DE102021003148A1

DE102021003148A1 - Verfahren und Detektionseinheit zur Detektion einer Wahrscheinlichkeit, dass ein Lenkelement eines Fahrzeugs von einer Hand eines Fahrers gehaltenen wird

Info

Publication number: DE102021003148A1
Application number: DE102021003148.2A
Authority: DE
Inventors: Ali Karbaschian; Sven Kirschbaum; Jens-Hauke Müller
Original assignee: Knorr Bremse Systeme fuer Nutzfahrzeuge GmbH
Current assignee: Knorr Bremse Systeme fuer Nutzfahrzeuge GmbH
Priority date: 2021-06-18
Filing date: 2021-06-18
Publication date: 2022-12-22
Also published as: EP4355639A1; CN117500713A; KR20240001237A; WO2022263249A1

Abstract

Es wird ein Verfahren 1000 zur Detektion einer Wahrscheinlichkeit K, 140, dass ein Lenkelement 120 eines Fahrzeugs 100 von einer Hand 145 eines Fahrers 150 gehaltenen wird, vorgestellt. Dabei umfasst das Verfahren 1000 einen Schritt des Einlesens 1010 eines Drehmomentsignals, das ein Drehmoment repräsentiert, das auf einen zwischen das Lenkelement 120 und ein Lenkgetriebe 125 gekoppelten Drehmomentsensor wirkt. Ferner umfasst das Verfahren 1000 einen Schritt des Erkennens 1020 einer Wahrscheinlichkeit K, 140, dass ein Lenkelement 120 eines Fahrzeugs 100 von einer Hand 145 eines Fahrers 150 gehaltenen wird, wenn ein Wert des Drehmomentsignals 115 und/oder ein Absolutwert des Drehmomentsignals 115 einen Schwellwert 155, TSüberschreitet, der von einer aktuellen Fahrzeuggeschwindigkeit v abhängig ist, um die Wahrscheinlichkeit K, 140 zu detektieren, dass das Lenkelement 120 des Fahrzeugs 100 von einer Hand 145 des Fahrers 150 gehaltenen wird.

Description

Der vorliegende Ansatz bezieht sich auf ein Verfahren und eine Detektionseinheit zur Detektion einer Wahrscheinlichkeit, dass ein Lenkelement eines Fahrzeugs von einer Hand eines Fahrers gehaltenen wird, gemäß den Hauptansprüchen.
In modernen Fahrzeugsicherheitssystemen oder Fahrerassistenzsystemen wird speziell in Nutzfahrzeugen oftmals eine Information benötigt, ob oder dass der Fahrer aktiv seine Hände am Lenkrad hält und somit anzunehmen ist, dass er die Fahrt eines Fahrzeugs bewusst steuert. Dies ist einerseits für den Fall relevant, dass der Fahrer möglicherweise abgelenkt ist und somit nicht aktiv das Fahrzeug steuert, sodass aus Gründen der Verkehrssicherheit ein autonomes System aktiv die Fahrt dieses Fahrzeugs steuern sollte. Andererseits sollte dann beispielsweise auch eine aktive Fahrunterstützung ausgeschaltet oder zumindest heruntergestuft werden, wenn der Fahrer eindeutig zumindest eine seiner Hände am Lenkrad hält. Anderenfalls könnte der Fahrer durch aktive autonome Lenkeingriffe irritiert oder erschreckt werden und hierdurch Fahrfehler vornehmen, die die Verkehrssicherheit im Umfeld des Fahrzeugs stark beeinträchtigen. Es wurden daher verschiedene Konzepte zur Fahrer-Hands-on-Detection (HOD), d. h. zur Detektion, ob der Fahrer seine Hand an einem Lenkelement wie dem Lenkrad hält, entwickelt. Bei den herkömmlichen Konzepten kann beispielsweise durch die Verwendung eines kapazitiven Sensors am Lenkrad eine HOD-Funktion realisiert werden. Abgesehen von den Vorteilen dieser Methode, mit der die HOD präzise bestimmt werden kann, ist dies jedoch keine kostengünstige Lösung für Erstausrüster, engl. „Original Equipment Manufacturer“, kurz „OEM“. Der Grund dafür ist die Notwendigkeit von zusätzlicher Hardware, kurz „HW“.
Die neuen Lenksysteme für Schwerlastfahrzeuge wie das sogenannte „Torque Overlay Steering System“ kurz „TOS“, die Hybridlenkungen sind, und beispielsweise einen Servomotor zur Unterstützung der Lenkeingabe des Fahrers aufweisen, profitieren von einem Handmomentsensor. Diese umfasst beispielsweise

a) eine elektrische Betätigung zur Erzeugung eines Lenkgefühls und zur Bereitstellung zusätzlicher Funktionen für den Fahrer und
b) ein (beispielsweise hydraulisches) Basisgetriebe zur Übertragung eines Lenkmoments von dem Servomotor auf das Lenkelement bzw. eine Lenksäule.

Bei dieser Art von Lenksystemen wird ein Fahrerassistenzmoment beispielsweise mit Hilfe mathematischer und/oder numerischer Algorithmen gesteuert. Einer der sicherheitsrelevanten Algorithmen ist die praktische Erkennung der an dem Lenkelement angelegten Hände des Fahrers.
Vor diesem Hintergrund ist es die Aufgabe des vorliegenden Ansatzes ein verbessertes Verfahren und eine verbesserte Detektionseinheit zur Detektion einer Wahrscheinlichkeit, dass ein Lenkelement eines Fahrzeugs von einer Hand eines Fahrers gehaltenen wird, zu schaffen.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren und eine Detektionseinheit zur Detektion einer Wahrscheinlichkeit, dass ein Lenkelement eines Fahrzeugs von einer Hand eines Fahrers gehaltenen wird mit den Merkmalen oder Schritten Hauptansprüche gelöst.
Der hier vorgestellte Ansatz schafft ein Verfahren zur Detektion einer Wahrscheinlichkeit, dass ein Lenkelement eines Fahrzeugs von einer Hand eines Fahrers gehaltenen wird, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist:

- Einlesen eines Drehmomentsignals, das ein Drehmoment repräsentiert, das auf einen zwischen das Lenkelement und ein Lenkgetriebe gekoppelten Drehmomentsensor wirkt; und
- Erkennen einer Wahrscheinlichkeit, dass ein Lenkelement eines Fahrzeugs von einer Hand eines Fahrers gehaltenen wird, wenn ein Wert des Drehmomentsignals und/oder ein Absolutwert des Drehmomentsignals einen Schwellwert überschreitet, der von einer aktuellen Fahrzeuggeschwindigkeit abhängig ist, um die Wahrscheinlichkeit zu detektieren, dass das Lenkelement des Fahrzeugs von einer Hand des Fahrers gehaltenen wird.

Unter einem Deckelelement kann beispielsweise ein Lenkrad oder dergleichen, auch beispielsweise ein Joystick, verstanden werden. Unter einem Lenkgetriebe kann beispielsweise ein Getriebe verstanden werden, um eine Bewegung vom Lenkelement auf die Räder zu übertragen. Beispielsweise kann auch das Lenkgetriebe dazu dienen, externe Kräfte oder Momente in die Lenkstange einzubringen und hierbei beispielsweise mittels eines Servomotors eine aktive Lenkung durch den Fahrer zu unterstützen. Unter einem Drehmomentsensor kann beispielsweise ein Sensor verstanden werden, der ein Drehmoment erfasst, welches von einem Fahrer des Fahrzeugs auf das Lenkelement ausgeübt und auf das Lenkgetriebe weitergeleitet wird. Besonders relevant ist in diesem Fall jedoch auch die umgekehrte Richtung, nämlich dass ein Drehmoment erfasst werden kann, welches vom Lenkgetriebe zum Lenkelement gerichtet ist und welches durch den Fahrer verändert wird, wenn er seine Hände am Lenkelement hält. Denkbar ist auch, dass der Drehmomentsensor eine Drehmomentdifferenz zwischen einem vom Fahrer auf das Lenkelement eingebrachten Drehmoments und einem Lenkgetriebe bewirkten Lenkmoment, das bei der Überfahrt von Bodenhindernissen auf die Lenkstange entsteht. Unter einem Wert des Drehmomentsignals kann beispielsweise ein Drehmoment verstanden werden, welches aktuell am Drehmomentsensor erfasst wird.
Der hier vorgestellte Ansatz basiert auf der Erkenntnis, dass durch die Verwendung des von der aktuellen Fahrzeuggeschwindigkeit abhängigen Schwellwertes für die Beurteilung des vom Drehmomentsensor erfassten Drehmoments sehr präzise erkannt werden kann, ob ein Fahrer tatsächlich seine Hände oder zumindest eine Hand am Lenkerelement hält oder das Lenkelement festhält. Dies resultiert daraus, dass bei höheren Geschwindigkeiten ein anderes Drehmoment von der Lenkeinrichtung des Fahrzeugs auf das Lenkelement eingebracht werden kann, als dies für niedrigere Fahrgeschwindigkeit erfolgt. Speziell kann hierbei ausgenutzt werden, dass beispielsweise bei einer Fahrt durch Schlaglöcher oder über Steine auf einer Straße bei niedrigen Fahrgeschwindigkeiten deutlich größere Ausschläge der Reifen bzw. Räder auf der Straße in eine laterale Auslenkung zu erwarten sind, als dies für höhere Fahrgeschwindigkeiten gilt. Werden nun solche passiven Lenkbewegungen durch die Fahrt des Fahrzeugs über Unebenheiten auf der Fahrbahn auf das Lenkelement übertragen, kann durch die Auswertung des von dem Drehmomentsensor erfassten Drehmoments ein Rückschluss darauf gezogen werden, ob der Fahrer seine Hände am Lenkelement hält und hierdurch die passive Lenkbewegung am Lenkelement hemmt oder ob der Fahrer seine Hände nicht am Lenkelement hält und somit das Lenkelement sich entsprechend der passiven Lenkbewegung frei bewegen kann. Wird in diesem Fall ein Schwellwert zur Auswertung eines Werts des Drehmomentsignals verwendet, der von der aktuellen Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs abhängig ist, lässt sich mit einer solchen Vorgehensweise eine gute Unterscheidung treffen, ob aktuell der Fahrer seine Hände am Lenkrad bzw. Lenkelement hält.
Von Vorteil ist eine Ausführungsform des hier vorgestellten Ansatzes, bei der im Schritt des Erkennens ein Schwellwert verwendet wird, der bei einer höheren Fahrzeuggeschwindigkeit einen niedrigeren Wert aufweist, als bei einer niedrigeren Fahrzeuggeschwindigkeit. Eine solche Ausführungsform des hier vorgeschlagenen Ansatzes bietet den Vorteil, dass bei höheren Fahrzeuggeschwindigkeiten auch bei einem geringeren Schwellwert sehr zuverlässig entschieden werden kann, ob der Fahrer seine Hände am Lenkelement bzw. Lenkrad des Fahrzeugs hält. Es kann somit eine präzisere Erkennung einer Fahrsituation durch Ausnutzung von passiven Lenkbewegungen ermöglicht werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des hier vorgestellten Ansatzes kann im Schritt des Erkennens die Wahrscheinlichkeit, dass das Lenkelement des Fahrzeugs von einer Hand des Fahrers gehaltenen wird ferner unter Verwendung zumindest einer Zeitdauer erkannt werden, für die ein Wert des Drehmomentsignals und/oder ein Absolutwert des Drehmomentsignals den Schwellwert überschreitet und/oder ferner unter Verwendung zumindest einer Frequenz erkannt werden, mit der der Wert des Drehmomentsignals und/oder ein Absolutwert des Drehmomentsignals den Schwellwert überschreitet. Hierbei kann ausgenutzt werden, das eine Zeitdauer, für die ein Wert des Drehmoments Signals und/oder ein Absolutwert des Drehmomentsignals den Schwellenwert überschreitet, und/oder eine Frequenz, mit der der Wert des Drehmomentsignals und/oder ein Absolutwert des Drehmomentsignals den Schwellenwert überschreitet, beispielsweise einen Hinweis darauf gibt, wie uneben eine Fahrbahn ist, auf der das Fahrzeug fährt, wenn beispielsweise die Räder des Fahrzeugs während der Fahrt durch ein Schlagloch Verfahren und eine hierdurch verursachte passive Lenkbewegung über das Lenkgetriebe auf das Lenkelement übertragen. Wird nun der Fahrer das Lenkelement mit zumindest einer Hand festhalten, kann hierdurch kurzzeitig ein erhöhtes, anderes Drehmoment am Drehmomentsensor erfasst werden, welches beispielsweise den Schwellwert überschreitet, als wenn der Fahrer keine Hand am Lenkelement hält.
Sehr vorteilhaft ist weiterhin eine Ausführungsform des hier vorgestellten Ansatzes, bei der im Schritt des Erkennens die Wahrscheinlichkeit, dass das Lenkelement des Fahrzeugs von einer Hand des Fahrers gehaltenen wird, ferner unter Verwendung zumindest eines Zeitdauerschwellwerts erkannt werden, der durch die Zeitdauer überschritten wird. Alternativ oder zusätzlich kann im Schritt des Erkennens die Wahrscheinlichkeit, dass das Lenkelement des Fahrzeugs von einer Hand des Fahrers gehaltenen wird, ferner unter Verwendung zumindest eines Frequenzschwellwerts erkannt werden, der durch die Frequenz überschritten wird, mit der der Wert des Drehmomentsignals und/oder ein Absolutwert des Drehmomentsignals den Schwellwert überschreitet. Unter einem Zeitdauerschwellwert kann beispielsweise ein Schwellwert verstanden werden, den die Zeitdauer überschreiten kann, die selbst eine Zeitspanne repräsentiert, welche ein Wert des Drehmomentsignals den Schwellenwert überschreitet. Unter einem Frequenzschwellwert kann beispielsweise ein Schwellwert verstanden werden, den die Frequenz überschreiten kann, die selbst eine Frequenz repräsentiert, mit welcher der Wert des Drehmomentsignals den Schwellwert überschreitet. Eine solche Ausführungsform des hier vorgestellten Ansatzes bietet den Vorteil, durch die Verwendung eines Zeitdauerschwellwerts und/oder eines Frequenzschwellwerts eine nochmals erhöhte Präzision bei der Erkennung der Wahrscheinlichkeit, dass das Lenkelement des Fahrzeugs von einer Hand des Fahrers gehalten wird, erreicht werden kann.
Denkbar ist ferner, dass gemäß einer Ausführungsform des hier vorgestellten Ansatzes im Schritt des Erkennens die Wahrscheinlichkeit, dass das Lenkelement des Fahrzeugs von einer Hand des Fahrers gehaltenen wird, kleiner wird, je länger in einem Beobachtungszeitraum ein Wert des Drehmomentsignals und/oder ein Absolutwert des Drehmomentsignals einen Schwellwert überschreitet. Eine solche Ausführungsform des hier vorgeschlagenen Ansatzes bietet den Vorteil, durch die Auswertung der zeitlichen Länge der Überschreitung des Werts des Drehmomentsignals über den Schwellwert einen Hinweis darauf zu erhalten, ob das Lenkelement sich eine Hand des Fahrers gehalten wird. Hierbei kann insbesondere ausgenutzt werden, dass ein von der Hand des Fahrers gehaltenes Lenkelement nach einer kurzen Zeitspanne durch Gegenlenkbewegungen wieder eine aktive Führung des Fahrzeugs ermöglicht, sodass im Lenksystem starke Drehmomente oder Lenkwinkelausschläge korrigiert oder kompensiert werden können.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des hier vorgeschlagenen Ansatzes kann im Schritt des Erkennens die Wahrscheinlichkeit, dass das Lenkelement des Fahrzeugs von einer Hand des Fahrers gehaltenen wird, größer werden, je länger in dem Beobachtungszeitraum ein Wert des Drehmomentsignals und/oder ein Absolutwert des Drehmomentsignals einen Schwellwert wieder unterschreitet. Eine solche Ausführungsform des hier vorgeschlagenen Ansatzes bietet den Vorteil, dass auch überwacht werden kann, dass der Schwellwert durch einen Wert des Drehmomentsignals auch wieder unterschritten werden kann, was dann einen Hinweis darauf gibt, dass das Lenkelement von einer Hand des Fahrers (wieder) gehalten wird.
Auch kann gemäß einer weiteren Ausführungsform im Schritt des Erkennens die Wahrscheinlichkeit, dass das Lenkelement des Fahrzeugs von einer Hand des Fahrers gehaltenen wird, kleiner werden, je länger in einem Beobachtungszeitintervall ein Wert der Zeitdauer den Zeitdauerschwellwert überschreitet und/oder ein Wert der Frequenz den Frequenzschwellwert überschreitet. Eine solche Ausführungsform des hier vorgeschlagenen Ansatzes bietet den Vorteil, durch die Auswertung der zeitlichen Länge oder die Frequenz der Überschreitung des Werts des Drehmomentsignals über den Schwellwert in Bezug auf den entsprechenden Zeitdauerschwellwert oder Frequenzschwellwert einen Hinweis darauf zu erhalten, ob das Lenkelement sich eine Hand des Fahrers gehalten wird. Hierbei kann ferner ebenfalls ausgenutzt werden, dass ein von der Hand des Fahrers gehaltenes Lenkelement nach einer kurzen Zeitspanne durch Gegenlenkbewegungen wieder eine aktive Führung des Fahrzeugs ermöglicht, sodass im Lenksystem starke Drehmomente oder Lenkwinkelausschläge bzw. eine hohe Frequenz der Überschreitung des Werts des Drehmomentsignals korrigiert oder kompensiert werden können.
Besonders günstig ist ferner eine Ausführungsform des hier vorgestellten Ansatzes, bei der im Schritt des Erkennens die Wahrscheinlichkeit, dass das Lenkelement des Fahrzeugs von einer Hand des Fahrers gehaltenen wird, größer wird, je länger in dem Beobachtungszeitintervall ein Wert der Zeitdauer den Zeitdauerschwellwert wieder unterschreitet überschreitet und/oder ein Wert der Frequenz den Frequenzschwellwert wieder unterschreitet. Eine solche Ausführungsform des hier vorgeschlagenen Ansatzes bietet ebenfalls den Vorteil, dass auch überwacht werden kann, dass der Schwellwert durch einen Wert des Drehmomentsignals auch wieder unterschritten werden kann, was dann unter Bezugnahme auf einen entsprechenden Zeitdauerschwellwert und/oder Frequenzschwellwert einen besonders guten und eindeutigen Hinweis darauf gibt, dass das Lenkelement von einer Hand des Fahrers gehalten wird.
Um eine aufwändige Berechnung der Wahrscheinlichkeiten zu vermeiden, kann im Schritt des Erkennens ein Vergrößern oder Verkleinern der Wahrscheinlichkeit in Wahrscheinlichkeitsstufen, insbesondere in Wahrscheinlichkeitsstufen von 10 Prozent erfolgen.
Von Vorteil ist ferner auch eine Ausführungsform des hier vorgestellten Ansatzes, bei der im Schritt des Erkennens ein Schwellwert verwendet wird, das von einem Lenkeinschlagwinkel des Lenkelementes abhängig ist. Eine solche Ausführungsform des hier vorgestellten Ansatzes bietet den Vorteil, dass auch durch den Lenkwinkeleinschlag eine besonders gute Information über die Stellung der Räder des Fahrzeugs bei der Fahrt angenommen werden kann. Diese Stellung der Räder in Bezug auf die Fahrzeuglängsachse beeinflusst dann ebenfalls die Wirkung der Fahrt über eine Unebenheit, sodass hierdurch die passiven Lenkbewegungen, die auf das Lenkelement übertragen werden, sich nochmals anders darstellen, als dies für den Fall der Geradeaus-Fahrt darstellen. Die Berücksichtigung einer derartigen Stellung der Räder kann somit eine weitere Erhöhung der Güte für die Erkennung liefern, ob der Fahrer das Lenkelement mit seiner Hand festhält.
Um Störeinflüsse möglichst gut bei einer Auswertung des Drehmomentsignals zu vermeiden, kann im Schritt des Einlesens das Drehmomentsignal ausschließlich von einem Drehmomentsensor eingelesen werden, der in oder an einer Lenksäule des Fahrzeugs verbaut und/oder eingebettet ist, insbesondere wobei der Drehmomentsensor eine Übertragung einer Drehung des Lenkelementes auf ein Lenkgetriebe bewerkstelligt. Hierdurch können die passiven Lenkbewegungen sehr gut erfasst und ohne Störungen aus anderen Quellen ausgewertet werden.
Dieses Verfahren kann beispielsweise in Software oder Hardware oder in einer Mischform aus Software und Hardware beispielsweise in einem Steuergerät implementiert sein.
Der hier vorgestellte Ansatz schafft ferner eine Detektionseinheit als Vorrichtung, die ausgebildet ist, um die Schritte einer Variante eines hier vorgestellten Verfahrens in entsprechenden Einrichtungen durchzuführen, anzusteuern bzw. umzusetzen. Auch durch diese Ausführungsvariante des Ansatzes in Form einer Detektionseinheit kann die dem Ansatz zugrunde liegende Aufgabe schnell und effizient gelöst werden.
Hierzu kann die Detektionseinheit zumindest eine Recheneinheit zum Verarbeiten von Signalen oder Daten, zumindest eine Speichereinheit zum Speichern von Signalen oder Daten, zumindest eine Schnittstelle zu einem Sensor oder einem Aktor zum Einlesen von Sensorsignalen von dem Sensor oder zum Ausgeben von Daten- oder Steuersignalen an den Aktor und/oder zumindest eine Kommunikationsschnittstelle zum Einlesen oder Ausgeben von Daten aufweisen, die in ein Kommunikationsprotokoll eingebettet sind. Die Recheneinheit kann beispielsweise ein Signalprozessor, ein Mikrocontroller oder dergleichen sein, wobei die Speichereinheit ein Flash-Speicher, ein EPROM oder eine magnetische Speichereinheit sein kann. Die Kommunikationsschnittstelle kann ausgebildet sein, um Daten drahtlos und/oder leitungsgebunden einzulesen oder auszugeben, wobei eine Kommunikationsschnittstelle, die leitungsgebundene Daten einlesen oder ausgeben kann, diese Daten beispielsweise elektrisch oder optisch aus einer entsprechenden Datenübertragungsleitung einlesen oder in eine entsprechende Datenübertragungsleitung ausgeben kann.
Unter einer Detektionseinheit kann vorliegend ein elektrisches Gerät verstanden werden, das Sensorsignale verarbeitet und in Abhängigkeit davon Steuer- und/oder Datensignale ausgibt. Die Detektionseinheit kann eine Schnittstelle aufweisen, die hard- und/oder softwaremäßig ausgebildet sein kann. Bei einer hardwaremäßigen Ausbildung können die Schnittstellen beispielsweise Teil eines sogenannten System-ASICs sein, der verschiedenste Funktionen der Vorrichtung beinhaltet. Es ist jedoch auch möglich, dass die Schnittstellen eigene, integrierte Schaltkreise sind oder zumindest teilweise aus diskreten Bauelementen bestehen. Bei einer softwaremäßigen Ausbildung können die Schnittstellen Softwaremodule sein, die beispielsweise auf einem Mikrocontroller neben anderen Softwaremodulen vorhanden sind.
Ausführungsbeispiele des hier vorgestellten Ansatzes werden in der nachfolgenden Beschreibung mit Bezug zu den Figuren näher erläutert. Es zeigen:

1 eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs, das eine Detektionseinheit gemäß einem hier vorgestellten Ausführungsbeispiel umfasst;
2 eine schematische Darstellung aus einem Teil des Lenksystems im Detail, gemäß einem Ausführungsbeispiel;
3 eine schematische Darstellung zur Erläuterung des Prinzips der Drehmomentmessung mittels des hier verwendeten Drehmomentsensors;
4 ein Ausführungsbeispiel eines Ablaufdiagramms eines Verfahrens zur Detektion einer Wahrscheinlichkeit, dass ein Lenkelement eines Fahrzeugs von einer Hand eines Fahrers gehalten wird;
5 ein Diagramm zur Erläuterung einer Abhängigkeit des (Drehmoment-) Schwellwertes von einer Fahrzeuggeschwindigkeit;
6 ein Diagramm zur Erläuterung einer Bestimmung des Frequenz-Schwellenwert;
7 mehrere Diagramme zur Erläuterung einer Berechnung des HOD-Flags, wie es beispielsweise im Berechnungsblock vorgenommen wird;
8 ein Diagramm zur Erläuterung des Konzepts zur Bestimmung einer Wahrscheinlichkeit, dass ein Lenkelement eines Fahrzeugs von einer Hand eines Fahrers gehaltenen wird;
9 Diagramme zur Erläuterung des Konzepts zur Bestimmung einer Wahrscheinlichkeit, dass ein Lenkelement eines Fahrzeugs von einer Hand eines Fahrers gehaltenen wird; und
10 ein Ablaufdiagramm eines Ausführungsbeispiels eines Verfahrens zur Detektion einer Wahrscheinlichkeit, dass ein Lenkelement eines Fahrzeugs von einer Hand eines Fahrers gehalten wird.

In der nachfolgenden Beschreibung günstiger Ausführungsbeispiele des vorliegenden Ansatzes werden für die in den verschiedenen Figuren dargestellten und ähnlich wirkenden Elemente gleiche oder ähnliche Bezugszeichen verwendet, wobei auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente verzichtet wird.
1 zeigt eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs 100 (welches hier als ein Nutzfahrzeug bzw. Lkw ausgestaltet ist), das eine Detektionseinheit 105 gemäß einem hier vorgestellten Ausführungsbeispiel umfasst. Die Detektionseinheit 105 weist eine Einleseschnittstelle 110 auf, über welche ein Drehmomentsignal 115 eingelesen werden kann, wobei dieses Drehmomentsignal 115 ein aktuelles Drehmoment repräsentiert, das auf einen zwischen ein Lenkelement 120 (hier ein Lenkrad) des Fahrzeugs 100 und ein Lenkgetriebe 125 gekoppelten Drehmomentsensor 130 wirkt. Weiterhin umfasst die Detektionseinheit 105 eine Erkennungseinheit 135, welche als Ausgangssignal eine Wahrscheinlichkeit 140 bereitstellt, das das Lenkelement 120 von einer Hand 145 eines Fahrers 150 des Fahrzeugs 100 (fest-) gehalten wird. Um diese Wahrscheinlichkeit 140 zu erkennen, wird ein Wert des Drehmomentsignals 115 und/oder ein Absolutwert des Drehmomentsignals 115 mit einem Schwellwert 155 verglichen, der beispielsweise aus einem Speicher 160 ausgelesen werden kann. Dieser Schwellwert 155 ist ferner von einer aktuellen Fahrzeuggeschwindigkeit v des Fahrzeugs 100 abhängig, sodass beispielsweise der Speicher 160 auch mit einem Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 165 gekoppelt sein kann, mittels dessen die aktuelle Geschwindigkeit v des Fahrzeugs 100 ermittelt und eine entsprechend passender Schwellwert 155 aus dem Speicher 160 bestimmt und in die Erkennungseinheit 135 übertragen wird. Die Wahrscheinlichkeit 140 kann dabei in Abhängigkeit davon ermittelt oder erkannt werden, dass der Wert des Drehmomentsignals 115 und/oder eine Absolutwert des Drehmomentsignals 115 diesen Schwellwert 155 überschreitet, wie es nachfolgend noch näher beschriebenen ist.
Die Wahrscheinlichkeit 140 gibt im vorliegenden Fall eine Wahrscheinlichkeit an, mit der der Fahrer 150 das Lenkelement 120 mit seiner Hand 145 festhält. Auch kann die Wahrscheinlichkeit eine Validität eines Signals angeben an, das eine Information betrifft, ob der Fahrer 150 das Lenkelement 120 mit seiner Hand 145 festhält. Eine solche Information ist beispielsweise dann erforderlich oder hilfreich, wenn eine autonomes Fahrzeugsystem oder ein Fahrerassistenzsystem 170 im Fahrzeug 100 vorgesehen ist, welches den Fahrer 150 bei der Steuerung des Fahrzeugs 100 unterstützt oder gar selbst die Steuerung des Fahrzeugs 100 autonomen ausführt. In diesem Fall ist aus rechtlichen Gründen und/oder Komfortgründen eindeutig zu erkennen, dass der Fahrer 150 aktiv das Lenkelement 120 mit seiner Hand 145 festhält und somit anzunehmen ist, dass er aktiv die Steuerung des Fahrzeugs 100 übernommen hat. In diesem Fall sollten Lenkeingriffe vom Fahrerassistenzsystem 170 unterbleiben oder in ihrer Priorität herabgestuft werden (bis auf den seltenen Fall des Notfalleingriffs in die Fahrzeugsteuerung), um den Fahrer 150 nicht in der aktiven Fahrzeugführungsfunktion zu behindern.
Um nun mit dem hier vorgestellten Ansatz die Wahrscheinlichkeit zu erkennen, dass das Lenkelement 120 des Fahrzeugs 100 von der Hand 145 des Fahrers 150 (fest-) gehalten wird, kann eine passive Lenkwirkung ausgenutzt werden, wenn das Fahrzeug 100 beispielsweise über einen unebenen Untergrund fährt, beispielsweise eine Straße, auf welcher Steine 175 liegen oder in welcher Schlaglöcher 180 auftreten. Fährt nun ein Rad 190 des Fahrzeugs 100 über einen solchen Stein 175 oder in einen derartiges Schlagloch 180, wird dies zu einer lateralen Auslenkung des Rads 190 führen, welche über das Lenkgetriebe 125 auf das Lenkelement 120 übertragen wird. Hält nun der Fahrer 150 das Lenkelement 120 mit seiner Hand 140 fest, wird dies zu einer anderen, am Drehmomentsensor 130 erfassbaren Drehmomentwirkung führen, als für den Fall, dass der Fahrer 150 das Lenkelement 120 nicht mit seiner Hand 145 festhält. Speziell werden in einem solchen Fall, dass der Fahrer 150 das Lenkelement 120 festhält, keine so großen Drehmomente am Drehmomentsensor 130 erfasst werden können, als für den Fall, dass der Fahrer 150 das Lenkelement 120 nicht festhält. Dabei ist zu berücksichtigen, dass die laterale Auslenkung des Rads 190 speziell von einer Geschwindigkeit v des Fahrzeugs 100 abhängig ist, sodass für eine präzise Erkennung der Wahrscheinlichkeit 140 diese Geschwindigkeit v auch für die Auswahl des passenden Schwellwerts 155 berücksichtigt werden sollte. Zusätzlich kann auch ein Lenkwinkel relevant sein, der einen Drehwinkel des Lenkelements 120 oder indirekt auch einen Drehwinkel repräsentiert, um den das Rad 190 des Fahrzeugs 100 gegenüber der Fahrtrichtung des Fahrzeugs 100 eingeschlagen ist, da in diesem Fall auch ein Überfahren des Steins 175 bzw. eine Durchfahrt durch das Schlagloch 180 eine andere Bewegung im Lenkgetriebe 125 bewirkt, als wenn das Rad 190 in die Fahrtrichtung des Fahrzeugs 100 geradeaus gestellt ist. Insofern kann für den hier vorgestellten Ansatz ausgenutzt werden, dass sich das Lenkelement 120 bei der Fahrt des Fahrzeugs 100 in gewisser Weise durch die Auswirkung des von dem Fahrzeug 100 überfahrenen Untergrunds von selbst bewegt, und eine Veränderung dieser (induzierten) Bewegung als Hinweis auf die Wahrscheinlichkeit ausgewertet werden kann, dass der Fahrer 150 des Fahrzeugs 100 das Lenkelement 120 mit seiner Hand 145 festhält.
Für das autonome Fahren ist die Bestimmung von zwei Fahrzuständen, d. h. einerseits der Fahrer steuert das Fahrzeuglenkrad und andererseits der Fahrer steuert das Lenkrad nicht („Hands On“-Erkennung bzw. „Hands On“-Detection, HOD), eine wichtige Sicherheitsfunktion. Diese Funktion, die als „Hands On Detection“, kurz „HOD“ bezeichnet wird, basiert auf der Analyse des Handdrehmomentsignals, das durch den integrierten Drehmomentsensor im Lenksystem gemessen wird. Es wird mit dem hier vorgestellten Ansatz eine Methode zur Verbesserung der Zuverlässigkeit der „Hands on Detection“ vorgestellt. Bei dieser Methode werden verschiedene Fahrbedingungen berücksichtigt, nämlich Autobahn, Landstraße und Stadtstraße. Unter diesen ist die „Hands-on“-Detektion auf der Autobahn mit hoher Geschwindigkeit meist eine Herausforderung, da das Handdrehmoment des Fahrers zur Steuerung des Fahrzeugs auf gerader Strecke zu gering ist.
2 zeigt eine schematische Darstellung aus einem Teil des Lenksystems im Detail, wie es in der 1 grob skizziert wurde. Vorausgeschickt sei, dass, wie bereits zuvor angemerkt, bei der Entwicklung der Funktionen für autonomes Fahren für einen sicheren Übergang des Lenksystems vom Fahrer zum autonomen Fahren und umgekehrt, die Bestimmung, ob Fahrerhände am Lenkrad sind, notwendig ist. Diese Funktion soll einerseits die HOD mit hoher Sicherheit durchführen und andererseits auf der Basis der verfügbaren Sensoren auf einem Standard-TOS ermöglicht werden, um ein Produkt auf der Basis des hier vorgestellten Ansatzes kosteneffizient zu halten.
Der hier vorgestellte Ansatz kann besonders günstig mit einem TOS-System, also einem Torque-Overlay-System, eingesetzt werden, das in der 2 schematisch dargestellt ist. Hierbei wird eine Torsionsmessstange als der Drehmomentsensor 130 vorgesehen, die zwischen einem Schaft 200 des Lenkelementes 120, hier des Lenkrads, und einem Einkoppelelement 205 geschaltet ist und die ausgebildet ist, um ein Drehmoment zu erfassen; welches zwischen dem Lenkrad als Lenkelement 120 und dem Lenkgetriebe 125 auftritt. Mittels eines Ausgangsschafts 210 ist dann beispielsweise eine mechanische Kopplung zwischen dem Lenkgetriebe 125 und den in der 1 dargestellten Rädern 190 realisiert. Um nun einen Fahrer des Fahrzeugs bei der Lenkung zu unterstützen oder auch um das Fahrzeug gegebenenfalls autonom zu lenken ist weiterhin ein Motor 215 bzw. ein Servomotor vorgesehen, der über beispielsweise ein Zahnradgetriebe 220 mit dem Lenkgetriebe 125 bzw. dem Drehmomentsensor 130 gekoppelt ist. Durch eine Drehung des Motors, die über einen Drehzahlsensor 225 erfasst werden kann, kann dann ein effektives Lenkmoment in dem Drehmomentsensor oder allgemein in dem Lenkstrang verändert werden, beispielsweise auch unter Vermittlung einer Übertragungseinheit 230 oder eines Ventils, mit welcher/welchem das vom Motor 215 generierte Drehmoment auf das Lenkgetriebe 125 bzw. das Lenkelement 120 übertragen wird. Auf diese Weise kann dem durch das Lenkelement 120 auf den Lenkstrang eingeprägten Drehmoments ferner auch ein motorgeneriertes Lenkmoment überlagert werden, was durch das „Drehmoment-Überlagerungs-System“ TOS implementiert wird.
Die verfügbaren Sensoren in einem TOS sind der Encoder zur Bestimmung der Motorposition der Welle des Motors 215, der in 2 durch den Drehzahlsensor 225 gebildet ist, und der Handdrehmomentsensor als Drehmomentsensor 130, der in 2 zwischen den Punkten A und B angreifend dargestellt ist. Zwischen den Punkten A und B wird der Differenzwinkel aufgrund der T-Bar/Drehstab-Auslenkung während der Bedienung des Lenkrads durch den Fahrer gemessen. Zusätzlich kann durch einen Lenkwinkelsensor 235 ein die Drehung des Lenkelementes 120 repräsentierendes Lenkradwinkelsignal ermittelt werden, das beispielsweise von einem Sensor des EBS-Systems bereitgestellt wird und auch für Zwecke der EBS-Regelung verwendet werden kann.
3 zeigt eine schematische Darstellung zur Erläuterung des Prinzips der Drehmomentmessung mittels des hier verwendeten Drehmomentsensors. Aufgrund der Baubegrenzung des Lenksystems und der konzeptionellen Auslegung wird der Handdrehmomentsensor bzw. der hier verwendete Drehmomentsensor 120 normalerweise oben auf dem Lenksystem installiert. Dieser Sensor 120 wird zur Messung des Differenzwinkels zwischen Eingangswelle (beispielsweise im Punkt A aus der 2) und Ventil/ Übertragungseinheit 230 (beispielsweise im Punkt B aus 2) verwendet, um das (Hand-) Drehmoment des Fahrers zu berechnen. Der Torsionsstab bzw. der Drehmomentsensor 120 ist in Punkt B über das Zahnradgetriebe 220 mit dem Motor 215 verbunden. Aufgrund des Rückspiels im Getriebe bzw. hier dem Zahnradgetriebe 220 besteht meist eine Diskrepanz zwischen dem gemessenen Winkel θ dieser beiden Punkte. Es wird somit eine Differenz zwischen einem durch die passive Lenkung von Seiten des Lenkgetriebes 125 in das Lenksystem eingekoppelten (Straßen-) Drehmoment T_r und einem durch das Festhalten des Lenkelementes 120 durch die Hand des Fahrers resultierendes Handdrehmoment T_d des Fahrers resultierendes Drehmoment gemessen. Hierfür gelten bei Berücksichtigung des Drehwinkels θ des Schafts des Lenkelementes 120 die folgenden Gleichungen: $θ_{C} = θ_{B} \pm ε$
$\begin{array}{l} T_{d} = k_{T B} (θ_{A} - θ_{B}) \\ = k_{T B} (θ_{A} - θ_{C} \pm ε) \end{array}$
$T_{e r r} = k_{T B} ε$
wobei T_d ein von einer Hand des Fahrers ausgeübtes Drehmoment, k_TB die Elastizität des Torsionsstabes als Drehmomentsensors, Tr ein durch die Fahrt auf einer unebenen Fahrbahn resultierendes Drehmoment über das Lenkgetriebe eingekoppeltes Drehmoment und T_err die Ungenauigkeit in der Fahrerhand-Drehmomentmessung repräsentiert, die im TOS so klein wie möglich gehalten werden sollte.
4 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Ablaufdiagramms eines Verfahrens zur Detektion einer Wahrscheinlichkeit, dass ein Lenkelement eines Fahrzeugs von einer Hand eines Fahrers gehalten wird als Beispiel eines Konzepts eines Hands Off-Erkennungsalgorithmus. In der 4 ist hierzu ein Schema der Vorgehensweise gemäß diesem Ausführungsbeispiel in der Form eines HOD-Blockdiagramms dargestellt. Zunächst wird beispielsweise in einem Vorbedingungsblock 400, in dem der (Drehmoment-) Schwellenwert 155 und ein Frequenz-Schwellenwert 405 in Abhängigkeit von der Fahrzeuggeschwindigkeit v und dem Lenkradwinkel θ berechnet werden, die in den nachfolgenden 5 und 6 noch näher beschrieben werden. In einem Berechnungsblock 410 wird in einer Drehmomentberechnungseinheit 415 der Bereich oder die „Range“ des Drehstab-Drehmoments bestimmt, in dem sich aktuell das Drehmoment befindet. Dem Drehmoment-Schwellenwert 155 entsprechend wird der Bereich der Amplitude des (Drehstab-) Drehmomentsignals 115 bestimmt und für die Dauer der Überschreitung des (Drehstab-) Drehmomentsignals 115 bzw. eines Absolutwerts des (Drehstab-) Drehmomentsignals 115 über den (Drehmoment-) Schwellenwert 155 wird ein Ausgangs-Flag entsprechend auf 1 gesetzt.
Bei der Frequenzbereichsprüfung wird in dem Berechnungsblock 410 in einer Frequenzberechnungseinheit 420 die Zeitdauer, in der das Drehstab-Drehmomentsignal 115 außerhalb des Bereichs bzw. den (Drehmoment-) Schwellenwert 155 liegt bzw. den (Drehmoment-) Schwellenwert 155 real oder absolut überschreitet, berechnet und mit einem dem Frequenz-Schwellenwert 405 verglichen. Ein Flag wird auf 1 gesetzt, wenn die berechnete Zeitdauer kleiner als der Frequenz-Schwellenwert 405 ist, wie es in der nachfolgenden 7 dargestellt ist.
Im „Außerhalb des Bereichs“-Kompensationsblock 425 wird ein Ausgangsflag 430 der Amplitudenbereichsprüfung entsprechend dem Ausgangsflag 435 der Frequenzbereichsprüfung manipuliert. Das Drehmoment-Flag gleich Null wird für die Intervalle, in denen das Frequenzflag 1 ist, auf 1 gesetzt und als HOD-Flag 440 bereitgestellt.
In einem Signalkonditionierungsblock 450 wird für die Eingangssignale eine redundanzbasierte Plausibilitätsprüfung in einem Plausibilitätsblock 455 durchgeführt. Aus diesem Grund sollte die Abweichung zwischen Drehstab-Winkel und Lenkradwinkel θ kleiner als ein Schwellenwert sein. Außerdem kann aus dem Motorwinkel des Motors 215, Lenkradwinkel θ und Drehstab-Rate in einer Drehratenberechnungseinheit 460 ein Drehmomentsignal berechnet werden. Ferner kann auch ein Winkel 465 des Lenkrads weiter in die Berechnung einfließen. Auch die Abweichung zwischen diesem berechneten Drehmomentsignal und dem Drehstab-Drehmoment sollte kleiner als ein Schwellenwert sein. Auf der Grundlage der Plausibilitätsprüfung der Signale wird eine Degradationsstrategie für die HOD-Vertrauensbestimmung angewendet.
Ein Konfidenzniveau 470 des HOD-Algorithmus kann auf der Grundlage eines Zeitzählers und eines Vergleichs der hier berechneten Werte erfolgen. In einer abschließenden Detektion einer Wahrscheinlichkeit, dass ein Lenkelement eines Fahrzeugs von einer Hand eines Fahrers gehaltenen wird, wird in einer Wahrscheinlichkeitsbestimmungseinheit 475 ein entsprechendes Wahrscheinlichkeitssignal 480 ermittelt, der dann beispielsweise an das in der 1 dargestellte Fahrerassistenzsystem 170 weitergegeben wird.
Nachfolgend wird nun die Bestimmung oder Verarbeitung der in diesem Ansatz verwendeten Größen näher erläutert.
5 zeigt ein Diagramm zur Erläuterung einer Abhängigkeit des (Drehmoment-) Schwellwertes 155 von einer Fahrzeuggeschwindigkeit. In diesem Diagramm aus der 5 ist auf der x-Achse die Fahrzeuggeschwindigkeit v und auf der y-Achse ein Drehmoment T aufgetragen. Zur Bestimmung, ob das Fahrzeug vom Fahrer gelenkt wird oder nicht, also ob der Fall „Hand off“ oder „Hand on“ vorliegt, sollte erkannt werden, ob der Fahrer ein Drehmoment auf das Lenkelement 120 in 1 aufbringt oder ein über eine passive Lenkung auf das Lenkelement 120 eingebrachtes Drehmoment hemmt. In einem Drehmoment-Überlagerungssystem mit offenem Regelkreis hängt der Lenkaufwand des Fahrers vom Drehmoment ab, das auf den Lenkradschwenkarm wirkt. Diese Anstrengung ändert sich proportional zur Fahrzeuggeschwindigkeit. Bei niedrigeren Geschwindigkeiten v ist der Lenkaufwand des Fahrers größer als bei höheren Geschwindigkeiten. Das Mindestdrehmoment des Fahrers zur Überwindung von Widerstandskräften zum Starten der Lenkung bei jeder Fahrzeuggeschwindigkeit wird in dieser Methodik als (Drehmoment-) Schwellenwert T_s gegenüber dem maximal möglichen, messbaren Drehmoment T_M betrachtet. Gemäß der obigen Erklärung wird der Schwellwert 155 für die Drehmoment-Amplitude durch Erhöhung der Fahrzeuggeschwindigkeit v verringert. Die Bestimmung dieser Schwelle 155 ist Gegenstand der Funktionsabstimmung und Parameteroptimierung.
6 zeigt ein Diagramm zur Erläuterung einer Bestimmung des Frequenz-Schwellenwert. In diesem Diagramm aus der 6 ist auf der x-Achse die Zeit t und auf der y-Achse ein Drehmoment T aufgetragen. Die Unterscheidung zwischen der Frequenz des (Hand-) Drehmoments T des Fahrers und dem Einfluss von Fahrbahnstörungen auf das gemessene Drehmomentsignal 115 ist Gegenstand der Frequenz-Schwellenwertbestimmung. Verschiedene Straßenstörungen wie das Durch- - oder Überfahren von Steinen 175 oder Schlaglöchern 180 verursachen hochfrequente Störungen im (Hand-) Drehmomentsignal 115. Die Frequenz f bzw. die entsprechende Zeitdauer t_dist der Störungen ist proportional zur Fahrzeuggeschwindigkeit v, während ihre Amplitude T von der Tiefe des Schlaglochs abhängt, wenn das Fahrzeug in der Zeitspanne 600 das Schlagloch durchfährt. Durch Erhöhung der Fahrzeuggeschwindigkeit v erhöht sich die Frequenz f der Schwingung im Signal 115. Die Bestimmung dieser Schwelle 405 ist Gegenstand der Funktionsabstimmung und Parameteroptimierung.
7 zeigt mehrere Diagramme zur Erläuterung einer Berechnung des HOD-Flags, wie es beispielsweise im Berechnungsblock 410 vorgenommen wird. Im oberen dieser Diagramme aus der 7 ist auf der x-Achse die Zeit t und auf der y-Achse ein Drehmoment T aufgetragen. Für die Darstellung der Vorgehensweise wird hier auf das Szenario zurückgegriffen, das bereits mit Bezug zur 6 näher dargestellt wurde. In den unteren Diagrammen aus der 7 ist auf der x-Achse die Zeit und auf der y-Achse ein Wert eines Flags aufgetragen.
Bei der Amplitudenbereichsprüfung in der Einheit 415 wird die Amplitude des Drehmomentsignals 115 beobachtet. Wenn das Drehmomentsignal 115 beispielsweise innerhalb der vom Vorbedingungsblock 400 vorgegebenen Schwellenwerte 405 bzw. 115 liegt, setzt dieser Block 415 sein Ausgangsflag 430 auf den binären Wert 1, andernfalls auf 0, dies in im Teildiagramm für das Ausgangsflag 430 dargestellt ist.
Bei der Frequenzbereichsprüfung im entsprechenden Block 420 wird die Frequenz des Drehmomentsignals 115 beobachtet. Wenn die Zeitdauer t_dist, in der das Drehmomentsignal 115 außerhalb des Amplitudenschwellenwerts 155 liegt, kleiner als der durch den Vorbedingungsblock 40 gegebene Schwellwert 405 ist, setzt dieser Block 420 seinen Ausgangsflag 435 auf den binären Wert von 1, andernfalls 0, wie dies in im Teildiagramm für das Ausgangsflag 435 dargestellt ist.
Basierend auf dem Flag der Frequenzbereichsprüfung in Block 420 wird das Flag der Amplitudenbereichsprüfung 415 im Modul 425 zur Kompensation der Bereichsüberschreitung korrigiert. In den Bereichen, in denen das Drehmoment-Flag 0, das Frequenz-Flag jedoch 1 ist, wird das Drehmoment-Flag auf 1 gesetzt, wie dies in im Teildiagramm für das HOD-Flag 440 dargestellt ist.
8 zeigt ein Diagramm zur Erläuterung des Konzepts zur Bestimmung einer Wahrscheinlichkeit, dass ein Lenkelement eines Fahrzeugs von einer Hand eines Fahrers gehaltenen wird. Hierbei wird auf der x-Achse eine Zeit t und auf der y-Achse ein Konfidenz-Niveau C in Prozent aufgetragen. Hierbei kann das Konfidenz-Niveau C in Schritten von 10 Prozent steigen oder fallen, um eine Berechnung dieses KonfidenzNiveaus zu vereinfachen.
9 zeigt Diagramme zur Erläuterung des Konzepts zur Bestimmung einer Wahrscheinlichkeit, dass ein Lenkelement eines Fahrzeugs von einer Hand eines Fahrers gehaltenen wird. Hierbei wird auf der x-Achse eine Zeit t und auf der y-Achse in den beiden oberen Teildiagrammen ein Wert des jeweils betreffenden Flags und in dem unteren Teildiagramm ein Konfidenz-Niveau C in Prozent aufgetragen. Zur Bestimmung des HOD-Konfidenzniveaus K, 140 wird eine zeitabhängige Strategie angewendet. Der Wert 0 des HOD-Flag 440 zeigt den Hands-on-Modus an, während der Flag-Wert 1 den Hands-off-Modus anzeigt. Im Falle einer Änderung des HOD-Signals 440 von 0 auf 1 beginnt das Vertrauenssignal bzw. eine Wahrscheinlichkeit K, 140 von 0 auf 100 Prozent in einem Zeitintervall von jeweils 10 Prozent zu steigen, wie dies in der 9 dargestellt ist. Das Zeitintervall ist ein Abstimmungsparameter mit einer Mindestgrenze, die von den Systemeigenschaften und der Sensorqualität abhängt.
Wenn das HOD-Flag 440 von 1 auf 0 wechselt oder wenn das im Signalkonditionierungsblock 450 berechnete Signalkonfidenzniveau 470 von 1 auf 0 wechselt, wird das Konfidenzniveau bzw. die Wahrscheinlichkeit K, 140, auch „Vertrauensniveau“ genannt, des HOD, wie in 9 dargestellt, herabgesetzt.
10 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Ausführungsbeispiels eines Verfahrens 1000 zur Detektion einer Wahrscheinlichkeit, dass ein Lenkelement eines Fahrzeugs von einer Hand eines Fahrers gehalten wird. Das Verfahren 1000 umfasst einen Schritt 1010 des Einlesens eines Drehmomentsignals, das ein Drehmoment repräsentiert, das auf einen zwischen das Lenkelement und ein Lenkgetriebe gekoppelten Drehmomentsensor wirkt. Schließlich umfasst das Verfahren 1000 einen Schritt 1020 des Erkennens einer Wahrscheinlichkeit, dass ein Lenkelement eines Fahrzeugs von einer Hand eines Fahrers gehaltenen wird, wenn ein Wert des Drehmomentsignals und/oder ein Absolutwert des Drehmomentsignals einen Schwellwert überschreitet, der von einer aktuellen Fahrzeuggeschwindigkeit abhängig ist, um die Wahrscheinlichkeit zu detektieren, dass das Lenkelement des Fahrzeugs von einer Hand des Fahrers gehaltenen wird.
Mit dem hier vorgestellten Ansatz lassen sich einige Vorteile erreichen wie beispielsweise eine präzise Erkennung, ob eine Hand des Fahrers das Lenkrad hält oder eine Erkennung ob beide Hände am Lenkrad gehalten werden. Auch kann eine solche Erkennung bei unterschiedlichen Fahrzuständen (Stadt / Landstraße / Autobahn / Schotterweg...) oder eine Erkennung innerhalb eines Zeitfensters erfolgen, wobei keine oder nur sehr wenige Erkennungsfehler auftreten. Auch kann eine Kompensation von Schlaglöchern und eine Berücksichtigung einer Frequenz und Amplitude von Impact-Vorfällen, also Vorfällen bei einem Durchfahren oder Überfahren eines Schlaglochs oder eines Steins erfolgen. Denkbar ist weiterhin, dass mit dem hier vorgestellten Ansatz eine Kompensation von äußeren Einflüssen (beispielsweise Seitenwind/Straßenneigung...) erfolgen kann oder eine sofortige Hands-On Erkennung möglich ist. Auch kann eine geschwindigkeitsunabhängige Erkennung vorgenommen werden, die eine besonders präzise Erkennung der Wahrscheinlichkeit ermöglicht. Auch kann eine einfache Applizierbarkeit mittels speziellen Optimierungstool und eine hohe Robustheit der HOD-Erkennung erreicht werden.
Mit dem hier vorgestellten Ansatz können beispielsweise Fahrzustände anhand von Fahrzeuggeschwindigkeit/Drehmoment und Lenkwinkel erkannt werden, Je nach Fahrzustand werden beispielsweise entsprechende Filter ausgewählt, mit welchen die benötigten Signale vorbereitet werden. Die Signale werden mit einem speziellen Algorithmus verarbeitet und kombiniert (beispielsweise erfolgt ein Einfrieren der Signallage unter gewissen Situationen/statistische Auswertungen/ Vergleich mit bekannten bzw. erlernten Situationen/Berücksichtigung von Zeitintervallen). Hieraus kann als erstes Ergebnis eine Wahrscheinlichkeit bestimmt werden, mit welcher der Fahrer die Hände am Lenkrad hat. Auch kann als zweites Ergebnis eine tatsächliche Auswertung (beispielsweise auch in digitaler Form) sehr leicht umgesetzt werden. Hierfür verwendete Parameter sind Fahrzeugtyp-abhängig, dadurch kann jeweils eine Optimierung pro Typ einfach vorgenommen werden. Für einen solche Fall existiert ein i Programm, welches anhand von speziellen Messwerten die Parameter für die optimale Erkennung bestimmt. Hiermit ist es einfach möglich ein zuverlässiges/wiederholbares Ergebnis zu erzielen. Auch kann die hier vorgestellte Funktion mit einem HMI (humanmaschine-interface= dt. Mensch-Maschine-Schnittstelle) einfach ausgestattet sein und ein solches Modell parametrierbar und leicht Ein-/Aus-schaltbar ausgestaltet werden. Schwierig zu erkennende Situationen (beispielsweise bei einer hohen Geschwindigkeit oder einem glatten Boden/Fahrbahn), können mittels Veränderung der Lenkunterstützung erkennbar gemacht werden. Hierdurch wird weniger Lenkunterstützung erforderlich, was zu einem größeren Handmoment führt, was selbst in Kosequenz besser erkennbar wird. Auch können (beispielsweise mittels des Motors Drehmoment-) Testimpulse in das Lenksystem ausgegeben und eine Reaktion von Moment/Lenkgeschwindigkeit hierauf erfasst werden. Es kann dann eine Modellierung der Strecke Lenkgetriebe - Lenkrad einfach, robust und zuverlässig ermittelt werden, mit dem Ziel der Extraktion von Fahreranteil/Subtraktion von Fahrzeugreaktionen (Vibrationen...).
Speziell kann mit den hier vorgestellten Ansatz ein Verfahren zur Feststellung aufgezeigt werden, ob der Fahrer mit hoher Sicherheit die Hand am Lenkrad des Fahrzeugs hält. Hierdurch ist eine Erhöhung der Robustheit einer Hands-on-Erkennung möglich, wobei eine solche Bestimmung nur auf Werten eines Drehmomentsensors an der Eingangswelle des Lenksystems basieren kann. Auch ist eine präzise Bestimmung der Hände des Fahrers auf der Autobahn bei hoher Geschwindigkeit und Geradeausfahrt möglich, wie auch eine präzise Bestimmung der am Lenkelement anliegenden Fahrerhände durch Berücksichtigung des mechanischen Spiels im System. Ferner kann auch eine präzise Bestimmung der am Lenkelement anliegenden Fahrerhände durch Plausibilitätsprüfung des Handdrehmomentsignals erfolgen und eine präzise Bestimmung der am Lenkelement anliegenden Fahrerhände durch Entwicklung eines spezifischen Werkzeugs für die Funktionsabstimmung. Denkbar ist auch eine präzise Bestimmung der am Lenkelement anliegenden Fahrerhände durch Abhängigkeit der Funktion von der Fahrzeuggeschwindigkeit sowie eine Ablehnung der externen Störungen in der Ausgabe der Funktion.
Die hier vorgestellten Verfahrensschritte können wiederholt sowie in einer anderen als in der beschriebenen Reihenfolge ausgeführt werden.
Umfasst ein Ausführungsbeispiel eine „und/oder“-Verknüpfung zwischen einem ersten Merkmal und einem zweiten Merkmal, so ist dies so zu lesen, dass das Ausführungsbeispiel gemäß einer Ausführungsform sowohl das erste Merkmal als auch das zweite Merkmal und gemäß einer weiteren Ausführungsform entweder nur das erste Merkmal oder nur das zweite Merkmal aufweist.
Bezugszeichenliste

100: Fahrzeug
105: Detektionseinheit
110: Einleseschnittstelle
115: Drehmomentsignal
120: Lenkelement
125: Lenkgetriebe
130: Drehmomentsensor
135: Erkennungseinheit
140: Wahrscheinlichkeit
145: Hand
150: Fahrers
155: Schwellwert
160: Speicher
165: Fahrzeuggeschwindigkeitssensor
170: Fahrerassistenzsystem
175: Stein
180: Schlagloch
190: Rad
v: Fahrzeuggeschwindigkeit
200: Schaft
205: Einkoppelelement
210: Ausgangsschafts
215: Motor
220: Zahnradgetriebe
225: Drehzahlsensor
230: Übertragungseinheit
235: Lenkwinkelsensor
Tr: (Straßen-) Drehmoment
Td: (Hand-) Drehmoment
θ: Drehwinkels, Lenkradwinkel
400: Vorbedingungsblock
405: Frequenz-Schwellenwert
410: Berechnungsblock
415: Drehmomentberechnungseinheit
420: Frequenzberechnungseinheit
425: Kompensationsblock
430: Ausgangsflag
435: Ausgangsflag
440: HOD-Flag
450: Signalkonditionierungsblock
455: Plausibilitätsblock
460: Drehratenberechnungseinheit
465: Winkel des Lenkrads
470: Konfidenzniveau
475: Wahrscheinlichkeitsbestimmungseinheit
480: Wahrscheinlichkeitssignal
T: Drehmoment
TS: (Drehmoment-) Schwellenwert
TM: maximal mögliches, messbares Drehmoment
tdist: Zeitdauer
600: Zeitspanne
C: Konfidenz-Niveau
K: HOD-Konfidenzniveau. Wahrscheinlinkeit
1000: Verfahrens zur Detektion einer Wahrscheinlichkeit, dass ein Lenkelement eines Fahrzeugs von einer Hand eines Fahrers gehalten wird
1010: Schritt des Einlesens eines Drehmomentsignals
1020: Schritt des Erkennens einer Wahrscheinlichkeit, dass ein Lenkelement eines Fahrzeugs von einer Hand eines Fahrers gehaltenen wird

Claims

Verfahren (1000) zur Detektion einer Wahrscheinlichkeit (K, 140), dass ein Lenkelement (120) eines Fahrzeugs (100) von einer Hand (145) eines Fahrers (150) gehaltenen wird, wobei das Verfahren (1000) die folgenden Schritte aufweist: - Einlesen (1010) eines Drehmomentsignals, das ein Drehmoment repräsentiert, das auf einen zwischen das Lenkelement (120) und ein Lenkgetriebe (125) gekoppelten Drehmomentsensor wirkt; und - Erkennen (1020) einer Wahrscheinlichkeit (K, 140), dass ein Lenkelement (120) eines Fahrzeugs (100) von einer Hand (145) eines Fahrers (150) gehaltenen wird, wenn ein Wert des Drehmomentsignals (115) und/oder ein Absolutwert des Drehmomentsignals (115) einen Schwellwert (155, Ts) überschreitet, der von einer aktuellen Fahrzeuggeschwindigkeit (v) abhängig ist, um die Wahrscheinlichkeit (K, 140) zu detektieren, dass das Lenkelement (120) des Fahrzeugs (100) von einer Hand (145) des Fahrers (150) gehaltenen wird.
Verfahren (1000) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im Schritt (1020) des Erkennens ein Schwellwert (155, T_S) verwendet wird, der bei einer höheren Fahrzeuggeschwindigkeit (v) einen niedrigeren Wert aufweist, als bei einer niedrigeren Fahrzeuggeschwindigkeit (v).
Verfahren (1000) gemäß einem der vorausgegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Schritt (1020) des Erkennens die Wahrscheinlichkeit (K, 140), dass das Lenkelement (120) des Fahrzeugs (100) von einer Hand (145) des Fahrers (150) gehaltenen wird ferner unter Verwendung zumindest einer Zeitdauer (t_dist) erkannt wird, für die ein Wert des Drehmomentsignals (115) und/oder ein Absolutwert des Drehmomentsignals (115) den Schwellwert (155, Ts) überschreitet und/oder ferner unter Verwendung zumindest einer Frequenz erkannt wird, mit der der Wert des Drehmomentsignals (115) und/oder ein Absolutwert des Drehmomentsignals (115) den Schwellwert (155, Ts) überschreitet.
Verfahren (1000) gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass im Schritt (1020) des Erkennens die Wahrscheinlichkeit (K, 140), dass das Lenkelement (120) des Fahrzeugs (100) von einer Hand (145) des Fahrers (150) gehaltenen wird, ferner unter Verwendung zumindest eines Zeitdauerschwellwerts erkannt wird, der durch die Zeitdauer (t_dist) überschritten wird, dass ein Wert des Drehmomentsignals (115) und/oder ein Absolutwert des Drehmomentsignals (115) den Schwellwert (155, T_S) überschreitet und/oder dass im Schritt des Erkennens (1020) die Wahrscheinlichkeit (K, 140), dass das Lenkelement (120) des Fahrzeugs (100) von einer Hand (145) des Fahrers (150) gehaltenen wird, ferner unter Verwendung zumindest eines Frequenzschwellwerts (405) erkannt wird, der durch die Frequenz überschritten wird, mit der der Wert des Drehmomentsignals (115) und/oder ein Absolutwert des Drehmomentsignals (115) den Schwellwert (155, Ts) überschreitet.
Verfahren (1000) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Schritt (1020) des Erkennens die Wahrscheinlichkeit (K, 140), dass das Lenkelement (120) des Fahrzeugs (100) von einer Hand (145) des Fahrers (150) gehaltenen wird, kleiner wird, wenn in einem Beobachtungszeitraum ein Wert des Drehmomentsignals (115) und/oder ein Absolutwert des Drehmomentsignals (115) einen Schwellwert (155, Ts) überschreitet.
Verfahren (1000) gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass im Schritt (1020) des Erkennens die Wahrscheinlichkeit (K, 140), dass das Lenkelement (120) des Fahrzeugs (100) von einer Hand (145) des Fahrers (150) gehaltenen wird, größer wird, wenn in dem Beobachtungszeitraum (600) ein Wert des Drehmomentsignals (115) und/oder ein Absolutwert des Drehmomentsignals (115) einen Schwellwert (155, Ts) wieder unterschreitet.
Verfahren (1000) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Schritt (1020) des Erkennens die Wahrscheinlichkeit (K, 140), dass das Lenkelement (120) des Fahrzeugs (100) von einer Hand (145) des Fahrers (150) gehaltenen wird, kleiner wird, je länger in einem Beobachtungszeitintervall ein Wert der Zeitdauer (t_dist) den Zeitdauerschwellwert überschreitet und/oder ein Wert der Frequenz den Frequenzschwellwert (405) überschreitet.
Verfahren (1000) gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass im Schritt (1020) des Erkennens die Wahrscheinlichkeit (K, 140), dass das Lenkelement (120) des Fahrzeugs (100) von einer Hand (145) des Fahrers (150) gehaltenen wird, größer wird, wenn in dem Beobachtungszeitintervall ein Wert der Zeitdauer (t_dist) den Zeitdauerschwellwert wieder unterschreitet überschreitet und/oder ein Wert der Frequenz den Frequenzschwellwert (405) wieder unterschreitet.
Verfahren (1000) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass im Schritt (1020) des Erkennens ein Vergrößern oder Verkleinern der Wahrscheinlichkeit (K, 140) in Wahrscheinlichkeitsstufen, insbesondere in Wahrscheinlichkeitsstufen von 10 Prozent erfolgt.
Verfahren (1000) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Schritt (1020) des Erkennens ein Schwellwert (155, T_S) verwendet wird, das von einem Lenkeinschlagwinkel (θ) des Lenkelementes (120) abhängig ist.
Verfahren (1000) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Schritt (1010) des Einlesens das Drehmomentsignal (115) ausschließlich von einem Drehmomentsensor (130) eingelesen wird, der in oder an einer Lenksäule des Fahrzeugs (100) verbaut und/oder eingebettet ist, insbesondere wobei der Drehmomentsensor (130) eine Übertragung einer Drehung des Lenkelementes (120) auf ein Lenkgetriebe (125) bewerkstelligt.
Detektionseinheit (105), die eingerichtet ist, um die Schritte des Verfahrens (1000) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche in entsprechenden Einheiten (110, 135) auszuführen und/oder anzusteuern.
Computerprogramm, das dazu eingerichtet ist, das Verfahren (1000) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche auszuführen und/oder anzusteuern.
Maschinenlesbares Speichermedium, auf dem das Computerprogramm nach Anspruch 13 gespeichert ist.