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Die Erfindung betrifft ein Verfahren für eine Fußpositionserkennung an einem Pedal eines Fahrzeuges, bei welchem das Pedal von einem Sensor überwacht wird sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
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In Fahrzeugen ist es üblich, dass der Fahrer seinen Fahrerwunsch hinsichtlich der Fahrdynamik in Längsrichtung des Fahrzeuges aktiv über das Einrücken der Fahrpedale an das Gesamtsystem Fahrzeug weiterleitet. Dieser Fahrerwunsch umfasst das Beschleunigen des Fahrzeuges, das Abbremsen des Fahrzeuges oder einen Gangwechsel. Bei ansteuerbaren mechatronischen Teilsystems des Antriebsstranges, wie Getriebe, Kupplung, Bremse, Verbrennungsmotor oder E-Motor, ist immer eine gewisse Zeit vorzuhalten, bis die vom Fahrer gewünschte Veränderung der Fahrdynamik aufgrund von Rechenzeiten, Laufzeiten der Aktorik oder physikalischen Grenzen eintritt. Dieser Zeitverzug zwischen aktiver Fahrereingabe über die Pedalstellung und Reaktion des Systems kann den Fahrer irritieren oder in der Wahrnehmung einen Komfortverlust bedeuten.
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Aus der
DE 10 2012 221 977 A1 ist ein Kupplungsbetätigungssystem bekannt, bei welchem ein Verfahren zum Steuern des Aktorsystems ein Erfassen einer nachlassenden Betätigung eines Gaspedals zur Steuerung des Antriebsmotors umfasst. Diese nachlassende Betätigung wird dabei von einem Sensor detektiert, der die Position des Gaspedals abgetastet. Es wird überwacht, wie stark der Winkel des Gaspedals sich verändert, was beispielsweise durch einen Gradienten der Betätigung des Gaspedals bestimmt wird.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren für eine Fußpositionserkennung an einem Pedal eines Fahrzeuges anzugeben, bei welchem die Erkennung des Fahrerwunsches schnellstmöglich erfolgt, wodurch eine Komfortsteigerung im Fahrverhalten des Fahrzeuges ermöglicht wird.
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Die Aufgabe der Erfindung wird dadurch gelöst, eine Umgebung des Pedals mittels eines Erfassungsbereiches eines berührungslosen Sensors überwacht wird, wobei bei einem Detektieren der Fußposition in dem Erfassungsbereich ein Signal über eine bevorstehende Betätigung des Pedals an eine Steuereinheit ausgegeben wird. Dies hat den Vorteil, dass der Fahrerwunsch sehr frühzeitig und vorausschauend erkannt werden kann und somit auf der Grundlage dieser vorausschauenden Erfassung eine intelligente Antriebssteuerung erfolgen kann, die zur Komfortsteuerung beiträgt. Darüber hinaus kann auch ein sicherheitsrelevantes Fahrerverhalten detektiert und dementsprechend intelligente Sicherungsmaßnahmen bei gleichzeitigem Beibehalten des Komfortverhaltens eingestellt werden.
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Vorteilhafterweise bildet der Erfassungsbereich des Sensors eine, das Pedal vollständig umgebende Zone, wobei jedem Pedal eine eigenständige Zone zugeordnet wird, welche durch den Erfassungsbereich eines jeweils dem Pedal zugeordneten Sensors gebildet wird. Somit können alle vom Fahrer zu betätigenden Pedale von jeweils einem Sensor erfasst werden, so dass schon sehr zeitnah die Steuereinheit eine Information darüber erhält, ob das Gaspedal zur Beschleunigung des Fahrzeuges, das Bremspedal zum Abbremsen des Fahrzeuges oder das Kupplungspedal zum Anfahren oder für einen Gangwechsel betätigt werden sollen oder Kupplungs- und Bremspedal in Kombination zur Motorstart-Freigabe.
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In einer Ausgestaltung sind die Zonen in mehrere Unterzonen untergliedert. Dies hat den Vorteil, dass je nach verwendetem Pedal unterschieden werden kann, ob der Fuß relativ schnell einschwenkt bzw. sich nach dem Einschwenken verlangsamt. Auch aus diesen Geschwindigkeiten lassen sich Rückschlüsse darauf ziehen, welches der Pedale genutzt werden soll.
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In einer Variante werden die Zonen der einzelnen Pedale überlappt. Durch diesen überlappenden Bereich lassen sich die Anzahl der Pedale, welche zur perspektivischen Betätigung in Frage kommen, einschränken, was eine vereinfachte Auswertung durch die Steuereinheit erlaubt.
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Vorteilhafterweise wird ein Druckaufbau auf einer Oberfläche des Pedals gemessen, welcher durch die Steuereinheit ausgewertet wird. Die Auswertung eines solchen Druckaufbaus bietet eine Bestätigung dafür, dass auch tatsächlich das durch den jeweiligen berührungslosen Sensor überwachte Pedal betätigt wird.
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In einer weiteren Ausführungsform wird eine unmittelbare Nähe der Oberfläche des Pedals mit einem kapazitiven Sensor überwacht. Der Drucksensor und der kapazitive Sensor bilden dabei die letzten Unterzonen in der Gesamtzone des jeweiligen Pedals. Aus den Signalen dieser einzelnen Sensoren kann die Annäherung an das Fahrpedal detailliert nachvollzogen werden.
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Eine Weiterbildung der Erfindung betrifft eine Vorrichtung für eine Fußpositionserkennung an einem Pedal eines Fahrzeuges, bei welchem im Bereich des Pedals ein Sensor zur Überwachung der Pedalbetätigung angeordnet ist. Bei einer Vorrichtung, bei welcher ein Zeitgewinn generiert wird, der einen Zeitverzug automatisierter Systeme teilweise kompensiert, umgibt ein Erfassungsbereich des berührungslos arbeitenden Sensors das Pedal vollständig, wobei der Sensor mit einer Steuereinheit zur Auswertung eines Sensorsignals verbunden ist, welches eine bevorstehende Betätigung des Signals anzeigt.
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Bei einer besonders kostengünstigen Lösung ist der berührungslose Sensor als Ultraschallsensor oder Infrarotsensor oder Bildaufnahmeeinheit ausgebildet.
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Vorteilhafterweise ist auf einer Oberfläche des Pedals eine drucksensitive Schicht ausgebildet. Mittels solcher drucksensitiver Sensorik lässt sich die Detektion der Position des Fußes deutlich erfassen.
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In einer Ausgestaltung ist auf der Oberfläche des Pedals ein Näherungssensor angeordnet. Ein solcher Näherungssensor gibt bereits vor der eigentlichen Berührung des Pedals durch den Fuß ein Signal ab, welches darauf hinweist, dass die Berührung unmittelbar bevorsteht.
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Die Erfindung lässt zahlreiche Ausführungsformen zu. Eine davon soll anhand der in der Zeichnung darstellten Figuren näher erläutert werden.
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Es zeigen:
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1 eine schematische Darstellung für das erfindungsgemäße Verfahren,
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2 Pedale in der Draufsicht,
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3 ein Ausführungsbeispiel eines von einem Erfassungsbereich des Sensors umgebenen Pedals,
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4 ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung.
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In 1 ist ein schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Verfahrens gezeigt, bei welchem auszugsweise der Fußraum 1 unterhalb des Lenkrades im Fahrzeug dargestellt ist. Dabei sind die an sich in einem Fahrzeug vorhandenen Pedale, wie das Gaspedal 2, das Bremspedal 3 und das Kupplungspedal 4 dargestellt. Oberhalb eines jeden Pedales 2, 3, 4 ist innerhalb der Fahrzeugverkleidung 5 ein Sensor 6, 7, 8, beispielsweise ein Ultraschallsensor oder ein Infrarotsensor oder eine Kamera, angeordnet. Für jedes Pedal 2, 3, 4 ist dabei ein Sensor 6, 7, 8 vorgesehen, der einen Erfassungsbereich E6, E7, E8 aufweist, welcher das jeweilige Pedal 2, 3, 4 vollständig umschließt und von oben nach unten in den Fußraum 1 strahlt. Neben dem Kupplungspedal 4 ist noch zusätzlich ein Sensor 9 für eine sogenannte Ruhezone 10 vorgesehen, wo sich normalerweise bei unbetätigter Kupplung ein Fuß des Fahrers aufhält. In 2 ist eine Draufsicht auf diese Pedale 2, 3, 4 dargestellt, wobei gleichzeitig auch die Ruhezone 10 noch einmal verdeutlicht ist.
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Zusätzlich zu den in 1 dargestellten Erfassungsbereichen E6, E7, E8, in welchen der Fahrer mit seinem Fuß eingreift, wenn er beabsichtigt, das entsprechende Pedal 2, 3, 4 zu betätigen, ist auf jedem Pedal 2, 3, 4, wie in 3 verdeutlicht, eine druckempfindliche Schicht in Form eines Drucksensors 11 positioniert. Gleichzeitig befindet sich oberhalb der Detektionszone des Drucksensors ein Näherungssensor 12, dessen Erfassungsbereich E12 durch den gestrichelten Abschnitt dargestellt ist.
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Hat nun der Fahrer die Absicht, eines der Pedale 2, 3, 4 zu betätigen, so wird er zunächst in den Erfassungsbereich E6, E7, E8 der als Ultraschall- oder Infrarotsensoren ausgebildeten Sensoren 6, 7, 8 eingreifen. Um sicherzustellen, dass auch wirklich eine solche Betätigung gemeint ist, wertet die Steuereinheit 13 aus, ob der Näherungssensor 12, welcher einen wesentlich kleineren Erfassungsbereich E12 als der Ultraschall- oder Infrarotsensor 6, 7, 8 aufweist, ein Signal abgibt. Ist dies der Fall, so wird davon ausgegangen, dass tatsächlich eine Betätigung des entsprechenden Pedals 2, 3, 4 bevorsteht, was letztendlich durch die Abgabe eines Signals durch den Drucksensor 11 bestätigt wird.
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Die jeweilige Konfiguration der Sensoren 6, 7, 8, 11, 12 sollte dabei an die Fahrstrategie und den Fahrzeugtyp angepasst werden. So ist es sinnvoll, das Gaspedal 2 mit einem Näherungssensor 12 auszurüsten, da sich der Fahrerfuß außer beim Bremsen fast ausschließlich in der Zone um das Gaspedal 2 bewegt. Das hat zur Folge, dass der Fuß fast immer sich im Erfassungsbereich E6 des Sensors 6 aufhält. Durch den Näherungssensor 12 wird festgestellt, dass auch wirklich eine Betätigung des Gaspedals 2 beabsichtigt ist.
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Im Gegensatz dazu reicht es bei dem Kupplungspedal 4 aus, nur den berührungslosen Sensor 8 in Form von Ultraschall- oder Infrarotsensor vorzusehen. Die neben dem Kupplungspedal 4 zusätzlich angeordnete Ruhezone 10 ist dabei der Bereich, in welchem normalerweise der linke Fuß des Fahrers ruht, wenn er nicht das Kupplungspedal 4 betätigt. Verlässt der Fahrer diese Ruhezone 10, so kann davon ausgegangen werden, dass ein Gangwechsel durch Betätigung des Kupplungspedals 4 bevorsteht.
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In 4 ist ein schematischer Aufbau eine erfindungsgemäßen Vorrichtung dargestellt, bei welchem eine Steuereinheit 13 dargestellt ist, die mit den nicht weiter dargestellten Sensoren 6, 7, 8, 11, 12 in Verbindung steht, die in einem Pedalblock 23 zusammengefasst sind. Die Signale der Sensoren 6, 7, 8, 11, 12 werden dabei an eine Auswerteeinheit 14 weitergeleitet, an welche auch nicht weiter dargestellte konventionelle Pedalsensoren, die beispielsweise die Winkelposition eines Pedals messen und daraus Hinweise auf die Betätigung des Pedals ableiten, weitergeleitet. Diese Auswerteeinheit 14 wertet diese Signale aus und gibt demzufolge an das Kupplungssteuergerät 15 oder das Getriebesteuergerät 16 eine Information, dass ein Kupplungsvorgang und somit ein Gangwechsel bevorsteht. Das Kupplungssteuergerät 15 ist über einen Aktuator 17 mit der Kupplung 18 und das Getriebesteuergerät 16 über einen weiteren Aktuator 19 mit dem Getriebe 20 verbunden. Gleichzeitig werden die aus der Überwachung des Gaspedals 2 abgeleiteten Informationen direkt an das Motorsteuergerät 21 des Fahrzeuges ausgegeben, welches den Verbrennungsmotor 22 steuert, dessen Drehmoment über die Kupplung 18 und das Getriebe 20 an den Antrieb des Fahrzeuges abgegeben wird. Nahe den Fahrzeugreifen 24 ist eine Bremselektronik 25 positioniert, die ebenfalls aufgrund des beschriebenen Verfahrens Vorabinformationen erhält, wenn auf einen voraussichtlichen Bremsvorgang durch Erfassung des Fußes nahe dem Bremspedal 3 geschlossen wird.
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Beispielsweise kann ein solches Verfahren in einer Phase des Segelns des Fahrzeuges verwendet werden, in welcher nach einer relativ langen Phase des Fahrens des Fahrzeuges im Schub mit geöffneter Kupplung 18 und stehendem Verbrennungsmotor 22 der Fahrer das Gaspedal 2 niederdrückt, um den Verbrennungsmotor 22 wieder zu starten und die automatisierte Kupplung 18 sanft geschlossen werden muss. Hier wird die Annäherung des Fußes an das Gaspedal 2 bzw. der Druckaufbau an der Pedaloberfläche des Gaspedals 2 als Auslöser des Motorstarts bewertet.
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Im Weiteren können sicherheitsrelevante Situationen durch die Fußpositionserkennung detektiert werden, so dass zeitnah darauf reagiert werden kann. So soll eine Motorstartfreigabe erst erfolgen, wenn beide Füße des Fahrers im Fußraum 1 detektiert werden, um ein versehentliches oder missbräuchliches Starten des Verbrennungsmotors 22 beim Ein- und Aussteigen des Fahrers zu verhindern. Das Gleiche gilt insbesondere dann, wenn ein Kind auf dem Fahrersitz einen Startvorgang auslösen will, dieser wird zwangsläufig verweigert.
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Die vorgeschlagene Lösung kann in Kraftfahrzeugen mit intelligenter Fahrstrategie mit Verbrennungsmotor sowie hybridisierten Antrieben mit konventionellen Handschalter-Getriebe als auch teil- oder vollautomatisiertem Getriebe zum Einsatz kommen, wobei es sich um Fahrzeugtypen mit klassischer Handschalterkonfiguration mit drei Pedalen (Gas-, Brems- und Kupplungspedal) als auch mit Automatenkonfigurationen mit zwei Pedalen (Gas- und Bremspedal) handeln kann. Durch die intelligente Erfassung der Betätigung der Pedale und ihrer Umgebung kann der Fahrerwunsch sehr frühzeitig erkannt werden und für eine intelligente Antriebssteuerung genutzt werden.
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Es ist auch vorstellbar, dass die Information, welches Pedal der Fahrer demnächst betätigen will, über das Auswerten von Reizen des somatischen Nervensystems des Fahrers erfasst wird. Dies ist insbesondere bei stärker automatisierten Fahrzeugen von Vorteil, da die Anwendung des Verfahrens bei der Nutzung von „Adaptive Cruise Control“, bei welcher der Fahrer rein technisch den Fuß nicht mehr auf einem der Pedale haben muss, der Nutzung von Anfahrassistenten, Stauassistenten oder weiterer Automatisierungen in Richtung selbstfahrender Systeme helfen kann.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Fußraum
- 2
- Gaspedal
- 3
- Bremspedal
- 4
- Kupplungspedal
- 5
- Fahrzeugverkleidung
- 6
- Sensor
- 7
- Sensor
- 8
- Sensor
- 9
- Sensor
- 10
- Ruhezone
- 11
- Drucksensor
- 12
- Näherungssensor
- 13
- Steuereinheit
- 14
- Auswerteeinheit
- 15
- Kupplungssteuergerät
- 16
- Getriebesteuergerät
- 17
- Aktuator
- 18
- Kupplung
- 19
- Aktuator
- 20
- Getriebe
- 21
- Motorsteuergerät
- 22
- Verbrennungsmotor
- 23
- Pedalblock
- 24
- Fahrzeugreifen
- 25
- Bremselektronik
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102012221977 A1 [0003]
