber auch, sie unterstützend beispielsweise zur Auswertung des Lenkmoments oder des Lenkwinkels zu nutzen, das heißt, dass beide Erfassungsarten denkbar sind und miteinander korreliert werden können.
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In Weiterbildung der Erfindung kann die Signalgabeeinrichtung zur Gabe eines mechanischen Signals in Form eines sinusförmigen Signals, eines rechteckförmigen Signals oder eines pulsförmigen Signals ausgebildet sein. Bereits ein sinusförmiges Signal ist als Ausgangsignal nutzbar, auch wenn mitunter andere sinusförmige Signale, seien sie bewusst oder unbewusst eingekoppelt, an der Lenkradeinrichtung respektive am Lenkrad anliegen. Jedoch kann aufgrund entsprechender Wahl der Frequenz und der Amplitude des aufgeprägten Signals eine hinreichend eindeutige Zuordnung zwischen aufgeprägten Signal und Reflexionssignal erfolgen, da ja das Reflexionssignal, zumindest was die Frequenz angeht, nahezu unverändert ist, unabhängig davon, ob sich eine Hand am Lenkrad befindet oder nicht.
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Bevorzugt jedoch wird ein Rechteck-Signal oder ein pulsförmiges Signal, da derartige, quasi bewusst geformten Signale nicht aus anderen Gründen an der Lenkeinrichtung anliegen.
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In Weiterbildung kann ferner die Signalerfassungseinrichtung zur Auswertung der Amplitude des Reflexionssignals und der Amplitude des aufgeprägten Signals zur Ermittlung einer Signalvariation ausgebildet sein. Das heißt, dass durch die Handdämpfung letztlich die Amplitude des aufgeprägten Signals variiert wird, sodass eine Analyse des Amplitudenganges ausreichend zur Erfassung des Zustand HandsOn/HandsOff ist.
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Bevorzugt weist das aufgeprägte Signal eine im MHz-Bereich liegende Frequenz auf. Es könnte eine Frequenz genutzt werden, die sich von anderen an der Lenkeinrichtung üblicherweise anliegen oder unbewusst eingekoppelten Signalen unterscheidet.
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Zweckmäßig ist es, wenn das aufgeprägte Signal während eines Ermittlungsvorgangs in seiner Amplitude variierbar ist, mithin also gezielt seitens der Signalgabeeinrichtung geändert werden kann. Dies ermöglicht einen Missbrauchsausschluss. Sollte beispielsweise in die Lenkradspeiche ein Drittgegenstand, beispielsweise eine Wasserflasche oder dergleichen, geklemmt sein, so würde hierüber das aufgeprägte Signal gedämpft und folglich eine positive HandsOn-Erkennung erfolgen, wenngleich keine Hand am Lenkrad ist. Die Dämpfung über die Wasserflasche ist jedoch stets gleichbleibend, sodass sich auch bei einer Variation von Frequenz und/oder Amplitude bei eingeklemmter Wasserflasche ein reproduzierbare Änderungscharakteristik einstellt. Anders jedoch bei tatsächlich am Lenkrad befindlichen Händen und einer geringen Frequenz-/Amplitudenvariation. Denn eine Hand liegt nicht statisch am Lenkrad, vielmehr variiert sich laufend die Handposition respektive der Griffdruck etc., sodass sich auch eine entsprechende Variation der Signalveränderung einstellt, das heißt, dass sich in einem solchen Fall eine unterschiedliche Signaländerungscharakteristik einstellt, verglichen mit der Änderungscharakteristik bei beispielsweise einer eingeklemmten Wasserflasche oder dergleichen.
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Das aufgeprägte Signal selbst kann über ein Betriebselement der Lenkeinrichtung aufgeprägt werden. In Fahrzeugen mit einer mechanischen Verbindung zwischen Lenkrad und einer Servolenkung, die üblicherweise in modernen Kraftfahrzeugen verbaut ist, kann das Signal über einen Servomotor (als Betriebselement) oder eine vorhandene Überlagerungslenkung (als Betriebselement) eingetragen respektive aufmoduliert werden. Ebenso könnte das aufgeprägte Signal auch direkt von einer elektrischen Servolenkung, also dem Servomotor selbst, aufgeprägt werden. Dieser Servomotor respektive Servolenkungseinrichtung wirkt beispielsweise auf eine Zahnstange als Teil einer mechanischen Kopplung zwischen Lenkrad und Lenkgestänge oder dergleichen.
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Alternativ ist es denkbar, das Signal über eine am Lenkrad oder einer zum Lenkrad führenden Lenkstange angeordnete Signalabgabeeinrichtung beziehungsweise ein Erzeugungselement, also eine Art Vibrationselement, aufgeprägt wird. In diesem erfolgt also die Signalaufprägung lenkradnah oder lenkradseitig.
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Die Signalabgabeeinrichtung beziehungsweise das Erzeugungselement selbst kann ein Vibrationsbauteil oder einen Elektromotor, über den bei einer Steer-by-wire-Lenkeinrichtung das Lenkrad mit einem Drehmoment beauflagt wird, sein.
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Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus denen im Folgenden beschrieben Ausführungsbeispielen sowie anhand von Zeichnungen.
- 1 Eine Prinzipdarstellung eines erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs einer ersten Ausführungsform,
- 2 Eine Prinzipdarstellung eines erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs einer zweiten Ausführungsform.
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1 zeigt in Form einer Prinzipdarstellung ein erfindungsgemäßes Kraftfahrzeug 1, wobei nur die erfindungsrelevanten Teile dargestellt sind. Gezeigt sind die beiden Vorderräder 2 und deren gemeinsame Achse 3 sowie eine Lenkeinrichtung 4 umfassend ein Lenkrad 5, eine Lenkstange 6 sowie eine Servolenkeinrichtung 7 nebst Servomotor 8, und zwei Lenkstangen 9, über die die Radverstellung erfolgt. Des Weiteren ist eine Ermittlungseinrichtung 10 vorgesehen, die dazu dient, zu prüfen, ob eine Hand am Lenkrad 5 liegt oder nicht. Diese Ermittlungseinrichtung 10 umfasst zum einen eine Signalgabeeinrichtung 11, bei der es sich in diesem Fall um den Servomotor 8 der Servolenkeinrichtung 7 handelt, über welchen Servomotor 8 ein definiertes, hochfrequentes und eine definierte Amplitude aufweisendes Signal auf die Lenkstange 6 und über diese auf das Lenkrad 5 gegeben werden kann.
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Die Ermittlungseinrichtung 10 umfasst ferner eine Signalerfassungseinrichtung 12, die eine Reflexionssignal erfasst, das vom Lenkrad 5 reflektiert wird. Dieses Reflexionssignal generiert sich aus dem aufgeprägten Signal, das über den Servomotor 8 abgegeben wird. Befindet sich eine oder befinden sich beide Hände am Lenkrad 5 so wird dieses aufgeprägte Signal insbesondere in der Amplitude gedämpft und variiert, sodass das Reflexionssignal einen Unterschied zum ursprünglich aufgeprägten Signal aufweist. Die Signalerfassungseinrichtung 12 erfasst nun dieses Reflexionssignal.
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Des Weiteren umfasst die Ermittlungseinrichtung 10 eine Auswerteeinrichtung 13, die in einer Steuerungseinrichtung 14 angeordnet ist, die den HandsOn-Erfassungsbetrieb steuert, also die Signalgabeeinrichtung 11 und die Signalerfassungseinrichtung 12. Diese Auswerteeinrichtung 13 ist nun in der Lage, einen etwaigen Signalunterschied zwischen aufgeprägtem Ausgangssignal und empfangenen Reflexionssignal zu ermitteln. Stellt die Auswerteeinrichtung 13 dabei keinen Signalunterschied fest, oder nur einen Signalunterschied, der im Rahmen der Toleranz respektive des Unterschiedsintervalls, das gegeben ist, wenn eben keine Hände am Lenkrad 5 sind, liegt, so kann die Steuerungseinrichtung 14 die Gabe eines optischen Informationssignals 15, eines akustischen Informationssignal 16 oder einen entsprechenden Eingriff in ein zugeordnetes Fahrerassistenzsystem 17 veranlassen.
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Wird jedoch ein Signalunterschied festgestellt, so kann hierüber exakt erfasst werden, dass dieser Signalunterschied von einer oder von beiden am Lenkrad 5 befindlichen Hände herrührt.
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2 zeigt eine Prinzipdarstellung eines erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs 1, das vergleichbar aufgebaut ist wie das Kraftfahrzeug 1 aus 1. Es weist ebenfalls zwei Vorderräder 2 sowie eine Achse 3 und eine Lenkeinrichtung 4 mit Lenkrad 5, Lenkstange 6 und Servolenkeinrichtung 7 auf. Bei dieser Erfindungsausgestaltung befindet sich im Lenkrad 5 eine kombinierte Signalgabe- und Signalerfassungseinrichtung 18, die wiederum über die Steuerungseinrichtung 14 gesteuert wird. Über die kombinierte Signalgabe- und Signalerfassungseinrichtung 18 wird einerseits ein definiertes Ausgangssignal aufgeprägt, andererseits unmittelbar das Reflexionssignal erfasst. Die Auswerteeinrichtung 13 wertet nun einen etwaigen Signalunterschied aus und kann wiederum die Ausgabe eines optischen Informationssignals 15 oder eines akustischen Informationssignals 16 oder einen Eingriff in das Fahrerassistenzsystem 17 veranlassen, wenn kein Signalunterschied festgestellt wird. Stellt die Auswerteeinrichtung 13 einen Signalunterschied fest, so steht wiederum fest, dass die Hände am Lenkrad 5 sind.
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Es wird über die Steuerungseinrichtung 14 die Erzeugung bevorzugt eines rechteckförmigen oder pulsförmigen aufgeprägten Signal über die jeweilige Signalgabeeinrichtung veranlasst, sodass eine eindeutige Unterscheidbarkeit auch eines gedämpften Reflexionssignals, bei dem die Amplitude, nicht jedoch die grundlegende Signalform und Signalfrequenz variiert ist, zu anderen vorhandenen Schwingungen gegeben ist.
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Insgesamt lässt die erfindungsgemäße HandsOn/HandsOff-Erkennung eine sehr schnelle Erkennung des jeweiligen Zustands zu, resultierend auch in einer sehr schnellen Reaktion im Falle einer HandsOff-Erkennung durch Gabe eines Informationssignals oder eines entsprechenden Fahrerassistenzsystemeingriffs.
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Auch kann diese Information in ein anderes Fahrerassistenzsystem, wie beispielsweise eine sogenannten „EmergencyAssist“ eingebunden werden. Im Rahmen eines solchen Assistenzsystems wird überprüft, ob der Fahrer möglichweise nicht mehr fahrtüchtig ist, sodass das Fahrzeug gezielt automatisch gesteuert an den Straßenrand gebracht werden kann. Die Erfassung HandsOn/HandsOff kann hierfür eine zusätzliche Information sein.
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Auch ist die Umsetzung eines solchen Erkennungssystems relativ einfach möglich, da viele Komponenten bereits fahrzeugseitig vorhanden sind, insbesondere beispielsweise der signalgebende Servomotor 8 oder beispielsweise ein Vibrationselement im Lenkrad 5, dass zur Gabe haptischer Lenkradsignale dient. Dieses kann im Rahmen der HandsOn/HandsOff-Erkennung anders angesteuert werden, sodass das hochfrequente Signal aufgeprägt werden kann, jedoch haptisch vom Fahrer nicht gemerkt wird.
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Natürlich können die einzelnen Komponenten der Ermittlungseinrichtung 10 auch in einem oder mehreren Bauteilen gemeinsam integriert sein. So kann z. B. im Fall der Ausführung nach 1 die Signalerfassungseinrichtung 12 und die Auswerteeinrichtung 13 gemeinsam im Servomotorgehäuse angeordnet sein.
