DE102021202611A1

DE102021202611A1 - Lenksystem und Verfahren für eine taktile Rückmeldung über eine Lenkhandhabe

Info

Publication number: DE102021202611A1
Application number: DE102021202611.7A
Authority: DE
Inventors: Ákos Mester; Àdám Varga; Peter Kakas
Original assignee: ThyssenKrupp AG; ThyssenKrupp Presta AG
Current assignee: ThyssenKrupp AG; ThyssenKrupp Presta AG
Priority date: 2021-03-18
Filing date: 2021-03-18
Publication date: 2022-09-22
Anticipated expiration: 2041-03-19
Also published as: WO2022194616A1; DE102021202611B4

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Lenksystem (1) mit einer Lenkhandhabe (3), einer Lenkwelle (2), einem Motor (11) und einer dem Lenksystem (1) zugeordneten Steuereinheit (12), wobei die Steuereinheit (12) ausgebildet ist, den Motor (11) bei Erfüllung einer ersten Bedingung derart anzusteuern, dass der Motor (11) ein erstes Bewegungsmuster auf die Lenkhandhabe (3) aufbringt, und den Motor (11) bei Erfüllung der ersten Bedingung und bei zusätzlicher Erfüllung einer zweiten Bedingung derart anzusteuern, dass der Motor (11) ein zweites Bewegungsmuster auf die Lenkhandhabe (3) aufbringt.Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Bereitstellung einer aktiven Rückmeldung an einen Fahrer eines Kraftfahrzeugs, welches eine Steuereinheit (12) und ein Lenksystem (1) mit einer Lenkhandhabe (3), einer Lenkwelle (2) und einem Motor (11) umfasst, wobei mittels des Motors (11) ein erstes Bewegungsmuster auf die Lenkhandhabe (3) aufgebracht wird, wenn eine erste Bedingung erfüllt ist, und ein zweites Bewegungsmuster auf die Lenkhandhabe (3) aufgebracht wird, wenn die erste Bedingung erfüllt ist und zusätzlich eine zweite Bedingung erfüllt ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Lenksystem mit einer Lenkhandhabe, einer Lenkwelle, einem Motor und einer dem Lenksystem zugeordneten Steuereinheit, wobei die Steuereinheit ausgebildet ist, den Motor bei Erfüllung einer ersten vordefinierten Bedingung derart anzusteuern, dass der Motor ein erstes Bewegungsmuster auf die Lenkhandhabe aufbringt. Weiter betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Bereitstellung einer aktiven Rückmeldung an einen Fahrer eines Kraftfahrzeugs, welches eine Steuereinheit und ein Lenksystem mit einer Lenkhandhabe, einer Lenkwelle und einem Motor umfasst, wobei mittels des Motors ein erstes Bewegungsmuster auf die Lenkhandhabe aufgebracht wird, wenn eine erste Bedingung erfüllt ist.
Solche Lenksysteme und Verfahren sind insbesondere im Zusammenhang mit Fahrerassistenzsystemen, wie Spurhalteassistenten oder Totwinkelwarnern, bekannt. Ein Spurhalteassistent überwacht mittels Sensoren das Einhalten einer vorgegebenen Fahrspur durch ein Kraftfahrzeug. Bei einem Überfahren einer Fahrbahnmarkierung mit dem Kraftfahrzeug oder auch bereits bei einem als kritisch bewerteten Annähern des Kraftfahrzeugs an eine Fahrbahnmarkierung wird ein Warnsignal an den Fahrer ausgegeben, indem ein erstes Bewegungsmuster auf das Lenkrad des Kraftfahrzeugs aufgebracht wird, welches der Fahrer beispielsweise als Vibration wahrnimmt. Auch bei einem Totwinkelwarner kann ein solches Bewegungsmuster als Warnsignal auf das Lenkrad aufgebracht werden, wenn Sensoren bei einem registrierten Beginn eines Spurwechselvorgangs einen anderen Verkehrsteilnehmer neben dem Kraftfahrzeug erkannt haben.
In bestimmten Fahrsituationen kann es jedoch vorkommen, dass das Warnsignal nicht gut von dem Fahrer wahrgenommen werden kann, weil die Fahrsituation ebenfalls für den Fahrer wahrnehmbare Vibrationen in dem Lenkrad erzeugt. Insbesondere eine unebene Fahrbahnoberfläche mit Bodenwellen, Schlaglöchern oder anderen Fahrbahnunebenheiten kann dazu führen, dass ein als Warnsignal auf die Lenkhandhabe aufgebrachtes Bewegungsmuster durch die von der unebenen Fahrbahnoberfläche verursachten Vibrationen von einem Fahrer nicht oder nicht frühzeitig genug wahrgenommen wird, um auf die Warnung reagieren zu können.
Vor diesem Hintergrund ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein eingangs genanntes Lenksystem und Verfahren zu verbessern, insbesondere dahingehend, dass ein auf eine Lenkhandhabe aufgebrachtes Warnsignal zuverlässiger von einem Fahrer wahrgenommen werden kann.
Zur Lösung dieser Aufgabe werden ein Lenksystem und ein Verfahren gemäß den unabhängigen Ansprüchen vorgeschlagen. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen und der Beschreibung beschrieben sowie in den Figuren dargestellt.
Die vorgeschlagene Lösung sieht ein Lenksystem, insbesondere ein elektromechanisches Lenksystem, vor, welches eine Lenkhandhabe, eine Lenkwelle, einen Motor und eine dem Lenksystem zugeordnete Steuereinheit umfasst. Der Motor ist insbesondere ein Elektromotor, weiter insbesondere ein Synchronmotor, weiter insbesondere ein Permanentmagnet Synchronmotor. Dass dem Lenksystem eine Steuereinheit zugeordnet ist, meint insbesondere, dass das Lenksystem wirkmäßig mit einer Steuereinheit verbunden ist, wobei das Lenksystem insbesondere die Steuereinheit umfassen kann. Insbesondere kann die Steuereinheit körperlich mit dem Lenksystem verbunden sein. Weiter kann die Steuereinheit auch eine Steuereinheit eines Kraftfahrzeugs, in dem das Lenksystem eingesetzt ist, sein, wobei diese Steuereinheit zumindest auch für die Steuerung des Lenksystems ausgebildet ist. Die dem Lenksystem zugeordnete Steuereinheit ist dabei ausgebildet, den Motor bei Erfüllung einer ersten vordefinierten Bedingung derart anzusteuern, dass der Motor ein erstes Bewegungsmuster auf die Lenkhandhabe aufbringt, und den Motor bei Erfüllung der ersten vordefinierten Bedingung und bei zusätzlicher Erfüllung einer zweiten vordefinierten Bedingung derart anzusteuern, dass der Motor ein zweites Bewegungsmuster auf die Lenkhandhabe aufbringt. Das erste Bewegungsmuster ist dabei vorteilhafterweise von dem zweiten Bewegungsmuster verschieden. Insbesondere ist vorgesehen, dass das erste Bewegungsmuster und das zweite Bewegungsmuster von einem Fahrer als Vibration der Lenkhandhabe wahrnehmbar sind. Vorteilhafterweise unterscheidet sich das zweite Bewegungsmuster gegenüber dem ersten Bewegungsmuster in der Intensität, sodass das zweite Bewegungsmuster deutlich spürbarer von einem Fahrer wahrnehmbar ist. Insbesondere ist vorgesehen, dass das zweite Bewegungsmuster gegenüber dem ersten Bewegungsmuster eine höhere Frequenz aufweist. Alternativ oder zusätzlich ist insbesondere vorgesehen, dass das zweite Bewegungsmuster gegenüber dem ersten Bewegungsmuster eine höhere Amplitude aufweist. Eine Idee der Erfindung ist es also insbesondere, ein als Warnsignal auf die Lenkhandhabe aufgebrachtes Bewegungsmuster unter der Voraussetzung der Erfüllung einer Zusatzbedingung zu adaptieren, insbesondere um das Warnsignal situationsspezifisch ausgestalten zu können.
Insbesondere ist vorgesehen, dass die erste Bedingung dann erfüllt ist, wenn ein Assistenzsystem des Kraftfahrzeugs eine Gefahrensituation erkannt hat. Das erste Bewegungsmuster dient dabei vorteilhafterweise als Warnsignal für den Fahrer. Das zweite Bewegungsmuster dient vorteilhafterweise als intensiveres Warnsignal, insbesondere wenn aufgrund einer bestimmten Fahrsituation das erste Bewegungsmuster als Warnsignal weniger gut wahrgenommen werden kann.
Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die zweite Bedingung erfüllt ist, wenn bei einer Fahrbahnoberflächenbewertung die Fahrbahnoberfläche als uneben bewertet ist. Eine solche Bewertung der Fahrbahnoberfläche als uneben ist insbesondere dann gegeben, wenn die in Fahrtrichtung vor dem Kraftfahrzeug liegende Fahrbahnoberfläche nicht eben ist, und insbesondere Schlaglöcher, Bodenwellen, Querrillen und/oder eine grobe Struktur aufweist. Es hat sich gezeigt, dass solche unebenen Fahrbahnoberflächen beim Fahren eines Kraftfahrzeugs zu Bewegungen, insbesondere zu Vibrationen, der Lenkhandhabe führen. Wird beim Fahren auf einer unebenen Fahrbahnoberfläche ein erstes Bewegungsmuster als Warnsignal auf die Lenkhandhabe aufgebracht, kann es vorkommen, dass dieses Warnsignal aufgrund der zusätzlichen, von dem Fahren auf der unebenen Fahrbahnoberfläche hervorgerufenen Bewegungen der Lenkhandhabe nicht oder nicht ausreichend von dem Fahrer wahrgenommen werden. Ein generelles Erhöhen der Intensität des ersten Bewegungsmusters hat sich allerdings auch als weniger geeignet gezeigt, weil die Intensität des ersten Bewegungsmusters bei einer ebenen Fahrbahnbeschaffenheit dann als zu intensiv wahrgenommen wird und sogar dazu führen kann, dass der Fahrer erschrocken mit einer Fehlbedienung reagiert. Dem wird vorteilhafterweise durch die wenigstens zweistufig ausgebildete Ausprägung des Bewegungsmusters abhängig von der Fahrsituation begegnet. Auf diese Weise lässt sich vorteilhafterweise erreichen, dass das Warnsignal stets spürbar aber nicht als aufdringlich wahrgenommen wird.
Eine weitere vorteilhafte Ausführung der Erfindung sieht vor, dass die erste Bedingung erfüllt ist, wenn ein Spurhalteassistent eines Kraftfahrzeugs ein mögliches ungewolltes Verlassen einer Fahrspur erkannt hat, also insbesondere, wenn ein ungewolltes Überfahren einer Fahrbahnmarkierung mit dem Kraftfahrzeug erkannt wurde oder eine kritische Annäherung des Kraftfahrzeugs an eine Fahrbahnmarkierung erkannt wurde.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des vorgeschlagenen Lenksystems ist die Steuereinheit weiter ausgebildet, ein Bewertungssignal für die Fahrbahnoberflächenbewertung zu verarbeiten, wobei das Bewertungssignal zumindest eines der folgenden Signale umfasst: eine Winkelgeschwindigkeit des Motors über einem ersten Zeitintervall; ein auf die Lenkwelle wirkendes Drehmoment über einem zweiten Zeitintervall. Die Terminologie „erstes Zeitintervall“ und „zweites Zeitintervall“ wird verwendet, um klarzustellen, dass diese Zeitintervalle unabhängig voneinander sind. Die Länge des ersten Zeitintervalls kann aber insbesondere der Länge des zweiten Zeitintervalls entsprechen. Vorteilhaft bei dieser Ausgestaltung ist insbesondere, dass eine Winkelgeschwindigkeit des Motors beziehungsweise einer Rotorwelle des Motors sowie ein auf die Lenkwelle wirkendes Drehmoment bei elektromechanischen Lenksystemen häufig bereits für den Betrieb des Lenksystems erfasst werden. Insofern sind vorteilhafterweise keine zusätzlichen Sensoren erforderlich, insbesondere keine optischen Sensoren, die die Fahrbahnoberflächenbeschaffenheit erfassen. Vorteilhafterweise wird vielmehr ausgenutzt, dass sich eine unebene Fahrbahnoberfläche auf die Mechanik des Lenksystems überträgt und sich eine Fahrbahnoberfläche insofern indirekt über eine Änderung der Winkelgeschwindigkeit über der Zeit und/oder eine Änderung des Drehmoments über der Zeit bewerten lässt.
Weiter vorteilhaft ist die Steuereinheit weiter ausgebildet, das Bewertungssignal zu normieren. Für die Normierung wird dabei vorteilhafterweise zumindest eine der nachfolgenden Normierungsgrößen angewendet: eine aktuelle Fahrzeugbeschleunigung; eine aktuelle Fahrzeuggeschwindigkeit; eine Bewertungssignalstärke über ein drittes Zeitintervall. Die Terminologie „drittes Zeitintervall“ wird wiederum verwendet, um zu verdeutlichen, dass dieses Zeitintervall insbesondere von dem „ersten Zeitintervall“ und dem „zweiten Zeitintervall“ verschieden sein kann und diese Zeitintervalle insbesondere unabhängig voneinander sind. Vorteilhafterweise erfolgt durch die Normierung eine verbesserte Anpassung an die tatsächliche Fahrsituation. Darüber hinaus wird hierdurch vorteilhafterweise die Verarbeitung des Bewertungssignals standardisiert. Weiter vorteilhaft sind die Voraussetzungen für das Bewerten, ob die vordefinierte zweite Bedingung erfüllt ist, aufgrund der Normierung hierdurch signalunabhängiger.
Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass die Steuereinheit weiter ausgebildet ist, eine Hochpassfilterung des Bewertungssignals durchzuführen. Vorteilhafterweise gehen Signalausreißer hierdurch weniger stark in die Bewertung ein. Die Bewertung der Fahrbahnoberfläche wird hierdurch vorteilhafterweise zuverlässiger. Ferner ist die Steuereinheit vorteilhafterweise weiter ausgebildet, das Bewertungssignal über ein viertes Zeitintervall zu integrieren. Die Bewertung der Fahrbahnoberfläche wird hierdurch vorteilhafterweise noch zuverlässiger. Die Terminologie „viertes Zeitintervall“ wird wiederum verwendet, um zu verdeutlichen, dass dieses Zeitintervall insbesondere von dem „ersten Zeitintervall“, dem „zweiten Zeitintervall“ und/oder dem „dritten Zeitintervall“ verschieden sein kann und diese Zeitintervalle insbesondere unabhängig voneinander seien können. Insbesondere ist aber auch als Ausführungsform vorgesehen, dass die Zeitintervalle gleich sind. Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist vorgesehen, dass zumindest das vierte Zeitintervall von einer vordefinierten zurückzulegenden Entfernung eines Kraftfahrzeugs abhängt. Als Entfernung kann insbesondere eine Wegstrecke von 5 m bis 200 m festgelegt werden. Eine solche entfernungsabhängige Bestimmung des vierten Zeitintervalls hat sich für die Bewertung der Fahrbahnoberfläche als äußert positiv herausgestellt.
Weiter ist insbesondere vorgesehen, dass das Bewertungssignal ein diskretes Signal ist. Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung umfasst das Bewertungssignal eine Anzahl von P Abtastwerten. Die Steuereinheit ist dabei vorteilhafterweise weiter ausgebildet, die letzten N Abtastwerte des Bewertungssignals zu mitteln. P und N sind dabei positive ganze Zahlen, wobei gilt, dass N kleiner als P ist. Durch die Mittelung bleiben plötzliche Änderungen der Fahrbahnoberflächenbeschaffenheit vorteilhafterweise unberücksichtigt, sodass vorteilhafterweise ein Hin- und Herwechseln zwischen einer Erfüllung und einer Nichterfüllung der zweiten vordefinierten Bedingung verhindert wird.
Vorteilhafterweise ist die Steuereinheit weiter ausgebildet, das Bewertungssignal auszuwerten und anhand der Auswertung die Fahrbahnoberfläche zumindest wie folgt zu bewerten: eben oder uneben. Die Bewertung erfolgt vorteilhafterweise anhand eines Schwellwertvergleichs. Insbesondere sind gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform unterschiedliche Stufen für die Bewertung „uneben“ vorgesehen, um ein auf die Lenkhandhabe als Warnsignal aufgebrachtes Bewegungsmuster noch besser an eine jeweilige Fahrbahnoberflächenbeschaffenheit anzupassen. Eine Unterscheidung zwischen „eben“ und „uneben“ hat sich allerdings in vielen Fällen aus ausreichend herausgestellt, wobei eine solche Unterscheidung einfacher zu realisieren ist.
Nachfolgend wird das zur Lösung der obenstehenden Aufgabe vorgeschlagene Verfahren zur Bereitstellung einer aktiven Rückmeldung an einen Fahrer eines Kraftfahrzeugs näher erläutert. Das Kraftfahrzeug umfasst dabei eine Steuereinheit und ein Lenksystem mit einer Lenkhandhabe, einer Lenkwelle und einem Motor, insbesondere einem Elektromotor, weiter insbesondere einem Drei-Phasen-Synchronmotor. Mittels des Motors wird ein erstes Bewegungsmuster auf die Lenkhandhabe, insbesondere auf ein Lenkrad, aufgebracht, wenn eine erste Bedingung erfüllt ist. Zudem wird mittels des Motors ein zweites Bewegungsmuster auf die Lenkhandhabe aufgebracht, wenn die erste Bedingung erfüllt ist und zusätzlich eine zweite Bedingung erfüllt ist. Die erste Bedingung ist dabei insbesondere dann erfüllt, wenn ein Fahrerassistenzsystem eine Fahrsituation detektiert hat, in der der Fahrer des Kraftfahrzeugs durch das Aufbringen des ersten Bewegungsmusters auf die Lenkhandhabe als Warnsignal gewarnt werden soll. Das zweite Bewegungsmuster wird vorteilhafterweise dann aufgebracht, wenn eine zusätzliche Bedingung, die insbesondere fahrsituationsspezifisch ist, erfüllt ist. Insbesondere ist diese zweite Bedingung dann erfüllt, wenn eine Fahrsituation für einen Fahrer das Wahrnehmen des ersten Bewegungsmusters erschwert, insbesondere aufgrund von einer schlechten Beschaffenheit der Fahrbahnoberfläche. Insbesondere sieht eine vorteilhafte Ausführungsform des Verfahrens vor, dass ein Spurhalteassistent des Kraftfahrzeugs ein Fahren innerhalb einer dem Kraftfahrzeug zugeordneten Fahrspur überwacht, und dass die die erste Bedingung erfüllt ist, wenn der Spurhalteassistent ein mögliches ungewolltes Verlassen der Fahrspur erkennt. Das erste Bewegungsmuster ist dabei vorteilhafterweise derart ausgebildet, dass ein Fahrer bei einer normalen, ebenen Fahrbahnoberfläche eine leichte, aber deutlich spürbare taktile Rückmeldung über die Lenkhandhabe erhält, insbesondere in Form eines Vibrierens der Lenkhandhabe. Die Bedingung für das Aufbringen des zweiten Bewegungsmusters ist dann erfüllt, wenn der Spurhalteassistent ein mögliches ungewolltes Verlassen der Fahrspur erkennt und zusätzlich insbesondere eine unebene Fahrbahnoberfläche erkannt wird. Somit kann in diesem Fall ein gegenüber dem ersten Bewegungsmuster intensiveres zweites Bewegungsmuster auf die Lenkhandhabe aufgebracht werden. Vorteilhafterweise ist somit auch bei auf die Lenkhandhabe wirkenden Störeinflüssen in dem Lenksystem aufgrund einer unebenen Fahrbahnoberfläche eine taktile Rückmeldung über die Lenkhandhabe für einen Fahrer weiterhin deutlich spürbar realisiert.
Insbesondere sieht das vorgeschlagene Verfahren vor, dass ein Bewertungssignal erfasst wird. Das Bewertungssignal umfasst dabei zumindest eines der folgenden Signale: eine Winkelgeschwindigkeit des Motors über einem ersten Zeitintervall; ein auf die Lenkwelle wirkendes Drehmoment über einem zweiten Zeitintervall. Insbesondere ist vorgesehen, dass das Bewertungssignal als zeitdiskretes Signal erfasst wird, insbesondere als Signalfolge.
Vorteilhafterweise wird das erfasste Bewertungssignal zunächst normiert. Für die Normierung wird dabei vorteilhafterweise zumindest eine der nachfolgenden Normierungsgrößen angewendet: eine aktuelle Fahrzeugbeschleunigung; eine aktuelle Fahrzeuggeschwindigkeit; eine Bewertungssignalstärke über ein drittes Zeitintervall. Durch die Normierung ist vorteilhafterweise eine weitere Signalverarbeitung und/oder Signalauswertung vereinfacht.
Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform des Verfahrens sieht vor, dass eine Hochpassfilterung des Bewertungssignals durchgeführt wird, insbesondere eine Hochpassfilterung des normierten Bewertungssignals. Durch die Hochpassfilterung wird das Bewertungssignal vorteilhafterweise geglättet.
Gemäß einer weiteren, besonders vorteilhaften Ausführungsform des Verfahrens wird das Bewertungssignal über ein viertes Zeitintervall integriert; insbesondere das hochpassgefilterte Bewertungssignal. Das vierte Zeitintervall wird vorteilhafterweise in Abhängigkeit von einer von dem Kraftfahrzeug zurückzulegenden, vordefinierten Entfernung bestimmt. Vorteilhafterweise wird hierdurch die Bewertung der Fahrbahnoberfläche weiter verbessert.
Weiter sieht das Verfahren vorteilhafterweise vor, dass die letzten N Abtastwerte des Bewertungssignals, insbesondere des integrierten Bewertungssignals, gemittelt werden. Das integrierte Bewertungssignal umfasst dabei insbesondere P Abtastwerte, wobei P und N positive ganze Zahlen sind und N kleiner als P ist. Vorteilhafterweise wird hierdurch ein Szenario, dass in einer kurzen Zeitfolge, die zweite Bedingung kurzzeitig erfüllt ist und dann wiederum nicht erfüllt ist, weitestgehend verhindert.
Das Bewertungssignal, insbesondere das derart gemittelte Bewertungssignal, wird vorteilhafterweise ausgewertet. Mittels dieser Auswertung wird einer Fahrbahnoberfläche zumindest eine der folgenden Bewertungen zugeordnet: „eben“ oder „uneben“. Die Zuordnung kann dabei insbesondere mittels eines Schwellwertvergleichs erfolgen. Das Verfahren sieht dabei vorteilhafterweise vor, dass die zweite Bedingung erfüllt ist, wenn der Fahrbahnoberfläche die Bewertung „uneben“ zugeordnet ist. In diesem Fall wird also vorteilhafterweise das zweite Bewegungsmuster anstelle des ersten Bewegungsmusters auf die Lenkhandhabe aufgebracht, wenn zusätzlich die erste Bedingung erfüllt ist. Dabei wird vorteilhafterweise die Frequenz und/oder die Amplitude des ersten Bewegungsmusters erhöht, um das zweite Bewegungsmuster zu erzeugen.
Weitere vorteilhafte Einzelheiten, Merkmale und Ausgestaltungsdetails der Erfindung werden im Zusammenhang mit den in den Figuren (Fig.: Figur) dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Dabei zeigt:

1 in einer perspektivischen Ansicht eine vereinfachte, schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels für ein erfindungsgemäß ausgebildetes Lenksystem; und
2 in einem vereinfacht dargestellten Blockschaltbild ein Ausführungsbeispiel für ein erfindungsgemäß ausgebildetes Verfahren.

1 zeigt ein Ausführungsbeispiel für ein elektromechanisches Lenksystem 1 eines Kraftfahrzeugs, wobei der besseren Übersicht halber einige Bestandteile des Lenksystems nicht dargestellt sind. Alternativ zu dem in 1 dargestellten Lenksystem 1 kann auch ein Steer-by-Wire-Lenksystem vorgesehen sein.
Das in 1 dargestellte Lenksystem 1 umfasst eine Lenksäule 10 mit einer Lenkwelle 2 und einer drehfest mit der Lenkwelle 2 verbundenen Lenkhandhabe 3, die in diesem Ausführungsbeispiel als Lenkrad ausgebildet ist. Über die Lenkhandhabe 3 kann ein Fahrer dabei in bekannter Weise durch Drehung einen Lenkbefehl vorgeben. Die Lenksäule 10 ist über ein Lenkgetriebe 7 mechanisch mit den gelenkten Rädern 4 des Kraftfahrzeugs gekoppelt. Das Lenkgetriebe 7 umfasst ein von einem Lenksteller 5 gesteuertes Ritzel 8 und eine gezahnte Koppelstange 6. Das Lenkgetriebe 7 dient dabei zur Übersetzung einer rotatorischen Bewegung des Ritzels 8 in eine translatorische Bewegung der Koppelstange 6 entlang deren Längsachse. Die sich entlang ihrer Längsachse linear bewegende Koppelstange 6 ist jeweils zu beiden Seiten des Kraftfahrzeugs mechanisch mit einer Spurstange 9 gekoppelt. Die Spurstangen 9 sind wiederum jeweils mit den Fahrzeugrädern 4 mechanisch gekoppelt.
Das Lenksystem 1 umfasst darüber hinaus einen Elektromotor 11, der über die Lenkwelle 2 auf die Lenkhandhabe 3 einwirken kann. Weiter umfasst das Lenksystem 1 eine in 1 lediglich schematisch dargestellte Steuereinheit 12, insbesondere eine entsprechend programmierte Mikrocontrollerschaltung, wobei die Steuereinheit 12 ausgebildet ist, den Elektromotor 11 anzusteuern. Zur Veranschaulichung ist in 1 daher die Übertragung eines Steuersignals S1 von der Steuereinheit 12 an den Elektromotor 11 symbolisch dargestellt. Die Steuereinheit 12 ist zudem ausgebildet, von einem in 1 nicht explizit dargestellten Winkelsensor ein eine Winkelgeschwindigkeit des Elektromotors 11 repräsentierendes Winkelsignal W1 und von einem in 1 nicht explizit dargestellten Drehmomentsensor ein ein auf die Lenkwelle 2 aufgebrachtes Drehmoment repräsentierendes Drehmomentsignal D1 zu empfangen. Die Steuereinheit 12 ist in diesem Ausführungsbeispiel zudem ausgebildet, bei Erfüllung einer ersten vordefinierten Bedingung den Elektromotor 11 derart anzusteuern, dass der Elektromotor 11 ein erstes Bewegungsmuster auf die Lenkhandhabe 3 aufbringt, und bei Erfüllung der ersten vordefinierten Bedingung und bei zusätzlicher Erfüllung einer zweiten vordefinierten Bedingung den Elektromotor 11 derart anzusteuern, dass der Elektromotor 11 ein zweites Bewegungsmuster auf die Lenkhandhabe 3 aufbringt. Das aufgebrachte Bewegungsmuster ist dabei für einen Fahrer wahrnehmbar, insbesondere als Vibration der Lenkhandhabe 3 wahrnehmbar, wobei das zweite Bewegungsmuster in diesem Ausführungsbeispiel eine höhere Intensität aufweist als das erste Bewegungsmuster, insbesondere durch eine höhere Frequenz und eine höhere Amplitude des von dem Elektromotor 11 bereitgestellten Bewegungssignals.
Zudem ist bei diesem Ausführungsbeispiel vorgesehen, dass ein oder mehrere externe Signale E1 an die Steuereinheit 12 übertragen werden können, wobei mittels des externen Signals E1 in diesem Ausführungsbeispiel bewertet wird, ob die erste vordefinierte Bedingung erfüllt ist oder nicht.
In diesem Ausführungsbeispiel ist zudem vorgesehen, dass die erste vordefinierte Bedingung erfüllt ist, wenn ein Spurhalteassistent eines Kraftfahrzeugs ein mögliches ungewolltes Verlassen einer Fahrspur erkannt hat. Das ist insbesondere dann der Fall, wenn ein als ungewollt bewertetes Überfahren einer Fahrbahnmarkierung erkannt wurde oder eine als ungewollt bewertete kritische Annäherung an eine Fahrbahnmarkierung erkannt wurde. Das heißt, dass das erste Bewegungsmuster als Warnsignal für den Fahrer auf die Lenkhandhabe 3 aufgebracht wird, wenn der Spurhalteassistent ein mögliches ungewolltes Verlassen einer Fahrspur erkannt hat. Wenn zusätzlich dazu die zweite Bedingung erfüllt ist, wird anstelle des ersten Bewegungsmusters das zweite Bewegungsmuster auf die Lenkhandhabe 3 aufgebracht. Dies erfolgt insbesondere dadurch, dass die Amplitude und die Frequenz des zur Erzeugung des Bewegungsmusters von dem Elektromotor 11 bereitgestellten Bewegungssignal erhöht wird.
In dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel ist darüber hinaus die zweite Bedingung erfüllt, wenn bei einer Fahrbahnoberflächenbewertung die Fahrbahnoberfläche als uneben bewertet ist, also insbesondere ein Straßenzustand schlecht ist, beispielsweise, weil die Straße eine Vielzahl von Schlaglöchern aufweist oder die Straße ein sogenanntes Kopfsteinpflaster aufweist. Das bei Erfüllung der ersten Bedingung und bei einer Bewertung der Fahrbahnoberfläche als „uneben“ auf die Lenkhandhabe 3 aufgebrachte zweite Bewegungsmuster ist dabei vorteilhafterweise für einen Fahrer auch dann wahrnehmbar, wenn durch die unebene Fahrbahnoberfläche Vibrationen und/oder andere Bewegungen an der Lenkhandhabe 3 spürbar sind.
Eine vorteilhafte Möglichkeit zur Bewertung der Fahrbahnoberfläche wird nachfolgend unter Bezugnahme auf das anhand von 2 erläuterte Verfahren zur Bereitstellung einer aktiven Rückmeldung an einen Fahrer eines Kraftfahrzeugs näher beschrieben. Dabei ist insbesondere vorgesehen, dass das Lenksystem 1 gemäß dem unter Bezugnahme auf 1 erläuterten Ausführungsbeispiel, insbesondere die Steuereinheit 12 gemäß diesem Ausführungsbeispiel, ausgebildet ist, ein solches Verfahren auszuführen.
Bei dem mit diesem Ausführungsbeispiel erläuterten Verfahren zur Bereitstellung einer aktiven Rückmeldung an einen Fahrer eines Kraftfahrzeugs wird mittels eines Elektromotors 11 ein erstes Bewegungsmuster auf eine Lenkhandhabe 3 aufgebracht, wenn eine erste Bedingung erfüllt ist (Y1). Weiter wird mittels des Elektromotors 11 ein zweites Bewegungsmuster auf die Lenkhandhabe 3 aufgebracht, wenn die erste Bedingung erfüllt ist (Y1) und zusätzlich eine zweite Bedingung erfüllt ist (Y2).
Dazu empfängt die Steuereinheit 12 bei dem in 2 dargestellten Ausführungsbeispiel von einem in 2 nicht dargestellten Spurhalteassistenten ein Spurhaltesignal SP1 als externes Signal E1. Dieses Spurhaltesignal SP1 wird einer Auswerteeinheit 121 zugeführt, mit welcher überprüft wird, ob der Spurhalteassistent ein mögliches ungewolltes Verlassen der Fahrspur erkannt hat. Ist dies nicht der Fall, was in 2 mit dem Bezugszeichen N1 kenntlich gemacht ist, so wird der Motor 11 nicht von der Steuereinheit 12 zur Erzeugung eines Bewegungsmusters angesteuert. Es wird stattdessen weiterhin geprüft, ob der Spurhalteassistent ein mögliches ungewolltes Verlassen der Fahrspur erkennt. Hat die Auswertung des Spurhaltesignals SP1 durch die Auswerteeinheit 121 hingegen ergeben, dass der Spurhalteassistent ein mögliches ungewolltes Verlassen der Fahrspur erkannt hat, was in 2 mit dem Bezugszeichen Y1 kenntlich gemacht ist, so wird von der Steuereinheit 12 in jedem Fall ein Steuersignal S1 zur Ansteuerung des Elektromotors 11 erzeugt, damit dieser über die Lenkwelle 2 ein Bewegungsmuster auf die Lenkhandhabe 3 aufbringt.
Es wird weiter in diesem Ausführungsbeispiel von der Steuereinheit 12 als zweite Bedingung geprüft, ob eine in Fahrtrichtung vor dem Kraftfahrzeug liegende Fahrbahnoberfläche als „eben“ bewertet wird, was in 2 mit dem Bezugszeichen N2 kenntlich gemacht ist, oder als „uneben“ bewertet wird, was in 2 mit dem Bezugszeichen Y2 kenntlich gemacht ist. Dazu empfängt die Steuereinheit 12 als Bewertungssignal B1 ein eine Winkelgeschwindigkeit des Motors 11 repräsentierendes Winkelsignal (W1) über einem ersten Zeitintervall. Zusätzlich oder alternativ empfängt die Steuereinheit 12 als Bewertungssignal B1 ein ein auf die Lenkwelle 2 wirkendes Drehmoment repräsentierendes Drehmomentsignal (D1) über einem zweiten Zeitintervall. Das erste Zeitintervall und das zweite Zeitintervall sind dabei insbesondere gleich.
Das von der Steuereinheit 12 erfasste Bewertungssignal B1 wird einem Normierungsglied 124 sowie einem Signalbewertungsglied 123 zugeführt. Mittels des Signalbewertungsglieds 123 wird eine Bewertungssignalstärke BS1 über ein drittes Zeitintervall ermittelt. Die ermittelte Bewertungssignalstärke BS1 sowie ein von der Steuereinheit 12 als weiteres externes Signal E1 erfasstes Geschwindigkeitssignal V1, welches eine aktuelle Fahrzeuggeschwindigkeit des Kraftfahrzeugs repräsentiert, und ein von der Steuereinheit 12 als weiteres externes Signal E1 erfasstes Beschleunigungssignal A1, welches eine aktuelle Fahrzeugbeschleunigung des Kraftfahrzeugs repräsentiert, werden dem Normierungsglied 124 zur Normierung des Bewertungssignals B1 zugeführt.
Das derart normierte Bewertungssignal BN1 wird einem Hochpassfilter 125 der Steuereinheit 12 zugeführt. Das hochpassgefilterte Bewertungssignal BH1 wird anschließend in einem Integrierer 126 über ein viertes Zeitintervall integriert. Die letzten N Abtastwerte des integrierten Bewertungssignals BI1 werden daraufhin von einem Mittelungsglied 127 gemittelt. Dabei ist vorgesehen, dass das integrierte Bewertungssignal P Abtastwerte umfasst, wobei P und N positive ganze Zahlen sind. Zudem gilt dabei, dass N kleiner als P ist. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass P = 100 ist und N = 10 ist.
Das gemittelte Bewertungssignal BM1 wird dann von einer weiteren Auswerteeinheit 122 ausgewertet. Dazu kann insbesondere vorgesehen sein, dass das gemittelte Bewertungssignal BM1 einem Schwellwertvergleich unterzogen wird, um zu prüfen, ob für die Fahrbahnoberfläche die Bewertung „uneben“ gegeben ist (Y2) und somit die zweite Bedingung erfüllt ist. Ergibt die Auswertung mittels der Auswerteeinheit 122, dass die Fahrbahnoberfläche „eben“ ist, also nicht „uneben“ ist, was in 2 durch das Bezugszeichen N2 dargestellt ist, so ist die zweite Bedingung nicht erfüllt. Ist die erste Bedingung aber dennoch erfüllt (Y1), so wird von der Steuereinheit 12 ein Steuersignal S11 für die Erzeugung des ersten Bewegungsmusters an den Elektromotor 11 gesendet. Der Elektromotor 11 bringt daraufhin über die Lenkwelle 2 das erste Bewegungsmuster auf die Lenkhandhabe 3 auf. Ergibt die Auswertung mittels der Auswerteeinheit 122 hingegen, dass die Fahrbahnoberfläche „uneben“ ist, was in 2 durch das Bezugszeichen Y2 dargestellt ist, so ist die zweite Bedingung erfüllt. Ist also die erste Bedingung und zusätzlich die zweite Bedingung erfüllt (Y1, Y2), so wird von der Steuereinheit 12 ein Steuersignal S12 für die Erzeugung des zweiten Bewegungsmusters an den Elektromotor 11 gesendet. Der Elektromotor 11 bringt daraufhin über die Lenkwelle 2 das zweite Bewegungsmuster auf die Lenkhandhabe 3 auf, insbesondere in dem die Amplitude und die Frequenz des ersten Bewegungsmusters um jeweils einen vorgegebenen Prozentsatz erhöht wird, insbesondere um einen Prozentsatz zwischen 10 % und 200 %, weiter insbesondere um einen Prozentsatz zwischen 50 % und 100 %.
Die in den Figuren dargestellten und im Zusammenhang mit diesen erläuterten Ausführungsbeispiele dienen der Erläuterung der Erfindung und sind für diese nicht beschränkend.
Bezugszeichenliste

1: Lenksystem
2: Lenkwelle
3: Lenkhandhabe
4: lenkbares Rad
5: Lenksteller
6: Koppelstange
7: Lenkgetriebe
8: Lenkritzel
9: Spurstange
10: Lenksäule
11: Motor
12: Steuereinheit
121: Auswerteeinheit für die erste Bedingung
122: Auswerteeinheit für die zweite Bedingung
123: Signalverstärker
124: Normierungsglied
125: Hochpassfilter
126: Integrierer
127: Mittelungsglied
S1: Steuersignal
S11: Steuersignal für die Erzeugung des ersten Bewegungsmusters
S12: Steuersignal für die Erzeugung des zweiten Bewegungsmusters
B1: Bewertungssignal
D1: Drehmomentsignal
W1: Winkelsignal
BN1: normiertes Bewertungssignal
BH1: hochpassgefiltertes Bewertungssignal
BI1: integriertes Bewertungssignal
BM1: gemitteltes Bewertungssignal
E1: externes Signal
V1: Geschwindigkeitssignal
A1: Beschleunigungssignal
SP1: Spurhaltesignal
Y1: erste Bedingung erfüllt
Y2: zweite Bedingung erfüllt
N1: erste Bedingung nicht erfüllt
N2: zweite Bedingung nicht erfüllt

Claims

Lenksystem (1) mit einer Lenkhandhabe (3), einer Lenkwelle (2), einem Motor (11) und einer dem Lenksystem (1) zugeordneten Steuereinheit (12), wobei die Steuereinheit (12) ausgebildet ist, den Motor (11) bei Erfüllung einer ersten vordefinierten Bedingung derart anzusteuern, dass der Motor (11) ein erstes Bewegungsmuster auf die Lenkhandhabe (3) aufbringt, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (12) weiter ausgebildet ist, den Motor (11) bei Erfüllung der ersten vordefinierten Bedingung und bei zusätzlicher Erfüllung einer zweiten vordefinierten Bedingung derart anzusteuern, dass der Motor (11) ein zweites Bewegungsmuster auf die Lenkhandhabe (3) aufbringt.
Lenksystem (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Bedingung erfüllt ist, wenn bei einer Fahrbahnoberflächenbewertung die Fahrbahnoberfläche als uneben bewertet ist.
Lenksystem (1) nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Bedingung erfüllt ist, wenn ein Spurhalteassistent eines Kraftfahrzeugs ein mögliches ungewolltes Verlassen einer Fahrspur erkannt hat.
Lenksystem (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Bewegungsmuster gegenüber dem ersten Bewegungsmuster eine höhere Frequenz und/oder eine höhere Amplitude aufweist.
Lenksystem (1) nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (12) weiter ausgebildet ist, ein Bewertungssignal (B1) für die Fahrbahnoberflächenbewertung zu verarbeiten, wobei das Bewertungssignal (B1) zumindest eines der folgenden Signale umfasst: eine Winkelgeschwindigkeit (W1) des Motors über einem ersten Zeitintervall; ein auf die Lenkwelle wirkendes Drehmoment (D1) über einem zweiten Zeitintervall.
Lenksystem (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (12) weiter ausgebildet ist, das Bewertungssignal (B1) zu normieren, wobei für die Normierung zumindest eine der nachfolgenden Normierungsgrößen angewendet wird: eine aktuelle Fahrzeugbeschleunigung (A1); eine aktuelle Fahrzeuggeschwindigkeit (V1); eine Bewertungssignalstärke (BS1) über ein drittes Zeitintervall.
Lenksystem (1) nach Anspruch 5 oder Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (12) weiter ausgebildet ist, eine Hochpassfilterung des Bewertungssignals (B1, BN1) durchzuführen.
Lenksystem (1) nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (12) weiter ausgebildet ist, das Bewertungssignal (B1, BN1, BH1) über ein viertes Zeitintervall zu integrieren.
Lenksystem (1) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das vierte Zeitintervall von einer vordefinierten zurückzulegenden Entfernung eines Kraftfahrzeugs abhängt.
Lenksystem (1) nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Bewertungssignal (B1, BN1, BH1, BI1) eine Anzahl von P Abtastwerten umfasst und die Steuereinheit (12) weiter ausgebildet ist, die letzten N Abtastwerte des Bewertungssignals (B1, BN1, BH1, BI1) zu mitteln, wobei P und N positive ganze Zahlen sind und N kleiner als P ist.
Lenksystem (1) nach einem der Ansprüche 5 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (12) weiter ausgebildet ist, das Bewertungssignal (B1, BN1, BH1, BI1, BM1) auszuwerten und anhand der Auswertung die Fahrbahnoberfläche zumindest wie folgt zu bewerten: eben (N2) oder uneben (Y2).
Verfahren zur Bereitstellung einer aktiven Rückmeldung an einen Fahrer eines Kraftfahrzeugs, welches eine Steuereinheit (12) und ein Lenksystem (1) mit einer Lenkhandhabe (3), einer Lenkwelle (2) und einem Motor (11) umfasst, wobei mittels des Motors (11) ein erstes Bewegungsmuster auf die Lenkhandhabe (3) aufgebracht wird, wenn eine erste Bedingung erfüllt ist (Y1), dadurch gekennzeichnet, dass mittels des Motors (11) ein zweites Bewegungsmuster auf die Lenkhandhabe (3) aufgebracht wird, wenn die erste Bedingung erfüllt ist (Y1) und zusätzlich eine zweite Bedingung erfüllt ist (Y2).
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass ein Bewertungssignal (B1) erfasst wird, wobei das Bewertungssignal (B1) zumindest eines der folgenden Signale umfasst: eine Winkelgeschwindigkeit (W1) des Motors (11) über einem ersten Zeitintervall; ein auf die Lenkwelle (2) wirkendes Drehmoment (D1) über einem zweiten Zeitintervall; dass das Bewertungssignal (B1, BN1, BH1) über ein viertes Zeitintervall integriert wird; dass die letzten N Abtastwerte des integrierten Bewertungssignals (BI1) gemittelt werden, wobei das integrierte Bewertungssignal (BI1) P Abtastwerte umfasst, und wobei P und N positive ganze Zahlen sind und N kleiner als P ist; dass das derart gemittelte Bewertungssignal (BM1) ausgewertet wird und anhand der Auswertung einer Fahrbahnoberfläche zumindest eine der folgenden Bewertungen zugeordnet wird: „eben“ oder „uneben“; und dass die zweite Bedingung erfüllt ist (Y2), wenn der Fahrbahnoberfläche die Bewertung „uneben“ zugeordnet ist.
Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Bewertungssignal (B1, BN1, BH1) vor der Integration normiert wird, wobei für die Normierung zumindest eine der nachfolgenden Normierungsgrößen angewendet wird: eine aktuelle Fahrzeugbeschleunigung (A1); eine aktuelle Fahrzeuggeschwindigkeit (V1); eine Bewertungssignalstärke (BS1) über ein drittes Zeitintervall.
Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass vor der Integration des normierten Bewertungssignals (BN1) eine Hochpassfilterung des normierten Bewertungssignals (BN1) durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass ein Spurhalteassistent des Kraftfahrzeugs ein Fahren innerhalb einer dem Kraftfahrzeug zugeordneten Fahrspur überwacht, und dass die die erste Bedingung erfüllt ist (Y1), wenn der Spurhalteassistent ein mögliches ungewolltes Verlassen der Fahrspur erkennt.