DE102017102265B4

DE102017102265B4 - Verfahren und System zum Ermitteln, ob ein Fahrer eines Fahrzeugs in Kontakt mit dem Lenkrad ist

Info

Publication number: DE102017102265B4
Application number: DE102017102265.1A
Authority: DE
Inventors: Stephen R. Pastor; Kenneth L. Oblizajek; Jin-woo Lee
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2016-02-12
Filing date: 2017-02-06
Publication date: 2020-01-02
Anticipated expiration: 2037-02-07
Also published as: DE102017102265A1; CN107082072A; CN107082072B; US9604649B1

Abstract

Verfahren zum Ermitteln, ob ein Fahrer eines Fahrzeugs in Kontakt mit einem Lenkrad des Fahrzeugs, das folgende Schritte umfasst:das Erzeugen eines Störsignals, das eine Schwingung des Lenkrads bewirkt;das Empfangen eines ersten Signals von einem ersten Lenksystemsensor, der konfiguriert ist, eine Angabe mindestens eines Lenkdrehmoments und einer ersten Lenkbewegung einer ersten Komponente eines elektronischen Servolenkungssystems des Fahrzeugs bereitzustellen; gekennzeichnet durchdas Mischen des Störsignals und des ersten Lenksignals zum Erzeugen eines ersten Heterodyn-Signals; und,das Erzeugen eines Fahrer-Kontakt-Signals, das anzeigt, ob der Fahrer des Fahrzeugs in Kontakt mit dem Lenkrad des Fahrzeugs ist, worin der Wert des Fahrer-Kontakt-Signals von den Eigenschaften des ersten Heterodyn-Signals bezogen auf das Störsignal abhängig ist.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft im Allgemeinen ein Fahrzeugsystem. Genauer gesagt bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 oder des Anspruch 12 sowie auf ein System gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 13 zum Ermitteln, ob ein Fahrer eines Fahrzeugs in Kontakt mit einem Lenkrad des Fahrzeugs ist, wie der Art nach beispielsweise aus der DE 10 2007 039 332 A1 bekannt. Der Art nach im Wesentlichen vergleichbare Verfahren bzw. Systeme gehen ferner beispielsweise aus den Druckschriften DE 10 2009 012 601 B4 , DE 10 2010 019 236 A1 und DE 10 2013 209 459 A1 hervor.
HINTERGRUND
Moderne Fahrzeuge sind zunehmend mit einer Vielzahl von aktiven Sicherheitssystemen wie aktiver automatischer Abstandsregelung und Spurhaltungssysteme ausgestattet, die zum Unterstützen der Steuerung des Fahrzeugs durch den Fahrer gedacht sind, bei Notwendigkeit sichere Betriebsbedingungen aufrechtzuerhalten. Ein Umstand, in welchem es wünschenswert sein kann, bestimmte aktive Sicherheitssysteme zu aktivieren oder deaktivieren, tritt auf, wenn der Fahrer seine oder ihre Hände vom Lenkrad des Fahrzeugs nimmt.
Verschiedene Systeme sind vorgeschlagen worden, um zu ermitteln, ob die Hände des Fahrers in Kontakt mit dem Lenkrad sind. Einige Lenkräder sind mit kapazitiven oder Drucksensoren zum Erfassen der Anwesenheit der Hände des Fahrers am Lenkrad. Die modifizierten Lenkräder sind teuer, können aber auch unsicher sein. Andere Verfahren und Systeme involvieren Messungen des Lenkdrehmoments und/oder Lenkwinkels als Indikatoren für die Anwesenheit oder Abwesenheit der Hände des Fahrers. Diese Verfahren und Systeme können jedoch nicht für Umstände berücksichtigt werden, wo Lenken normalerweise nicht erforderlich ist. Wenn zum Beispiel ein Fahrzeug mit relativ konstanter Geschwindigkeit geradeaus fährt, verbleiben die Hände des Fahrers am Lenkrad, sind jedoch nicht am Lenken beteiligt und fallen aus zum Erzeugen der Änderungen von Lenkdrehmoment/Winkel zum Ermitteln, ob die Hände des Fahrers wirklich in Kontakt mit dem Lenkrad sind. Noch andere Methoden und Systeme führen eine Schwingung des Lenkrads ein und messen die Antwort, die sich je nachdem unterscheidet, ob die Hände des Fahrers am Lenkrad sind oder nicht. Es ist wünschenswert zum Herstellen sehr niedriger Pegel der Schwingung während dieser Beurteilungen, damit die Vibration durch den Fahrer nicht erfasst wird. Dieser Ansatz hat sich als schwer zu realisieren herausgestellt aufgrund übermäßiger Niveaus von Schwingung, die für ausreichendes Messen und Interpretieren erzeugt werden muss. Insbesondere, wenn die eingeführten Schwingungen zu klein sind, ist es schwierig, direkt eine Abhängigkeit von der Anwesenheit oder Abwesenheit der Hände des Fahrers im Gegensatz zu einer Antwort von anderen Fahrzeugbetriebsbedingungen zu identifizieren. Erhöhen des Schwingungsniveaus wird jedoch die Schwingungen für den Fahrer erfassbar machen und eine unerwünschte Ablenkung erzeugen.
ZUSAMMENFASSUNG
Nach einer Ausführungsform wird ein Verfahren zum Ermitteln bereitgestellt, ob ein Fahrer eines Fahrzeugs in Kontakt mit einem Lenkrad des Fahrzeugs ist. Das Verfahren beinhaltet den Schritt des Erzeugens eines Störsignals, das Vibration des Lenkrads hervorruft. Das Verfahren beinhaltet ferner den Schritt des Empfangens eines Lenksignals von einem Lenksystemsensor, der konfiguriert ist, eine Angabe mindestens eines Lenkdrehmoments und einer Lenkbewegung einer Komponente eines elektronischen Lenksystems des Fahrzeugs bereitzustellen. Das Verfahren beinhaltet ferner die Schritte des Mischens des Störsignals und des Lenksignals zum Erzeugen eines heterodynen Signals und Erzeugen eines Fahrer-Kontakt-Signals, das anzeigt, ob der Fahrer des Fahrzeugs in Kontakt mit dem Lenkrad des Fahrzeugs ist, ob ein Wert des Fahrer-Kontakt-Signals abhängig ist von den Eigenschaften des Heterodyn-Signals bezogen auf das Störsignal.
Nach einer weiteren Ausführungsform wird ein Verfahren zum Ermitteln bereitgestellt, ob ein Fahrer eines Fahrzeugs in Kontakt mit einem Lenkrad des Fahrzeugs ist. Das Verfahren beinhaltet die Schritte des Ermittelns einer Drehzahl eines Fahrzeugrads und des Erzeugens eines Störsignals, das Vibration des Lenkrads bewirkt. Eine Frequenz des Störsignals antwortet auf die Geschwindigkeit des Fahrzeugrads. Das Verfahren beinhaltet weiterhin den Schritt des Empfangens eines Lenksignals von einem Lenksystemsensor, der konfiguriert ist, eine Angabe mindestens eines Lenkdrehmoments und einer Lenkbewegung einer Komponente eines elektronischen Lenksystems des Fahrzeugs bereitzustellen. Das Verfahren beinhaltet ferner den Schritt des Erzeugens eines Fahrer-Kontakt-Signals, das anzeigt, ob der Fahrer des Fahrzeugs in Kontakt mit dem Lenkrad des Fahrzeugs ist und ein Wert des Fahrer-Kontakt-Signals abhängig von den Eigenschaften des Lenksignals bezogen auf das Störsignal vorliegt.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird ein System zum Ermitteln, ob ein Fahrer eines Fahrzeugs in Kontakt mit einem Lenkrad des Fahrzeugs ist, bereitgestellt. Das System beinhaltet ein elektronisches Servolenksystem. Das elektronische Servolenksystem beinhaltet einen Motor, der konfiguriert ist, um Bewegung eines Fahrzeugrads als Antwort auf die Bewegung des Lenkrads zu erzeugen und einen Lenksystemsensor, der konfiguriert ist, um eine Angabe mindestens eines Lenkdrehmoments und eine Lenkbewegung einer Komponente des elektronischen Servolenksystems zu erzeugen. Das System beinhaltet ferner eine Steuerung zum Erzeugen eines Steuersignals, das konfiguriert ist, um den Motor zum Erzeugen eines Störsignals zu veranlassen, das Schwingung des Lenkrads verursacht und um ein Lenksignal von dem Lenksystemsensor zu erhalten. Die Steuerung ist ferner konfiguriert, das Störsignal und das Lenksignal zum Erzeugen eines heterodynen Signals und zum Erzeugen eines Fahrer-Kontakt-Signals zu mischen, das anzeigt, ob der Fahrer des Fahrzeugs in Kontakt mit dem Lenkrad des Fahrzeugs ist und ein Wert des Fahrer-Kontakt-Signals abhängig von den Eigenschaften des Heterodyn-Signals bezogen auf das Störsignal vorliegt.
Figurenliste
Bevorzugte exemplarische Ausführungsformen werden im Folgenden in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen beschrieben, worin gleiche Kennzeichnungen gleiche Elemente bezeichnen und worin:

1 eine schematische Schnittansicht eines Fahrzeugs einschließlich einer Ausführungsform eines Systems zum Ermitteln, ob ein Fahrer eines Fahrzeugs in Kontakt mit einem Lenkrad des Fahrzeugs ist, darstellt;
2 eine perspektivische Ansicht einer exemplarischen elektronischen Servolenkung ist, die in dem Fahrzeug aus 1 verwendet werden kann;
3 ein Flussdiagramm ist, das Ausführungsformen eines Verfahrens zum Ermitteln, ob ein Fahrer eines Fahrzeugs in Kontakt mit einem Lenkrad des Fahrzeugs ist, veranschaulicht.
4 ein schematisches Diagramm zum Veranschaulichen des Verarbeitens von bestimmten Signalen im System von 1 bei Ausführen des Verfahrens von 3 ist.

BESCHREIBUNG
Das System und das hier beschriebene Verfahren kann verwendet werden zum Ermitteln, ob ein Fahrer eines Fahrzeugs in Kontakt mit einem Lenkrad des Fahrzeugs ist. Insbesondere ermitteln das System und das Verfahren, ob ein Fahrer in Kontakt mit dem Lenkrad ist durch Einführen einer geringen Vibration im Lenkrad, die für den Fahrer nicht spürbar ist und Erfassen einer Antwort in einem Signal, das von einem elektronischen Servolenksystem-Sensor erzeugt wurde, jedoch derart, dass die Antwort unabhängig von Fahrzeugbetriebsbedingungen erfasst werden kann. Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Lehren wird die Frequenz des Signals verwendet, um die Schwingungen als Antwort auf die Fahrzeuggeschwindigkeit zu variieren reduzieren, um ein mögliches Signalrauschen von anderen unzutreffenden Lenksystem-Schwingungen zu verringern. In einem weiteren Aspekt der vorliegenden Lehren wird Heterodyn-Erfassung eingesetzt, um eine Antwort im Lenksystem-Sensorsignal, das aus dem Kontakt des Fahrers mit dem Lenkrad resultiert, genau zu identifizieren.
Unter Bezugnahme auf die Zeichnungen, worin gleiche Verweisziffern zum Identifizieren identischer Komponenten in den verschiedenen Ansichten verwendet werden, veranschaulicht 1 ein Fahrzeug 10 mit einem Sicherheitssystem 12 und einem System 14 zum Ermitteln, ob ein Fahrer von Fahrzeug 10 in Kontakt mit einem Lenkrad von Fahrzeug 10 ist.
Das Sicherheitssystem 12 dient zum Erfassen eines Zustands, der eine Gefahr für das Fahrzeug 10 und/oder der Insassen des Fahrzeugs 10 darstellt und zum Warnen der Insassen vor diesem Zustand und/oder zum Auslösen einer Reaktion des Fahrzeugs 10 auf eine Art und Weise, die das Risiko vermindert oder beseitigt. In bestimmten Ausführungsformen umfasst das System 12 ein aktives Sicherheitssystem, wie ein Kollisionsabmilderungs- und Kollisionsverhinderungssystem, das Kollisionsgefahren erfasst und versucht, Kollisionen mit Objekten außerhalb des Fahrzeugs 10 abzumildern bzw. zu verhindern wie ein vorausschauendes Kollisionswarnsystem, ein Front-Notbremsassistenzsystem (beispielsweise als Teil eines adaptiven Geschwindigkeitsregelungssystems oder unabhängig davon), ein Front- und Heck-Einpark-Assistenzsystem, ein Spurhalte-Warnsystem, ein Totwinkel-Erfassungssystem, ein Seiten- bzw. Heck-Objekterfassungssystem oder ein Heck-Notbremsassistenzsystem. In anderen Ausführungsformen kann das System 12 ein passives (nicht aktives) Sicherheitssystem, wie ein Erfassungssystem für schläfrige Fahrer oder zum Überwachen junger (oder ungeübter) Fahrer, umfassen. System 12 kann Sensoren zum Erfassen der Betriebszustände des Fahrzeugs 10 wie Raddrehzahlsensoren 16, 18, 20, 22, Sensoren zum Erfassen der Umgebungsbedingungen in Verbindung mit dem betrieblichen Umfeld des Fahrzeugs wie Temperatur- oder Feuchtigkeitssensor 24 und/oder Sensoren wie Sensor 26 beinhalten, die Eigenschaften von Objekten außerhalb des Fahrzeugs (z. B. andere Fahrzeuge, Leitplanken usw.) einschließlich der Anwesenheit oder Abwesenheit derartiger Objekte, der Positionen bzw. Positionsänderungen derartiger Objekte und der Bewegungen derartiger Objekte erfassen. System 12 kann auch eine Steuerung 28 beinhalten, die von den Sensoren 16, 18, 20, 22, 24, 26 generierten Signale verarbeitet und mit der Benutzeroberfläche 30 kommuniziert, um Warnsignale an die Fahrzeuginsassen auszugeben und mit Steuermodulen für verschiedene Fahrzeugsysteme - einschließlich beispielsweise des Motorsteuermoduls, der Bremsensteuerung und/oder der Lenksteuerung - zum Steuern der Funktion dieser Systeme zu steuern und so Sicherheitsrisiken, wie eine Kollision, abzuschwächen oder zu verhindern. Die Steuerung 28 kann eine Reihe von elektronischen Datenverarbeitungsvorrichtungen, Speichervorrichtungen, Eingabe-/Ausgabevorrichtungen (E/A) und/oder anderen bekannten Komponenten beinhalten und kann verschiedene steuerungs- und/oder kommunikationsbezogene Funktionen ausführen. In einem Ausführungsbeispiel beinhaltet die Steuerung 28 eine elektronische Speichervorrichtung 32, die verschiedene Sensorwerte (z. B. Sensorwerte von Sensoren 16, 18, 20, 22, 24, 26), Nachschlagtabellen oder andere Datenstrukturen, Softwareprogramme usw. speichert. Die Steuerung 28 kann auch eine elektronische Verarbeitungsvorrichtung 34 (z. B. ein Mikroprozessor, eine Mikrosteuerung, eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC) usw. beinhalten, die Anweisungen für Software, Firmware, Programme, Algorithmen, Skripte usw. ausführt, die in Speichervorrichtung 32 gespeichert sind. Die Steuerung 28 kann mit anderen Fahrzeugvorrichtungen, -modulen und -systemen über einen Fahrzeugkommunikationsbus oder andere Kommunikationsmittel elektronisch verbunden sein und kann mit diesen im Bedarfsfall interagieren. Die Benutzeroberfläche 30 tauscht Informationen oder Daten mit den Insassen des Fahrzeugs 10 aus und kann alle Kombinationen von optischen, akustischen, haptischen und/oder anderen Komponententypen beinhalten, um diese Aufgaben zu erfüllen.
System 14 wird bereitgestellt zum Ermitteln, ob ein Fahrer des Fahrzeuges 10 in Kontakt mit einem Lenkrad des Fahrzeugs 10 ist. System 14 kann ein elektronisches Servolenksystem 36 und Steuerung 38 beinhalten.
Elektronisches Servolenkungs-(EPS)-System 36 wird bereitgestellt zum Unterstützen der Fahrzeuglenkung 10 durch Erhöhen des Lenkdrehmoments, das vom Fahrer des Fahrzeuges 10 am Lenkrad bereitgestellt wird. Unter Bezugnahme auf 2 ist das EPS-System 36 konfiguriert zum Lenken oder Steuern der Vorderräder des Fahrzeugs 10 und umfasst ein „Zahnstangenhilfe“-System (d. h. ein System, bei dem der Ausgang des EPS Motor durch das Getriebe an eine Zahnstange gekoppelt ist). Es sollte verstanden werden, dass das vorliegende System und Verfahren mit anderen Arten von EPS-Systemen einschließlich, jedoch nicht eingeschränkt auf, „Lenkstock-Assistenz“ und rezirkulierenden Kugelventil-System-Typen verwendet werden kann. EPS-System 36 kann ein Lenkrad 40, einen Lenkstockbaugruppe 42, eine Zahnstangenlenkgetriebe-Baugruppe 44, einen Motor 46 und verschiedene Lenksystem-Sensoren 48, 50 beinhalten.
Lenkrad 40 ist drehbar angeordnet auf der Lenkstockbaugruppe 42 und stellt einem Fahrer die Möglichkeit zum Lenken bereit, wie weithin in der Technik bekannt. Lenkräder können in einer Vielzahl unterschiedlicher Formen ausgeführt sein und können zusätzliche Komponenten wie eine Hupe oder elektronische Steuerungen tragen. Beispielsweise könnten elektronische Steuerungen, die ein Geschwindigkeitsregelungssystem, ein Autoradio und andere bekannte Vorrichtungen betreiben, montiert werden auf einem oder mehreren Ästen oder einer mittigen Komponente des Lenkrades 40. Zur Vereinfachung wurden die Verkabelung und unterschiedlichen elektrischen Anschlüsse, die üblicherweise an einem Lenkrad und an einer Lenksäule zu finden sind, aus 2 entfernt.
Lenksäulenbaugruppe 42 unterstützt drehbar Lenkrad 40 und überträgt den Lenkwunsch des Fahrers zu den anderen Abschnitten des EPS-Systems 36. In dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel wurde das Außengehäuse von Lenksäule 42, die Steuerungsschäfte, Zündkomponenten usw. abgestreift, um erste, zweite und dritte Lenkungswellen 52, 54, 56 jeweils miteinander durch erste und zweite Lenkgelenke 58, 60 verbunden zu zeigen. Jedes dieser exemplarischen Teile ist Teil der Lenkstockbaugruppe 42. Die erste Lenkwelle 52 ist sicher am Lenkrad 40 an einem oberen Ende befestigt und ist mit der zweiten Lenkwelle 54 an einem unteren Ende über das erste Lenkgelenk 58 verbunden. Obwohl eine Anzahl von unterschiedlichen Arten von Gelenken oder Verbindungen verwendet werden kann, wird das erste Lenkgelenk 58 hier als universelles Kugelgelenk gezeigt (auch als U-Gelenk, Kardangelenk, Hardy-Spicer-Gelenk, Hooke-Gelenk usw. bezeichnet). Jede Art von Gelenk, das zwei starre Wellen gemeinsam um eine Biegung verbindet und in der Lage ist, Drehbewegung von einer auf die andere Welle zu übertragen, kann verwendet werden. Die zweite Lenkwelle 54 wirkt als Zwischensegment zwischen den ersten und dritten Lenkwellen 52, 56 und ist und mit den Wellen über die Lenkgelenke 58, 60 verbunden. Es ist möglich, dass eine oder mehrere Lenkungswellen zusätzliche Funktionen einschließlich eines teleskopartigen Merkmals 62 beinhalten, das den Wellen ermöglicht, sich auf unterschiedlichen Längen zu erstrecken sowie eine flexible Kupplung 64 zur Dämpfung von Schwingungen in der Lenkverbindungsbaugruppe. Das zweite Lenkgelenk 60 ist hier in einer Kunststoff- oder Gummihaube 66 eingehaust gezeigt, die isoliert oder anderweitig das Lenkgelenk darunter schützt. Wie bei dem ersten Gelenk kann das zweite Lenkgelenk 60 eins aus einer Vielzahl von verschiedenen Formen einschließlich eines Universal- oder Drehgelenk-Typs sein. In dieser Ausführungsform ist die dritte Lenkwelle 56 kürzer ist als die anderen Wellensegmente und dient als Eingangswelle auf die Zahnstangenlenkgetriebe-Baugruppe 44 (dritte Lenkwelle 56 ist manchmal als Teil der Zahnstangenlenkgetriebe-Baugruppe 44 betrachtet, obwohl sie hier veranschaulichend als Teil der Lenkverbindungsbaugruppe 42 gezeigt ist). Es sollte natürlich beachtet werden, dass die vorhergehende Beschreibung lediglich allgemeiner und exemplarischer Natur ist und dass als Lenkungsverbindungsanordnungs-Ausführungsformen einschließlich derjenigen mit mehr, weniger und/oder verschiedenen Komponenten als die hier gezeigten verwendet werden könnten.
Die Zahnstangenlenkungs-Baugruppe 44 wandelt Drehbewegung in Lenkstockbaugruppe 42 in seitliche oder Querbewegung um, die verwendet werden kann, um die Räder des Fahrzeugs zu lenken. Gemäß der Ausführungsform in 2 umschließt ein Gehäuse 68 umschließt ein zylindrisches Zahnradgetriebe, eine langgestreckte Zahnstange, ein oder mehrere Sätze von Lagern und anderen Komponenten, die in der Technik im Allgemeinen bekannt sind (von welchen keine gezeigt sind). Das Zahnradgetriebe ist in einer im Allgemeinen koaxialen Weise mit der dritten Lenkwelle 56 angeordnet und beinhaltet Verzahnungszähne an ihrer äußeren Umfangsfläche. Die langgestreckte Zahnstange ist angeordnet gemäß einer Querausrichtung (d. h. die Zahnstange erstreckt sich in der seitlichen Richtung des Fahrzeugs) und weist entsprechende verzahnte Zähne auf, die mit denjenigen des Ritzels eingreifen. Lager und andere Bauteile können verwendet werden, um leichtgängige Bewegung während des Betriebs sicherzustellen. In dieser Ausführungsform werden flexible Hauben 70 verwendet zum Umgeben der Abschnitte der Zahnstange, die aus Gehäuse 68 herausragen; dies hilft sicherzustellen, dass die Zahnstangenlenkgetriebe-Baugruppe frei von Schmutz gehalten wird. Jedes der beiden Enden der Zahnstange (hier dargestellt innerhalb der Haube 70) kuppelt an ein Zahnstangengelenk 72, das eine kugelförmige oder andere omnidirektionale Verbindung, gekoppelt an eine Zugstangen-Baugruppe 74, sein kann. Baugruppe 74 verbindet Zahnstangenlenkgetriebe-Baugruppe 44 mit einer Radbaugruppe 76 oder „Ecke“ des Fahrzeugs 10, sodass die seitliche Bewegung der Zahnstange, die an die Räder gekoppelt ist, die Räder veranlasst, zu lenken. Insbesondere kann Baugruppe 74 mit einem Achsschenkel 78 der Radbaugruppe 76 gekoppelt sein, die wiederum an eine drehbare Nabe 80 gekoppelt ist, eine Scheibe oder Rotor 82 und ein Rad mit eingebautem Reifen (nicht dargestellt).
Die Baugruppe 46 stellt das System mit Hilfskraftunterstützung bereit, um die durch den Fahrer erzeugte manuelle Lenkkraft zu unterstützen. Dies ermöglicht einfacheres und müheloseres Lenken. Gemäß dieser speziellen Ausführungsform beinhaltet Motor 46 einen Elektromotor 84, einen Leistungseingang 86 und einen oder mehrere Gänge, Riemenscheiben, Riemen, Lager usw. zum Erzielen bevorzugter Übersetzungen des Motorankers zu Zahnstangen-Geschwindigkeiten. Elektromotor 84, der ein bürstenloser Motor, ein Motor mit Bürsten oder jede andere Art von Motor sein kann, der in der Technik verwendet wird, beinhaltet einen Motorausgang, der mechanisch mit der Zahnstange über einen Geschwindigkeitsverminderungsmechanismus verbunden ist der (Motor dreht im Allgemeinen bei zu großer Drehgeschwindigkeit für die Zahnstange und muss daher heruntergeregelt werden). Der Elektromotor kann über Eingangsleistung 86 angetrieben werden, sodass er die Zahnstange in einer seitlichen oder Querbewegung antreibt (die Richtung und die Drehzahl sind abhängig von Motorsteuerungssignalen, wie nachfolgend erklärt wird), was Unterstützung zum Lenken der Räder neben anderen Funktionen bereitstellt.
Lenksystem-Sensoren 48, 50 erzeugen Signale, die ein Lenkdrehmoment und Lenkbewegungen für Komponenten von EPS-System 36 anzeigen. Das gleichen Signale können auch Informationen über Vibrationen in Lenkstockbaugruppe 42 aufgrund von Rütteln auf ebener Straße (SRS) oder Versuchen zum Dämpfen von SRS bereitstellen und, worauf später detaillierter eingegangen wird, induzierte Schwingungen zu ermitteln, ob der Fahrer in Kontakt mit Lenkrad 40 ist. Sensor 48 kann einen Lenkwinkelsensor umfassen und erzeugt ein Signal, das den Grad der Drehung des Lenkrades 40 und/oder einer der Wellen 52, 54, 56 der Lenkstockbaugruppe 42 anzeigt. Zusätzlich oder alternativ zum Messen des Grads der Drehung des Lenkrades 40 können Sensoren zum Erfassen anderer Bewegungen von Bauelementen innerhalb des EPS-System 36 verwendet werden, einschließlich der Bewegung des Lenkrads 40 beispielsweise einer Position des Motors 84 oder einer Übersetzung der Zahnstange. Sensor 50 kann einen Lenkdrehmomentsensor umfassen und erzeugt ein Signal, das die Menge an Drehmoment, das auf das Lenkrad 40 und/oder eine der Wellen 52, 54, 56 der Lenkstockbaugruppe 42 einwirkt, anzeigt. Sensor 50 misst Drehmoment in Abhängigkeit von der Zeit, sodass Änderungen durch periodische und/oder aperiodische Schwingungen zur Analyse aufgezeichnet werden können. Einige Beispiele für geeignete Drehmomentsensoren beinhalten magnetorestriktive Sensoren, Rotations-Versatz-Sensoren (z. B. Sensoren, die eine relative Winkelverschiebung mit potentiometrischen Vorrichtungen oder dergleichen messen) und Sensoren vom Überlastungsmessertyp, um nur einige zu nennen. In der dargestellten Ausführungsform is Sensor 50 an oder nahe der Lenkwelle 56 angebracht. Es sollte verstanden werden, dass die Positionen von Sensoren 48, 50 variieren können entlang des Lenkstocks 42. Zusätzlich zu Lenkwinkelsensoren 48 und Lenkdrehmomentsensoren 50, versteht es sich, dass andere Arten von Lenksystemsensoren hier verwendet werden einschließlich beispielsweise eines Beschleunigungssensors (die Verschiebung, Geschwindigkeit, und/oder Beschleunigung einer Lenkverbindungsbaugruppen-Komponente kann in Verbindung Schwingungen in der Baugruppe stehen). Diese Sensoren können gemeinsam als Bewegungssensoren bezeichnet werden. Weiterhin versteht es sich, dass System 14 ferner Kontaktsensoren (nicht dargestellt) einschließlich Drucksensoren und kapazitiver Sensoren beinhalten kann, die konfiguriert ist, ein Ausgangssignal zu erzeugen, das anzeigt, ob der Fahrer in Kontakt mit Lenkrad 40 ist.
Bei einem konventionellen Vorwärtsbetrieb übt ein Fahrer eine Drehkraft am Lenkrad 40 aus, um es im oder gegen den Uhrzeigersinn zu drehen. Die durch die drehende Kraft des Fahrers und/oder der Grad der Drehung, der durch den Fahrer verursacht wird, werden in ein Lenkdrehmoment und ggf. einen ansprechenden Lenkwinkel jeweils umgewandelt, die über die Länge der Lenkstockbaugruppe 42 übertragen werden. Der Lenkwinkel und das Lenkmoment können durch Sensoren 48, 50 gemessen werden und entsprechende Signale werden an eine elektronische Steuerung wie Steuerung 38 gesendet. Die Drehbewegung der verschiedenen Wellen, Gelenke usw. der Lenkstockbaugruppe 42 wird in eine seitliche oder Hin- und Her-Bewegung der Zahnstangenlenkgetriebe-Baugruppe 44 umgewandelt. Diese Umwandlung erfolgt zwischen dem Zahnradgetriebe und der Zahnstangekomponente, wie in der Technik im Allgemeinen bekannt, und übersetzt in seitliche Bewegung der Spurstangenbaugruppe 74. Die Bewegung der Spurstangenbaugruppe bewirkt, dass die Radbaugruppen 76 gemeinsam schwenken oder einlenken, wodurch die Räder des Fahrzeugs einlenken. Neben diesem manuellen Betrieb stellt Motor 46 stellt dem Fahrer auch Hilfskraftunterstützung bereit. Steuerung 38 kann den Ausgang der Sensoren 48, 50, ein Fahrzeuggeschwindigkeitssignal und andere Eingänge zum Erzeugen eines Motorsteuersignals, das den Elektromotor 84 in eine bestimmte Richtung antreibt, bei einer bestimmten Geschwindigkeit für eine gewisse Zeit verwenden. Mechanische Ausgabe von Elektromotor 84 kann durch eine oder mehrere Komponenten wie Riemenscheiben, Riemen, Gänge usw. heruntergeregelt werden und wird in seitliche Bewegung umgewandelt, die mechanisch mit der Zahnstange gekoppelt werden kann. Somit beinhalten die gesamten Kräfte an der Zahnstange die manuellen Beiträge vom Fahrer und die elektrischen Beiträge von Elektromotor 84. Wie bereits erwähnt, ist dies ein sogenanntes „Zahnstangen-Assistenz“-System, da der Ausgang des Elektromotors 84 mechanisch an die Zahnstange gekoppelt ist, es können jedoch andere Systeme wie ein „Lenksäulen-Assistenz“-System könnte auch verwendet werden. In einem „Lenksäulen-Assistenz“-System ist der Ausgang des Motors mit einer Komponente der Lenkstockbaugruppe 42 gekoppelt, wie die erste Lenkwelle 52.
Wiederum in Bezug auf 1 kann Steuerung 38 zum Steuern von Elektromotor 84 im EPS-System 36 bereitgestellt werden. Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Lehren wird Steuerung 38 auch bereitgestellt zum Ermitteln als Reaktion auf Signale von Sensoren 48, 50, ob ein Fahrer des Fahrzeugs 10 in Kontakt mit Lenkrad 40 ist und zum Erzeugen eines Fahrer-Kontakt-Signals, das anzeigt, ob der Fahrer in Kontakt mit Lenkrad 40 ist. Steuerung 38 kann eine Reihe von elektronischen Datenverarbeitungsvorrichtungen, Speichervorrichtungen, Eingabe-/Ausgabevorrichtungen (E/A) und/oder anderen bekannten Komponenten beinhalten und kann verschiedene steuerungs- und/oder kommunikationsbezogene Funktionen ausführen. In einem exemplarischen Ausführungsbeispiel beinhaltet Steuerung 38 eine elektronische Speichervorrichtung 88, die die verschiedenen Sensorwerte (z. B. Sensorwerte von Sensoren 48, 50), Nachschlagtabellen oder andere Datenstrukturen, Softwareprogramme usw. speichert. Steuerung 38 kann auch eine elektronische Verarbeitungsvorrichtung 90 (z. B. ein Mikroprozessor, ein Mikrocontroller, eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC) usw.) beinhalten, die auf einer Speichervorrichtung 88 abgelegte Anweisungen für Software, Firmware, Programme, Algorithmen, Skripte usw. ausführt. Je nach der spezifischen Ausführungsform kann die Steuerung 38 ein eigenständiges Fahrzeugelektronikmodul sein, sie kann in einem anderen Fahrzeugelektronikmodul integriert sein oder Teil eines größeren Netzwerks oder Systems sein. Die Steuerung 38 kann mit anderen Fahrzeugvorrichtungen, -modulen und -systemen über einen Fahrzeugkommunikationsbus oder andere Kommunikationsmittel elektronisch verbunden sein und kann mit diesen im Bedarfsfall interagieren.
In Übereinstimmung mit verschiedenen hier offenbarten Ausführungsformen ist Steuerung 38 mit entsprechenden Programmieranweisungen oder Codes (d. h. Software) zum Ausführen mehrerer Schritte eines Verfahrens konfiguriert zum Ermitteln, ob ein Fahrer des Fahrzeuges 10 in Kontakt mit dem Lenkrad 40 des Fahrzeugs 10 ist. Der Code kann in der Speichereinrichtung 88 der Steuerung 38 gespeichert sein und von einem herkömmlichen Computer-Speichermedium 88 auf die Speichereinrichtung hochgeladen werden. Unter Bezugnahme nun auf 3 kann das Verfahren mit einem von mehreren Schritten zum Auswerten eines oder mehrerer möglicher Voraussetzungen zum Durchführen von nachfolgenden Verfahrensschritten beginnen. In einigen Umständen bildet fehlender Kontakt mit dem Lenkrad 40 seitens des Fahrers keine wesentliche Gefahr für ein signifikantes Risiko, das einer Beurteilung bedarf, ob der Fahrer in Kontakt mit Lenkrad 40 ist. Beispielsweise kann fehlender Kontakt mit dem Lenkrad 40 kann nur eine Besorgnis bei bestimmten Betriebsbedingungen des Fahrzeugs sein. Daher kann das Verfahren eventuell mit dem Ermittlungsschritt 92 beginnen, ob bestimmte Betriebsbedingungen vorliegen. Gemäß einer Ausführungsform können diese Betriebsbedingungen beinhalten, ob sich das Fahrzeug in einem geeigneten Betriebszustand (z. B. nicht stationär) oder nicht befindet. Das Verfahren kann auch den Ermittlungsschritt 94 beinhalten, ob ein Sicherheitssystem eine Angabe über den Kontakt des Fahrers mit Lenkrad 40 erfordert. Informationen zum Kontakt mit Lenkrad 40 kann für einige Sicherheitssysteme 12 relevant sein und für andere nicht. Weiterhin können Informationen über Kontakt des Fahrers mit Lenkrad 40 für ein Sicherheitssystem 12 unter bestimmten Bedingungen erforderlich sein oder auch nicht. Daher kann Steuerung 38 konfiguriert sein, um ein Fahrer-Kontaktanforderungs-Signal zu empfangen - entweder direkt von einem Sicherheitssystem 12 oder von einer Überwachungssteuerung - und zum Ermitteln, als Reaktion auf das Signal, ob das System 12 eine Beurteilung darüber erfordert, ob der Fahrer in Kontakt mit Lenkrad 40 ist. Falls keine Systeme 12 Informationen bezüglich Kontakts des Fahrers mit dem Lenkrad 40 benötigt (und keine anderen Betriebszustände vorliegen, die Informationen bezüglich Kontakts des Fahrers mit dem Lenkrad 40 erfordern), kann das Verfahren enden. Wenn ein oder mehrere Systeme 12 Informationen bezüglich Kontakts des Fahrers mit dem Lenkrad 40 benötigen (oder andere Betriebsbedingungen erfordern Informationen bezüglich Kontakts des Fahrers mit dem Lenkrad 40), kann das Verfahren fortfahren.
Wenn Umstände anzeigen, dass es wünschenswert ist, zu ermitteln und/oder zu überprüfen, ob der Fahrer in Kontakt mit Lenkrad 40 ist, kann das Verfahren dann mit verschiedenen Schritten eine Vibration in Lenkrad 40 induzieren und die Antwort messen. Insbesondere kann das Verfahren den Schritt 96 des Erzeugens eines Störsignals beinhalten, das Schwingung des Lenkrads erzeugt. In konventionellen Systemen, die Lenkradvibration zum Ermitteln von Lenkradkontakt verwenden, kann die induzierte Vibration mit anderen Bemühungen zum Verringern von Schwingungen aus „Rütteln auf ebener Straße“ durch Reifen-/Radunwucht, Reifenunregelmäßigkeiten, Bremsscheibenungleichgewicht und ähnlichen Problemen verwechselt werden. Daher wird in Übereinstimmung mit einigen Ausführungsformen der vorliegenden Lehren die Frequenz des Störsignals in Antwort auf Fahrzeuggeschwindigkeit verändert, um das Signal gegen unspezifische Schwingungen wie periodische Vibrationen aus interner Anregung oder durch Aufwand zum aktiven Dämpfen dieser Schwingungen immun zu machen. In dieser Ausführungsform kann Schritt 98 vor Schritt 96 erfolgen zum Ermitteln einer Geschwindigkeit eines Rades des Fahrzeuges 10. Das Störsignal wird dann mit einer Frequenz gebildet, die auf die Raddrehzahl des Fahrzeugs 10 antwortet. Insbesondere kann, da die Frequenz der oben bezeichneten periodischen Schwingungen im Allgemeinen linear von der Fahrzeuggeschwindigkeit abhängt, das Störsignal so gebildet werden, dass es diese Frequenzen vermeidet. Die Geschwindigkeit des Rades kann in bekannter Weise von einem oder beiden Raddrehzahlsensoren 16, 18 ermittelt werden. Der Steuerung 38 kann dann ein Steuersignal bilden, konfiguriert, um Motor 84 des EPS-Systems 36 zum Erzeugen eines Störsignals mit einer Frequenz zu veranlassen, die auf die Radgeschwindigkeit antwortet durch beispielsweise das Verwenden einer mathematischen Formel oder einer Nachschlagtabelle in Speichervorrichtung 88.
Das Verfahren kann dann mit Schritt 100 fortfahren mit dem Empfangen von Lenkungssignalen von Lenksystemsensor 48, 50, die zum Bereitstellen von Anzeigen von mindestens einem des Lenkdrehmoments und der Lenkbewegung einer Komponente des EPS-Systems 36 konfiguriert sind. Die Sensoren 48, 50 erzeugen Signale, die auf Lenkbewegung und Lenkdrehmoment hinweisen, jedoch werden diese Signale durch Kräfte beeinflusst, die der Fahrer auf das Lenkrad weitergibt, durch den Motor 84 weitergegebene Kräfte, Widerstand der Reifen des Fahrzeugs gegen Einlenken und Verändern der Straßenoberfläche. Daher beinhalten die Lenksignale Informationen vom Erzeugen des Störsignals durch Motor 84. Die Steuerung 38 ist ausgebildet zum Empfangen der Lenksignale und zum Verarbeiten der Signale zum Erhalten von Informationen, die darauf hinweisen, ob der Fahrer in Kontakt mit dem Lenkrad 40 ist. Obwohl einige nachfolgende Schritte des Verfahrens mit Bezug auf an einem einzelnen Lenksignal durchgeführte Aktionen beschrieben werden, versteht es sich, dass ähnliche Aktionen an Lenksignalen von mehreren Lenksystemsensoren 48, 50 durchgeführt werden können und die Beurteilung, ob der Fahrer Kontakt mit Lenkrad 40 hat, vorgenommen werden kann in Reaktion auf das Ausgangssignal aus mehr als einem Lenksystemsensor 48, 50. In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann die Steuerung 38 auch Ausgabesignale in Schritt 100 von Kontaktsensoren wie Drucksensoren oder Kapazitivsensoren zu einem nachstehend beschriebenen Zweck empfangen.
Gemäß einer Ausführungsform kann das Verfahren direkt zum Schritt 102 zum Erzeugen eines Fahrer-Kontakt-Signals fortschreiten, das anzeigt, ob der Fahrer des Fahrzeugs 10 in Kontakt mit dem Lenkrad 40 des Fahrzeugs 10 ist. In dieser Ausführungsform hängt der Wert des Fahrer-Kontakt-Signals von den Eigenschaften des Lenkungssignals bezogen auf das Störsignal ab. Wie vorstehend erörtert, ist es bekannt, eine Vibration in das Lenkrad einzuführen und die Reaktion als einen Indikator für den Kontakt des Fahrers mit dem Lenkrad 40 zu messen. Wenn ein Fahrer in Kontakt mit dem Lenkrad 40 ist, löst die durch den Fahrer ausgeübte Kraft eine erste Änderung des Störsignals aus, die in den Lenksignalen von Sensoren 48, 50 erfasst werden können. Umgekehrt, wenn der Fahrer nicht in Kontakt mit dem Lenkrad 40 ist, weisen die Lenksignale eine Komponente mit Eigenschaften auf (z. B. eine Amplitude oder Phase), die eine zweite Änderung vom ursprünglichen Störsignal aufweist. In konventionellen Systemen, die Lenkradschwingung zum Ermitteln von Kontakt zum Lenkrad einsetzen, kann die induzierte Schwingung durch andere Bemühungen zum Verringern von Schwingungen aus „Rütteln auf ebener Straße“ durch Reifen-/Radunwucht, Reifenunregelmäßigkeiten, Bremsscheibenungleichgewicht und ähnliche Probleme gedämpft werden. Durch Ermitteln der Drehzahl der Fahrzeugräder in Schritt 98 und Variieren der Frequenz des Störsignals in Reaktion auf die Fahrzeuggeschwindigkeit in Schritt 96 vermeidet das offenbarte System und Verfahren Dämpfung des Signals und es genügt, unter einigen Umständen einen sicheren Indikator für den Kontakt zwischen Fahrer und Lenkrad 40 bereitzustellen.
Unter Bezugnahme auf 4 kann Schritt 102 mehrere Verarbeitungsteilschritte, die vom Empfangen des Lenksignals bis zum Erzeugen des Fahrer-Kontakt-Signals führen, beinhalten. Ein Lenksignal steer(t), das von mindestens einem der Sensoren 48, 50 erzeugt wurde und eine Lenkbewegung (wie einen Lenkwinkel) oder Lenkdrehmoment anzeigt, kann zunächst durch ein Filtermodul 104 zum Erzeugen eines gefilterten Signals steer _f(t) geleitet werden. In einer Ausführungsform ist das Filter als Tiefpassfilter ausgebildet und insbesondere ein Butterworth-Tiefpass dritter Ordnung für Signale mit Frequenzen in der Größenordnung von etwa 0,25 Hz. Ein Extraktionsmodul 106 extrahiert eine Vielzahl von Werten aus dem gefilterten Lenkwinkelsignal steer _f(t) über einen definierten Zeitraum (beispielsweise bei 10-ms-Abständen über einen Zeitraum von 1,5 Sekunden). Das Extraktionsmodul 106 kann Werte aus dem Signal steer _f(t) mittels des absoluten Werts der Amplitude des Signals an einzelnen Zeitpunkten empfangen. Ein Vergleichsmodul 108 vergleicht die von dem gefilterten Signal steer _f(t) erhaltenen Werte mit vorbestimmten Schwellen-Lenkbewegungs- oder Lenkdrehmoment-Werten. Die Schwellenwerte zeigen an, ob der Fahrer in Kontakt mit dem Lenkrad 40 ist. Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Lehren können die Schwellenwerte in Abhängigkeit von der Frequenz des Störsignals gebildet werden. Erfüllen alle Lenkbewegungs- und/oder Lenkmoment-Werte aus den gefilterten Lenksystemsignal steer_f(t) eine vorbestimmte Bedingung bezogen auf den Schwellenwert (z. B. sind geringer als oder gleich dem Lenkbewegungs- und/oder Lenkmoment-Schwellenwert), erzeugt das Vergleichsmodul ein Vergleichssignal mit einem Wert. Wenn einer oder mehrere der Werte des gefilterten Lenksystemsignals steer_f(t) die vorgegebene Anforderung nicht erfüllt bezogen auf den Schwellenwert (z. B. einer oder mehrere Werte sind größer als Lenkbewegungs- und/oder Lenkmoment-Schwellenwert), erzeugt das Vergleichsmodul 108 ein Vergleichssignal mit einem anderen Wert. Der Wert (z. B. eine 0 oder 1) der Ausgabe des Vergleichsmoduls 108 zeigt an, ob der Fahrer in Kontakt mit dem Lenkrad 40 ist und kann das Fahrer-Kontakt-Signal in bestimmten Ausführungsformen umfassen.
Wieder in Bezug auf 3, in Übereinstimmung mit Ausführungsformen der vorliegenden Lehren, zusätzliche oder alternative Schritte ausgeführt werden, um zu ermitteln, ob der Fahrer Kontakt mit Lenkrad 40. In diesen Ausführungsbeispielen kann das Verfahren mit Schritt 110 des Mischens des Störsignals und des ersten Lenksignals zum Erzeugen eines oder mehrerer heterodyner Signale fortsetzen. Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Lehren wird ein Heterodyn-Erfassungsmechanismus auf das Lenksignal angewendet zum Analysieren des Signals, um zu ermitteln, ob der Fahrer in Kontakt mit dem Lenkrad 40 ist. Die Verwendung von Heterodyn-Erfassung erlaubt die Verwendung eines Störsignals, das eine Schwingung von relativ niedrigem Niveau auf Lenkrad 40 einführt. Wie oben erläutert, ist signifikante Schwingung des Lenkrads unerwünscht, da sie vom Fahrer erfassbar ist und eine ungewollte Ablenkung hervorruft. Bisher war es schwierig beim Induzieren von Niedrigpegel-Schwingungen, eine Antwort zu identifizieren, die durch die Anwesenheit oder Abwesenheit von Kontakt zwischen Fahrer und Lenkrad 40 im Gegensatz zu anderen Faktoren hervorgerufen wurde. Die Verwendung des Heterodyn-Verfahrens gemäß den vorliegenden Beschreibungen ermöglicht jedoch das Verwenden von Niedrigpegel-Schwingungen ein sicheres Ermitteln betreffend den Kontakt zwischen dem Fahrer und Lenkrad 40.
Wiederum in Bezug auf 4 kann Schritt 110 kann eine Anzahl von Verarbeitungsvorgängen auf sowohl dem Lenksignal steer(t) und dem Störsignal drive(t) beinhalten, bevor die Signale gemischt werden. Das Lenksignal steer(t) kann durch ein Filtermodul 112 zum Erzeugen eines gefilterten Lenksignals steer _f(t) laufen. In einer Ausführungsform ist das Filter als Bandpassfilter und insbesondere als ein Butterworth-Bandpass zweiter Ordnung für Signale mit Frequenzen von plus oder minus 2 Hz bezogen auf die Frequenz des Störsignals ausgeführt. Das Störsignal drive(t) ist Eingabe zu den Sinus- und Cosinusfunktions-Generatormodulen 114, 116. Das Modul 114 erhält das Störsignal drive(t) und erzeugt ein Sinus-Funktions-Trägersignal sin(2*π*f_o*t) auf der Frequenz des Störsignals drive(t). Desgleichen erhält Modul 116 das Störsignals drive(t) und erzeugt ein Cosinus-Funktions-Trägersignal cos(2*π*f_o*t) auf der Frequenz des Störsignals drive(t). Das Cosinus-Funktions-Trägersignal cos(2*π*f_o*t) ist 90 Grad phasenverschoben bezüglich der bezüglich des Sinus-Funktions-Trägersignals sin(2*π*f_o*t). Das Sinus-Funktions-Trägersignal sin(2*π*f_o*t) und Cosinus-Funktions-Trägersignal cos(2*π*f_o*t) sind ein Satz deckungsgleicher und Quadratur-Generatoren (d. h. beliebig genannten gleich- und gegenphasige Wellengeneratoren bei der Frequenz des Störsignals drive(t)). Obwohl das Cosinus-Trägersignal cos(2*π*f_o*t) 90 Grad phasenverschoben bezüglich des Sinus-Funktions-Trägersignals sin(2*π*f_o*t) in der beschriebenen Ausführungsform ist, versteht es sich, dass jede beliebigen äquivalenten deckungsgleichen und Quadratur-Wellengeneratoren verwendet werden könnten (einschließlich derjenigen mit Phasendifferenzen, die anders als 90 Grad sein können und diejenigen mit redundanten Komponenten in mehreren Phasen). Das Lenksignal steer(t) weist periodischen Inhalt bei der Frequenz der Trägersignale sin(2*π*f_o*t) und cos(2*π*f_o*t) auf. Jedoch sind die Amplitude des periodischen Gehalts des Lenksignals steer(t) und der Phasenverschiebung zwischen dem Lenksignal steer(t) und den Trägersignalen sin(2*π*f_o*t) und cos(2*π*f_o*t) unbekannt. Die Trägersignale sin(2*π*f_o*t) und cos(2*π*f_o*t) können an ein Generatormodul 118 bereitgestellt werden, das eine komplexe Variable einschließlich sowohl realer (Cosinus)- und imaginärer (Sinus)-Komponenten. Nach diesen Aktionen mischt ein Mischermodul 120 (z. B. durch Verwenden des Produkts aus) dem gefilterten Lenkwinkelsignal steer_f(t) und des Sinus-Funktions-Trägersignals sin(2*π*f_o*t) zum Erzeugen eines heterodynen Signals in Form eines gemischten Sinussignals S(t) = steer_f(t)*sin(2*π*f_o*t) die gemischte Quadraturkomponente des Störsignals. Desgleichen mischt Mischermodul 120 (oder ein anderes Mischermodul) (z. B. durch Verwenden des Produkts aus) das gefilterte Lenkwinkelsignal steer_f(t) und das Cosinus-Funktions- Trägersignal cos(2*π*f_o*t) zum Erzeugen eines heterodynen Signals in Form eines gemischten Cosinussignals C(t) = steer_f(t)*cos(2*π*f_o*t) die gemischte deckungsgleiche Komponente des Störsignals.
Wieder in Bezug auf 3 kann das Verfahren mit Schritt 122 des Erzeugens eines Fahrer-Kontakt-Signals als Antwort auf das Heterodyn-Frequenz-Signal fortfahren, das anzeigt, ob der Fahrer des Fahrzeugs 10 in Kontakt mit dem Lenkrad 40 des Fahrzeugs 10 ist. Schritt 122 kann eine Reihe von Teilschritten beinhalten, die das Heterodyn-Frequenz-Signal durch Extrahieren von Komponenten in Bezug auf das Störsignal interpretieren und dann einen Wert für das Fahrer-Kontakt-Signal abhängig von den Eigenschaften dieser zugehörigen Komponenten erstellen (z. B. Amplitude und Phasen). Heterodyn wird ein Verfahren zum Erfassen eines Signals bezogen auf ein Basissignal wie das Störsignal durch Mischen des Signals mit einem Referenzsignal (ein lokaler Oszillator mit einer gewählten Frequenz) zum Erzeugen eines Heterodyn-Signals. Das heterodyne Signal beinhaltet eine Komponente mit einer relativen Amplitude und Phase bezogen auf das Störsignal. Wenn mindestens eins der Amplitudenverhältnisse oder Phasen sich unterscheidet sich von vordefinierten Schwellen unterscheidet (oder sich deutlich abhängig von der Schwelle unterscheidet), zeigt das Heterodyn-Frequenz-Signal an, dass das Lenksignal durch eine andere Abbruchbedingung beeinflusst wurde (z. B. Impedanzbeladung oder wirksame dynamische Beendigung oder fehlende davon des Lenkrads 40) und insbesondere durch Kontakt des Fahrers mit dem Lenkrad 40. Weisen die beiden relativen Amplituden und Phasen Bereiche von Schwellen auf (in Abhängigkeit wiederum von den jeweiligen verwendeten Schwellen), zeigt das Heterodyn-Frequenz-Signal an, dass das Lenksignal mit einer speziellen Abbruchbedingung konsistent ist und, insbesondere, dass der Fahrer nicht in Kontakt mit dem Lenkrad 40 ist.
Wiederum in Bezug auf 4 können die Heterodyn-Frequenz oder gemischten Sinus- und Cosinussignale S(t) und C(t) durch ein Filtermodul 124 zum Erzeugen von gefilterten Sinus- und Cosinussignalen S_f(t) und C_f(t) hindurchlaufen. In einer Ausführungsform ist das Filter als Tiefpassfilter und insbesondere als ein Butterworth- Tiefpass dritter Ordnung ausgebildet. Ein Extraktionsmodul 126 extrahiert eine Vielzahl von Werten aus den gefilterten Sinus- und Cosinussignalen S_f(t) und C_f(t) über einen definierten Zeitraum (z. B. etwa 1,5 Sekunden). In einer Ausführungsform versucht das Extraktionsmodul 126, Werte entsprechend der Amplitude der komplexen Menge der gefilterten Sinus- und Cosinussignale S_f(t) und C_f(t) zu erhalten. Das Extraktionsmodul 126 kann daher Werte aus den Signalen mittels der Quadratwurzel der Summe der Quadrate zu einzelnen Zeitpunkten $(d . h . \sqrt{C_{f} {(t)}^{2} + S_{f} {(t)}^{2}})$
oder das Maximum des Absolutwerts des Real- und Imaginärteils der komplexen Menge erhalten. In einer anderen Ausführungsform versucht das Extraktionsmodul 126, Werte entsprechend der Phase der gefilterten Sinus- und Cosinussignale S_f(t) und C_f(t) durch Vergleichen ihrer relativen Amplituden zu erhalten. Ein Vergleichsmodul 128 vergleicht die erhaltenen Werte vom Heterodyn-Frequenz Signal (z. B. die Amplituden oder die Phasen) mit einem oder mehreren vordefinierten Schwellwerten. Die Schwellenwerte zeigen an, ob der Fahrer in Kontakt mit dem Lenkrad 40 ist. Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Lehren können die Schwellenwerte in Abhängigkeit von der Frequenz des Störsignals gebildet werden. Der funktionelle Zusammenhang zwischen den Werten und der Abweichung kann empirisch anhand exemplarischer Fahrzeuge ermittelt werden. In der Ausführungsform, worin das Extraktionsmodul 126 Werte entsprechend der Amplitude der komplexen Menge erhält, werden die Werte gegenüber einem einzigen Schwellenwert verglichen. Wenn alle Werte, die vom Heterodyn-Frequenz-Signal erhalten wurden, eine vorbestimmte Bedingung relativ zu der Schwelle erfüllen (z. B. sind sie kleiner als oder gleich dem Schwellenwert), gibt das Vergleichsmodul 128 einen Wert aus. Wenn für einen oder mehrere Werte vom Heterodyn-Frequenz-Signal die vorgegebene Anforderung bezogen auf die Schwelle nicht erfüllt ist, (z. B. ist einer oder mehrere Werte höher als die Schwelle), gibt Vergleichsmodul 128 gibt einen anderen Wert aus. In der Ausführungsform, worin das zusätzliche Extraktionsmodul 126 Werte entsprechend der Phase der komplexen Menge erhält, werden die Werte mit mehreren Schwellenwerten verglichen. Wenn alle Werte vom Heterodyn-Frequenz-Signal eine vorbestimmte Bedingung bezogen auf die Schwellenwerte erfüllen (z. B. größer oder gleich einem ersten Schwellwert sind, aber geringer als oder gleich einem zweiten, größeren Schwellenwert sind), gibt das Vergleichsmodul 128 einen Wert aus. Wenn ein oder mehrere Werte vom Heterodyn-Frequenz-Signal nicht die vorbestimmten Bedingungen bezüglich der Schwellenwerte erfüllt (z. B. ein oder mehrere Werte kleiner sind als der erste Schwellenwert oder größer als der zweite Schwellenwert), gibt Vergleichsmodul 128 einen anderen Wert aus. Der Wert (z. B. eine 0 oder 1) der Ausgabe des Vergleichsmoduls 128 zeigt, ob der Fahrer in Kontakt mit dem Lenkrad 40 ist und kann das Fahrer-Kontakt-Signal in bestimmten Ausführungsformen umfassen.
Wieder in Bezug auf 3 können noch andere Ausführungsformen von Verfahren gemäß den vorliegenden Beschreibungen den Schritt 130 des Erzeugens eines Fahrer-Kontakt-Signals als Reaktion auf sowohl das Heterodyn-Frequenz- Signals als auch mindestens (i) ein Vergleichssignal der Steuerlogik beinhalten, das Lenkmoment- und/oder Lenkbewegungsmessungen gegenüber Schwellenwerten anzeigt, ob der Fahrer in Kontakt mit Lenkrad 40 ist und (ii) ein Ausgangssignal eines Kontaktsensors 132 wie ein Drucksensor oder kapazitiver Sensor anzeigt, dass der Fahrer in Kontakt mit Lenkrad 40 ist. Wie vorstehend erläutert, ist es bekannt, Messungen des Lenkdrehmoments und/oder Lenkwinkels oder anderer Lenkbewegungen und/oder Kontaktsensoren als Indikatoren der Anwesenheit oder Abwesenheit von Kontakt mit dem Lenkrad zu verwenden. Diese Messungen sind jedoch nicht immer ein verlässlicher Indikator. Beispielsweise können Lenkdrehmoment- und Lenkbewegungs-Sensoren keine genauen Werte während Geradeausfahrt auslesen, während Kontaktsensoren keinen Kontakt mit bestimmten Teilen des Lenkrades erfassen können. Daher wird in Übereinstimmung mit einigen Ausführungsformen das hier vorstehend beschriebene Heterodyn-Verfahren in Kombination mit Vergleichen (i) von Lenkmoment und/oder Lenkwinkel oder anderen Lenkbewegungen gegenüber Schwellenwerten und/oder (ii) Ausgabesignalen von Kontaktsensoren 132 verwendet, um erhöhtes Vertrauen gegenüber Anzeigen bereitzustellen, dass der Fahrer nicht in Kontakt mit dem Lenkrad 40 ist. Wiederum in Bezug auf 4 kann in einer derartigen Ausführungsform ein UND-Verknüpfungsmodul 134 die Ausgaben von beiden Vergleichsmodulen 128 und mindestens eines Vergleichsmoduls 108 und Kontaktsensors 132 empfangen. Das Fahrer-Kontakt-Signal kann einen ersten Wert einer fehlenden Berührung des Lenkrads 40 durch den Fahrer nur annehmen, wenn der Ausgang des Vergleichsmoduls 128 und das Ausgangssignal aus mindestens einem (oder bei bestimmten Ausführungsformen beider) Vergleichsmodul 108 und Kontaktsensor 132 einen fehlenden Kontakt anzeigen und einen zweiten Wert, der Kontakt anzeigt, wenn einer der Ausgänge des Vergleichsmoduls 108, 128 und Kontaktsensor 132 Kontakt anzeigen. Es sollte erwähnt werden, dass das Heterodyn-Frequenz-Signal und die Ausgänge der Vergleichsmodule 108, 128 parallel unter Verwendung desselben Ausgangs steer(t) eines Lenksensors 48, 50 erzeugt werden (d. h. über dieselbe definierte Zeit Periode). In bestimmten Ausführungsformen der Erfindung kann ein Ausgangswert, der eine fehlende Berührung des Fahrers mit dem Lenkrad anzeigt, zu einer Wiederholung von bestimmten Schritten des Verfahrens führen. Insbesondere kann, wenn der Ausgang einen fehlenden Kontakt anzeigt, ein neues Störsignal erzeugt werden, das eine stärkere Schwingung in Lenkrad 40 induziert und die vorstehend beschriebenen Verfahrensschritte wiederholt, um eine neue Ausgabe zu erhalten, die Fahrerkontakt anzeigt. Die stärkeren Schwingungen ermöglichen erhöhte Genauigkeit beim Erfassen des Signals, jedoch ohne Belästigung des Fahrers, der vermutlich, basierend auf dem anfänglichen Ausgang, nicht in Kontakt mit dem Lenkrad 40 ist. Dieser Prozess kann mehrfach mit neuen Störsignalen, die immer stärkere Schwingungen in Lenkrad 40 induzieren, wiederholt werden, bis ein akzeptableres Konfidenzniveau erhalten wird, dass der Fahrer wirklich nicht in Kontakt mit Lenkrad 40 ist.
Wieder in Bezug auf 3 kann das Fahrer-Kontakt-Signal für eine Vielzahl von Zwecken verwendet werden. In bestimmten Ausführungsformen kann das Verfahren den Schritt 136 zum Steuern eines Sicherheitssystems 12 des Fahrzeugs 10 als Antwort auf das Fahrer-Kontakt-Signal beinhalten. Wie oben erläutert können bestimmte Sicherheitssysteme 12 wie adaptive Geschwindigkeitsregelungs-Assistenz bzw. Fahrspurhalte-Assistenz Kontakt des Fahrers zum Lenkrad 40 vor der Verwendung benötigen. Daher kann Steuerung 38 das Fahrer-Kontakt-Signal zu einem oder mehreren Sicherheitssystemen 12 zwecks Freigabe der Systeme 12 bereitstellen und die Systeme 12 beim Ermitteln unterstützen, ob Warnungen erstellt werden müssen oder beim Realisieren verschiedener Reaktionen in Abhängigkeit von der Art des Systems 12.

Claims

Verfahren zum Ermitteln, ob ein Fahrer eines Fahrzeugs in Kontakt mit einem Lenkrad des Fahrzeugs, das folgende Schritte umfasst: das Erzeugen eines Störsignals, das eine Schwingung des Lenkrads bewirkt; das Empfangen eines ersten Signals von einem ersten Lenksystemsensor, der konfiguriert ist, eine Angabe mindestens eines Lenkdrehmoments und einer ersten Lenkbewegung einer ersten Komponente eines elektronischen Servolenkungssystems des Fahrzeugs bereitzustellen; gekennzeichnet durch das Mischen des Störsignals und des ersten Lenksignals zum Erzeugen eines ersten Heterodyn-Signals; und, das Erzeugen eines Fahrer-Kontakt-Signals, das anzeigt, ob der Fahrer des Fahrzeugs in Kontakt mit dem Lenkrad des Fahrzeugs ist, worin der Wert des Fahrer-Kontakt-Signals von den Eigenschaften des ersten Heterodyn-Signals bezogen auf das Störsignal abhängig ist.
Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend den Schritt des Ermittelns einer Drehzahl eines Fahrzeugrads und worin eine Frequenz des Störsignals auf die Drehzahl des Fahrzeugrads antwortet.
Verfahren nach Anspruch 1, worin der Schritt des Erzeugens des Störsignals den Teilschritt des Erzeugens eines Steuersignals beinhaltet, der konfiguriert ist, einen Motor des elektronischen Servolenkungssystems des Fahrzeugs zum Erzeugen des Störsignals auszulösen.
Verfahren nach Anspruch 1, worin der Schritt des Erzeugens des Störsignals folgende Unterschritte beinhaltet: das Empfangen eines Fahrer-Kontakt-Anforderungssignals, das ein Sicherheitssystem des Fahrzeugs unterstützt; und, das Erzeugen eines Steuersignals, das konfiguriert ist, einen Motor des elektronischen Servolenkungssystems des Fahrzeugs zum Erzeugen des Störsignals auszulösen, das auf das Fahrer-Kontakt-Anforderungssignal antwortet.
Verfahren nach Anspruch 1, worin der Schritt des Erzeugens des Fahrer-Kontakt--Signales folgende Unterschritte beinhaltet: das Vergleichen eines Wertes aus dem ersten Heterodyn-Signal mit einem vorbestimmten Schwellenwert; und, das Einstellen des Wertes des Fahrer-Kontakt-Signals, das darauf antwortet, ob der Wert eine vorgegebene Anforderung bezogen auf den vorbestimmten Schwellenwert erfüllt.
Verfahren nach Anspruch 5, worin ein Wert des vorbestimmten Schwellenwerts eine Funktion einer Frequenz des Störsignals ist.
Verfahren nach Anspruch 1, worin der Schritt des Erzeugens des Fahrer-Kontakt--Signals folgende Unterschritte beinhaltet: das Vergleichen des mindestens einen Lenkdrehmoments und der ersten Lenkbewegung gegenüber einem entsprechenden vorbestimmten Lenkdrehmoment-Schwellenwert und einem vorgegebenen Lenkbewegungs-Schwellenwert; und, das Erzeugen eines Vergleichssignals, wenn das/die mindestens eine der Lenkdrehmomente und der ersten Lenkbewegungen eine vorgegebene Anforderung bezogen auf den entsprechenden einen vorbestimmten Lenkdrehmoment-Schwellenwert und den vorgegebenen Lenkbewegungs-Schwellenwert erfüllt, worin das Fahrer-Kontakt-Signal erzeugt wird als Reaktion auf das erste heterodyne Signal und das Vergleichssignal.
Verfahren nach Anspruch 7, worin das Fahrer-Kontakt-Signal anzeigt, dass der Fahrer nicht in Kontakt mit dem Lenkrad des Fahrzeugs ist, falls die Eigenschaften des ersten heterodynen Signals und des Vergleichssignals anzeigen, dass das mindestens eine Lenkdrehmoment und die mindestens eine Lenkbewegung den entsprechenden vorgegebenen Lenkdrehmoment-Schwellenwert und den vorgegebenen Lenkbewegungs-Schwellenwert übertrifft.
Verfahren nach Anspruch 1, worin der Schritt des Erzeugens des Fahrer-Kontakt-Signales den Teilschritt des Empfangens eines Ausgabesignals eines Fahrer-Kontaktsensors beinhaltet, worin das Fahrer-Kontakt-Signal als Reaktion auf das erste Heterodyn-Signal und das Ausgangssignal erzeugt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, worin die Eigenschaften des ersten heterodynen Signals mindestens eins von einer Amplitude und einer Phase eines Anteils des ersten Heterodyn-Signals beinhaltet.
Verfahren nach Anspruch 1, das weiterhin die folgenden Schritte umfasst: das Empfangen eines zweiten Lenksignals von einem zweiten Lenksystemsensor, der konfiguriert ist, eine Angabe von mindestens einem der Lenkdrehmomente, einer der ersten Lenkbewegungen der ersten Komponente eines elektronischen Servolenkungssystems des Fahrzeugs und einer zweiten Lenkbewegung einer zweiten Komponente des elektronischen Servolenkungssystems des Fahrzeugs bereitzustellen; das Mischen des Störsignals und des zweiten Lenksignals zum Erstellen eines zweiten heterodynen Signals; und, das Erzeugen eines Fahrer-Kontakt-Signals, das anzeigt, ob der Fahrer des Fahrzeugs in Kontakt mit dem Lenkrad des Fahrzeugs ist, worin ein Wert des Fahrer-Kontakt-Signals abhängig ist von den Eigenschaften der ersten und zweiten heterodynen Signale gegenüber dem Störsignal.
Verfahren zum Ermitteln, ob ein Fahrer eines Fahrzeugs in Kontakt mit einem Lenkrad des Fahrzeugs ist, das folgende Schritte umfasst: das Ermitteln einer Drehzahl eines Fahrzeugrads; das Erzeugen eines Störsignals, das Schwingung des Lenkrads bewirkt, wobei eine Frequenz des Störsignals als Reaktion auf die Drehzahl des Fahrzeugrads antwortet; und das Empfangen eines ersten Signals von einem ersten Lenksystemsensor, der konfiguriert ist, eine Angabe mindestens eines Lenkdrehmoments und einer Lenkbewegung der Komponente eines elektronischen Servolenkungssystems des Fahrzeugs bereitzustellen; gekennzeichnet durch das Erzeugen eines Fahrer-Kontakt-Signals, das anzeigt, ob der Fahrer des Fahrzeugs in Kontakt mit dem Lenkrad des Fahrzeugs ist, worin ein Wert des Fahrer-Kontakt-Signals abhängig von Eigenschaften des ersten Signals bezogen auf das Störsignal ist.
System zum Ermitteln, ob ein Fahrer eines Fahrzeugs in Kontakt mit einem Lenkrad des Fahrzeugs ist, umfassend: ein Servolenkungssystem mit einem Motor, der konfiguriert ist, eine Bewegung eines Fahrzeugrads auf die Bewegung des Lenkrades hin auszulösen, und einem ersten Lenksystemsensor, der konfiguriert ist, eine Angabe mindestens eines Lenkdrehmoments und einer ersten Lenkbewegung einer ersten Komponente des elektronischen Servolenkungssystems bereitzustellen; und eine Steuerung, die für Folgendes konfiguriert ist: das Erzeugen eines Steuersignals, das konfiguriert ist, den Motor zum Erzeugen eines Störsignals zu veranlassen, das eine Schwingung des Lenkrads erzeugt; das Empfangen eines ersten Signals von dem ersten Lenksystemsensor; dadurch gekennzeichnet , dass die Steuerung ferner für Folgendes konfiguriert ist: das Mischen des Störsignals und des Lenksignals zum Erzeugen eines ersten heterodynen Signals; und, das Erzeugen eines Fahrer-Kontakt-Signals, das anzeigt, ob der Fahrer des Fahrzeugs in Kontakt mit dem Lenkrad des Fahrzeugs ist, worin ein Wert des Fahrer-Kontakt-Signals abhängig ist von den Eigenschaften des ersten heterodynen Signals bezogen auf das Störsignal.