WO2009146759A1 - Verfahren zur vorhersage der zukünftigen bewegung einer steuereinrichtung in einem fahrzeug - Google Patents

Verfahren zur vorhersage der zukünftigen bewegung einer steuereinrichtung in einem fahrzeug Download PDF

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Dietrich Manstetten
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    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60W—CONJOINT CONTROL OF VEHICLE SUB-UNITS OF DIFFERENT TYPE OR DIFFERENT FUNCTION; CONTROL SYSTEMS SPECIALLY ADAPTED FOR HYBRID VEHICLES; ROAD VEHICLE DRIVE CONTROL SYSTEMS FOR PURPOSES NOT RELATED TO THE CONTROL OF A PARTICULAR SUB-UNIT
    • B60W40/00—Estimation or calculation of non-directly measurable driving parameters for road vehicle drive control systems not related to the control of a particular sub unit, e.g. by using mathematical models
    • B60W40/08—Estimation or calculation of non-directly measurable driving parameters for road vehicle drive control systems not related to the control of a particular sub unit, e.g. by using mathematical models related to drivers or passengers
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    • B60W40/12—Estimation or calculation of non-directly measurable driving parameters for road vehicle drive control systems not related to the control of a particular sub unit, e.g. by using mathematical models related to parameters of the vehicle itself, e.g. tyre models

Definitions

  • the invention relates to a method for predicting the future movement of a control device in a vehicle according to the preamble of
  • Patent claim 1 a control device according to the preamble of claim 9, and the use of a mathematical model according to the preamble of claim 10.
  • Modern vehicles are typically provided with a variety of safety systems, such as e.g. ESP, ACC, airbag systems, etc., which contribute to the improvement of driving safety.
  • safety systems such as e.g. ESP, ACC, airbag systems, etc.
  • ESP Known stability programs
  • wheel brakes to drive in order to get the vehicle under control again in critical driving situations.
  • An essential aspect of the invention is to use a mathematical model for predicting the motion of a controller describing typical human motion patterns.
  • Studies have shown that the path and time course of a motor movement of humans, such as. a hand or foot movement can be predicted relatively accurately at an early stage, since such human movements occur due to the physiological conditions in typical patterns.
  • These motion and speed patterns are relatively easy to describe using a model. From the first movement phase, with the e.g. the steering wheel of a vehicle is controlled, thus can be a relatively accurate
  • Information about the future course of motion such as the maximum steering angle or the future steering wheel acceleration, determine.
  • This information may in turn be used to provide a vehicle safety system, such as to prepare a side impact protector or a vehicle governor for a possible collision.
  • a vehicle dynamics controller eg ESP
  • a driver assistance system which is intended to assist the driver by providing additional steering torque during an evasive maneuver can, by means of foresight, make it easier for the driver to stabilize the vehicle in critical situations.
  • data is first measured about the previous operation of the controller and that data is processed by an algorithm that includes a model describing typical human motion patterns.
  • the model determines, based on the data on the previous operation, information about the future movement of the control device.
  • the aforementioned control device may be, for example, a steering wheel or a brake pedal. Since the prediction accuracy in human hand movements is much greater because of the better fine motor skills than during foot movements, the inventive method is particularly suitable for Forecasting the future movement of control devices operated manually.
  • the mathematical model is preferably designed such that it contains a future position, a future course of motion, a future motion
  • Speed a future acceleration, or another that may determine descriptive size of the controller's future motion. This makes it possible, for example, e.g. the end position of a steering wheel movement or estimate the time to reach the final position.
  • the model according to the invention provides the more accurate results the more data is available on the previous actuation of the control device and the further the movement has already progressed.
  • measured values are recorded at least two times via the actuation of the control device.
  • the measured values may be, for example, position, angle, speed, acceleration, force and / or torque values or other physical variables which at least partially describe the previous actuation of the control device.
  • the model of the invention preferably includes an analytic function describing typical human motion patterns, but may also include at least one curve, table or other data describing typical human motion patterns.
  • a function z For example, their parameters are adapted to the measured values. From the resulting function, finally, the future course of motion can be read off. For a number of stored curves z. For example, the one that best approximates the measurement data is determined.
  • the information determined by the model is preferably supplied to a vehicle safety system or control system to condition the system or safety device in advance.
  • a vehicle dynamics controller depending on the situation drive different control strategies, or a security system, such as an airbag system, can be prepared for a possible collision.
  • the method according to the invention is preferably activated as soon as the speed with which the control device is moved exceeds a predetermined threshold value.
  • Fig. 1 is a schematic block diagram of a system for predicting the future movement of a control device in a vehicle
  • Fig. 2 shows the essential process steps of a corresponding
  • Fig. 1 shows a schematic block diagram of a system for predicting the future movement of a control device, which is actuated by a driver of a motor vehicle.
  • the control device is the steering wheel 7 of the vehicle.
  • the invention is not limited to this control device.
  • the core of the system is a control unit 1 with an algorithm comprising a mathematical model 2.
  • the model 2 describes typical human movement patterns in a hand movement, as it is performed when turning the steering wheel 7. From various studies it is known that in a human hand movement, with which a certain way is to be covered, occur typical accelerations and delays in the course of movement. In a steering wheel operation, the movement is first accelerated until about half of the desired distance covered, and then braked again to reach the target position of the steering wheel 7. The more data available about the previous movement and the further the movement has already progressed, the more accurate can z. B. the target position can be predicted. From reaching the maximum steering angle speed - about half way - the target position can be predicted very accurately.
  • mathematical model 2 includes an analytic function, one or more curves, or at least one table or other data describing typical human motion patterns.
  • a steering angle sensor 3 is further connected, from whose signal the steering angular velocity is determined. As soon as it exceeds a predetermined threshold, the steering angle prediction becomes active.
  • the mathematical model 2 determines from the steering angle signal information about the future movement of the steering wheel.
  • the information determined by the model 2 can, for example, the target position, a future
  • the information thus obtained is then a vehicle security system such.
  • a side impact protection system 4 a vehicle dynamics controller 5 or an airbag system 6 supplied.
  • the model 2 for example, other parameters such.
  • B. consider the vehicle speed, speed-dependent restoring forces of the steering or the initial steering angle.
  • the safety systems mentioned could thus be conditioned for a possible collision or controlled or regulated depending on the situation.
  • step 10 denotes the measurement of data by means of the steering angle sensor 3
  • step 11 processing the measurement data in the mathematical model 2 and determining information about the future movement of the steering wheel
  • step 12 the situation-dependent adaptation of a vehicle safety system as a function of the determined information.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Vorhersage der zukünftigen Bewegung einer Steuereinrichtung (7) in einem Fahrzeug,die von einer Person betätigt wird. Eine relativ genaue Vorhersage wird dadurch möglich, dass Daten über die bisherige Betätigung der Steuereinrichtung (7) gemessen und diese Daten von einem Algorithmus verarbeitet werden, der ein Modell (2) umfasst, das typische menschliche Bewegungsmuster beschreibt, und das Modell (2), basierend auf den Daten über die bisherige Betätigung, eine Information über die zukünftige Betätigung der Steuereinrichtung (7) ermittelt.

Description

Beschreibung
Titel
Verfahren zur Vorhersage der zukünftigen Bewegung einer Steuereinrichtung in einem Fahrzeug
Stand der Technik
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Vorhersage der zukünftigen Bewegung einer Steuereinrichtung in einem Fahrzeug gemäß dem Oberbegriff des
Patentanspruchs 1 , ein Steuergerät gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 9, sowie die Verwendung eines mathematischen Modells gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 10.
Moderne Fahrzeuge sind in der Regel mit einer Vielzahl von Sicherheitssystemen, wie z.B. ESP, ACC, Airbag-Systeme, etc. ausgestattet, die zur Verbesserung der Fahrsicherheit beitragen. Bekannte Stabilitätsprogramme (z. B. ESP) greifen beispielsweise mittels der Radbremsen in den Fahrbetrieb ein, um das Fahrzeug in kritischen Fahrsituationen wieder unter Kontrolle zu bekommen.
Die Funktion dieser Fahrzeug-Sicherheitssysteme könnte weiter verbessert werden, wenn in einer kritischen Fahrsituation bereits zu einem sehr frühen Zeitpunkt bekannt wäre, wie sich das Fahrzeug in nächster Zukunft verhalten wird. Mit dieser Information wäre es z. B. möglich, die im Fahrzeug integrierten Sicherheitssysteme auf eine bevorstehende Kollision vorzubereiten oder diese im Extremfall gar zu vermeiden.
Offenbarung der Erfindung
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die zukünftige Bewegung eines Fahrzeugs und insbesondere dessen Drehbewegung um die Hochachse möglichst genau vorherzusagen. Gelöst wird diese Aufgabe gemäß der Erfindung durch die in den Patenansprüchen 1 , 9 und 10 angegebenen Merkmale. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand von Unteransprüchen.
Ein wesentlicher Aspekt der Erfindung besteht darin, ein mathematisches Modell zur Prädiktion der Bewegung einer Steuereinrichtung zu verwenden, das typische menschliche Bewegungsmuster beschreibt. In Untersuchungen hat sich gezeigt, dass der Weg und zeitliche Verlauf einer motorischen Bewegung des Menschen, wie z.B. einer Hand- oder Fußbewegung bereits zu einem frühen Zeitpunkt relativ genau vorhergesagt werden kann, da derartige menschliche Bewegungen auf Grund der physiologischen Voraussetzungen in typischen Mustern ablaufen. Diese Bewegungs- und Geschwindigkeitsmuster sind mit Hilfe eines Modells relativ gut beschreibbar. Aus der ersten Bewegungsphase, mit der z.B. das Lenkrad eines Fahrzeugs gesteuert wird, lässt sich somit eine relativ genaue
Information über den zukünftigen Bewegungsverlauf, wie beispielsweise über den maximalen Lenkradeinschlag oder die zukünftige Lenkrad-Beschleunigung, ermitteln. Diese Information kann wiederum dazu genutzt werden, ein Fahrzeug- Sicherheitssystem, wie z.B. einen Seitenaufprallschutz oder einen Fahrzeugregler auf eine mögliche Kollision vorzubereiten. Ein Fahrdynamikregler (z. B. ESP) könnte je nach Fahrsituation auch auf unterschiedliche Sollwerte geregelt werden, um beispielsweise ein längeres seitliches Rutschen des Fahrzeugs zu verhindern. Ein Fahrerassistenzsystem, das den Fahrer durch zusätzliche Lenkmomente während eines Ausweichmanövers unterstützen soll, kann durch die Vorausschau dem Fahrer die Fahrzeugstabilisierung in kritischen Situationen erleichtern.
Gemäß der Erfindung werden zur Vorhersage der zukünftigen Steuerbewegung zunächst Daten über die bisherige Betätigung der Steuereinrichtung gemessen und diese Daten von einem Algorithmus verarbeitet, der ein Modell umfasst, das typische menschliche Bewegungsmuster beschreibt. Das Modell ermittelt dann, basierend auf den Daten über die bisherige Betätigung, eine Information über die zukünftige Bewegung der Steuereinrichtung.
Bei der genannten Steuereinrichtung kann es sich beispielsweise um ein Lenkrad oder ein Bremspedal handeln. Da die Vorhersagegenauigkeit bei menschlichen Handbewegungen wegen der besseren Feinmotorik wesentlich größer ist als bei Fußbewegungen eignet sich das erfindungsgemäße Verfahren insbesondere zur Vorhersage der zukünftigen Bewegung von Steuereinrichtungen, die von Hand betätigt werden.
Das mathematische Modell ist vorzugsweise derart ausgebildet, dass es eine zukünftige Position, einen zukünftigen Bewegungsverlauf, eine zukünftige
Geschwindigkeit, eine zukünftige Beschleunigung oder eine andere, die zukünftige Bewegung der Steuereinrichtung beschreibende Größe ermitteln kann. Dadurch wird es beispielsweise möglich, z.B. die Endposition einer Lenkrad beweg ung oder die Zeit bis zum Erreichen der Endposition zu schätzen.
Das erfindungsgemäße Modell liefert prinzipiell umso genauere Ergebnisse, je mehr Daten über die bisherige Betätigung der Steuereinrichtung vorliegen und je weiter die Bewegung bereits fortgeschritten ist. Gemäß der Erfindung werden zu wenigstens zwei Zeitpunkten Messwerte über die Betätigung der Steuereinrichtung aufgenommen. Bei den Messwerten kann es sich beispielsweise um Positions-, Winkel-, Geschwindigkeits-, Beschleunigungs-, Kraft- und/oder Momenten-Werte oder andere physikalische Größen handeln, die die bisherige Betätigung der Steuereinrichtung zumindest teilweise beschreiben.
Das erfindungsgemäße Model umfasst vorzugsweise eine analytische Funktion, die typische menschliche Bewegungsmuster beschreibt, kann aber auch wenigstens eine Kurve, Tabelle oder andere Daten umfassen, die typische menschliche Bewegungsmuster beschreiben. Im Falle einer Funktion werden z. B. deren Parameter an die Messwerte angepasst. Aus der resultierenden Funktion kann schließlich der zukünftige Bewegungsverlauf abgelesen werden. Bei einer Anzahl von hinterlegten Kurven wird z. B. diejenige ermittelt, die die Messdaten am besten approximiert.
Die vom Model ermittelte Information wird vorzugsweise einem Fahrzeug- Sicherheitssystem oder -Regelungssystem zugeführt, um das System bzw. die Sicherheitseinrichtung im Voraus zu konditionieren. Dies hat den wesentlichen Vorteil, dass z. B. ein Fahrdynamik-Regler situationsabhängig verschiedene Regelstrategien fahren, oder ein Sicherheitssystem, wie z.B. ein Airbag-System, auf eine mögliche Kollision vorbereitet werden kann. Das erfindungsgemäße Verfahren wird vorzugsweise aktiviert, sobald die Geschwindigkeit, mit der die Steuereinrichtung bewegt wird, einen vorgegebenen Schwellenwert überschreitet.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die Erfindung wird nachstehend anhand der beigefügten Zeichnungen beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Blockdarstellung eines Systems zur Vorhersage der zukünftigen Bewegung einer Steuereinrichtung in einem Fahrzeug; und
Fig. 2 die wesentlichen Verfahrensschritte eines entsprechenden
Prädiktionsverfahrens.
Ausführungsformen der Erfindung
Fig. 1 zeigt eine schematische Blockdarstellung eines Systems zur Vorhersage der zukünftigen Bewegung einer Steuereinrichtung, die von einem Fahrer eines Kraftfahrzeugs betätigt wird. Im dargestellten Beispiel ist die Steuereinrichtung das Lenkrad 7 des Fahrzeugs. Die Erfindung ist jedoch nicht auf diese Steuereinrichtung beschränkt.
Den Kern des Systems bildet ein Steuergerät 1 mit einem Algorithmus, der ein mathematisches Modell 2 umfasst. Das Modell 2 beschreibt typische menschliche Bewegungsmuster bei einer Handbewegung, wie sie beim Drehen des Lenkrads 7 ausgeführt wird. Aus verschiedenen Untersuchungen ist bekannt, dass bei einer menschlichen Handbewegung, mit der ein bestimmter Weg zurückgelegt werden soll, typische Beschleunigungen und Verzögerungen im Bewegungsverlauf auftreten. Bei einer Lenkradbetätigung wird die Bewegung zunächst beschleunigt, bis etwa die Hälfte der gewünschten Strecke zurückgelegt ist, und dann wieder abgebremst, um die Zielposition des Lenkrads 7 zu erreichen. Je mehr Daten über die bisherige Bewegung vorliegen und je weiter die Bewegung bereits fortgeschritten ist, desto genauer kann z. B. die Zielposition vorhergesagt werden. Ab Erreichen der maximalen Lenkwinkelgeschwindigkeit - etwa bei der Hälfte des Wegs - kann die Zielposition sehr genau vorhergesagt werden. Das mathematische Modell 2 enthält beispielsweise eine analytische Funktion, eine oder mehrere Kurven oder wenigstens eine Tabelle oder andere Daten, die typische menschliche Bewegungsmuster beschreiben.
Am Steuergerät 1 ist ferner ein Lenkwinkelsensor 3 angeschlossen, aus dessen Signal die Lenkwinkelgeschwindigkeit bestimmt wird. Sobald diese einen vorgegebenen Schwellenwert überschreitet, wird die Lenkwinkelprädiktion aktiv. Das mathematische Modell 2 bestimmt dann aus dem Lenkwinkelsignal eine Information über die zukünftige Bewegung des Lenkrads. Die vom Modell 2 ermittelte Information kann beispielsweise die Zielposition, eine zukünftige
Geschwindigkeit oder Beschleunigung oder eine andere, die zukünftige Bewegung des Lenkrads beschreibende Größe sein.
Die so gewonnene Information wird dann einem Fahrzeug-Sicherheitssystem wie z. B. einem Seitenaufprallschutz-System 4, einem Fahrdynamikregler 5 oder einem Airbagsystem 6 zugeführt. Wahlweise könnten auch mehr oder weniger Sicherheitssysteme vorgesehen sein.
Um die Genauigkeit der Vorhersage zu verbessern, kann das Modell 2 beispielsweise auch weitere Parameter, wie z. B. die Fahrzeuggeschwindigkeit, geschwindigkeitsabhängige Rückstellkräfte der Lenkung oder den anfänglichen Lenkwinkel berücksichtigen.
Die genannten Sicherheitssysteme könnten somit auf eine mögliche Kollision konditioniert oder situationsabhängig gesteuert bzw. geregelt werden.
Fig. 2 zeigt die wesentlichen Verfahrensschritte eines entsprechenden Prädiktionsverfahrens zur Vorhersage der zukünftigen Bewegung eines Lenkrads 7. Dabei bezeichnet Schritt 10 das Messen von Daten mittels des Lenkwinkelsensors 3, Schritt 11 das Verarbeiten der Messdaten im mathematischen Modell 2 und Ermitteln einer Information über die zukünftige Bewegung des Lenkrads, und Schritt 12 die situationsabhängige Anpassung eines Fahrzeug-Sicherheitssystems in Abhängigkeit von der ermittelten Information.

Claims

Ansprüche
1. Verfahren zur Vorhersage der zukünftigen Bewegung einer Steuereinrichtung (7) in einem Fahrzeug, die von einer Person betätigt wird, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , d a s s - Daten über die bisherige Betätigung der Steuereinrichtung (7) gemessen und
- diese Daten von einem Algorithmus verarbeitet werden, der ein Modell (2) umfasst, das typische menschliche Bewegungsmuster beschreibt, und
- dass das Modell (2), basierend auf den Daten über die bisherige Betätigung, eine Information über die zukünftige Bewegung der Steuereinrichtung (7) ermittelt.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (7) ein Lenkrad oder ein Bremspedal ist.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die vom
Modell (2) ermittelte Information über die zukünftige Bewegung eine zukünftige Position, einen zukünftigen Bewegungsverlauf, eine zukünftige Geschwindigkeit, eine zukünftige Beschleunigung oder eine andere, die zukünftige Bewegung beschreibende Größe umfasst.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Modell (2) eine analytische Funktion ist oder wenigstens eine Kurve, eine Tabelle oder andere Daten umfasst, die typische menschliche Bewegungsmuster beschreiben.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Modell (2) Daten umfasst, die typische menschliche Bewegungsmuster bei einer Handbewegung beschreiben.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zu wenigstens zwei Zeitpunkten Positions- ,Winkel-, Geschwindigkeits-, Beschleunigungs-, Kraft- und/oder Momentenwerte oder andere physikalische Größen gemessen werden, die die bisherige Betätigung der Steuereinrichtung (7) beschreiben.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die vom Modell (2) ermittelte Information über die zukünftige Bewegung einem Fahrzeugregelungssystem (5) oder einem anderen Sicherheitssystem (4,6) oder Fahrerassistenzsystem zugeführt wird.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren eingeleitet wird, sobald die
Geschwindigkeit, mit der die Steuereinrichtung (7) bewegt wird, einen vorgegebenen Schwellenwert überschreitet.
9. Steuergerät (1 ), umfassend Mittel zum Durchführen eines der vorstehend beanspruchten Verfahren.
10.Verwendung eines mathematischen Modells (2), das typische menschliche Bewegungsmuster beschreibt, zur Vorhersage der zukünftigen Bewegung einer Steuereinrichtung (7) in einem Fahrzeug, die von einer Person betätigt wird.
PCT/EP2008/067984 2008-06-03 2008-12-19 Verfahren zur vorhersage der zukünftigen bewegung einer steuereinrichtung in einem fahrzeug WO2009146759A1 (de)

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