DE19812842C2 - Vorrichtung zum Erfassen von Lenkraddrehungen - Google Patents

Description

Stand der Technik

Für verschiedene Fahrzeugregelsysteme - z. B. die Fahrdynamikregelung - wird als eine von mehreren Steuergrößen der Einschlagwinkel der Vorderräder verwendet, der sich aus dem Lenkraddrehwinkel ableiten läßt. Deshalb sind Einrichtungen erforderlich, die den Lenkraddrehwinkel erfassen. Aus der EP 0 477 653 A2 ist beispielsweise ein Lenkraddrehwinkelgeber bekannt, der aus zwei von einer gemeinsamen Welle antreibbaren Potentiometern und Schleiffedern mit Widerstandsbahnen besteht. Ein solcher mechanischer Drehwinkelgeber ist sehr aufwendig und nicht verschleißfrei. Ebenfalls aufwendig ist eine andere aus der EP 0 377 097 B1 bekannte Anordnung zur Ermittlung des Lenkraddrehwinkels. Bei dieser Anordnung wird ein ringförmiger Streifencode von mehreren optischen Sensoren abgetastet.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Erfassen von Lenkradrehungen anzugeben, die mit möglichst geringem Aufwand realisierbar und völlig verschleißfrei ist.

Vorteile der Erfindung

Die genannte Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruchs 1 dadurch gelöst, daß am drehbaren Lenkrad mehrere Infrarot- oder elektromagnetische Strahlen reflektierende oder selbsterzeugende Sendeelemente angeordnet sind, daß eine Empfangseinheit vorhanden ist, welche die von allen Sendeelementen ausgehenden Strahlen gleichzeitig als ein Bild aufnimmt, und daß ein Signalprozessor aus zeitlich nacheinander aufgenommenen Bildsequenzen aller Sendeelemente deren örtliche Veränderung erfaßt und daraus die Drehrichtung, den Drehwinkel oder die Drehgeschwindigkeit des Lenkrades ermittelt.

Da Bilderkennungssysteme z. B. für die Erkennung von Insassensitzpositionen für eine intelligente Ansteuerung von Airbags in Fahrzeugen zukünftig vorhanden sein werden, lassen sich diese Systeme vorteilhafterweise auch für die erfindungsgemäße Erfassung von Lenkraddrehungen einsetzen.

Wie aus den Unteransprüchen hervorgeht, erleichtert sich die Erfassung der Lageveränderungen der Sendeelemente durch den Signalprozessor dadurch, daß entweder die Sendeelemente von der Empfangseinheit erkennbare unterschiedliche Strahlungskonturen aufweisen oder daß die Sendeelemente über den Umfang des Lenkrades unsymmetrisch verteilt sind oder daß die Sendeelemente mit unterschiedlichen Intensitäten oder auf verschiedenen Frequenzen abstrahlen.

Beschreibung eines Ausführungsbeispiels

Anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels wird nachfolgend die Erfindung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Ausschnitt eines Fahrzeugs mit einer Seitenansicht des Lenkrades und einer Vorrichtung zum Erfassen der Lenkraddrehungen,

Fig. 2 eine Draufsicht auf ein Lenkrad mit mehreren Sendeelementen,

Fig. 3 ein Blockschaltbild der Vorrichtung zum Erfassen der Lenkraddrehungen,

Fig. 4 eine Empfangseinheit mit einem Bild der aufgenommenen Sendestrahlen und

Fig. 5 ein Ablaufdiagramm für die Bestimmung des Lenkraddrehwinkels.

In der Fig. 1 ist ein Ausschnitt eines Fahrzeugs mit einer Ansicht des Lenkrades 1 dargestellt. Auf der Oberseite des Lenkrades 1 sind Sendeelemente eingelassen, von denen Infrarot- oder elektromagnetische Strahlen 2 zu einer Empfangseinheit 3 ausgehen, die z. B. an der Fahrzeugdecke angeordnet ist. Die Sendeelemente können selbststrahlende Mittel sein, oder solche, die von einer anderen Einrichtung erzeugte Strahlen reflektieren und zur Empfangseinheit 3 umleiten. Mit dieser Vorrichtung sollen Lenkraddrehungen erfaßt werden, insbesondere die Drehrichtung oder der Drehwinkel oder die Drehgeschwindigkeit des Lenkrades. Vornehmlich der Lenkraddrehwinkel wird für gewisse Fahrzeugregelsysteme z. B. für eine Fahrdynamikregelung als Steuergröße benötigt. Sehr schnelle Lenkraddrehungen oder hektisch ausgeführte Drehrichtungswechsel können auf eine bevorstehende Unfallsituation hindeuten. Eine solche Information könnte deshalb als ein prädiktives Auslösekriterium für Rückhalteeinrichtungen (z. B Gurtstraffer, Airbags) verwendet werden.

In der Fig. 2 ist eine Ansicht auf ein Lenkrad 1 dargestellt. In dieses Lenkrad 1 sind hier beispielsweise vier Sendeelemente 4, 5, 6 und 7 eingelassen. Und zwar sind die Sendeelemente 4, 5, 6, 7 rotationsunsymmetrisch angeordnet, was, wie später noch erläutert wird, die Erfassung der Lageveränderung der einzelnen Sendeelemente bei einer Lenkraddrehung erleichtert.

Wie Fig. 3 zeigt, ist für die Erfassung von Lenkraddrehungen eine Empfangseinheit 3, welche die von den Sendeelementen 4, 5, 6, 7 am Lenkrad 1 ausgehenden Strahlen 2 aufnimmt, und ein Signalprozessor 8, der das von der Empfangseinheit aufgenommene Bild der Sendestrahlen auswertet und daraus die Drehrichtung oder den Drehwinkel oder die Drehgeschwindigkeit des Lenkrades oder auch alle drei Größen ermittelt.

Die Empfangseinheit 3 ist ein Array aus mehreren Infrarotsensoren oder ein CCD (Charge-Coupled-Device) Array. Das von dieser Empfangseinheit 3 aufgenommene Bild besteht daher wie in Fig. 4 angedeutet, aus mehreren matrixartig angeordneten Bildsegmenten. Der Bildausschnitt in Fig. 4 zeigt die Konturen der von vier Sendeelementen abgegebenen und von der Empfangseinheit 3 aufgenommenen Strahlen. Um die einzelnen Sendeelemente voneinander unterscheiden zu können, besitzt jedes eine andere Strahlenkontur. Ein erstes Sendeelement besitzt eine ovale Strahlenkontur, ein zweites Sendeelement eine quadratische, ein drittes Sendeelement eine runde und ein viertes Sendeelement eine dreieckige Strahlenkontur. Dargestellt sind zwei hintereinander aufgenommene Bildsequenzen, wobei man sieht, daß die Sendeelemente zum Zeitpunkt i (Strahlenkonturen mit durchgezogenen Linien) sich durch eine Lenkraddrehung nach links zum Zeitpunkt i + 1 bewegt haben (strichliert gezeichnete Strahlenkonturen).

Der Signalprozessor 8 erfaßt die Lage der einzelnen Strahlkonturen in den einzelnen Bildsegmenten in den aufeinanderfolgenden Bildsequenzen. Daraus kann er die Drehrichtung erkennen. Die Drehgeschwindigkeit ergibt sich dadurch, daß die Verlagerung der Strahlkonturen von einem Bildsegment in ein anderes in Relation zu der Zahl der zwischenzeitlich abgelaufenen Bildsequenzen gesetzt wird. Je höher die Bildsequenzfrequenz ist, desto genauer läßt sich die Drehgeschwindigkeit des Lenkrades ermitteln.

Wie der Drehwinkel des Lenkrades berechnet wird, verdeutlicht das Ablaufdiagramm in der Fig. 5. Da für einen Volleinschlag des Lenkrades nach links oder nach rechts jeweils mehrere Lenkraddrehungen erforderlich sind, läßt sich eine Eindeutigkeit der Winkelberechnung nur dadurch erreichen, daß ein Startwinkel SW definiert wird, der dem Signalprozessor 8 mitgeteilt wird. Der Startwinkel SW ist zweckmäßigerweise der 0-Grad-Winkel, bei dem das Lenkrad in Geradeaus-Richtung gestellt ist. Wie durch den Block 9 in Fig. 5 angedeutet, wird also zunächst eine Startwinkelerkennung SW durchgeführt. Dies kann in einfachster Weise ein Schalter sein, der einen Impuls SW an den Signalprozessor 8 abgibt, wenn das Lenkrad die 0-Grad-Stellung durchläuft. Eine Abfrage 10 gibt die Information aus, ob die 0-Grad-Winkelstellung erreicht worden ist (j) oder nicht (n). Solange keine 0-Grad-Stellung des Lenkrads signalisiert wird, werden bei einer Winkelberechnung im Block 11 die von Bildsequenz zu Bildsequenz festgestellten Winkeländerungen der Strahlkonturen aufaddiert, wenn das Lenkrad z. B. nach rechts gedreht wird, und subtrahiert, wenn das Lenkrad nach links gedreht wird. Erscheint nun eine Information über eine 0-Grad-Stellung des Lenkrades, so wird vom Block 12 ein Reset der Winkelberechnung veranlaßt, so daß die Winkelberechnung mit dem Winkel 0 Grad neu startet. Man erhält also durch die beschriebene Winkelberechnung immer den aktuellen Lenkradwinkel, auch wenn das Lenkrad um mehr als ±360 Grad gedreht worden ist.

Die unterschiedlichen Strahlkonturen für die einzelnen Sendeelemente ermöglichen es, sie für das Bildverarbeitungssystem voneinander unterscheidbar zu machen. Wären die Sendeelemente nicht voneinander unterscheidbar, weil dann der Signalprozessor eine Strahlkontur in einem Bildsegment nicht mehr eindeutig einem bestimmten Sendeelement zuordnen kann, so wäre keine eindeutige Winkelveränderung feststellbar. Denn dann kann der Signalprozessor nicht unterscheiden, von welchem Sendeelement die Strahlungskontur in einem Bildsegment stammt. Dieses Eindeutigkeitsproblem gäbe es nicht, wenn nur ein Sendeelement vorhanden wäre. Es müssen aber mehrere Sendeelemente vorhanden sein, weil der Fahrer mit seinen Händen ein oder mehrere Sendeelemente abdecken kann. Egal wie der Fahrer das Lenkrad umgreift, werden ein oder mehrere Sendeelemente dann immer noch sichtbar sein. Die Differenzierung der Sendeelemente kann auch dadurch erfolgen, daß jedes Sendeelement mit einer anderen Strahlungsintensität sendet oder daß die Sendeelemente mit unterschiedlichen Frequenzen modulierte Strahlen aussenden. Auch ein unsymmetrischer Abstand, wie Fig. 2 verdeutlicht, zwischen den einzelnen Sendeelementen macht eine Differenzierung möglich.

Claims (5)

1. Vorrichtung zum Erfassen von Lenkraddrehungen, dadurch gekennzeichnet, daß am drehbaren Lenkrad (1) mehrere Infrarot- oder elektromagnetische Strahlen (2) reflektierende oder selbsterzeugende Sendeelemente (4, 5, 6, 7) angeordnet sind, daß eine Empfangseinheit (3) vorhanden ist, welche die von allen Sendeelementen (4, 5, 6, 7) ausgehenden Strahlen (2) gleichzeitig als ein Bild aufnimmt, und daß ein Signalprozessor (8) aus zeitlich nacheinander aufgenommenen Bildsequenzen aller Sendeelemente (4, 5, 6, 7) deren örtliche Veränderung erfaßt und daraus die Drehrichtung, den Drehwinkel oder die Drehgeschwindigkeit des Lenkrades (1) ermittelt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sendeelemente (4, 5, 6, 7) von der Empfangseinheit (3) erkennbare unterschiedliche Strahlungskonturen aufweisen.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sendeelemente (4, 5, 6, 7) über den Umfang des Lenkrades (1) unsymmetrisch verteilt sind.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sendeelemente (4, 5, 6, 7) mit unterschiedlicher Intensität abstrahlen.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sendeelemente (4, 5, 6, 7) mit unterschiedlicher Frequenz modulierte Strahlen aussenden.