-
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung eines haptischen Feedbacks an einen Fahrzeugführer eines Fahrzeuges nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Zum Stand der Technik wird beispielshalber auf die
EP 2 364 896 B1 und die
DE 10 2010 014 946 A1 verwiesen.
-
Eine Aufgabe von Fahrerassistenzsystemen in Fahrzeugen ist es, den Fahrer bzw. den Fahrzeugführer vor möglichen Gefahren im Fahrbetrieb zu warnen. Eine solche Ausprägung ist beispielweise eine Spurverlassenswarnung. Eine derartige Spurverlassenswarnung erfasst über kamerabasierte Sensorik die Fahrbahnmarkierungen und warnt den Fahrzeugführer bei einer ungewollten Überfahrt einer solchen Fahrbahnmarkierung vor einem Verlassen der Fahrspur.
-
Um dem Fahrer dabei ein bestmögliches Feedback bzw. eine bestmögliche Rückmeldung und Assistenzfunktion im Allgemeinen bereitzustellen, sind für unterschiedliche Assistenzsysteme unterschiedliche Warnkanäle bekannt. Einer dieser Warnkanäle ist beispielsweise eine haptische Rückmeldung. Eine solche haptische Rückmeldung bzw. ein haptisches Feedback an den Fahrzeugführer kann beispielsweise über eine Vibration am Lenkrad bzw. an einer Lenkhandhabe erfolgen. So ist es beispielsweise üblich, dass zur Spurverlassenswarnung an einen Fahrzeugführer eine Lenkradvibration ausgegeben wird.
-
Die Vibration des Lenkrads kann dabei auf unterschiedlichen Wegen erzeugt werden. Beispielsweise ist es möglich, einen Unwuchtmotor direkt in das Lenkradsystem zu integrieren, welcher dann eine Vibration desselben erzeugt.
-
Weiterhin ist es möglich, wie beispielsweise in der
DE 10 2010 014 946 A1 aufgezeigt, die Vibration zur Spurverlassens- bzw. Spurhalteassistenz mit Hilfe des Unterstützungsmotors des Lenksystems zu erzeugen.
-
Der Unterstützungsmotor unterstützt den Fahrer beim Lenken, indem die vom Fahrer aufgebrachte Kraft zum Lenken durch beispielsweise ein Hydrauliksystem (Hydraulik-Pumpe, -Steuerung, -Motor) oder einen Elektromotor verstärkt wird. Zur Erzeugung der Vibration des Lenkrades wird dabei ein alternierendes Motormoment aufgeprägt, über welches der Unterstützungsmotor das Lenksystem in Schwingungen versetzt. Diese Schwingungen übertragen sich bis in das Lenkrad und werden dort vom Fahrer als Vibration wahrgenommen.
-
Durch die Anregung des Lenksystems während der Vibration des Lenkrades sinkt die natürliche Dämpfung bzw. Reibung im Lenksystem, welche üblicherweise dem Fahrer in seiner Lenkaufgabe stets entgegen wirkt. Als Resultat daraus gehen mehr bewegte Teile des Lenkstrangs von einer Haftin eine Gleitreibung über. Der höhere Anteil an Gleitreibung führt dazu, dass sich für das Lenksystem eine geringere Gesamtreibung und damit auch ein anderes für die Lenkaufgabe notwendiges Lenkmoment ergibt.
-
Ein solcher Einbruch der Reibung bzw. des Lenkmoments tritt dabei üblicherweise zeitgleich mit Beginn der Lenkradvibration auf. Vom Fahrer kann ein solcher Reibungseinbruch insofern als störend empfunden werden, als dass die Lenkung während der Vibration als deutlich leichtgängiger im Vergleich zu der Lenkung ohne eine Lenkradvibration empfunden wird. Aufgrund der Leichtigkeit kann es beispielsweise zu einer ungewollten Lenkbewegung seitens des Fahrers kommen.
-
In der
EP 2 364 896 B1 ist eine Reibungskompensation eines Lenksystems beschrieben. Dabei wird ein Verfahren vorgeschlagen, welches innere Reibungen des Lenksystems durch Veränderung der Motordrehzahl auszugleichen vermag.
-
Es ist somit Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren und ein Lenksystem eines Fahrzeuges zur Erzeugung eines haptischen Feedbacks an einen Fahrzeugführer aufzuzeigen, welche die genannte Problemstellung zu lösen und dem Fahrzeugführer ein haptisches Feedback ohne Komforteinbußen zu übermitteln vermag.
-
Die Lösung der Aufgabe ergibt sich durch ein Verfahren zur Erzeugung eines haptischen Feedbacks an einen Fahrzeugführer mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Vorteilhafte Aus- und Weiterbildungen sind Inhalt der Unteransprüche.
-
Dabei wird ein Verfahren vorgeschlagen, bei welchem ein Aktuator ein haptisches Feedback durch Aufbringen eines um ein mittleres Gesamtmoment alternierendes Zusatzmoment an einer Lenkhandhabe eines Fahrzeuges erzeugt.
-
Wird von dem Lenksystem ein bevorstehendes haptisches Feedback registriert bzw. erkannt, so ist es vorgesehen, dass der Betrag des mittleren Gesamtmoments, welches auf die Lenkhandhabe wirkt, auf ein sogenanntes Kompensationsmoment erhöht wird. Der Aktuator erzeugt demnach quasi ein dem Lenkmoment entgegenwirkendes Kompensationsmoment. Weiterhin bzw. alternativ ist es vorgesehen, dass die Erhöhung bzw. Anpassung auf das genannte Kompensationsmoment zeitgleich mit dem Eintreten des haptischen Feedbacks an der Lenkhandhabe erfolgt.
-
Das Aufschalten bzw. Entgegenschalten des genannten Kompensationsmoments bewirkt, dass sich zum Zeitpunkt der Aufschaltung des haptischen Feedbacks keine Differenz zum zeitlich unmittelbar vor der Aufschaltung herrschenden mittleren Gesamtlenkmoment ergibt.
-
Unter mittlerem Gesamtmoment wird dabei im Sinne dieser Erfindung das aktuell während einer Fahrt, ohne das Erfolgen eines haptischen Feedbacks bzw. einer haptischen Rückmeldung an der Lenkhandhabe (insbesondere des Lenkrads), herrschende (gemittelte) Moment, welches vom Aktuator gestellt wird, verstanden.
-
Das Kompensationsmoment stellt dabei ein zusätzlich bzw. aufsummierend zum mittleren Gesamtmoment aufgeschaltetes Moment auf die Lenkhandhabe dar.
-
Der durch die erhöhte Gleitreibung einhergehende Effekt eines leichtgängigeren Lenkgefühls während der haptischen Rückmeldung am Lenkrad kann durch das erfindungsgemäße Verfahren kompensiert bzw. ausgeglichen bzw. vermieden werden. Denn durch das (zusätzliche) Aufschalten eines Moments (Kompensationsmoments) zu dem aktuell anliegenden mittlere Gesamtmoment, kann die vom Fahrzeugführer gefühlte Leichtigkeit bzw. einfachere Lenkbarkeit der Lenkhandhabe bzw. des Lenkrads kompensiert werden.
-
Die in der Problemstellung beschriebenen Komforteinbußen oder ungewollten Lenkausschläge können damit vorteilhaft vermieden werden.
-
In einer bevorzugten Ausführung der Erfindung ist das genannte haptische Feedback als Vibration, insbesondere als Lenkradvibration ausgebildet. Zur Erzeugung der Vibration des Lenkrades wird dabei ein alternierendes Motormoment bzw. alternierende Drehschwingungen in das Lenksystem bzw. auf die Lenkhandhabe aufgeprägt, über welches der Unterstützungsmotor das Lenksystem in Schwingungen versetzt. Diese Schwingungen übertragen sich bis in das Lenkrad und werden dort vom Fahrer als Vibration wahrgenommen.
-
Der Aktuator stellt dabei bevorzugt einen Unterstützungsmotor bzw. einen Servomotor des Fahrzeuges dar, welcher neben der Funktion der Erzeugung eines haptischen Feedbacks, den Fahrer bei der Lenkaufgabe unterstützt.
-
Alternativ dazu kann ebenso ein anderer, beispielsweise ein separater Motor (wie beispielsweise ein im Stand der Technik genannter Unwuchtmotor) das haptische Feedback erzeugen.
-
Das haptische Feedback ist dabei, wie bereits genannt, bevorzugt als Lenkradvibration ausgebildet. Die Beaufschlagung eines alternierenden Aktuatormoments, insbesondere durch einen Unterstützungsmotor des Lenksystems, wird vom Fahrzeugführer bzw. von dem Fahrzeuginsassen, welcher das Lenkrad berührt, als Vibration wahrgenommen. Somit kann das Niveau des Lenkmoments während der Vibration des Lenkrades durch das Kompensationsmoment so angehoben werden, dass der Einbruch der Dämpfung zu Beginn der Vibration kompensiert bzw. ausgeglichen wird.
-
Es ist daher bevorzugt vorgesehen, dass das Kompensationsmoment in seiner Richtung und Betrag so geartet ist, dass der Einbruch des Lenkmoments bzw. der Reibung für den Lenkhandhabehalter (also den Fahrzeugführer) idealerweise vollständig, zumindest jedoch teilweise kompensiert wird.
-
Der Betrag bzw. die Richtung bzw. die Höhe dieses Kompensationsmoments wird bevorzugt von einer separaten und geeigneten Funktion ermittelt.
-
Eine derartige Funktion hat vorzugsweise Kenntnis über den Verlauf des Lenkmoments, über den Lenkwinkel und dessen Verlauf sowie über die Veränderung der Reibung bzw. des Moments bei Eintritt des haptischen Feedbacks.
-
Mit den genannten bzw. mit weiteren Funktionsgrößen kann anschließend bevorzugt ein geeignetes Kompensationsmoment berechnet bzw. geschätzt werden. Basierend auf diesen Daten kann die Funktion bevorzugt jederzeit abschätzen, um welchen Betrag und in welche Richtung das Lenkmoment bei Einsetzen der Vibration bzw. des haptischen Feedbacks einbrechen wird. Dieser Schätzung bzw. Berechnung kann dann, zu Beginn oder vor dem Eintreten des haptischen Feedbacks, ein gegengerichtetes Kompensationsmoment durch den Aktuator, insbesondere durch den Unterstützungsmotor aufgeschaltet werden.
-
In einer bevorzugten Ausführung der Erfindung ist es vorgesehen, dass das Kompensationsmoment bis zum Ende des haptischen Feedbacks zumindest teilweise aufrechterhalten wird. Dies bedeutet, dass das Kompensationsmoment bevorzugt bis zur Beendigung des alternierenden Moments durch den Aktuator zumindest teilweise, also zumindest um einen bestimmten Betrag (größer Null) von dem Aktuator beaufschlagt wird.
-
Dies hat insbesondere den Vorteil, dass verhindert werden kann, dass bei plötzlicher Abschaltung des Kompensationsmoments während der haptischen Rückmeldung an der Lenkhandhabe der Lenkmomenteinbruch für den Fahrer spürbar wird.
-
Da jedoch zum Ende des haptischen Feedbacks bzw. der Vibration der Lenkhandhabe hin, auch ohne eine Aufschaltung eines Kompensationsmoments, in der Regel kein ausgeprägter Sprung des Lenkmoments mehr auftritt, ist es bevorzugt, dass das Kompensationsmoment noch vor Beendigung des haptischen Feedbacks bzw. zeitgleich mit Beendigung des haptischen Feedbacks auf den Wert Null zurückgenommen wird.
-
Dabei ist es weiterhin bevorzugt, dass das Kompensationsmoment zeitlich bis zum Ende des haptischen Feedbacks bzw. betraglich bis zum Erreichen des (beispielswiese ursprünglichen) mittleren Gesamtmoments abnimmt. Die Aufschaltung des Kompensationsmoments muss also nicht zwingendermaßen konstant über den zeitlichen Verlauf des haptischen Feedbacks gleich hoch sein, sondern kann bevorzugt bereits während dem haptischen Feedback bzw. während der Vibration schrittweise zurückgenommen werden. Beispielsweise kann eine solche Zurücknahme in einer Höhe von ca. 2 Nm/s bis 3 Nm/s erfolgen.
-
Das genannte haptische Feedback an der Lenkhandhabe ist dabei bevorzugt als Fahrerassistenzsystem und besonders bevorzugt als Spurhalteassistent ausgebildet. So warnt das Assistenzsystem den Fahrzeugführer durch eine haptische Rückmeldung, insbesondere durch eine Vibration der Lenkhandhabe bei ungewolltem Überschreiten der Fahrspur.
-
Durch das beschriebene Verfahren ist es möglich, eine Vibration bzw. eine haptische Rückmeldung der Lenkhandhabe eines Fahrzeuges mithilfe eines geeigneten Aktuators (insbesondere eines Unterstützungsmotors) zu generieren, ohne dass der Fahrzeugführer eine sprunghafte Änderung des (gemittelten) Lenkmoments bei Einsetzen der haptischen Rückmeldung wahrnimmt. Der Fahrzeugführer wird so durch die haptische Rückmeldung bzw. durch das haptische Feedback weniger in seiner Lenkarbeit gestört, wobei ein positiver Beitrag zur Erhöhung des Fahrkomforts geleistet werden kann.
-
Es wird weiterhin bevorzugt ein Lenksystem eines Fahrzeuges, insbesondere eines Kraftfahrzeuges bzw. eines Personenkraftwagens vorgeschlagen, welches zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignet ist. Ein solches Lenksystem umfasst bevorzugt eine Lenksäule, welche bevorzugt mit einer Lenkhandhabe bzw. einem Lenkrad verbunden ist, sowie ein Getriebe, welches mit der Lenksäule verbunden ist und mit einer Zahnstange zusammenwirkt, um die lenkbaren Räder des Fahrzeuges zu betätigen. Weiterhin umfasst das Lenksystem bevorzugt einen Unterstützungsmotor bzw. einen Servomotor, welcher mit einer Steuereinheit gekoppelt ist.
-
Weiterhin wird ein Computerprogram oder ein Computerprogrammprodukt vorgeschlagen, welches eingerichtet ist ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 - 4 auf einer elektronischen Rechen- und/oder Steuereinheit auszuführen.
-
Diese und weitere Merkmale gehen außer aus den Ansprüchen und aus der Beschreibung auch aus den Zeichnungen hervor, wobei die einzelnen Merkmale jeweils für sich alleine oder zu mehreren in Form von Unterkombinationen bei einer Ausführungsform der Erfindung verwirklicht sein und vorteilhafte sowie für sich genommen schutzfähige Ausführungen darstellen können, für die hier Schutz beansprucht wird.
-
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von einem Ausführungsbeispiel weiter erläutert.
- In 1 ist dabei die aktuelle Problemstellung aus dem Stand der Technik in einem Diagramm dargestellt.
- 2 zeigt ein Diagramm mit dem erfindungsgemäßen Verfahren.
-
Erfindungswesentlich können dabei sämtliche näher beschriebenen Merkmale sein.
-
Das erste Diagramm aus 1 zeigt den Verlauf über das Moment M an einem Lenkrad eines Fahrzeuges über die Zeit t betrachtet. Dabei wird die Situation aufgezeigt, wenn von einem Unterstützungsmotor ein alternierendes Moment Mx1 zum Zeitpunkt ti im Lenksystem aufgeschaltet wird und das Lenkrad dadurch in Schwingungen versetzt wird. Der Fahrer empfindet diese Schwingungen als Vibration am Lenkrad. Eine derartige Vibration durch das alternierende Moment Mx1 des Unterstützungsmotors ist eine technisch vergleichsweise einfach umzusetzende Möglichkeit um dem Fahrer in bestimmten Situationen ein haptisches Feedback zu generieren und somit ein Fahrerassistenzsystem bereitzustellen.
-
Beispielsweise kann eine derart erzeugte Vibration am Lenkrad den Fahrzeugführer vor einem ungewollten bzw. versehentlichen Verlassen einer Fahrspur warnen bzw. aufmerksam machen.
-
Jedoch bestehen bei den Systemen, welche im Stand der Technik bekannt sind (vgl. 1), noch Nachteile bei der Durchführung bzw. beim Verfahren zur Warnung des Fahrzeugführers durch eine Lenkradvibration, welche durch ein Unterstützungsmotor erzeugt wird. Ein solcher Nachteil ist ein Einbruch des Lenkmoments bzw. der Reibung bei Eintritt der Vibration am Lenkrad. Diese Problemstellung aus dem Stand der Technik soll im Folgenden anhand dem Diagramm aus 1 näher erläutert werden. In 2 wird dann auf das erfindungsgemäße Verfahren eingegangen.
-
Dabei ist in dem Diagramm aus 1 der Verlauf des Moments M mit der Zeit t zu erkennen, welches an einem Lenkrad eines Fahrzeuges für einen Fahrzeugführer als haptische Rückmeldung zu spüren ist. Je nach Fahrsituation unterstützt dabei der Unterstützungsmotor den Fahrer beim Lenken.
-
Es wird an dieser Stelle angenommen, dass es sich bei diesem Ausführungsbeispiel um einen beschriebenen Spurhalteassistenten handelt.
-
Überquert das Fahrzeug nun zum Zeitpunkt ti die Fahrspur, so warnt das Fahrerassistenzsystem den Fahrzeugführer mit einem haptischen Feedback davor. Das Lenkrad beginnt durch das vom Unterstützungsmotor aufgeschaltete alternierende Moment zu vibrieren.
-
Jedoch ist zum Zeitpunkt ti, nämlich bei Eintritt der Vibration, ein Einbruch E des Ausgangslenkmoments bzw. des ursprünglichen mittleren Gesamtmoments Mo auf ein deutlich geringeres mittleres Moment Mx1 zu erkennen. Dieser Einbruch E des Lenkmoments ist auf eine geringe Reibung im gesamten Lenksystem zurückzuführen, welche durch einen höheren Anteil an Gleit- anstatt Haftreibung beim Einsetzen der Vibration einhergeht. Das mittlere bzw. gemittelte Moment Mx1 , welches während der Vibration (Zeitspanne thr ) anliegt, ist somit deutlich niedriger als das vom Fahrer gewohnte mittlere Gesamtmoment Mo.
-
Dieser Einbruch E ist für einen Fahrer als ein leichteres bzw. leichtgängigeres Lenkgefühl spürbar und kann aufgrund der plötzlichen Veränderung zu ungewollten Lenkmanövern führen. Der Fahrkomfort kann dadurch negativ beeinflusst werden.
-
Nach der Vibration (also nach der Zeitspanne thr zum Zeitpunkt t3 ) ist das Lenkgefühl dann wieder das gleiche wie vor der Vibration.
-
Das erfindungsgemäße Verfahren, welches nun im Diagramm in 2 dargestellt ist, soll das in 1 zu erkennende und zuvor beschriebene Problem des Lenkmomenten- bzw. Reibungseinbruchs beheben.
-
Dabei ist in 2, ebenso wie in 1, ein Diagramm mit dem Verlauf des Moments M am Lenkrad mit der Zeit t dargestellt. Ebenfalls soll dabei wieder die Situation einer Lenkradvibration zur Warnung des Fahrzeugführers vor einem Spurverlassen des Fahrzeuges dargestellt werden.
-
Zum Zeitpunkt ti tritt die Warnung, also die Lenkradvibration ein. Jedoch im Gegensatz zu dem aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren (vgl. 1 Zeitpunkt t1 ) wird in diesem konkreten Fall zum Zeitpunkt ti des Beginns der Vibration ein Kompensationsmoment MFM vom Unterstützungsmotor aufgeschaltet. Dieses Kompensationsmoment MFM gleicht damit den in 1 dargestellten Lenkmomenteinbruch E während einer Vibration des Lenkrads aus.
-
Das nun gemittelte Lenkmoment Mx2 ist damit während der Vibration höher und für den Fahrer gewohnter, als das gemittelte Lenkmoment Mx1 ohne die Aufschaltung eines Kompensationsmoments MFM (vgl. 1).
-
In diesem konkreten Fall wird das Kompensationsmoment MFM zum Zeitpunkt ti zeitgleich zum Beginn der Lenkradvibration aufgeschaltet.
-
Es ist jedoch alternativ auch möglich, das Kompensationsmoment MFM bereits (kurz) vor dem Beginn der Lenkradvibration aufzuschalten.
-
Weiterhin ist, wie an dem Verlauf über den Zeitraum thR des Kompensationsmoments MFM in 2 zu erkennen, das Kompensationsmoment MFM während der Vibration zunächst bis zum Zeitpunkt t2 konstant hoch, während es anschließend abnimmt und zum Ende der Vibration, also zum Zeitpunkt t3 , wieder den Wert 0 erreicht. In diesem Falle nimmt die Kurve bzw. der Verlauf k des Kompensationsmoments MFM ab dem Zeitpunkt t2 linear bis auf den Wert Null (zum Zeitpunkt t3 ) ab.
-
Der Zeitpunkt t2 beschreibt dabei einen geeignet gewählten Zeitpunkt, an welchem das Kompensationsmoment linear abnimmt und welcher von einer genannten elektronischen Steuereinheit bestimmt wird.
-
Da sich der Einbruch über den zeitlichen Verlauf der Vibration bzw. der haptischen Rückmeldung nur mehr kaum für den Fahrer im Lenkgefühl bemerkbar macht, ist eine derartige Rücknahme des Kompensationsmoments MFM vorteilhaft.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- EP 2364896 B1 [0001, 0009]
- DE 102010014946 A1 [0001, 0005]
