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Die Erfindung betrifft Fahrerassistenzsysteme, insbesondere ein Fahrerassistenzsystem zum automatisierten Fahren mit zumindest automatisierter Querführung. Ferner betrifft die Erfindung Hands-On-Detektionsvorrichtungen zum Erkennen des Anliegens der Hände am Lenkrad für Fahrerassistenzsysteme.
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Unter dem Begriff „automatisiertes Fahren“ kann im Rahmen des Dokuments ein Fahren mit automatisierter Längs- oder Querführung oder ein autonomes Fahren mit automatisierter Längs- und Querführung verstanden werden. Bei dem automatisierten Fahren kann es sich beispielsweise um ein zeitlich längeres Fahren auf der Autobahn oder um ein zeitlich begrenztes Fahren im Rahmen des Einparkens oder Rangierens handeln. Der Begriff „automatisiertes Fahren“ umfasst ein automatisiertes Fahren mit einem beliebigen Automatisierungsgrad. Beispielhafte Automatisierungsgrade sind ein assistiertes, teilautomatisiertes, hochautomatisiertes oder vollautomatisiertes Fahren. Diese Automatisierungsgrade wurden von der Bundesanstalt für Straßenwesen (BASt) definiert (siehe BASt-Publikation „Forschung kompakt“, Ausgabe 11/2012). Beim assistierten Fahren führt der Fahrer dauerhaft die Längs- oder Querführung aus, während das System die jeweils andere Funktion in gewissen Grenzen übernimmt. Beim teilautomatisierten Fahren (TAF) übernimmt das System die Längs- und Querführung für einen gewissen Zeitraum und/oder in spezifischen Situationen, wobei der Fahrer das System wie beim assistierten Fahren dauerhaft überwachen muss. Beim hochautomatisierten Fahren (HAF) übernimmt das System die Längs- und Querführung für einen gewissen Zeitraum, ohne dass der Fahrer das System dauerhaft überwachen muss; der Fahrer muss aber in einer gewissen Zeit in der Lage sein, die Fahrzeugführung zu übernehmen. Beim vollautomatisierten Fahren (VAF) kann das System für einen spezifischen Anwendungsfall das Fahren in allen Situationen automatisch bewältigen; für diesen Anwendungsfall ist kein Fahrer mehr erforderlich. Die vorstehend genannten vier Automatisierungsgrade entsprechen den SAE-Level 1 bis 4 der Norm SAE J3016 (SAE - Society of Automotive Engineering). Beispielsweise entspricht das hochautomatisierte Fahren (HAF) Level 3 der Norm SAE J3016. Ferner ist in der SAE J3016 noch der SAE-Level 5 als höchster Automatisierungsgrad vorgesehen, der in der Definition der BASt nicht enthalten ist. Der SAE-Level 5 entspricht einem fahrerlosen Fahren, bei dem das System während der ganzen Fahrt alle Situationen wie ein menschlicher Fahrer automatisch bewältigen kann; ein Fahrer ist generell nicht mehr erforderlich.
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Zum Aktivieren von Fahrerassistenzsystemen zum automatisierten Fahren mit automatisierter Längs- und/oder Querführung sind verschiedene Möglichkeiten bekannt.
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Beispielsweise muss ein Schaltelement wie Taster, Hebel oder Paddle betätigt werden, damit die Funktion aktiviert wird.
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Ferner ist es bekannt, eine automatisierte Querführung (und optional automatisierte Längsführung) zu aktivieren, wenn das Lenkrad losgelassen wird. Durch anschließendes Berühren des Lenkrads kann wieder eine Deaktivierung ausgelöst werden. Hierzu wird beispielsweise auf die
DE 10 2013 010 928 A1 und die
DE 10 2007 052 258 A1 verwiesen. Eine automatisierte Längsführung kann aktiviert werden, wenn das Fahrpedal losgelassen wird, wie dies beispielsweise in der
DE 102 61 624 A1 beschrieben ist.
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Zum Erkennen des Loslassens eines Lenkrads zur Aktivierung einer automatisierten Querführung wird eine Hands-On-Detektionsvorrichtung verwendet, die feststellen kann, ob die Hände am Lenkrad anliegen oder nicht.
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Hands-On-Detektionseinrichtungen können darüber hinaus generell für die Erkennung einer ausreichenden Fahreraufmerksamkeit verwendet werden. Beispielsweise werden derartige Hands-On-Detektionseinrichtungen dafür eingesetzt sicherzustellen, dass der Fahrer bei einem Fahrerassistenzsystem mit zumindest automatischer Querführung (z. B. einem Spurhalteassistenten) die Hände am Lenkrad hat, um bei Bedarf die Querführung schnell zu übernehmen.
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Sofern ein Fahrerassistenzsystem mit zumindest automatisierter Querführung auch einen Fahrbetrieb ohne am Lenkrad anliegender Hände zulässt, kann vorgesehen sein, dass der Fahrer zu Übernahme der Fahraufgabe aufgefordert wird, wenn dies nicht mehr oder nicht mehr sicher seitens des Systems erfolgen kann. Zur Bestätigung einer derartigen Übernahmeaufforderung (Take-over-request - TOR) muss der Fahrer dann das Lenkrad greifen; auch dies wird mittels einer Hands-On-Detektionseinrichtung erkannt.
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Für Hands-On-Detektionseinrichtungen sind verschiedene Ansätze bekannt: Beispielsweise kann eine kapazitive Sensorik verwendet werden, wobei z. B. die Kapazität einer im Lenkrad angeordneten leitenden Schicht gegenüber einem Bezugspotential bestimmt wird. Alternativ kann eine resistive Sensorik benutzt werden; hier werden beispielsweise zwei Folienschichten im Lenkrad auf Abstand gehalten. Bei Anliegen der Hände ans Lenkrad berühren sich die Folienschichten, so dass sich der Widerstand zwischen den beiden Folienschichten ändert. Hierzu wird beispielsweise auf die Druckschrift
DE 10 2010 035 940 A1 verwiesen. Darüber hinaus sind eine Vielzahl weiterer Ansätze bekannt, beispielsweise mittels einer piezoelektrischen Sensorik (s.
EP 2 028 078 A1 ), mittels Aufprägen eines mechanischen Signals auf die Lenkeinrichtung und Messung der Reflektion (s.
DE 10 2015 007 740 A1 ) oder mittels im Lenkrad integrierten Lichtleitfasern (s.
DE 10 2004 062 040 A1 ). Im einfachsten Fall kann auch nur ein vom Fahrer aufgebrachtes Lenkmoment gemessen werden, um über das Anliegen der Hände am Lenkrad zu entscheiden.
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Sofern eine Freigabe des Lenkrads durch eine Hands-On-Detektionseinrichtung erkannt wird und in Reaktion hierauf eine automatisierte Querführung gestartet wird, sollte der Fahrer sichergehen können, dass bei Loslassen des Lenkrads die automatisierte Querführung eine ausreichende Qualität aufweist. Da die Qualität der Querführung vermindert sein kann, z. B. durch aufgeklebte Spuren im Baustellenbereich, Schattenwurf, Sensorverschmutzung, ist für den Fahrer beim Loslassen des Lenkrads nicht unbedingt ersichtlich, welche Qualität der Querführung der Fahrer zu erwarten hat.
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Wenn hingegen die Aktivierung einer automatisierten Querführung über die Betätigung eines Schaltelements erfolgt, kann der Fahrer das Lenkrad zu Beginn der automatisierten Querführung zwar noch weiter halten. Es ergibt sich aber ein höherer Bedienaufwand für die Auswahl und das Betätigen des Schaltelements; außerdem ist das Schaltelement nur eingeschränkt blind bedienbar.
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Sofern mittels einer Hands-On-Detektion auch die Bestätigung einer Übernahmeaufforderung festgestellt wird, reicht es zur Bestätigung der Übernahmeaufforderung häufig aus, das Lenkrad an einer beliebigen Stelle zu berühren (z. B. auch mit dem Bein).
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Es ist Aufgabe der Erfindung, eine verbesserte Hands-On-Detektionseinrichtung und darauf basierend Fahrerassistenzsysteme anzugeben, die die vorstehend genannten Nachteile ausräumen.
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Die Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben. Es wird darauf hingewiesen, dass zusätzliche Merkmale eines von einem unabhängigen Patentanspruch abhängigen Patentanspruchs ohne die Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs oder nur in Kombination mit einer Teilmenge der Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs eine eigene und von der Kombination sämtlicher Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs unabhängige Erfindung bilden können, die zum Gegenstand eines unabhängigen Anspruchs, einer Teilungsanmeldung oder einer Nachanmeldung gemacht werden kann. Dies gilt in gleicher Weise für in der Beschreibung beschriebene technische Lehren, die eine von den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche unabhängige Erfindung bilden können.
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Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft eine Hands-On-Detektionsvorrichtung zum Erkennen des Anliegens der Hände am Lenkrad eines Kraftfahrzeugs, insbesondere eines Personenkraftwagens.
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Bei dem Lenkrad handelt es sich vorzugsweise um ein Lenkrad mit einem ringartigen Lenkradkranz, welcher mit Speichen mit einem Pralltopf verbunden ist. Dies ist jedoch nicht zwingend. Es sind beliebige Bauformen von Lenkrädern denkbar, welche sich dadurch auszeichnen, dass dieses beidhändig bedient werden; also auch beispielsweise ein Lenkrad in Form eines Steuerhorns mit zwei seitlichen Griffbereichen für die linke und die rechte Hand.
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Die Hands-On-Detektionseinrichtung umfasst eine Sensorik zur Erfassung des Anliegens der Hände am Lenkrad.
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Bei der Hands-On-Sensorik kann es sich beispielsweise um eine kapazitive, resistive, piezoelektrische oder beliebige andere Art von Sensorik handeln, die beispielsweise im Lenkrad selbst integriert ist. Alternativ kann die Hands-On-Sensorik sich teilweise oder vollständig auch außerhalb des Lenkrads befinden.
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Die Hands-On-Detektionseinrichtung umfasst eine mit der Sensorik gekoppelte Auswerte-Einheit zur Angabe eines vorliegenden Hand-Anlage-Zustands aus einer Mehrzahl von von der Einrichtung unterscheidbaren Hand-Anlage-Zuständen bezüglich des Anliegens der Hände am Lenkrad. Die Mehrzahl der unterscheidbaren Hand-Anlage-Zustände umfassen zumindest die folgenden unterscheidbaren Zustände:
- - ein Anliegen lediglich einer einzigen Hand am Lenkrad;
- - ein Anliegen beider Hände am Lenkrad;
- - kein Anliegen der Hände am Lenkrad (d. h. keine Hand liegt am Lenkrad an).
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Die Hands-On-Detektionseinrichtung ist also in der Lage, zwischen einer aufliegenden Hand und zwei aufliegenden Händen zu unterscheiden. Es kann sogar vorgesehen sein, dass für den Zustand, dass lediglich eine einzige Hand am Lenkrad anliegt, angegeben werden kann, ob die linke oder die rechte Hand am Lenkrad anliegt.
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Dies ermöglicht eine bewusst einhändige sowie eine bewusst zweihändige Interaktion mit einem die Hands-On-Detektionseinrichtung nutzenden Fahrerassistenzsystem.
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Beispielsweise sind ein erster Teilsensor zur Erfassung des Anliegens der linken Hand am Lenkrad und ein von dem ersten Teilsensor getrennter zweiten Teilsensor zur Erfassung des Anliegens der rechten Hand am Lenkrad vorhanden. Der erste Teilsensor ist dabei vorzugsweise in der linken Hälfte des Lenkrads integriert, wohingegen der zweite Teilsensor in der rechten Hälfe des Lenkrads integriert ist.
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Die Teilsensoren sind vorzugsweise vom gleichen Sensortyp, beispielsweise kapazitiv oder resistiv. In der Auswerte-Einheit werden beispielsweise ein den ersten Teilsensor betreffendes erstes Messsignal und ein den zweiten Teilsensor betreffendes zweites Messsignal einzeln ausgewertet und anhand der beiden Messsignale entscheiden, ob lediglich eine einzige Hand am Lenkrad anliegt oder beide Hände am Lenkrad anliegen.
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Im Fall von kapazitiven Teilsensoren sind beispielsweise zwei nicht elektrisch verbundene getrennte Sensormatten im Lenkrad in der linken bzw. rechten Lenkradhälfte integriert, wobei in der Auswerte-Einheit ein für die Kapazität der ersten Sensormatter charakteristisches Signal und ein für die Kapazität der zweites Sensormatter charakteristisches Signal zur Erkennung des Hand-Anlage-Zustands ausgewertet werden.
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Jeder Teilsensor kann weitere an verschiedenen Orten des Lenkrads angeordnete Subsensoren umfassen, so dass beispielsweise die Lage der jeweiligen Hand am Lenkradkranz bestimmt werden kann.
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Bei einer alternativen Ausführungsform werden ein im Lenkrad integrierter erster Sensor, z. B. ein kapazitiver Sensor, und eine Kamera verwendet. Beispielsweise handelt es sich um eine im Fahrercockpit aus Sicht des Fahrers hinter dem Lenkrad angeordnete Kamera (beispielsweise im Bereich der Instrumentenkombination angeordnet), die auf den Fahrer gerichtet ist.
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Anhand eines Signals des ersten Sensors wird festgestellt, ob mindestens eine Hand am Lenkrad anliegt. Dies kann auf konventionelle Weise erfolgen. Anhand eines Videosignals der Kamera wird entschieden, ob - im Fall des Erkennens des Anliegens zumindest einer Hand am Lenkrad mittels des ersten Sensors - eine einzige Hand oder zwei Hände am Lenkrad anliegen.
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Ein zweiter Aspekt der Erfindung betrifft ein Fahrerassistenzsystem zum automatisierten Fahren mit zumindest automatisierter Querführung. Hierbei handelt es sich beispielsweise um ein Fahrsystem zum assistierten, teilautomatisierten, hochautomatisierten oder vollautomatisierten Fahren. Das Fahrerassistenzsystem umfasst eine wie vorstehend beschriebene Hands-On-Detektionsvorrichtung nach dem ersten Aspekt der Erfindung. Das Fahrerassistenzsystem ist eingerichtet, ausgehend von einem Fahrzustand ohne automatisierte Querführung mittels der Hands-On-Detektionsvorrichtung festzustellen, dass der Fahrer, der zunächst das Lenkrad mit beiden Händen berührt hat, eine Hand vom Lenkrad - bei verbleibender anderer Hand am Lenkrad - genommen hat (d. h. lediglich ein Anliegen einer einzigen Hand am Lenkrad festgestellt wird). In Reaktion hierauf wird dann die automatisierte Querführung aktiviert, ggf. wird dann auch eine automatisierte Längsführung aktiviert.
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Im Unterschied zu einem konventionellen Ansatz zur Aktivierung der automatisierten Querführung mittels Freigabe des Lenkrads erfolgt die Aktivierung der Querführung bereits dann, wenn nur eine Hand vom Lenkrad genommen wird. Dies hat den Vorteil, dass die am Lenkrad verbleibende Hand nach wie vor für eine sichere Querführung sorgen kann, falls keine zuverlässige Automatisierung aufgebaut werden kann. Mit dieser am Lenkrad verbleibenden Hand kann der Fahrer unmittelbar das Regelverhalten der Querführung spüren und ist bereit, bei nicht zufriedenstellendem Aufbau der Automatisierung einzugreifen, und kann auch - bei stabiler Querführung - loslassen und freihändig fahren. Somit kann die Querführung (und ggf. auch die Längsführung) durch eine blind bedienbare Bedienhandlung an das Fahrerassistenzsystem übergeben werden, wobei der Fahrer vor dem Aufbau einer stabilen Fahrzeugführung weiterhin eingreifen kann.
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Es wird darauf hingewiesen, dass zusätzlich auch vorgesehen sein kann, dass die automatisierte Querführung auch dann aktiviert wird, wenn festgestellt wird, dass beide Hände vom Lenkrad genommen werden.
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Der Ausgangszustand, von dem aus die Querführung aktiviert wird, kann beispielsweise auch ein Zustand sein, in dem sich die Querführung (ggf. auch die Längsführung) im Standby-Zustand (d. h. im Bereitschaftszustand) befindet, nachdem die Querführung durch eine Bedienhandlung zwar deaktiviert wurde, jedoch in einen Standby-Zustand versetzt wurde.
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Der Ausgangszustand, von dem aus die Querführung durch einseitiges Loslassen des Lenkrads aktiviert werden kann, kann beispielsweise auch ein Zustand sein, in dem bereits eine ggf. vorhandene Längsführung bereits aktiv ist, beispielsweise weil vorher bereits die Querführung in den Standby-Zustand versetzt wurde, wobei die Längsführung jedoch beibehalten wurde.
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Es ist von Vorteil, wenn die Benutzerschnittstelle des Fahrerassistenzsystems eine Ausgabekomponente zum Anbieten von automatisiertem Fahren mit zumindest automatisierter Querführung an den Fahrer umfasst. Bei der Ausgabekomponente handelt es sich beispielsweise um eine Anzeige im Fahrzeugcockpit, insbesondere um eine Anzeige in der Instrumentenkombination oder eine Lenkradanzeige, oder ein Head-up-Display. Alternativ oder zusätzlich kann das Angebot auch akustisch (z. B. ein einfacher Signalton oder eine Sprachausgabe) und/oder haptisch (z. B. über das Lenkrad oder über den Sitz) erfolgen.
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Das Fahrerassistenzsystem ist eingerichtet, über die Ausgabekomponente automatisiertes Fahren mit zumindest automatisierter Querführung dem Fahrer anzubieten. Beispielsweise wird eine Fahrfunktion zum automatisierten Fahren mit zumindest automatisierter Querführung (z. B. hochautomatisiertes Fahren, teilautomatisiertes Fahren oder nur eine Spurhalteassistenzfunktion ohne Längsführung) dem Fahrer angeboten, nachdem festgestellt wurde, dass diese Fahrfunktion nun verfügbar ist (beispielsweise im Fall des hochautomatisierten Fahrens nachdem das Fahrzeug einen Straßenabschnitt erreicht hat, der für hochautomatisiertes Fahren freigegeben ist). Beispielsweise kann eine Textausgabe auf dem Bildschirm mit dem Inhalt ausgegeben werden: „Hochautomatisiertes Fahren verfügbar. Zum Aktiveren bitte das Lenkrad mit zumindest einer Hand loslassen“.
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Das System prüft, ob der Fahrer die angebotene Fahrfunktion zum automatisierten Fahren über die Annahmekomponente annimmt. Hierzu wird geprüft, ob der Fahrer eine Hand vom Lenkrad - bei verbleibender anderer Hand am Lenkrad - genommen hat, um hieran eine fahrerseitige Annahme des angebotenen automatisierten Fahrens festzustellen (ggf. müssen noch ein oder mehrere weitere Kriterien zur Annahme erfüllt werden, z. B. das Fahrpedal losgelassen werden). In Reaktion auf die Feststellung der fahrerseitigen Annahme des Angebots wird die angebotene Fahrfunktion zum automatisierten Fahren seitens des Systems aktiviert.
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Es ist von Vorteil, wenn das Fahrerassistenzsystem eingerichtet ist, über die Ausgabekomponente dem Fahrer die notwendige Bedienhandlung zur Annahme der angebotenen Fahrfunktion mitzuteilen. Das Angebot der Fahrfunktion kann auch implizit als Teil der Mitteilung über die Bedienhandlung erfolgen (z. B. „Zum Hochautomatisierten Fahren bitte das Lenkrad mit zumindest einer Hand loslassen“). Das Anbieten der Fahrfunktion und das Mitteilen der notwendigen Bedienhandlung erfolgen vorzugsweise über dasselbe Ausgabeelement der Ausgabekomponente (beispielsweise über denselben Bildschirm); dies ist jedoch nicht zwingend.
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Vorzugsweise kann eine automatisierte Querführung (und ggf. auch eine automatisierte Längsführung) durch Anlegen der Hände an das Lenkrad wieder deaktiviert werden. Ausgehend von einem Fahrzustand mit aktivierter automatisierter Querführung (und ggf. automatisierter Längsführung) wird mittels der Hands-On-Detektionsvorrichtung erkannt, dass wieder beide Hände am Lenkrad anliegen, und in Reaktion hierauf wird die automatisierte Querführung deaktiviert (ggf. wird auch eine automatisierte Längsführung deaktiviert). Die Aktivierung der Querführung erfolgt also bereits bei Loslassen bereits einer Hand vom Lenkrad, wohingegen zum Deaktivieren der Querführung mit beiden Händen ans Lenkrad zu greifen ist.
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Alternativ oder zusätzlich zur Deaktivierung der Querführung durch Greifen des Lenkrads mit beiden Händen kann vorgesehen sein, dass die Querführung auch durch Überlenken der automatisierten Querführung deaktiviert wird. Hierzu wird beispielsweise das vom Fahrer aufgebrachte Lenkmoment gemessen und bei Überschreiten eines Schwellwerts die Querführung deaktiviert.
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Es kann vorgesehen sein, dass das Fahrzeug eine Fahrerblickerfassungseinrichtung aufweist, mit der erfasst werden kann, ob der Fahrer auf die dem Fahrzeug vorausliegende Verkehrssituation blickt. Hierzu kann beispielsweise eine beispielsweise im Cockpit integrierte Innenraumkamera verwendet werden. Eine Deaktivierung einer aktiven Querführung kann beispielsweise auch dann ausgelöst werden, wenn der Fahrer (statt beider Hände) bereits nur eine einzige Hand an das Lenkrad anlegt, sofern mittels der Fahrerblickerfassungseinrichtung festgestellt wurde, dass der Fahrer auf die vorausliegende Verkehrssituation blickt.
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Ein dritter Aspekt der Erfindung betrifft ein Fahrerassistenzsystem zum automatisierten Fahren mit zumindest automatisierter Querführung, welches eine Hands-On-Detektionsvorrichtung nach dem ersten Aspekt der Erfindung umfasst. Während des automatisierten Fahrens kann das Fahrerassistenzsystem eine Übernahme-Aufforderung an den Fahrer ausgegeben, mit der das System den Fahrer auffordert, die die Längs- und/oder Querführung des Fahrzeugs zu übernehmen.
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Ein System zum automatisierten Fahren weist im Allgemeinen Systemgrenzen hinsichtlich der vom System beherrschbaren Fahrsituationen auf. Sofern vom System während des automatisierten Fahrens eine aktuelle oder vorausliegende Fahrsituation erkannt wird, die beispielsweise außerhalb der Systemgrenzen des Systems liegt und vom System nicht oder nicht zufriedenstellend gelöst werden kann, fordert das System den Fahrer zur Übernahme der Fahrzeugführung auf, damit der Fahrer das Fahrzeug über die Primärbedienelemente (wie beispielsweise Lenkrad, Bremspedal oder Fahrpedal) der manuellen Fahrzeugführung führt. Eine Übernahme-Aufforderung kann insbesondere ausgegeben werden, wenn ein zum automatisieren Fahren, insbesondere hochautomatisierten Fahren, ausgewiesener Streckenabschnitt endet.
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In einem Fahrzustand mit zumindest aktivierter automatisierter Querführung wird vom System eine Übernahme-Aufforderung an den Fahrer auszugeben. Es wird dann geprüft, ob der Fahrer beide Hände ans Lenkrad anlegt. Falls dies der Fall ist, kann hieran eine Quittierung der Übernahme-Aufforderung festgestellt werden. Gegebenenfalls kann vorgesehen sein, dass neben dem Greifen des Lenkrads mit beiden Händen noch ein oder mehrere weitere Bedingungen zum Quittieren der Übernahme-Aufforderung vorliegen müssen, beispielsweise das Betätigen des Fahrpedals.
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Die Quittierung einer Übernahme-Aufforderung mit Detektion des Anliegens beider Hände am Lenkrad statt nur einer einzigen Hand am Lenkrad ist vor dem Hintergrund sinnvoll, dass das Falsch-Positiv-Erkennungsrisiko der Quittierung einer Übernahme-Aufforderung durch Detektion des Anliegens beider Hände geringer ist als durch Detektion des Anliegens einer einzigen Hand. So könnte beispielsweise mit einem Gegenstand oder dem Fuß die Übernahme-Aufforderung versehentlich quittiert werden. Das Quittieren einer Übernahme-Aufforderung durch Anliegen beider Hände kann deutlich zuverlässiger erkannt werden.
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Statt einer Übernahme-Aufforderung könnte ein Fahrerassistenzsystem mit zumindest automatisierter Querführung auch eine Hands-On-Aufforderung an den Fahrer ausgeben, die dann durch Anlegen beider Hände an das Lenkrad quittiert wird. Dies kann über die Hands-On-Detektionsvorrichtung erkannt werden.
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Bei einer Hands-on-Aufforderung wird der Fahrer aufgefordert, die Hände an das Lenkrad zu nehmen, ohne dass der Fahrer tatsächlich lenken muss (das macht das Fahrsystem für den Fahrer). Der Fahrer kann dann aber schnell eingreifen, sofern es die Situation erfordert. Bei einer Übernahme-Aufforderung wird der Fahrer aufgefordert, nicht nur die Hände an das Lenkrad zu nehmen, sondern die Lenkung des Fahrzeugs und gegebenenfalls auch Längsführung des Fahrzeugs zu übernehmen. Eine Hands-On-Aufforderung könnte beispielsweise dann ausgegeben werden, wenn es sich um einen teilautomatisierten oder assistierten Hands-on-Fahrbetrieb handelt, bei dem der Fahrer grundsätzlich die Fahrer grundsätzlich die Hände am Lenkrad haben soll. Sofern der Fahrer von dieser Forderung abweicht, kann das System dies feststellen und den Fahrer mittels eine Hands-On-Aufforderung dazu auffordern, die Hände an das Lenkrad zu nehmen. Eine Hands-On-Aufforderung könnte beispielsweise auch ausgegeben werden, sofern das System von einem Hands-off-Fahrbetrieb, bei dem der Fahrer die Hände nicht am Lenkrad haben muss, in einen Hands-on-Fahrbetrieb umschaltet, bei dem der Fahrer aus Sicherheitsgründen eine oder beide Hände am Lenkrad halten muss.
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Alternativ oder zusätzlich zu der vorstehend über die Hands-On-Detektionsvorrichtung erkannte Quittierung einer Übernahme-Aufforderung oder Hands-On-Aufforderung mittels beider Hände kann auch vorgesehen sein, dass eine Quittierung durch Anlegen einer einzigen Hand an das Lenkrad möglich ist, sofern mittels einer entsprechenden Fahrerblickerfassungseinrichtung festgestellt wurde, dass der Fahrer auf die vorausliegende Verkehrssituation blickt (d. h. nach vorne durch die Windschutzscheibe, sofern das Fahrzeug vorwärts fährt).
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Ein vierter Aspekt der Erfindung betrifft ein Fahrerassistenzsystem mit einer Fahreraufmerksamkeitsüberwachung, wobei das Fahrerassistenzsystem mit der Hands-On-Detektionsvorrichtung nach dem ersten Aspekt der Erfindung ausgestattet ist. Beispielsweise kann das Fahrerassistenzsystem ein Fahrerassistenzsystem zum teilautomatisierten oder assistierten Fahren mit zumindest automatisierter Querführung sein, wobei während des teilautomatisierten bzw. assistierten Fahrens die Aufmerksamkeit des Fahrers geprüft wird. Wenn eine ausreichende Aufmerksamkeit des Fahrers vermisst wird, da beispielsweise festgestellt wurde, dass der Fahrer die Hände vom Lenkrad genommen hat, kann der Fahrer beispielsweise aufgefordert werden, die Hände ans Lenkrad zu nehmen. Sofern er dieser Hands-On-Aufforderung nicht nachkommt, kann die automatisierte Fahrfunktion vom System beendet werden.
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Die Aufmerksamkeit des Fahrers kann daran festgestellt werden, dass beide Hände am Lenkrad anliegen. Die Fahreraufmerksamkeit kann relativ sicher detektiert werden, da sich kaum versehentlich beide Hände am Lenkrad befinden. Gegebenenfalls können auch weitere zusätzliche Voraussetzungen geprüft werden, um zu entscheiden, ob der Fahrer aufmerksam ist.
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Es kann vorgesehen sein, dass der Aufmerksamkeits-Anforderung des Systems auch dann entsprochen werden kann, wenn nur eine einzige Hand am Lenkrad anliegt, sofern mittels einer Fahrerblickerfassungseinrichtung festgestellt wurde, dass der Fahrer auf die vorausliegende Verkehrssituation blickt.
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Die vorstehend beschriebenen Aspekte zwei bis vier der Erfindung können in beliebiger Weise in einem Fahrerassistenzsystem kombiniert werden. Beispielsweise kann bei einem Fahrerassistenzsystem die Querführung mittels Loslassen des Lenkrads mit nur einer einzigen Hand bei verbleibender anderer Hand am Lenkrad aktiviert werden, wohingegen eine Übernahme-Aufforderung des Systems durch Greifen des Lenkrads mit beiden Händen (statt nur mit einer einzigen Hand) quittiert werden kann.
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Ein fünfter Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erkennen des Anliegens der Hände am Lenkrad. Das Verfahren umfasst die Schritte:
- - Erfassen des Anliegens der Hände am Lenkrad mittels einer Sensorik; und
- - basierend hierauf Angeben eines vorliegenden Hand-Anlage-Zustands aus einer Mehrzahl von unterscheidbaren Hand-Anlage-Zuständen bezüglich des Anliegens der Hände am Lenkrad, wobei die Mehrzahl der unterscheidbaren Hand-Anlage-Zustände umfassen:
- - ein Anliegen lediglich einer einzigen Hand am Lenkrad;
- - ein Anliegen beider Hände am Lenkrad;
- - kein Anliegen der Hände am Lenkrad.
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Die vorstehenden Ausführungen zur erfindungsgemäßen Hands-On-Detektionsvorrichtung nach dem ersten Aspekt der Erfindung gelten in entsprechender Weise auch für das erfindungsgemäße Verfahren nach dem fünften Aspekt der Erfindung. An dieser Stelle und in den Patentansprüchen nicht explizit beschriebene vorteilhafte Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Verfahrens entsprechen den vorstehend beschriebenen oder in den Patentansprüchen beschriebenen vorteilhaften Ausführungsbeispielen der erfindungsgemäßen Hands-On-Detektionsvorrichtung.
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Ein sechster Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Aktiveren einer automatisierten Querführung eines Fahrerassistenzsystems eines Kraftfahrzeugs, mit den Schritten:
- - ausgehend von einem Fahrzustand ohne aktivierte automatisierte Querführung, Feststellen, dass der Fahrer eine Hand vom Lenkrad - bei verbleibender anderer Hand am Lenkrad - genommen hat,
- - in Reaktion hierauf, Aktivieren der automatisierten Querführung.
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Die vorstehenden Ausführungen zum erfindungsgemäßen Fahrerassistenzsystem nach dem zweiten Aspekt der Erfindung gelten in entsprechender Weise auch für das erfindungsgemäße Verfahren nach dem sechsten Aspekt der Erfindung. An dieser Stelle und in den Patentansprüchen nicht explizit beschriebene vorteilhafte Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Verfahrens nach dem sechsten Aspekt der Erfindung entsprechen den vorstehend beschriebenen oder in den Patentansprüchen beschriebenen vorteilhaften Ausführungsbeispielen des erfindungsgemäßen Fahrerassistenzsystems nach dem zweiten Aspekt der Erfindung.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand verschiedener Ausführungsbeispiele unter Zuhilfenahme der beigefügten Zeichnungen beschrieben. In diesen zeigen:
- 1 ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Hands-On-Detektionsvorrichtung;
- 2 ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Hands-On-Detektionsvorrichtung;
- 3 ein erstes Ausführungsbeispiel zur Funktionsweise eines beispielhaften erfindungsgemäßen Fahrerassistenzsystems; und
- 4 ein zweites Ausführungsbeispiel zur Funktionsweise eines beispielhaften erfindungsgemäßen Fahrerassistenzsystems.
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In 1 ist ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Hands-On-Detektionsvorrichtung für ein Lenkrad 1 schematisch dargestellt. Hierbei ist zumindest die Sensorik im Lenkrad 1, insbesondere im Lenkradkranz, integriert; die Auswertung kann innerhalb oder außerhalb des Lenkrads 1 erfolgen.
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Die Hands-On-Detektionseinrichtung umfasst einen ersten Teilsensor 2a, der in der linken Hälfte des Lenkradkranzes integriert ist, und einen zweiten Teilsensor 2b, der in der rechten Hälfe des Lenkradkranzes integriert ist. Bei den Teilsensoren 2a und 2b handelt es sich beispielsweise um zwei kapazitive Sensormatten.
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Der erste Teilsensor 2a ist mit einer ersten Teil-Auswerte-Einheit 3a elektrisch verbunden, die eingerichtet ist festzustellen, ob der Fahrer mit der linken Hand das Lenkrad im Sensorbereich des Teilsensors 2a berührt, beispielsweise durch Messen einer für die Kapazität charakteristischen Größe, die bei Berühren des von dem jeweiligen Teilsensor überwachten Lenkradbereichs einer Veränderung unterworfen ist. Der zweite Teilsensor 2b ist mit einer zweiten Teil-Auswerte-Einheit 3b elektrisch verbunden, die eingerichtet ist festzustellen, ob der Fahrer mit der rechten Hand das Lenkrad 1 im Sensorbereich des Teilsensors 2b berührt, beispielsweise durch Messen eine für die Kapazität charakteristischen Größe.
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Anhand der vorzugsweise digitalen Auswerte-Signale der beiden Teil-Auswerte-Einheiten 3a, 3b, die jeweils angeben, ob mittels des jeweiligen Teilsensors 2a, 2b ein Berühren mit der linken bzw. rechten Hand feststellt wurde, kann in der Auswerte-Einheit 4 ermittelt werden, ob
- - lediglich eine einzige Hand am Lenkrad 1 anliegt (Hand-Anlage-Zustand 1H),
- - beide Hände am Lenkrad 1 anliegen (Hand-Anlage-Zustand 2H) oder
- - keine Hand am Lenkrad 1 anliegt (Hand-Anlage-Zustand 0H).
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Das vorzugsweise digitale Ausgangssignal 5 der Auswerte-Einheit 4 gibt an, welcher der Hand-Anlage-Zustände 2H, 1H, 0H vorliegt, und kann von einem Fahrerassistenzsystem ausgewertet werden.
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Bei einer dazu alternativen Ausführungsform in 2 wird ein im Lenkrad 1 integrierter konventioneller Sensor 20 verwendet, mittels dessen in einer Auswerte-Einheit 30 festgestellt wird, ob mindestens eine Hand am Lenkrad anliegt. Hierbei kann zunächst keine Unterscheidung darüber getroffen werden, ob eine einzige Hand oder zwei Hände am Lenkrad anliegen.
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Ferner wird das Videosignal einer im Fahrzeugcockpit aus Sicht des Fahrers hinter dem Lenkrad angeordneten Kamera 60 verwendet. Diese ist beispielsweise im Bereich der Instrumenten-Kombination angeordnet. Anhand des Videosignals der Kamera 60 wird in der Auswerte-Einheit 40 entschieden, ob - im Fall des Erkennens des Anliegens zumindest einer Hand am Lenkrad mittels des ersten Sensors - genau eine Hand oder zwei Hände am Lenkrad anliegen. Das vorzugsweise digitale Ausgangssignal 5 gibt an, ob lediglich eine einzige Hand am Lenkrad 1 anliegt, beide Hände am Lenkrad 1 anliegen oder keine Hand am Lenkrad 1 anliegt.
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In 3 ist die Funktionsweise eines beispielhaften erfindungsgemäßen Fahrerassistenzsystems mit zumindest automatisierter Querführung in stark vereinfachter Weise dargestellt. Beispielsweise handelt es sich um ein System zum hochautomatisierten Fahren (z. B. auf der Autobahn) oder teilautomatisierten Fahren oder um ein System mit Spurhalteassistenzfunktion ohne Längsführung. Das System unterstützt vorzugsweise sogar eine Mehrzahl von Automatisierungsgraden (beispielsweise teilautomatisiertes Fahren und hochautomatisiertes Fahren).
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Das Fahrerassistenzsystem kann sich in einem der dargestellten System-Zustände befinden:
- - in einem Zustand 100 („OFF“), in dem die automatisierte Querführung nicht aktiviert ist, eine ggf. vorhandene Längsführung ist auch nicht aktiv;
- - in einem Zustand 110 („Q“ - automatisierte Querführung), in dem die automatisierte Querführung aktiviert ist (ggf. ist dann eine vorhandene Längsführung auch aktiviert);
- - in einem Zustand 120 („Q mit UEA“), in dem die automatisierte Querführung zwar aktiviert ist, jedoch das System den Fahrer durch eine Übernahmeaufforderung („UEA“) bereits zur Übernahme der Fahraufgabe aufgefordert hat.
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Es können weitere System-Zustände und Übergänge zwischen den System-Zuständen existieren, die in 3 nicht dargestellt sind.
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Sofern die Fahrfunktion zum automatisierten Fahren mit zumindest automatisierter Querführung verfügbar ist, bietet das System dem Fahrer im System-Zustand 100 („OFF“) ein automatisiertes Fahren mit zumindest automatisierter Querführung über eine Ausgabekomponente der Benutzerschnittstelle an, beispielsweise mit folgender Text-Ausgabe: „Automatisiertes Fahren verfügbar - zum Aktivieren bitte Lenkrad mit zumindest einer Hand loslassen“.
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Das Anbieten der Fahrfunktion zum automatisierten Fahren kann davon abhängen, ob der Fahrer vorher ein Bedienelement zur Automatisierung betätigt hat (z. B. eine Bedientaste). Wenn der Fahrer die Bedientaste nicht betätigt hat, wird keine Fahrfunktion zum automatisierten Fahren angeboten.
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Der Fahrer kann die angebotene Fahrfunktion durch einhändiges Loslassen des Lenkrads mit einer Hand bei verbleibender anderer Hand am Lenkrad annehmen. Die Feststellung, dass das Lenkrad mit einer Hand losgelassen wurde, während die andere Hand weiterhin am Lenkrad anliegt, entspricht beispielsweise einer erkannten Änderung des Hand-Anlage-Zustands von 2H zu 1H (s. 2H → 1H im Zustandsübergang 200 vom System-Zustand 100 zum System-Zustand 110 in 3).
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Der Fahrer kann die angebotene Fahrfunktion auch durch beidhändiges Loslassen des Lenkrads annehmen. Die Feststellung, dass das Lenkrad mit beiden Händen losgelassen wurde, entspricht beispielsweise einer erkannten Änderung des Hand-Anlage-Zustands von 2H zu 0H (s. 2H → 0H im Zustandsübergang 200 vom System-Zustand 100 zum System-Zustand 110 in 3).
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Ferner kann der Fahrer die angebotene Fahrfunktion auch durch Loslassen des Lenkrads mit einer Hand annehmen, wenn der Fahrer vorher das Lenkrad lediglich mit einer Hand berührt hat (s. 1H → 0H im Zustandsübergang 200 vom System-Zustand 100 zum System-Zustand 110).
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In allen drei Fällen wird das automatisierte Fahren mit zumindest automatisierter Querführung aktiviert (ggf. wird auch die Längsführung aktiviert) und das System wechselt in den Zustand 110 („Q“).
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Zur Deaktivierung der automatisierten Querführung muss der Fahrer beide Hände an das Lenkrad anlegen. Sofern festgestellt wurde, dass der Fahrer wieder beide Hände an das Lenkrad anlegt hat (s. 0H → 2H im Zustandsübergang 210 vom System-Zustand 110 zum System-Zustand 100), wechselt das System wieder in den Zustand 100 („OFF“). Vorzugsweise wird auch eine ggf. aktivierte Längsführung bei Anlegen beider Hände an das Lenkrad deaktiviert; alternativ wäre aber auch denkbar, dass die Längsführung bei Anlegen beider Hände ans Lenkrad erhalten bleibt.
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Sofern der Fahrer im Zustand 110 noch eine Hand am Lenkrad hat (beispielsweise weil er das Lenkrad nach Aktivieren der automatisierten Querführung nicht vollständig losgelassen hat) kann in den Zustand 100 gewechselt werden, wenn der Fahrer beide Hände an das Lenkrad anlegt (1H → 2H).
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Alternativ oder zusätzlich zur Deaktivierung durch zwei am Lenkrad anliegende Hände kann vorgesehen sein, dass das System vom Zustand 110 in den Zustand 100 wechselt, wenn der Fahrer die automatisierte Querführung überlenkt.
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Sofern im Zustand 110 mit aktivierter Querführung das System feststellt, dass der Fahrer die Fahrzeugführung, insbesondere die Querführung, wieder übernehmen soll, wird eine Übernahme-Aufforderung an den Fahrer ausgegeben. Dies entspricht dem Zustandsübergang 220 mit der Übernahme-Aufforderung („UEA“ - Übernahmeaufforderung).
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Nach Ausgabe der Übernahme-Aufforderung befindet sich das System in einem Zustand 120, in dem der Fahrer die Übernahme-Aufforderung quittieren muss. Hierfür muss der Fahrer in diesem Ausführungsbeispiel wieder beide Hände an das Lenkrad anlegen. Sofern festgestellt wurde, dass der Fahrer beide Hände an das Lenkrad anlegt hat (s. 0H → 2H im Zustandsübergang 230 vom System-Zustand 120 zum System-Zustand 100), wechselt das System wieder in den Zustand 100 („OFF“).
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In 4 ist die Funktionsweise eines beispielhaften, weiteren erfindungsgemäßen Fahrerassistenzsystems mit zumindest automatisierter Querführung in stark vereinfachter Weise dargestellt. Beispielsweise handelt es sich um ein System zum hochautomatisierten Fahren (z. B. auf der Autobahn) oder teilautomatisierten Fahren oder um ein System mit Spurhalteassistenzfunktion ohne Längsführung.
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Das Fahrerassistenzsystem kann sich in einem der dargestellten Zustände befinden:
- - in einem Zustand 100 („OFF“), in dem die automatisierte Querführung nicht aktiviert ist, eine ggf. vorhandene Längsführung ist auch nicht aktiv;
- - in einem Zustand 110 („Q“), in dem die automatisierte Querführung aktiviert ist (ggf. ist dann eine vorhandene Längsführung auch aktiviert);
- - in einem Zustand 120 („Q“), in dem die automatisierte Querführung zwar aktiviert ist, jedoch das System den Fahrer durch eine Übernahmeaufforderung („UEA“) bereits zur Übernahme der Fahraufgabe aufgefordert hat;
- - in einem Zustand 130 („Q-Standby“), in dem sich die automatisierte Querführung in einem Standby-Zustand (d. h. Bereitschaftszustand) befindet und nicht aktiv ist, jedoch durch Loslassen des Lenkrads mit zumindest einer Hand wieder aktiviert werden kann.
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Es können weitere Zustände und Übergänge existieren, die in 4 nicht dargestellt sind.
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Im Folgenden werden nur die Unterschiede zu 3 erläutert.
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Durch Betätigen einer Bedientaste AUTO zum Aktivieren des automatisierten Fahren wechselt das System vom Zustand 100 („OFF“) zum Zustand 110 („Q“), so dass das automatisierte Fahren mit zumindest automatisierter Querführung aktiviert wird (ggf. wird auch die Längsführung aktiviert), sofern die Fahrfunktion zum automatisierten Fahren verfügbar ist (s. Zustandsübergang 300 in 4).
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Zur Deaktivierung der automatisierten Querführung (ggf. auch der Längsführung) betätigt der Fahrer die Bedientaste AUTO (s. Zustandsübergang 310).
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Sofern der Fahrer im Zustand 110 mit aktivierter Querführung beide Hände an das Lenkrad nimmt (s. Zustandsübergang 320), wird die Querführung deaktiviert und in einen Standby-Zustand 130 („Q-Standby“) überführt, in dem die Querführung ohne erneute Betätigung der Taste AUTO einfach aktiviert werden kann. Alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen sein, dass bei Feststellen des Überlenkens der automatisierten Querführung seitens Fahrers im Zustand 110 in gleicher Weise in den Standby-Zustand 130 gewechselt wird.
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Bei Übergang in den Zustand 130 kann eine etwaig aktive automatisierte Längsführung auch deaktiviert werden oder bei alternativen Ausgestaltung beibehalten werden.
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Im Standby-Zustand 130 mit kann der Fahrer bei beidhändigem Halten des Lenkrads durch Loslassen einer einzigen Hand (2H -> 1H) oder beider Hände (2H -> 0H) wieder leicht in den Zustand 110 mit zumindest automatisierter Querführung wechseln (s. Zustandsübergang 330 in 4).
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102013010928 A1 [0005]
- DE 102007052258 A1 [0005]
- DE 10261624 A1 [0005]
- DE 102010035940 A1 [0009]
- EP 2028078 A1 [0009]
- DE 102015007740 A1 [0009]
- DE 102004062040 A1 [0009]
