WO2011020631A1 - Verfahren und vorrichtung zum erkennen eines bedienzustands eines lenkrads in einem fahrzeug - Google Patents

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WO2011020631A1
WO2011020631A1 PCT/EP2010/056868 EP2010056868W WO2011020631A1 WO 2011020631 A1 WO2011020631 A1 WO 2011020631A1 EP 2010056868 W EP2010056868 W EP 2010056868W WO 2011020631 A1 WO2011020631 A1 WO 2011020631A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
torque
driver
steering wheel
hands
steering
Prior art date
Application number
PCT/EP2010/056868
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Roland Greul
Alexander Gaedke
Christopher Kreis
Original Assignee
Zf Lenksysteme Gmbh
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Zf Lenksysteme Gmbh filed Critical Zf Lenksysteme Gmbh
Publication of WO2011020631A1 publication Critical patent/WO2011020631A1/de

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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D15/00—Steering not otherwise provided for
    • B62D15/02—Steering position indicators ; Steering position determination; Steering aids
    • B62D15/025—Active steering aids, e.g. helping the driver by actively influencing the steering system after environment evaluation

Definitions

  • the invention relates to a method and a device for detecting an operating state of a steering wheel in a vehicle, wherein the operating state describes whether a driver operates a steering wheel in a vehicle and in particular whether the driver has at least one hand on the steering wheel or both Hands off
  • the driver is assisted in the guidance by providing the driver with haptic feedback via a track course recognized by means of a camera or another sensor system.
  • This feedback is realized by a suitable manual torque that the driver via the steering wheel, the corresponding haptic perceptible information
  • Tracking assistance is thus achieved an increased driving safety especially on highways and highways.
  • Driver assistance systems are regularly designed so that the driver is included in the control loop. This means that the driver always has to keep his hands on the steering wheel in order to be able to react to the haptic information.
  • the level of the assist torque is limited such that overshooting of the resultant torque by the driver is possible at any time by the driver generating a counter torque on the steering wheel.
  • driver assistance system Even for legal reasons, a fully automatic tracking by the driver assistance system must not be done because the driver must always have full control of the vehicle. In driver assistance systems, it is therefore necessary to switch off the assistance system when the driver takes his hands off the steering wheel. In addition, warnings are often issued to alert the driver that the driver assistance system is switched off and that hands should be put back to the steering wheel.
  • a warning message is often output incorrectly and / or the driver assistance system is switched off. This is especially often the case when the driver touches the steering wheel relatively lightly.
  • the object of the invention is to provide a system or a device for detecting the operating state of the steering wheel available, which operates much more reliable compared to the known systems and methods and
  • the object is achieved by a method according to claim 1, characterized in that a current, high-resolution steering wheel angle and a current steering torque are determined. Depending on the steering wheel angle and the steering torque, a driver's hand torque currently applied by the driver is determined.
  • the method according to the invention also has the advantage that the sensor system already provided, for example, in an EPS steering system or the one provided therefor Input variables are sufficient to detect the operating state of the steering wheel by means of the method according to the invention.
  • Operating state of the steering wheel are used, u. a. be a steering wheel angle, a steering wheel angular velocity, an EPS motor angle, an EPS motor angular velocity, and / or a torsion bar torque.
  • the steering system includes a so-called angle superposition gear, this is taken into account in the determination of the driver's manual torque or in the determination of the operating state of the steering wheel.
  • further input variables such as a vehicle speed, a
  • the object is also achieved by a device for detecting the
  • this device has a control unit for controlling and / or regulating a steering system, which is programmed to carry out the method according to the invention.
  • the steering system sensors are associated with the detection of the implementation of the
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a steering system in a vehicle
  • FIG. 2 is a block diagram graphically illustrating individual aspects in generating a high-resolution steering wheel angle
  • FIG. 3 a shows a diagram in which a notional course of a driver torque and relevant variables for determining the operating state of the driver
  • Figure 3b is a diagram in which the course of the driver torque accordingly
  • FIG. 4 shows a flowchart in which method steps of the
  • FIG. 5 shows a diagram in which, according to one embodiment, conditions for the detection of a state change are shown graphically.
  • FIG. 1 shows a steering system 1 which comprises a steering device 2 and a control unit 3.
  • a microprocessor 4 is arranged, via a data line, such as a bus system, with a
  • Memory element 5 is connected.
  • memory areas 5a are formed, in which processed computer programs and / or data are stored.
  • the data can be both predefinable quantities and data determined during the execution of the method or specified during the application of the method according to the invention.
  • the control unit 3 Via a signal line 6, the control unit 3 with a torque controller, for example, designed as an electric motor 7 EPS motor, connected, so that a control of the electric motor 7 is made possible by the control unit 3.
  • the electric motor 7 acts via a gear 8 on a torsion bar 9.
  • Swivel bar 9 is a steering wheel 10 is arranged. According to another possible
  • the EPS motor is arranged parallel to the rack, wherein the engine torque is transmitted via a belt and a recirculating ball gear.
  • the EPS motor acts on the rack via another pinion.
  • the steering device 2 further comprises a steering gear 11 which is formed according to the embodiment shown in Figure 1 by way of example as a rack and pinion steering gear.
  • the steering gear 11 is connected via a pinion 12 a and a rack 12 b on each side of the vehicle with a steering linkage 13, which cooperates with a respective wheel 14.
  • the steering system 1 also has a torque sensor 16, by means of which a current torque T JB can be detected.
  • the torque sensor 16 is arranged on the torsion bar 9.
  • the current torque T JB is, for example, by measuring the current rotation of the torsion bar 9 - preferably below
  • Torque sensor 16 is connected via a data line to the control unit 3.
  • an angle sensor 17 is arranged, by means of which a motor angle ⁇ can be detected.
  • the steering system 2 has an angle sensor 18, which allows the detection of a steering wheel angle.
  • the angle sensors 17 and 18 are connected via signal lines to the control unit 3.
  • the control unit 3 is connected to an angle adjuster, for example an AFS motor 15 designed as a servo motor, so that control of the AFS motor 15 by the control unit 3 is made possible.
  • the AFS motor 15 acts on the torsion bar 9 via an angle superposition gear 19, for example a planetary gear, and makes it possible to realize an angle superposition in an active steering system (AFS).
  • AFS active steering system
  • the steering system 1 shown in Figure 1 is for carrying out the
  • the steering angle and steering moments must have the highest possible resolution exhibit.
  • the existing in vehicles standard steering wheel angle sensor often does not meet these requirements. Therefore, in a particularly preferred embodiment, first a steering wheel angle is generated with sufficiently high resolution.
  • the steering wheel angle via translations of transmission elements, such as a steering gear or a recirculating ball gear, from the EPS motor angle ⁇ or the
  • Motor angular velocity ⁇ 5 calculated.
  • this is a
  • Steering's existing dynamics can be mapped using a state space model. If the vehicle has an angle superimposition transmission, a current transmission ratio i is also included.
  • Gear ratio i may be dependent on the vehicle speed or other quantities, such as the steering wheel angle or the wheel steering angle.
  • FIG. 2 shows a block diagram of a possible arrangement by means of which a high-resolution steering wheel angle can be generated.
  • Block diagram is shown a function block 20, in which by means of the translation of the EPS from the motor angular velocity ⁇ 5 of the EPS motor 7, an angle relative to the steering wheel angular velocity ⁇ LR is determined.
  • the angular velocity ⁇ LR is fed to a function block 21.
  • Function block 21 is further a current, preferably from the
  • Angular velocity ⁇ corr calculated, for example, by multiplication, which takes into account the gear ratio i (v). The calculated so
  • Angular velocity ⁇ corr is supplied to a function block 22.
  • a functional block 23 is supplied with a current torsional moment T JB, which is detected, for example, by means of the sensor 16.
  • T JB current torsional moment
  • the torsional stiffness required in this case can be stored in a map.
  • the input variables of the functional block 22 embodied, for example, as a state space model are thus the steering wheel angular velocity ⁇ 5 iOTr corrected by the influence of the angular superimposition and the steering wheel angle resulting from the torsion bar rotation. From these input signals is in the
  • Function block 22 a steering wheel angular velocity ⁇ LR calculated over.
  • the function block 24 is preferably designed as a Kalman filter and generates from the calculated steering wheel angular velocity ⁇ LRyber and a
  • the driver torque can be determined by means of a low-pass filtering of the torsion bar torque.
  • Driver's manual torque is a moment equilibrium between the torsion bar torque T JB and the moment on the steering wheel, which is composed of a driver torque T LR and a resulting from a steering wheel inertia J LR torque component calculated. Furthermore, the current steering wheel acceleration S LR is taken into account according to the following calculation rule:
  • the equation given above may be resolved to calculate the driver torque T LR corresponding to T LR .
  • it is additionally checked whether the measured torsion bar torque T JB, mess is smaller than the calculated manual torque T LR, ber- If this is not the case, that is the calculated manual torque T LR, about greater than the measured torsion bar torque T JB, measurement, the manual torque T LR is set to the value of the measured torsion moment T JB, measured, and instead of the calculated manual torque, the value of the measured torsion moment is output.
  • a so-called observer or “observer” can be used, which is dependent on the input variables
  • Steering wheel angle ⁇ 5 and torsion bar torque T TB generates a value for the driver's manual torque T LR .
  • the observer is generated by known methods and parameterized or trained accordingly. The quality of the so determined
  • Driver's hand torque T LR depends on the structure of the observer whose
  • the observer can be realized for example in the form of a neural network.
  • the calculated driver's manual torque T LR is now evaluated according to the method according to the invention in order to detect the operating states "hands_on” and "hands_off".
  • the state “hands_off” is output if the amount of the driver's manual torque T LR is below an adjustable threshold value S1 for at least the duration of a defined time period ti. If the manual torque then exceeds an upper threshold value S3, the state "hands_on” is detected again.
  • the range between the thresholds S1 and S3 realizes a hysteresis.
  • Threshold S2 between the thresholds S1 and S3 provided. If the driver's hand torque falls below the threshold values S1, the to counter is set in motion. If the threshold value S1 is exceeded again, the counter to - unlike in the embodiment shown in Figure 3a - is not reset. Only when the driver torque T LR rises above the value S2, the counter to is set to the value 0 again. Therefore, by means of the shown in Figure 3b
  • the state "hands_off" in some situations be detected earlier than in the embodiment shown in Figure 3a embodiment, since exceeding the lower threshold value S1 is not a reset of the counter t is 0 effected.
  • the driver torque T LR on the value S2 increase before the time period ti has expired, the counter to would be set to the value 0 again and only restarted if the driver torque T LR again fell below the value S1
  • the counter reaches to but without Reset the value ti and the operating state "hands_off" is detected
  • the time period ti is preferably set as a function of the driven speed, a current lateral acceleration and / or other state variables.
  • the duration ti is thus variable and can vary depending on current
  • Driving conditions can be determined for example by means of a map or by functional calculation. If the time duration ti depends, for example, on the current vehicle speed, the time duration ti can be selected to be greater if the vehicle has a low speed. However, if the vehicle is moving at high speed, the time ti may be reduced. This means that at lower speeds a longer time is tolerated during which the driver may have taken his hands off the steering wheel. At higher speeds, a shortened period ti is set for safety reasons.
  • the operating states of the steering wheel are not determined directly from the driver's manual torque T LR , but it is the derivative of the driver's manual torque, ie a driver's hand torque change, used.
  • the basic procedure remains analogous as described above. However, the parameters S1, S3 and possibly the average threshold S2 must be adjusted accordingly. In this variant will be described directly from the driver's manual torque T LR , but it is the derivative of the driver's manual torque, ie a driver's hand torque change, used.
  • the basic procedure remains analogous as described above. However, the parameters S1, S3 and possibly the average threshold S2 must be adjusted accordingly. In this variant will
  • a change in the steering wheel angle ie a steering wheel angular velocity can be used.
  • the steering wheel angular acceleration or the driver's hand moment acceleration is detected, whereby a particular
  • Changing the operating state of the steering wheel can be detected well.
  • the different embodiments can be used alternatively or in addition.
  • a plausibility of the operating state can be achieved by different signals or different processed signals that are available for detection of the operating state of the steering wheel, so that, for example, only the presence of a change in the operating state is concluded, if at least two out of three
  • Warnings feel disturbed or irritated. Short-term warnings for displaying it operating state "hands_off" may arise because the driver
  • Tracking assistance function used it can be advantageously suppressed the issue of a warning until a certain number of steering interventions by the driver is present.
  • the number of steering interventions can be detected by the amount of additional torque applied by the driver, the position of the vehicle in the lane or a change in position of the vehicle or a difference between a desired steering wheel angle and an actual steering wheel angle.
  • Time ti and / or the minimum warning duration individually adjustable for a driver For example, it can be provided that parameter sets that define different parameters or different sensitivity levels are assigned by the driver an on-board menu can be set. In the case of different drivers, the parameter set assigned to this driver can therefore be loaded manually, but preferably by automatic driver type recognition. An individualization for different drivers also makes it possible to take into account the fact that some drivers always keep the steering wheel very tight, whereas other drivers keep their hands very loose on the steering wheel. This driver-specific behavior is preferably detected automatically from the progression of the driver's manual torque T LR and / or from driver reactions to additional torques of the lane keeping assistance system which originates from the driver's torque T LR
  • driver-specific behavior can automate individual parameters
  • a threshold value S1, S2, S3 or a period of time to be adjusted For example, a driver who holds the steering wheel very firmly, always exert a strong damping on the torque T TB , so that a change in the damping detected and from this a state change of the operating state can be derived. If a driver keeps the steering wheel very loose, that is
  • Oscillation frequency of the driver's manual torque often lower than when the driver holds the steering wheel relatively tight.
  • a warning is not issued if the driver assistance system or an assistance function is not activated.
  • the output of a warning message can also be suppressed if an assistance function is activated, but only a very small additional torque is requested.
  • the output of a warning message can in particular also in dependence on a current
  • Vehicle speed are controlled because, for example, when the vehicle is not issuing a warning message makes sense.
  • the operating state detection can be used independently of a tracking assistance function, as is also in the claims to advantage.
  • For the basic function of Operating state detection is not a special environmental sensors, as they are used for tracking assistance functions, a necessary
  • FIG. 4 is a flowchart of a possible implementation of the invention
  • the flowchart indicates one of a variety of possible implementations.
  • the multiplicity of possible variations are entrusted to the implementation of the method according to the invention
  • the method illustrated in FIG. 4 begins in a step 100.
  • the threshold values S1, S2 and S3 and the time duration ti are initialized. This can be done individually depending on a driver type recognition for the current driver.
  • a counter t 0 is further initialized to the value 0.
  • a step 101 the input signals necessary for the method are detected. These are, for example, the motor angle ⁇ , a current one
  • the current operating state of the steering wheel which has been preset to the value "hands_off” or has been stored in a previous run of the method according to the invention, is checked in the initialization step 100. If this check shows that the driver is currently holding his hands is not on the steering wheel, the operating state is thus "hands_off", then it is checked in a step 104 whether the driver's manual torque T LR exceeds the threshold value S.
  • the method branches back to the step 101 and again becomes current values
  • the driver's manual torque T LR exceeds the threshold value S3
  • the operating state "hands_on” is changed to the step 105 and the method then continues in the step 101 ,
  • step 106 If the current operating state is "hands_on" in step 103, it is checked in a step 106 whether the driver's manual torque T LR determined in step 102 is less than or equal to the mean threshold value.
  • the threshold value has the function of always initiating a new initialization of the counter t 0 if the driver's manual torque T LR had fallen below the threshold value S1, as a result of which the counter to has been activated, that is, if the current time duration has been detected.
  • the flowchart shown in Figure 4 is for the case that the current operating state is "hands_on" and the current driver's manual torque the
  • Threshold does not exceed, always in a step 107, the counter t 0 reinitialized and in particular disabled. If the counter was already deactivated because the driver's manual torque T LR has not yet exceeded the threshold value S1, then there is no change in the state of the counter to. It is then branched back to step 101.
  • step 106 if the comparison in step 106 reveals that the driver's manual torque is below the threshold, it is checked in a step 108 whether the current meter reading t 0 has reached or exceeded the predetermined time period ti.
  • the counter t 0 can only reach the value ti if the counter t 0 has been activated and a correspondingly long period of time has been activated. It is now assumed that the to counter is not yet activated, he therefore the Value ti also can not have reached. In this case, it is pointed to a step 109 and it is checked whether the current driver's manual torque T LR is below the threshold S1. If this is not the case, then that moves
  • a step 110 the counter has the driver's manual torque T LR contrast, the threshold value S1 below (step 109), then t 0 is activated and it is now the period of time t by means of the counter measured was 0, the counter t 0 is already activated, as is done in the Step 110 no further change and it is branched back to the step 101. Now steps 101 to 109 are run through until the counter reaches the value ti. However, the counter to can only reach the time duration ti if the driver's manual torque has not exceeded the threshold value in the meantime (step 106), since otherwise the counter would be reinitialized and deactivated (step 107).
  • step 108 If the counter t o reaches or exceeds the value ti, a branch is made from step 108 to step 111 and a change of the operating state from "hands_on” to "hands_off” is detected Warning message, the saving of the current operating state, the deactivation of a driver assistance function and the like, according to another embodiment, the difference between the
  • FIG. 5 shows an exemplary embodiment in which the integral is continuously formed and monitored within an applicable time interval or an applicable time period ti. If the integral within the time interval ti remains below a first threshold value S4, the state "hands-off" is recognized, but if the integral rises within the time interval ti via a second, higher threshold value S5, the state "hands-on” is detected. At least with every change of state the time counter is restarted to determine if the time tj has elapsed, and the integration restarts, so that the integral is reset at the beginning of each time period tj.
  • S4 first threshold value
  • S5 the state "hands-off”
  • S5 the state "hands-on”
  • Threshold S4 but remains below the threshold S5, so that at the end of the third time interval tj. 3 continues the state "hands_off exists.
  • the integral I 4 again exceeds the threshold value S5, so that the state "hands_on" is detected at the end of the fourth time interval tj -4 .

Landscapes

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Abstract

Um den Bedienzustand (hands_off, hands_on) eines Lenkrads in einem Fahrzeug zu erkennen wird vorgeschlagen, dass ein aktueller, hoch aufgelöster Lenkradwinkel und ein aktuelles Lenkmoment bestimmt werden. In Abhängigkeit von dem Lenkradwinkel und dem Lenkmoment wird ein von dem Fahrer aktuell aufgebrachtes Fahrerhandmoment (TLR) bestimmt. In Abhängigkeit von einem Verlauf des Fahrerhandmoments (TLR) wird dann der Bedienzustand (hands_off, hands_on) des Lenkrads bestimmt bzw. es wird erkannt, ob der Fahrer die Hände am Lenkrad hat (hands_on) oder ob der Fahrer die Hände von dem Lenkrad genommen hat (hands_off). Das erfindungsgemäße Verfahren kann mit der in einer EPS-Lenkung bereits vorhandenen Sensorik durchgeführt werden.

Description

Titel: Verfahren und Vorrichtung zum Erkennen eines Bedienzustands eines
Lenkrads in einem Fahrzeug Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Erkennen eines Bedienzustands eines Lenkrads in einem Fahrzeug, wobei der Bedienzustand beschreibt, ob ein Fahrer ein Lenkrad in einem Fahrzeug bedient und insbesondere, ob der Fahrer mindestens eine Hand am Lenkrad hat oder beide Hände vom
Lenkrad genommen hat.
Bei mechatronischen Lenksystemen, insbesondere bei elektrisch unterstützten Lenksystemen (EPS), wird das von dem Fahrer zur Querführung des Fahrzeugs aufgebrachte sogenannte Fahrermoment situationsabhängig mittels eines
sogenannten Unterstützungsmoments in einer Vielzahl von Betriebsbereichen beeinflusst. Beispielsweise wird der Fahrer bei der Spurführung unterstützt, indem dem Fahrer eine haptische Rückmeldung über einen mittels einer Kamera oder einer anderen Sensorik erkannten Spurverlauf zur Verfügung gestellt wird. Diese Rückmeldung wird durch ein geeignetes Handmoment realisiert, das dem Fahrer über das Lenkrad die entsprechende haptisch wahrnehmbare Information
übermittelt. Bei dem oben genannten Beispiel einer haptischen
Spurführungsassistenz wird folglich eine erhöhte Fahrsicherheit insbesondere auf Autobahnen und Schnellstraßen erreicht.
Fahrerassistenzsysteme sind regelmäßig so ausgelegt, dass der Fahrer in den Regelkreis einbezogen ist. Dies bedeutet, dass der Fahrer stets die Hände am Lenkrad halten muss, um auf die haptische Information reagieren zu können. Das Niveau des Unterstützungsmoments ist derart begrenzt, dass ein Überstimmen des resultierenden Moments durch den Fahrer jederzeit möglich ist, indem der Fahrer ein Gegenmoment an dem Lenkrad erzeugt.
Auch aus rechtlichen Gründen darf eine vollautomatische Spurführung durch das Fahrerassistenzsystem nicht erfolgen, da der Fahrer stets die volle Kontrolle über das Fahrzeug haben muss. Bei Fahrerassistenzsystemen ist es deshalb notwendig, das Assistenzsystem abzuschalten, wenn der Fahrer die Hände von dem Lenkrad nimmt. Ergänzend werden häufig Warnungen ausgegeben, um den Fahrer darauf hinzuweisen, dass das Fahrerassistenzsystem abgeschaltet ist und dass die Hände wieder an das Lenkrad gelegt werden sollen.
Bei bisher bekannten Systemen wird häufig fehlerhaft eine Warnmeldung ausgegeben und/oder das Fahrerassistenzsystem abgeschaltet. Dies ist besonders häufig dann der Fall, wenn der Fahrer das Lenkrad nur relativ leicht berührt.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein System bzw. eine Vorrichtung zum Erkennen des Bedienzustands des Lenkrads zur Verfügung zu stellen, das gegenüber den bekannten Systemen bzw. Verfahren deutlich zuverlässiger arbeitet und
insbesondere das irrtümliche Ausgeben von Warnmeldungen und/oder das irrtümliche Abschalten eines Fahrerassistenzsystems vermeidet oder zumindest reduziert.
Die Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 dadurch gelöst, dass ein aktueller, hoch aufgelöster Lenkradwinkel und ein aktuelles Lenkmoment bestimmt werden. In Abhängigkeit von dem Lenkradwinkel und dem Lenkmoment wird ein von dem Fahrer aktuell aufgebrachtes Fahrerhandmoment bestimmt. In
Abhängigkeit von einem Verlauf des Fahrerhandmoments wird dann der
Bedienzustand des Lenkrads bestimmt.
Erfindungsgemäß wird folglich das von dem Fahrer aufgebrachte
Fahrerhandmoment bestimmt. Aus dem Verlauf des Fahrerhandmoments wird auf den Bedienzustand des Lenkrads geschlossen bzw. es wird erkannt, ob der Fahrer die Hände am Lenkrad hat, was im Folgenden als Bedienzustand "hands_on" bezeichnet wird, oder ob der Fahrer die Hände von dem Lenkrad genommen hat, im Folgenden als Bedienzustand "hands_off" bezeichnet. Das erfindungsgemäße Verfahren hat ferner den Vorteil, dass die beispielsweise in einer EPS-Lenkung bereits vorhandene Sensorik bzw. die hiervon zur Verfügung gestellten Eingangsgrößen genügen, um mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens den Bedienzustand des Lenkrads zu erkennen.
Weitere Vorteile ergeben sich aus den Merkmalen bzw. Ausführungsformen, die in den Unteransprüchen genannt sind. Gemäß solcherart vorteilhafter
Ausführungsformen können die Eingangsgrößen, die für ein Erkennen des
Bedienzustands des Lenkrads herangezogen werden, u. a. einen Lenkradwinkel, eine Lenkradwinkelgeschwindigkeit, einen EPS-Motorwinkel, eine EPS- Motorwinkelgeschwindigkeit und/oder ein Drehstabmoment sein.
Umfasst das Lenksystem ein sogenanntes Winkelüberlagerungsgetriebe, so wird dies bei der Bestimmung des Fahrerhandmoments bzw. bei der Bestimmung des Bedienzustands des Lenkrads berücksichtigt. Vorzugsweise werden hierbei weitere Eingangsgrößen, wie beispielsweise eine Fahrzeuggeschwindigkeit, ein
Motorwinkel und/oder eine Motorwinkelgeschwindigkeit des Überlagerungsstellers, sowie die aktuelle Übersetzung bzw. das aktuelle Übersetzungsverhältnis
herangezogen.
Die Aufgabe wird auch gelöst, durch eine Vorrichtung zum Erkennen des
Bedienzustands eines Lenkrads, das zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens hergerichtet ist. Insbesondere weist diese Vorrichtung ein Steuergerät zum Steuern und/oder Regeln eines Lenksystems auf, das zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens programmiert ist. Ferner sind dem Lenksystem Sensoren zugeordnet, die ein Erfassen von für die Durchführung des
erfindungsgemäßen Verfahrens notwendigen Eingangsgrößen ermöglichen.
Anhand der folgenden Zeichnungen wird die Erfindung an Ausführungsbeispielen näher erläutert. Hierbei zeigen: Figur 1 eine schematische Darstellung eines Lenksystems in einem Fahrzeug;
Figur 2 ein Blockschaltbild, das einzelne Aspekte bei der Erzeugung eines hoch aufgelösten Lenkradwinkels graphisch darstellt; Figur 3a ein Diagramm, in dem ein fiktiver Verlauf eines Fahrermoments sowie relevante Größen für die Bestimmung des Bedienzustands des
Lenkrads gemäß einer Ausführungsform dargestellt sind;
Figur 3b ein Diagramm, in dem der Verlauf des Fahrermoments entsprechend
Figur 3a dargestellt ist, die Bestimmung des Bedienzustands des Lenkrads jedoch gemäß einer anderen Ausführungsform erfolgt; Figur 4 ein Ablaufdiagramm, in dem Verfahrensschritte des
erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß einem Ausführungsbeispiel dargestellt sind; und
Figur 5 ein Diagramm, in dem gemäß einer Ausführungsform Bedingungen für das Erkennen eines Zustandswechsels graphisch dargestellt sind.
In Figur 1 ist ein Lenksystem 1 dargestellt, das eine Lenkvorrichtung 2 und ein Steuergerät 3 umfasst. In dem Steuergerät 3 ist ein Mikroprozessor 4 angeordnet, der über eine Datenleitung, beispielsweise ein Bussystem, mit einem
Speicherelement 5 verbunden ist. In dem Speicherelement 5 sind Speicherbereiche 5a ausgebildet, in denen abgearbeitete Computerprogramme und/oder Daten abgelegt sind. Die Daten können sowohl vorgebbare Größen als auch während der Durchführung des Verfahrens ermittelte oder während der Applikation des erfindungsgemäßen Verfahrens vorgegebene Daten sein.
Über eine Signalleitung 6 ist das Steuergerät 3 mit einem Momentensteller, beispielsweise einem als Elektromotor 7 ausgebildeten EPS-Motor, verbunden, so dass eine Steuerung des Elektromotors 7 durch das Steuergerät 3 ermöglicht wird. Der Elektromotor 7 wirkt über ein Getriebe 8 auf einen Drehstab 9. An dem
Drehstab 9 ist ein Lenkrad 10 angeordnet. Gemäß einer anderen möglichen
Ausführungsform ist der EPS-Motor parallel zur Zahnstange angeordnet, wobei das Motormoment über einen Riemen und ein Kugelumlaufgetriebe übertragen wird. Bei einer nochmals anderen möglichen Ausführungsform wirkt der EPS-Motor über ein weiteres Ritzel auf die Zahnstange.
Die Lenkvorrichtung 2 weist ferner ein Lenkgetriebe 11 auf, das gemäß der in Figur 1 beispielhaft dargestellten Ausführungsform als Zahnstangenlenkgetriebe ausgebildet ist. Das Lenkgetriebe 11 ist über ein Ritzel 12a und eine Zahnstange 12b auf jeder Fahrzeugseite mit einem Lenkgestänge 13, das jeweils mit einem Rad 14 zusammenwirkt, verbunden. Das Lenksystem 1 weist ferner einen Drehmomentsensor 16 auf, mittels dessen ein aktuelles Drehmoment TJB erfassbar ist. Der Drehmomentsensor 16 ist an dem Drehstab 9 angeordnet. Das aktuelle Drehmoment TJB wird beispielsweise durch Messung der aktuellen Verdrehung des Drehstabs 9 - vorzugsweise unter
Berücksichtigung einer Verdrehsteifigkeit des Drehstabs 9 - bestimmt. Der
Drehmomentsensor 16 ist über eine Datenleitung mit dem Steuergerät 3 verbunden. An dem Elektromotor 7 ist ein Winkelsensor 17 angeordnet, mittels dessen ein Motorwinkel δ erfassbar ist. Ferner weist das Lenksystem 2 einen Winkelsensor 18 auf, der die Erfassung eines Lenkradwinkels ermöglicht. Die Winkelsensoren 17 und 18 sind über Signalleitungen mit dem Steuergerät 3 verbunden.
Über eine weitere Signalleitung ist das Steuergerät 3 mit einem Winkelsteller, beispielsweise einem als Servomotor ausgebildeten AFS-Motor 15, verbunden, so dass eine Steuerung des AFS-Motors 15 durch das Steuergerät 3 ermöglicht wird. Der AFS-Motor 15 wirkt über ein Winkelüberlagerungsgetriebe 19, beispielsweise ein Planetengetriebe, auf den Drehstab 9 und ermöglicht die Realisierung einer Winkelüberlagerung bei einer Aktivlenkung (AFS).
Das in Figur 1 dargestellte Lenksystem 1 ist zur Durchführung des
erfindungsgemäßen Verfahrens geeignet. Die Wirkungsweise des Lenksystems 1 wird in der folgenden Beschreibung erläutert.
Um eine besonders zuverlässige Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zu erreichen, müssen Lenkwinkel und Lenkmomente eine möglichst hohe Auflösung aufweisen. Die in Fahrzeugen vorhandene serienmäßige Lenkradwinkelsensorik genügt häufig nicht diesen Anforderungen. Deshalb wird in einer besonders bevorzugten Ausführungsform zunächst ein Lenkradwinkel mit ausreichend hoher Auflösung erzeugt. Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird der Lenkradwinkel über Übersetzungen von Übertragungsgliedern, wie beispielsweise einem Lenkgetriebe oder einem Kugelumlaufgetriebe, aus dem EPS-Motorwinkel δ oder der
Motorwinkelgeschwindigkeit <5 berechnet. Vorzugsweise wird hierbei eine
Verdrehung des Drehstabes 9 ebenfalls berücksichtigt. Die im Betrieb des
Lenksystems bestehende Dynamik kann mittels eines Zustandsraummodells abgebildet werden. Weist das Fahrzeug ein Winkelüberlagerungsgetriebe auf, so wird ein aktuelles Übersetzungsverhältnis i ebenfalls einbezogen. Das
Übersetzungsverhältnis i kann abhängig von der Fahrzeuggeschwindigkeit oder anderen Größen, wie dem Lenkradwinkel oder dem Radlenkwinkel, sein. In Figur 2 ist in einem Blockschaltbild eine mögliche Anordnung dargestellt, mittels der ein hoch aufgelöster Lenkradwinkel erzeugt werden kann. In dem
Blockdiagramm ist ein Funktionsblock 20 dargestellt, in welchem mittels der Übersetzung des EPS aus der Motorwinkelgeschwindigkeit <5 des EPS-Motors 7 eine auf das Lenkrad bezogene Winkelgeschwindigkeit δLR bestimmt wird. Die Winkelgeschwindigkeit δLR wird einem Funktionsblock 21 zugeführt. Dem
Funktionsblock 21 wird ferner ein aktuelles, vorzugsweise von der
Fahrzeuggeschwindigkeit v abhängiges Übersetzungsverhältnis i(v) des
Winkelüberlagerungsgetriebes 19 zugeführt. In dem Funktionsblock 21 wird aus der Motorwinkelgeschwindigkeit und dem Übersetzungsverhältnis i(v) eine
Winkelgeschwindigkeit δkorr beispielsweise durch Multiplikation berechnet, die das Übersetzungsverhältnis i(v) berücksichtigt. Die so berechnete
Winkelgeschwindigkeit δkorr wird einem Funktionsblock 22 zugeführt.
Einem Funktionsblock 23 wird ein aktuelles, beispielsweise mittels des Sensors 16 erfasstes Drehstabmoment TJB zugeführt. In dem Funktionsblock 23 wird ein zusätzlicher, aus der Verdrehung des Drehstabs 9 resultierender Anteil des Lenkradwinkels bestimmt und dem Funktionsblock 22 zugeführt. Die hierbei benötigte Drehstabsteifigkeit kann in einem Kennfeld abgelegt sein.
Die Eingangsgrößen des beispielsweise als Zustandsraummodell ausgebildeten Funktionsblocks 22 sind somit die um den Einfluss der Winkelüberlagerung korrigierte Lenkradwinkelgeschwindigkeit <5iOTr und der aus der Drehstabverdrehung resultierende Lenkradwinkel. Aus diesen Eingangssignalen wird in dem
Funktionsblock 22 eine Lenkradwinkelgeschwindigkeit δLR ber berechnet. Der Funktionsblock 24 ist vorzugsweise als Kaiman-Filter ausgebildet und erzeugt aus der berechneten Lenkradwinkelgeschwindigkeit δLRyber und einem
beispielsweise mittels des Sensors 18 gemessenen Lenkradwinkel δι_R, mess einen hoch aufgelösten Lenkradwinkel SLR. Der so gebildete Lenkradwinkel SLR kann nun für die Berechnung des
Fahrermoments, also des Momentes, welches der Fahrer auf das Lenkrad aufbringt, herangezogen werden.
Ohne Verwendung des Lenkradwinkels kann das Fahrermoment mittels einer Tiefpassfilterung des Drehstabmoments ermittelt werden.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird für die Bestimmung des
Fahrerhandmoments ein Momentengleichgewicht zwischen dem Drehstabmoment TJB und dem Moment am Lenkrad, welches sich aus einem Fahrermoment TLR und einem aus einer Lenkradträgheit JLR resultierenden Momentanteil zusammensetzt, berechnet. Ferner wird die aktuelle Lenkradbeschleunigung SLR gemäß der folgenden Berechnungsvorschrift berücksichtigt:
* TB = *LR ~ ^LR ' J LR
Die oben angegebene Gleichung kann zur Berechnung des Fahrermoments TLR entsprechend nach TLR aufgelöst werden. Gemäß einer anderen Ausführungsform wird zusätzlich geprüft, ob das gemessene Drehstabmoment TJB, mess kleiner ist als das berechnete Handmoment TLR, ber- Ist dies nicht der Fall, ist also das berechnete Handmoment TLR, ber größer als das gemessene Drehstabmoment TJB, mess, so wird das Handmoment TLR auf den Wert des gemessenen Drehstabmoments TJB, mess gesetzt und statt des berechneten Handmoments wird der Wert des gemessenen Drehstabmoments ausgegeben.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann ein sogenannter Beobachter bzw. „observer" eingesetzt werden, der in Abhängigkeit von den Eingangsgrößen
Lenkradwinkel <5 und Drehstabmoment TTB einen Wert für das Fahrerhandmoment TLR erzeugt. Der Beobachter wird mittels bekannter Verfahren erzeugt und entsprechend parametriert bzw. angelernt. Die Qualität des so ermittelten
Fahrerhandmoments TLR hängt von der Struktur des Beobachters, dessen
Parametrierung und/oder der Art und Weise ab, wie der Beobachter angelernt wurde. Der Beobachter kann beispielsweise in Form eines neuronalen Netzes realisiert sein.
Das berechnete Fahrerhandmoment TLR wird nun gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren ausgewertet, um die Bedienzustände "hands_on" und "hands_off" zu detektierten. Wie in Figur 3a gezeigt, wird der Zustand "hands_off" ausgegeben, wenn der Betrag des Fahrerhandmoments TLR mindestens für die Dauer einer festgelegten Zeitdauer ti unter einem einstellbaren Schwellwert S1 liegt. Übersteigt danach das Handmoment einen oberen Schwellwert S3, so wird wieder der Zustand "hands_on" detektiert. Der Bereich zwischen den Schwellwerten S1 und S3 realisiert eine Hysterese.
Die Ausgabe einer Warnung unmittelbar nach dem Lösen der Hände von dem Lenkrad 10 ist meist nicht erwünscht, da eine kurze Fahrstrecke bei losgelassenem Lenkrad 10 häufig toleriert werden soll. Erfindungsgemäß ist deshalb vorgesehen, dass zwischen dem Entfernen der Hände von dem Lenkrad 10 und der Ausgabe einer Warnmeldung mindestens die Zeitdauer ti vergeht. Gemäß einem in Figur 3b dargestellten Ausführungsbeispiel ist ein mittlerer
Schwellwert S2 zwischen den Schwellwerten S1 und S3 vorgesehen. Unterschreitet das Fahrerhandmoment den Schwellwerte S1 , so wird der Zähler to in Gang gesetzt. Wird der Schwellwert S1 wieder überschritten, so wird der Zähler to - anders als in der in Figur 3a gezeigten Ausführungsform - nicht zurückgesetzt. Erst wenn das Fahrermoment TLR über den Wert S2 steigt, wird der Zähler to wieder auf den Wert 0 gesetzt. Deshalb kann mittels der in Figur 3b dargestellten
Ausführungsform der Zustand„hands_off" in manchen Situationen früher detektiert werden, als bei der in Figur 3a gezeigten Ausführungsform, da ein Überschreiten des unteren Schwellwerts S1 nicht ein Rücksetzen des Zählers t0 bewirkt. Würde in Figur 3b das Fahrermoment TLR über den Wert S2 steigen bevor die Zeitdauer ti abgelaufen ist, so würde der Zähler to wieder auf den Wert 0 gesetzt und erst wieder gestartet werden, falls das Fahrermoment TLR erneut unter den Wert S1 fiele. Bei der in Figur 3b dargestellten Situation erreicht der Zähler to aber ohne Rücksetzen den Wert ti und es wird der Bedienzustand "hands_off" detektiert. Dieser
Bedienzustand wird solange als aktuell betrachtet, bis das Handmoment TLR den Wert S3 überschreitet und der Bedienzustand "hands_on" detektiert wird.
Vorzugsweise wird die Zeitdauer ti abhängig von der gefahrenen Geschwindigkeit, einer aktuellen Querbeschleunigung und/oder anderer Zustandsgrößen eingestellt. Die Zeitdauer ti ist damit variabel und kann in Abhängigkeit von aktuellen
Fahrzuständen beispielsweise mittels eines Kennfelds oder durch funktionale Berechnung ermittelt werden. Ist die Zeitdauer ti beispielsweise abhängig von der aktuellen Fahrzeuggeschwindigkeit, so kann die Zeitdauer ti größer gewählt werden, wenn das Fahrzeug eine niedrige Geschwindigkeit hat. Bewegt sich das Fahrzeug jedoch mit hoher Geschwindigkeit, so kann die Zeitdauer ti verringert werden. Dies bedeutet, dass bei niedrigeren Geschwindigkeiten eine längere Zeit toleriert wird, während der der Fahrer möglicherweise die Hände vom Lenkrad genommen hat. Bei höheren Geschwindigkeiten wird aus Sicherheitsgründen eine verkürzte Zeitspanne ti eingestellt.
Eine Abhängigkeit der Zeitdauer ti von einer Querbeschleunigung ermöglicht einer Verkürzung der Zeitdauer ti bei zunehmender Querbeschleunigung. Liegt eine Querbeschleunigung vor, so wird davon ausgegangen, dass das Fahrzeug sich in einer Kurvenfahrt befindet. In einer Kurvenfahrt muss das Fahrzeug von dem Fahrer durch Vorgabe eines Handmoments mittels des Lenkrads geführt werden. Ein Loslassen des Lenkrads während einer Kurvenfahrt kann bei Berücksichtigung der Querbeschleunigung folglich besonders rasch detektiert werden.
Bei einer vorteilhaften Ausführungsform werden die Bedienzustände des Lenkrads nicht unmittelbar aus dem Fahrerhandmoment TLR bestimmt, sondern es wird die Ableitung des Fahrerhandmoments, also eine Fahrerhandmomentänderung, herangezogen. Die grundsätzliche Vorgehensweise bleibt hierbei analog wie zuvor beschrieben. Die Parameter S1 , S3 und gegebenenfalls der mittlere Schwellwert S2 müssen jedoch entsprechend angepasst werden. Bei dieser Variante wird
ausgenutzt, dass eine Änderung des Bedienzustands häufig eine relativ hohe Änderung des Fahrerhandmoments mit sich bringt. Derartige "Sprünge" im Verlauf des Fahrerhandmoments können durch Bilden der Ableitung des
Fahrerhandmoments besonders gut erkannt werden. Anstatt der
Fahrerhandmomentänderung oder in Ergänzung hierzu kann auch eine Änderung des Lenkradwinkels, also eine Lenkradwinkelgeschwindigkeit herangezogen werden.
Gemäß einer verbesserten Ausführungsform wird die aktuelle Frequenz des
Fahrerhandmomentsignals als weitere Information zur Erkennung des
Bedienzustands herangezogen. Dieser Ausführungsform liegt die Beobachtung zugrunde, dass bereits eine nur leicht an ein Lenkrad angelegte Hand eine
Dämpfung von leichten Schwingungen im Lenkmoment TJB bzw. der
Lenkmomentenänderung bewirkt, wodurch es zu einer Änderung der
Schwingungsfrequenz kommt.
Als weitere Alternative oder Ergänzung wird die Lenkradwinkelbeschleunigung oder die Fahrerhandmomentbeschleunigung erkannt, wodurch insbesondere ein
Wechsel des Bedienzustands des Lenkrads gut erkannt werden kann. Die unterschiedlichen Ausführungsformen können alternativ oder sich ergänzend eingesetzt werden. Insbesondere kann durch unterschiedliche Signale oder unterschiedlich aufbereitete Signale, die für eine Detektion des Bedienzustands des Lenkrads zur Verfügung stehen, eine Plausibilisierung des Bedienzustands erreicht werden, so dass beispielsweise nur dann auf das Vorliegen einer Änderung des Bedienzustands geschlossen wird, wenn mindestens zwei von drei
unterschiedlichen Verfahren zum Erkennen des aktuellen Bedienzustands ein übereinstimmendes Ergebnis liefern. Es wurde beobachtet, dass ein Fahrer sich von kurzzeitigen und häufigen
Warnungen gestört oder irritiert fühlt. Kurzzeitige Warnungen zur Anzeigen es Bedienzustands„hands_off" können dadurch entstehen, dass der Fahrer
zwischenzeitlich das Lenkrad nur besonders leicht berührt oder der Fahrer, der das Lenkrad mit nur einer Hand führt, die Hände wechselt. Vorteilhafterweise wird deshalb eine Mindestwarndauer vorgegeben. Wird ein Übergang von dem
Bedienzustand "hands_on" in den Bedienzustand "hands_off" erkannt, so erfolgt die Ausgabe eines Warntons oder die Aktivierung einer Warnleuchte für eine
vorgebbaren Zeitdauer, auch wenn der Fahrer die Hände bereits wieder an das Lenkrad gelegt hat und bereits wieder der Bedienzustand "hands_on" detektiert wurde.
Wird die Bedienzustandserkennung in Kombination mit einer
Spurführungsassistenzfunktion eingesetzt, so kann vorteilhafterweise die Ausgabe einer Warnung unterdrückt werden, bis eine bestimmte Anzahl von Lenkeingriffen durch den Fahrer vorliegt. Die Anzahl der Lenkeingriffe kann über die Höhe des durch den Fahrer aufgebrachten Zusatzmoments, die Position des Fahrzeugs in der Spur bzw. eine Positionsveränderung des Fahrzeugs oder einer Differenz zwischen einem Soll-Lenkradwinkel und einem Ist-Lenkradwinkel erkannt werden. Vorzugsweise ist mindestens einer der Schwellwerte S1 , S2, S3 und/oder die
Zeitdauer ti und/oder die Mindest-Warndauer individuell für einen Fahrer einstellbar. Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass von dem Fahrer unterschiedliche Parameter bzw. verschiedene Sensitivitätsstufen definierende Parametersätze über ein Bord-Menü eingestellt werden können. Bei unterschiedlichen Fahrern kann somit manuell, vorzugsweise jedoch durch automatische Fahrertyperkennung, der diesem Fahrer zugeordnete Parametersatz geladen werden. Eine Individualisierung für unterschiedliche Fahrer ermöglicht es auch, dem Umstand Rechnung zu tragen, dass manche Fahrer das Lenkrad stets sehr fest halten, wohingegen andere Fahrer die Hände nur sehr locker am Lenkrad halten. Dieses fahrerspezifische Verhalten wird vorzugsweise automatisiert erkannt aus dem Verlauf des Fahrerhandmoments TLR und/oder aus Fahrerreaktionen auf Zusatzmomente des Spurhalteassistenzsystems, die aus dem
Lenkradwinkelverlauf, dem Fahrerhandmomentverlauf und/oder dem
Drehstabmomentverlauf ermittelt werden. In Abhängigkeit von dem
fahrerspezifischen Verhalten können automatisiert einzelne Parameter,
insbesondere ein Schwellwert S1 , S2, S3 oder eine Zeitdauer, angepasst werden. Beispielsweise wird ein Fahrer, der das Lenkrad sehr fest hält, stets eine starke Dämpfung auf das Drehmoment TTB ausüben, so dass eine Veränderung der Dämpfung erkannt und hieraus eine Zustandsänderung des Bedienzustands abgeleitet werden kann. Hält ein Fahrer das Lenkrad sehr locker, so ist die
Schwingungsfrequenz des Fahrerhandmoments häufig geringer, als wenn der Fahrer das Lenkrad relativ fest hält.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird eine Warnung nicht ausgegeben, wenn das Fahrerassistenzsystem bzw. eine Assistenzfunktion nicht aktiviert ist. Die Ausgabe einer Warnmeldung kann auch dann unterdrückt werden, wenn eine Assistenzfunktion aktiviert ist, jedoch nur ein sehr geringes Zusatzmoment angefordert ist. Die Ausgabe einer Warnmeldung kann insbesondere auch in Abhängigkeit von einer aktuellen
Fahrzeuggeschwindigkeit gesteuert werden, da beispielsweise bei stehendem Fahrzeug die Ausgabe einer Warnmeldung nicht sinnvoll ist.
Selbstverständlich kann die Bedienzustandserkennung unabhängig von einer Spurführungsassistenzfunktion eingesetzt werden, wie dies in den Ansprüchen ebenfalls zur Geltung kommt. Für die grundlegende Funktion der Bedienzustandserkennung sind keine Signale einer speziellen Umweltsensorik, wie sie für Spurführungsassistenzfunktionen eingesetzt werden, notwendig, eine
Realisierung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist nur mit lenkungsspezifischen Messgrößen möglich. Ist jedoch eine Spurführungsassistenzfunktion verfügbar bzw. aktiviert, so kann vorgesehen sein, dass weitere Signale aus der Umweltsensorik bei der Erkennung des Bedienzustands ausgewertet werden. Beispielsweise kann mittels einer Kamera die aktuelle Position des Fahrzeugs bezüglich einer Spur erkannt werden. Diese Information kann dann - wie oben beschrieben - bei der Erkennung des Bedienzustands des Lenkrads und/oder bei einer
Plausibilitätsprüfung herangezogen werden.
In Figur 4 ist ein Ablaufdiagramm einer möglichen Realisierung des
erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt. Das Ablaufdiagramm zeigt eine von einer Vielzahl möglicher Realisierungen an. Die Vielzahl möglicher Variationen sind dem mit der Implementierung des erfindungsgemäßen Verfahrens betrauten
Fachmann bekannt.
Das in Figur 4 dargestellte Verfahren beginnt in einem Schritt 100. Dort werden beispielsweise die Schwellwerte S1 , S2 und S3 sowie die Zeitdauer ti initialisiert. Dies kann in Abhängigkeit von einer Fahrertyperkennung individuell für den aktuellen Fahrer erfolgen. In dem Schritt 100 wird ferner ein Zähler t0 auf den Wert 0 initialisiert.
In einem Schritt 101 werden die für das Verfahren notwendigen Eingangssignale erfasst. Dies sind beispielsweise der Motorwinkel δ, ein aktuelles
Übersetzungsverhältnis eines Winkelüberlagerungsgetriebes, ein aktuell erfasstes Drehmoment TJB und/oder ein mittels eines Winkelsensors erfasster aktueller Lenkwinkel 5LR, Mess- In einem Schritt 102 wird das Fahrerhandmoment TLR beispielsweise durch
Berechnung eines Momentengleichgewichts zwischen dem Drehstabmoment TTB und dem Fahrerhandmoment TLR gebildet. In einem Schritt 103 wird der aktuelle Bedienzustand des Lenkrads, der in dem Initialisierungsschritt 100 beispielsweise auf den Wert "hands_off' voreingestellt worden ist oder in einem vorherigen Durchlauf des erfindungsgemäßen Verfahrens abgespeichert worden ist, überprüft. Ergibt diese Überprüfung, dass der Fahrer aktuell die Hände nicht am Lenkrad hat, der Bedienzustand also "hands_off" ist, so wird in einem Schritt 104 geprüft, ob das Fahrerhandmoment TLR den Schwellwert S3 überschreitet. Ist dies nicht der Fall, so wird zu dem Schritt 101 zurückverzweigt und es werden erneut aktuelle Werte erfasst. Überschreitet das Fahrerhandmoment TLR jedoch den Schwellwert S3, so wird davon ausgegangen, dass der Fahrer mindestens eine Hand am Lenkrad hat. In dem Schritt 105 wird deshalb auf den Bedienzustand "hands_on" gewechselt und das Verfahren wird dann in dem Schritt 101 fortgesetzt.
Ist in dem Schritt 103 der aktuelle Bedienzustand "hands_on", so wird in einem Schritt 106 geprüft, ob das in dem Schritt 102 ermittelte Fahrerhandmoment TLR kleiner oder gleich dem mittleren Schwellwert ist. Der Schwellwert hat die Funktion, stets dann eine neue Initialisierung des Zählers t0 zu veranlassen, wenn das Fahrerhandmoment TLR den Schwellwert S1 unterschritten hatte, wodurch der Zähler to aktiviert worden ist, also die aktuelle Zeitdauer erfasst worden ist. Gemäß dem in Figur 4 dargestellten Ablaufdiagramm wird für den Fall, dass der aktuelle Bedienzustand "hands_on" ist und das aktuelle Fahrerhandmoment den
Schwellwert nicht überschreitet, stets in einem Schritt 107 der Zähler t0 neu initialisiert und insbesondere deaktiviert. War der Zähler bereits deaktiviert, weil das Fahrerhandmoment TLR den Schwellwert S1 noch nicht überschritten hat, so erfolgt folglich keine Änderung des Zustands des Zählers to. Es wird dann zu dem Schritt 101 zurückverzweigt.
Ergibt der Vergleich in dem Schritt 106 jedoch, dass das Fahrerhandmoment unterhalb der Schwelle liegt, so wird in einem Schritt 108 geprüft, ob der aktuelle Zählerstand t0 die vorgegebene Zeitdauer ti erreicht oder überschritten hat.
Selbstverständlich kann der Zähler t0 den Wert ti nur erreichen, wenn der Zähler t0 aktiviert worden ist und eine entsprechend lange Zeitdauer aktiviert war. Es wird nun davon ausgegangen, dass der Zähler to noch nicht aktiviert ist, er deshalb den Wert ti auch nicht erreicht haben kann. In diesem Fall wird zu einem Schritt 109 verzeigt und es wird geprüft, ob das aktuelle Fahrerhandmoment TLR unterhalb der Schwelle S1 liegt. Ist dies nicht der Fall, bewegt sich folglich das
Fahrerhandmoment zwischen den Schwellwerten S1 und, so erfolgt gemäß dem in Figur 4 dargestellten Ausführungsbeispiel keine weitere Aktion und es wird zu dem Schritt 101 zurückverzweigt.
Hat das Fahrerhandmoment TLR hingegen den Schwellwert S1 unterschritten (Schritt 109), so wird in einem Schritt 110 der Zähler t0 aktiviert und es wird nun die Zeitspanne mittels des Zählers t0 gemessen War der Zähler t0 bereits aktiviert, so erfolgt in dem Schritt 110 keine weitere Änderung und es wird zu dem Schritt 101 zurückverzweigt. Nun werden die Schritte 101 bis 109 so lange durchlaufen, bis der Zähler den Wert ti erreicht. Der Zähler to kann die Zeitdauer ti jedoch nur erreichen, wenn nicht zwischenzeitlich das Fahrerhandmoment den Schwellwert überschreitet (Schritt 106), da sonst der Zähler neu initialisiert und deaktiviert werden würde (Schritt 107).
Erreicht oder überschreitet der Zähler to den Wert ti, so wird von dem Schritt 108 in den Schritt 111 verzweigt und es wird eine Änderung des Bedienzustands von „hands_on" zu "hands_off" detektiert. Diesem Schritt können sich weitere Schritte, beispielsweise die Ausgabe einer Warnmeldung, das Abspeichern des aktuellen Bedienzustands, das Deaktivieren einer Fahrerassistenzfunktion und ähnliches anschließen. Gemäß einer anderen Ausführungsform wird die Differenz zwischen dem
Fahrerhandmoment und dem Drehstabmoment gebildet und ausgewertet. Hierzu erfolgt eine zeitliche Integration des Betrages der gebildeten Differenz. In Figur 5 ist ein Ausführungsbeispiel gezeigt, bei dem das Integral fortlaufend innerhalb eines applizierbaren Zeitintervalls bzw. einer applizierbaren Zeitdauer ti gebildet und beobachtet wird. Bleibt das Integral innerhalb des Zeitintervalls ti unterhalb eines ersten Schwellwerts S4, wird der Zustand„hands-off" erkannt. Steigt das Integral jedoch innerhalb des Zeitintervalls ti über einen zweiten, höheren Schwellwert S5, wird der Zustand„hands-on" detektiert. Zumindest bei jedem Zustandswechsel wird der Zeitzähler zur Feststellung, ob die Zeitdauer tj abgelaufen ist, neu gestartet und die Integration beginnt von neuem, so dass das Integral zu Beginn einer jeden Zeitdauer tj zurückgesetzt wird. Das in Figur 5 gezeigte Ausführungsbeispiel geht davon aus, dass zu Beginn der Zustand„hands_on" vorliegt. In dem entlang der Zeitachse ersten Zeitintervall bzw. der ersten Zeitdauer tj.i überschreitet das als Kurve dargestellte Integral h den Schwellwert S5, so dass am Ende der ersten Zeitdauer tj.i weiterhin der Zustand„hands_on" vorliegt. In dem zweiten Zeitintervall bzw. der zweiten Zeitdauer ti-2 bleibt das Integral b unterhalb des Schwellwerts S4, so dass am Ende des zweiten Zeitintervalls ti-2 der Zustand„hands_off detektiert wird. In dem dritten Zeitintervall ti-3 überschreitet das Integral I3 zwar den ersten
Schwellwert S4, bleibt jedoch unterhalb des Schwellwerts S5, so dass am Ende des dritten Zeitintervalls tj.3 weiterhin der Zustand„hands_off vorliegt. In dem vierten Zeitintervall tj-4 überschreitet das Integral I4 wieder den Schwellwert S5, so dass am Ende des vierten Zeitintervalls tj-4 der Zustand„hands_on" detektiert wird.
Selbstverständlich sind eine Vielzahl weiterer Ausführungsformen des
erfindungsgemäßen Verfahrens und insbesondere eine Vielzahl weiterer
Implementierungsmöglichkeiten vorstellbar. Beispielsweise könnte ein weiterer Zustandsanzeiger verwendet werden, der den aktuellen Aktivierungszustand des Zählers t0 anzeigt. Dieser Zustandsanzeiger könnte im weiteren Verlauf des
Verfahrens abgefragt werden, beispielsweise stets dann, wenn eine Manipulation des Zählers t0 erfolgen soll. Ferner könnte ein Deaktivieren und/oder Initialisieren des Zählers to auch in dem mit A gekennzeichneten Anweisungsblock des
Ablaufdiagramms erfolgen. Die Anweisungsblöcke A und B könnten ebensogut sequentiell hintereinander ausgeführt werden, wobei auf den Schritt 103 verzichtet werden könnte und das Aktivieren/Deaktivieren des Zählers to gegebenenfalls in anderer, dem Fachmann bekannter Weise organisiert werden könnte.
Selbstverständlich kann die Reihenfolge der Schritte in vielfältiger Weise verändert werden und es können weitere Zwischenschritte eingesetzt werden. Ferner ist es für das Verfahren unerheblich, ob bei einem Vergleich des Fahrerhandmoments TLR mit einem Schwellwert eine Aktion dann ausgeführt wird, wenn das Fahrerhandmoment TLR den Schwellwert erreicht oder erst dann, wenn das Fahrerhandmoment TLR den Schwellwert über-/untersch ritten wird.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Erkennen eines Bedienungszustands (hands_off, hands_on) eines Lenkrads (10) in einem ein Lenksystem (1 ) in einem Fahrzeug, wobei der
Bedienungszustand (hands_off, hands_on) beschreibt, ob ein Fahrer das Lenkrad (10) bedient, dadurch gekennzeichnet, dass ein aktueller, hoch aufgelöster
Lenkradwinkel (5LR) und ein aktuelles Lenkmoment (TTB) ermittelt werden, in Abhängigkeit von dem Lenkradwinkel (5LR) und dem Lenkmoment (TTB) ein von dem Fahrer aktuell aufgebrachtes Fahrerhandmoment (TLR) bestimmt wird und in Abhängigkeit von einem Verlauf des Fahrerhandmoments (TLR) der
Bedienungszustand (hands_off; hands_on) des Lenkrads bestimmt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass als Lenkmoment (TJB) ein aktuell an einem Drehstab (9) anliegendes Drehstabmoment
herangezogen wird.
3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Lenkradwinkel (5LR) berechnet wird aus
- einem aktuellen Motorwinkel (δ) eines Momentenstellers (7) oder einer aktuellen Motorwinkelgeschwindigkeit (<5 ) und
- einem aktuellen Drehstabmoment (TJB),
wobei die Berechnung vorzugsweise mittels eines Zustandsraummodells erfolgt.
4 Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein aktueller Lenkradwinkel (5LR) mittels eines Kaiman-Filters (24) aus einem gemessenen Lenkradwinkel (5LR, mess) und einer berechneten Lenkradwinkelgeschwindigkeit (δLR ber ) bestimmt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass bei der
Bestimmung des Lenkradwinkels (5LR) eine aktuelle Verdrehung eines Drehstabs (9) und/oder ein aktuelles Übersetzungsverhältnis (i(v)) von mindestens einem
Übertragungsglied (8) des Lenksystems (1 ) berücksichtigt wird.
6. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass mittels des hochaufgelösten Lenkradwinkels (5LR) und des aktuellen Lenkmoments (TJB) das Fahrerhandmoment (TLR) ermittelt wird:
- durch Tiefpassfilterung des Lenkmoments (TTB);
- durch Bilden einer Differenz aus dem Lenkmoment (TTB) und dem Produkt aus einer Lenkradwinkelgeschwindigkeit und einer Lenkradträgheit (J);
- durch Bilden einer Differenz aus dem Lenkmoment (TTB) und dem Produkt aus einer Lenkradwinkelgeschwindigkeit und einer Lenkradträgheit (J), wobei als Ergebnis für das ermittelte Fahrerhandmoment (TLR) der Wert des Lenkmoments (TTB) gewählt wird, falls das Lenkmoment (TJB) kleiner ist als das berechnete
Fahrerhandmoment (TLR); oder
- mittels eines Beobachters mit den Eingangsgrößen Lenkradwinkel (5LR) und Lenkmoment (TTB)
7. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass auf einen ersten Bedienzustand (hands_off) geschlossen wird, falls mindestens eine der folgenden Bedingungen erfüllt ist:
- der Betrag des ermittelten Fahrermoments (TLR) liegt unterhalb eines unteren Schwellwerts (S1);
- der Betrag des ermOittelten Fahrermoments (TLR) liegt mindestens für eine bestimmte Zeitdauer (ti) unterhalb des unteren Schwellwerts (S1 );
- der Betrag des ermittelten Fahrermoments (TLR) sinkt unter einen unteren Schwellwert (S1 ) und liegt mindestens für eine bestimmte Zeitdauer (ti) unterhalb eines mittleren Schwellwerts (S2);
- ein aus dem Betrag der Differenz zwischen dem Fahrerhandmoment (TLR) und dem Lenkmoment (TTB) gebildetes Integral bleibt innerhalb einer vorgebbaren Zeitdauer (^; .M , ti-2, ti-3, ti-4) unterhalb eines ersten Schwellwerts (S4).
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass auf einen zweiten Bedienzustand (hands_on) geschlossen wird, falls mindestens eine der folgenden Bedingungen erfüllt ist:
- der Betrag des ermittelten Fahrermoments (TLR) liegt oberhalb eines oberen
Schwellwerts, wobei der obere Schwellwert größer ist als der untere Schwellwert (S1 )
- das aus dem Betrag der Differenz zwischen dem Fahrerhandmoment (TLR) und dem Lenkmoment (TTB) gebildete Integral bleibt innerhalb der vorgebbaren Zeitdauer (ti; .M , ti-2, ti-3, ti-4) unterhalb eines zweiten Schwellwerts (S5), wobei der zweite Schwellwert (S5) größer ist als der erste Schwellwert (S4).
9. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass eine Fahrerhandmomentänderung und/oder eine
Lenkradwinkelgeschwindigkeit (δLR ber ) ermittelt wird und auf einen ersten
Bedienzustand (hands_off) geschlossen wird, falls mindestens eine der folgenden Bedingungen erfüllt ist:
- der Betrag der Fahrerhandmomentänderung oder der
Lenkradwinkelgeschwindigkeit {δLR ber ) liegt unterhalb eines unteren Schwellwerts (S1 );
- der Betrag der Fahrerhandmomentänderung oder der
Lenkradwinkelgeschwindigkeit (δ' LRJ}er ) liegt mindestens für eine bestimmte
Zeitdauer (ti) unterhalb des unteren Schwellwerts (S1 );
- der Betrag der Fahrerhandmomentänderung oder der
Lenkradwinkelgeschwindigkeit (δ' LRJ}er ) sinkt unter den unteren Schwellwert (S1 ) und liegt mindestens für eine bestimmte Zeitdauer (ti) unterhalb eines mittleren
Schwel I werts (S2).
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass auf einen zweiten Bedienzustand (hands_on) geschlossen wird, falls der Betrag der
Fahrerhandmomentänderung oder der Lenkradwinkelgeschwindigkeit (δ' LRJ}er ) oberhalb eines oberen Schwellwerts (S3) liegt, wobei der obere Schwellwert (S3) größer ist als der untere Schwellwert (S1 ).
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Zeitdauer (ti; .M , fo, ta, tj-4) gewählt wird in Abhängigkeit von einer aktuellen Fahrzustandsgröße, insbesondere
- einer aktuellen Fahrzeuggeschwindigkeit; und/oder
- einer aktuellen Querbeschleunigung.
12. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass eine Frequenz des Lenkmoments (TJB) oder des
Fahrermoments (TLR) ermittelt wird und ein aktueller Bedienzustand (hands_off, hands_on) in Abhängigkeit von einem Frequenzverlauf und/oder einer Amplitude des Lenkmoments (TJB) oder des Fahrermoments (TLR) ermittelt wird.
13. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass ein Wechsel des Bedienzustands (hands_off, hands_on) mittels einer Lenkradwinkelbeschleunigung und/oder einer
Fahrermomentenbeschleunigung erkannt wird.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Ergebnisse einer Mehrzahl unterschiedlicher Verfahren zur Bestimmung des Bedienzustands (hands_off, hands_on) des Lenkrads (10) ausgewertet werden und der aktuelle Bedienzustand (hands_off, hands_on) in Abhängigkeit von einer Plausibilitätsprüfung der Einzelergebnisse bestimmt wird.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest bei einem Wechsel in den ersten Bedienzustand (hands_off) ein Warnsignal ausgegeben wird.
16. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass der erkannte Bedienzustand (hands_off, hands_on) des Lenkrads (10) einem Assistenzsystem zugeführt wird.
17. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass ein Warnsignal nicht ausgegeben wird, falls
- eine von dem aktuellen Bedienungszustand abhängige Assistenzfunktion inaktiv ist;
- eine von dem aktuellen Bedienungszustand abhängige Assistenzfunktion aktiv ist, das aktuell angeforderte Zusatzmoment jedoch einen Mindestwert nicht überschreitet;
eine Spurführungsassistenzfunktion aktiv ist und die Anzahl der
erforderlichen Lenkeingriffe einen Mindestwert noch nicht überschreitet, wobei die Anzahl der Lenkeingriffe in Abhängigkeit von der Höhe eines angeforderten
Zusatzmoments, einer aktuellen Position des Fahrzeugs bezüglich der Spur und/oder einer aktuellen Differenz zwischen einem Ist-Lenkradwinkel und einem Soll-Lenkradwinkel ermittelt wird; und/oder
- eine aktuelle Fahrzeuggeschwindigkeit eine Mindestgeschwindigkeit nicht überschreitet.
18. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Zeitdauer (ti) und/oder mindestens ein Schwellwert (S1 , S2, S3, S4, S5) fahrerspezifisch vorgebbar ist/sind.
19. Vorrichtung zum Erkennen eines Bedienungszustands (hands_off; hands_on) eines Lenkrads (10) in einem Fahrzeug, wobei der Bedienungszustand (hands_off; hands_on) beschreibt, ob ein Fahrer das Lenkrad (10) bedient, dadurch
gekennzeichnet, dass die Vorrichtung Mittel zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 18 aufweist.
PCT/EP2010/056868 2009-08-19 2010-05-19 Verfahren und vorrichtung zum erkennen eines bedienzustands eines lenkrads in einem fahrzeug WO2011020631A1 (de)

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